基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁 霞 朱思進(jìn)

(廣東省中山市港口理工學(xué)校 廣東中山 528447)

1980年，美國(guó)VPL公司創(chuàng)造人拉尼爾提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念，之后VR技術(shù)引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)人士的關(guān)注[1]。VR技術(shù)包括計(jì)算機(jī)圖形、人工智能等內(nèi)容，在軍事、工業(yè)與教育領(lǐng)域已取得應(yīng)用，且成果突出。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)在家具市場(chǎng)推廣中引入。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，學(xué)生利用該技術(shù)與三維教學(xué)虛擬展示系統(tǒng)學(xué)習(xí)時(shí)存在各種各樣的問題。由此，重視對(duì)三維家具虛擬展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分必要，各中高職院校教師應(yīng)加以注意。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是VR技術(shù)，它是借助計(jì)算機(jī)的功能，將現(xiàn)實(shí)世界在虛擬環(huán)境下再現(xiàn)。它集合了仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等內(nèi)容，具備“3I”特性，具體為沉浸性、交互性及構(gòu)想性[2]。其中，沉浸性是主要特征，可以使教師利用虛擬技術(shù)沉浸式的特點(diǎn)，讓學(xué)生沉浸在虛擬世界，并參與其中的各種家具展示活動(dòng)。學(xué)生在沉浸的過程中可發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，與虛擬環(huán)境進(jìn)行共鳴，并成為其中的一部分；交互性起到幫助的作用，可以讓學(xué)生與虛擬環(huán)境中的對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互。比如，在家具實(shí)物效果展示中，可通過傳感器對(duì)虛擬環(huán)境中的家具擺設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正感知到家具的每一個(gè)細(xì)節(jié)；構(gòu)想性可給學(xué)生提供廣闊的想象空間，將構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與三維家具虛擬擺放于房間中，讓學(xué)生隨意構(gòu)想不存在的空間，甚至在現(xiàn)實(shí)中不可能存在的，以實(shí)現(xiàn)空間個(gè)性裝飾及多種家具的隨意擺放。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)非沉浸式的特點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)依據(jù)的原理是根據(jù)家具展示需要，通過三維建模軟件進(jìn)行家具庫(kù)、配飾庫(kù)及空間庫(kù)的展示，并以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)條件的運(yùn)用后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)制作軟件中，以此實(shí)現(xiàn)交互，之后以多媒體信息整合的方式輸出并利用。對(duì)于維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括兩部分，即模型庫(kù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 三維家具虛擬展示設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)圖

對(duì)三維家具虛擬展示系統(tǒng)在教學(xué)中應(yīng)用，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，其在教學(xué)中該應(yīng)用有明顯的優(yōu)勢(shì)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過虛擬軟件的應(yīng)用，提高自身對(duì)軟件的應(yīng)用能力。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以克服傳統(tǒng)系統(tǒng)以圖片展示家具與真實(shí)感不強(qiáng)的問題。在具體設(shè)計(jì)過程中，教師要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作要求，結(jié)合家具的特色展示家具模型，并設(shè)計(jì)創(chuàng)建展示空間完成所需配件的三維建模制作，設(shè)計(jì)好之后進(jìn)行紋理制作。在這個(gè)過程中，需要將真實(shí)物體的圖片附貼在實(shí)體模型上，體現(xiàn)逼真效果。之后根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作動(dòng)畫，待完成模型制作與動(dòng)畫設(shè)置后，處理最終音樂效果、文字格式等多媒體元素的制作，然后輸出完成。對(duì)于此設(shè)計(jì)具體的教學(xué)情況如下。

（一）三維建模設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中虛擬三維建模創(chuàng)作比較復(fù)雜，對(duì)其教學(xué)設(shè)計(jì)，教師利用其優(yōu)勢(shì)，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技將表現(xiàn)自然的過程以藝術(shù)的語言進(jìn)行表現(xiàn)[3]。學(xué)生在建模這個(gè)過程中，根據(jù)教師的要求與提示，對(duì)家具各部件需要分解細(xì)致，且有創(chuàng)造性、選擇性地對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行模擬。如圖2所示，三維建模技術(shù)可展現(xiàn)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)。對(duì)三維家具虛擬展示空間的相關(guān)設(shè)計(jì)，需要注意把控細(xì)節(jié)刻畫能力，完美呈現(xiàn)家具整體三維造型。此外，在建模時(shí)，學(xué)生需要考慮不同家具需要采取不同的建模方式而呈現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。在三維建模過程中注意對(duì)虛擬場(chǎng)景中家具外形特征的準(zhǔn)確把控，避免設(shè)計(jì)效果差異性較大的問題。還要注意家具外形特征的布線是否對(duì)材質(zhì)燈光的表現(xiàn)更有利，并且，在建模時(shí)為了符合家具風(fēng)格，需要注意展示空間的分割與搭配事物風(fēng)格的設(shè)計(jì)要統(tǒng)一，更好地突出家具的造型特點(diǎn)，克服傳統(tǒng)以圖片展示為主的不足。對(duì)三維家具虛擬展示，其中所選用的建模作品相當(dāng)于一個(gè)造型藝術(shù)作用，只有合理搭配才能淋漓盡致地表現(xiàn)家具要展示的藝術(shù)空間。

圖2 家具細(xì)節(jié)在三維建模技術(shù)中的展示

（二）家具紋理貼圖設(shè)計(jì)

為了增加模型的質(zhì)感，在三維家具虛擬展示場(chǎng)景中進(jìn)行貼圖紋理，使模型的造型表現(xiàn)得更完善。對(duì)貼圖的展現(xiàn)在三維家具虛擬展示中，主要有環(huán)境與配飾物體及產(chǎn)品自身。學(xué)生在設(shè)計(jì)家具紋理貼圖時(shí)，以往設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，且設(shè)計(jì)成果不符合需求與現(xiàn)實(shí)，而借助該軟件學(xué)習(xí)，學(xué)生可以達(dá)到客觀、準(zhǔn)確且真實(shí)地再現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)中為了效果展示不會(huì)隨意對(duì)其基本屬性進(jìn)行更改，避免設(shè)計(jì)失真而使參觀者對(duì)虛擬展示的家具產(chǎn)生不信任。對(duì)家具貼圖的選擇，盡量選用高清數(shù)碼照片，并用Photoshop軟件簡(jiǎn)單修改。在此過程中，學(xué)生要針對(duì)性地選擇與完善，使其達(dá)到所要展現(xiàn)的紋理圖片要求。將修繕后的圖片經(jīng)加載制作成紋理，待設(shè)置好坐標(biāo)后根據(jù)要求將紋理貼在幾何物體上。

（三）實(shí)時(shí)陰影效果設(shè)計(jì)

三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，陰影效果的處理得當(dāng)可襯托出畫面上景物的遠(yuǎn)近與相對(duì)方位，整個(gè)展示場(chǎng)景畫面的層次感與立體感展現(xiàn)而得到逼真的圖像[4]。對(duì)展示環(huán)境里陰影效果設(shè)計(jì)，就是對(duì)光影的處理。其可作為傳達(dá)情感與創(chuàng)造氣氛的重要手段，對(duì)虛擬場(chǎng)景中光照陰影處理，學(xué)生需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中燈光效果設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，注意恰當(dāng)處理造型角度。在電腦三維設(shè)計(jì)軟件中，學(xué)生通過觀看教師演練內(nèi)容，學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)在模擬過程中經(jīng)過觀察與選擇，根據(jù)需求自由操控對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中照明效果模擬，以此增強(qiáng)三維家具虛擬展示效果。

（四）虛擬交互設(shè)計(jì)

三維家具虛擬展示設(shè)計(jì)完成后，此時(shí)虛擬展示的重點(diǎn)就是交互設(shè)計(jì)。交互設(shè)計(jì)是規(guī)劃與描述事物（家具）的一種方式，作為描述與傳達(dá)該行為的最有效的形式[5]。虛擬互動(dòng)藝術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)展示設(shè)計(jì)，其與其他展示形式有一定的區(qū)別，是最具有魅力的藝術(shù)形式。

在虛擬家具展示空間內(nèi)，學(xué)生在觀看家具三維效果的過程中可以任意查看虛擬家具顏色、紋理及相關(guān)材質(zhì)信息，通過交互獲得產(chǎn)品的其他信息。比如，家具使用保養(yǎng)信息的視頻、特定用戶型家具搭配圖片的參考等。對(duì)虛擬交互的設(shè)計(jì)，無論怎么設(shè)計(jì)都需要遵循兩點(diǎn)：其一是必須要符合易用性特點(diǎn)；其二是要求學(xué)生注重家具用戶體驗(yàn)性[6]。其中，交互設(shè)計(jì)中易用性方面以家具參觀者的興趣、行為方式等為基礎(chǔ)，以滿足其以使用為目的的設(shè)計(jì)，不是設(shè)計(jì)師主觀意愿的表現(xiàn)。設(shè)計(jì)出的交互頁(yè)面合理易學(xué)，并且使用率較高。在虛擬家具展示中交互設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容有許多，比如虛擬場(chǎng)景中產(chǎn)品的移動(dòng)、縮放等，還有行為設(shè)計(jì)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)。經(jīng)鼠標(biāo)出發(fā)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)等內(nèi)容的展示，將三維家具虛擬場(chǎng)景賦予新的生命。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，在教師的演示下，學(xué)生基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)三維家具虛擬展示系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此次設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生采取自行設(shè)計(jì)與小組合作設(shè)計(jì)，根據(jù)某系列家具設(shè)計(jì)其三維虛擬展示情況，先讓學(xué)生對(duì)自己展示的作品進(jìn)行自評(píng)，然后小組間互評(píng)，最后由教師點(diǎn)評(píng)，共同商討選出最優(yōu)秀的作品。通過評(píng)價(jià)學(xué)生設(shè)計(jì)成果，學(xué)生認(rèn)識(shí)到此次學(xué)習(xí)中存在的不足，經(jīng)觀看比自身優(yōu)秀的作品，了解到三維家具虛擬展示系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)更好。

三、結(jié)束語

綜上所述，本文基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析，了解虛擬技術(shù)的內(nèi)容與家具關(guān)系，對(duì)三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，符合時(shí)代需求，其給我們帶來的不僅是藝術(shù)視覺效果上的革命，還打破了傳統(tǒng)家具展示傳播觀念。對(duì)學(xué)生三維家具虛擬展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)，該優(yōu)勢(shì)明顯突出，可達(dá)到較好的教學(xué)效果，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。