基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)研究

倪玉鳳

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253000）

現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，通常需要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的平面設(shè)計(jì)方案，用于對(duì)產(chǎn)品性能分析與市場(chǎng)推廣等工作，也就是說(shuō)，平面設(shè)計(jì)方案的好壞，直接關(guān)系到產(chǎn)品研發(fā)、銷售效果。針對(duì)這一情況，現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸對(duì)平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，在這一系統(tǒng)的帶動(dòng)下，大大提升了平面設(shè)計(jì)效果，有利于企業(yè)開(kāi)發(fā)出更加符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。但需要注意的是，現(xiàn)有平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)依然存在一些缺陷，如在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了獲取各種圖像單符號(hào)，需要反復(fù)對(duì)各菜單進(jìn)行切換，操作非常復(fù)雜，且得到的圖像效果差，很難直觀展示出設(shè)計(jì)人員的真正意圖，因而現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域急需一種更加良好的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)。

這一背景下，我國(guó)相關(guān)人員對(duì)此產(chǎn)生了高度重視，并開(kāi)發(fā)出了一些新型的設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)，如劉錦康（2021）等人研究中，以WebML 建模技術(shù)為依托，通過(guò)適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)后，開(kāi)發(fā)出一種用于購(gòu)物網(wǎng)站展示系統(tǒng)[1]。王惠杰（2022）等人開(kāi)發(fā)出了一種由三層構(gòu)架組合而成的大屏幕展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有三大模塊構(gòu)成，分別為：圖表展示、空間信息展示、聯(lián)動(dòng)瀏覽，通過(guò)這些模塊共同配合下，可清晰、直觀的將空間污染信息展示出來(lái)[2]。莫小香（2021）等人以GIS 技術(shù)為依托，開(kāi)發(fā)出一種農(nóng)業(yè)科技園“一張圖”綜合展示系統(tǒng)，其中共包括5 個(gè)層級(jí)，由上至下分別為應(yīng)用層、服務(wù)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)資源層、資源池層、基礎(chǔ)設(shè)施層等[3]。正是這些展示系統(tǒng)的出現(xiàn)，為現(xiàn)代平面設(shè)計(jì)展示提供了支持。但需要注意的是，這些系統(tǒng)也存在一些缺陷，如應(yīng)用范圍有限等。所以，還需要開(kāi)發(fā)出一種專門針對(duì)于平面設(shè)計(jì)展示的系統(tǒng)。

基于此，本文以“基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)”為題進(jìn)行了研究，以提出一種更加良好的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方案。

1 需求分析

1.1 交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域較為先進(jìn)的技術(shù)手段，具有明顯的交互性特征，以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將該特性融合到系統(tǒng)當(dāng)中，以提升系統(tǒng)的應(yīng)用效果。以往很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，平面產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一般是利用圖片、動(dòng)畫等形式進(jìn)行展示，受眾與產(chǎn)品交互時(shí)，僅停留在視覺(jué)層面，雖然可對(duì)產(chǎn)品具有一定了解，但很難掌握受眾的實(shí)際需求。所以，為了更好地將產(chǎn)品展示出來(lái)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過(guò)系統(tǒng)的功能調(diào)入三維虛擬場(chǎng)景的參數(shù)，以構(gòu)建出產(chǎn)品的三維圖像，提升整個(gè)產(chǎn)品展示的直觀性。以汽車產(chǎn)品為例，傳統(tǒng)展示時(shí)，以平面設(shè)計(jì)圖為主，而將其轉(zhuǎn)變成三維圖像模型后，觀眾可通過(guò)屏幕的點(diǎn)擊與滑動(dòng)，移動(dòng)模型的方向、調(diào)節(jié)模型的大小等，使得受眾能夠與產(chǎn)品更好的交互，提升平面設(shè)計(jì)展示效果。與此同時(shí)，對(duì)于這些控制功能來(lái)說(shuō)，應(yīng)通過(guò)系統(tǒng)編碼予以限值，以防止受眾將展示系統(tǒng)看作“玩具”，提升系統(tǒng)的交互作用[4]。此外，相對(duì)于傳統(tǒng)海報(bào)交互來(lái)說(shuō)，展示系統(tǒng)不僅處于同一平面內(nèi)，更是能夠提取出一幅畫面、一段文字，或是構(gòu)建出相應(yīng)的虛擬構(gòu)建，以帶給受眾更加良好的視覺(jué)、感官體驗(yàn)。

1.2 共享性

所謂的共享性，指的是數(shù)據(jù)能夠在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)順暢傳輸，不論是設(shè)計(jì)人員還是受眾，均可獲取產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，有利于各方面人員對(duì)產(chǎn)品的了解程度。在產(chǎn)品平面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員將產(chǎn)品功能、性能等信息錄入到系統(tǒng)內(nèi)，由邏輯層對(duì)這些信息予以分析，并根據(jù)分析結(jié)果，確定出相應(yīng)的參數(shù)，或是設(shè)計(jì)人員根據(jù)線下設(shè)計(jì)成果，直接錄入初步設(shè)計(jì)參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)自動(dòng)構(gòu)建出產(chǎn)品三維模型。與此同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)將錄入信息或運(yùn)算參數(shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，用戶通過(guò)按鍵等設(shè)備的操作，提取出系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，以掌握產(chǎn)品具體的數(shù)據(jù)情況。

1.3 真實(shí)性

平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，真實(shí)性是其核心功能需求之一，相對(duì)于傳統(tǒng)三維模型來(lái)說(shuō)，平面設(shè)計(jì)產(chǎn)品無(wú)法將所有信息直觀展示出來(lái)，因而人員想要全面獲取產(chǎn)品的信息，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖像的視覺(jué)與感官效果的真實(shí)性。VRML場(chǎng)景創(chuàng)建時(shí)，通過(guò)Java與VRML系統(tǒng)共同作用下，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行接收，獲取對(duì)方的訪問(wèn)需求，即利用場(chǎng)景的不斷調(diào)節(jié)，將信息傳輸給對(duì)應(yīng)目標(biāo)，以動(dòng)態(tài)對(duì)整個(gè)平面設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)控。以此提升平面設(shè)計(jì)展示的真實(shí)感，同時(shí)還有利于平面設(shè)計(jì)的進(jìn)一步拓展，不到那豐富產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容，為后續(xù)產(chǎn)品制造、銷售提供支持[5]。

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，在開(kāi)發(fā)平臺(tái)方面，采用的是MyEclipse7.5+JDK1.6 系統(tǒng)，其中，Ecliose 是開(kāi)發(fā)工具，用于系統(tǒng)各功能的開(kāi)發(fā)，JDK1.6.0_09 是開(kāi)發(fā)工具包，用于系統(tǒng)的調(diào)試及其他操作；在數(shù)據(jù)庫(kù)方面，采用的是SQL 系列數(shù)據(jù)庫(kù)，用于對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；在開(kāi)發(fā)語(yǔ)言方面，采用了多種不同類型語(yǔ)言，如Java 語(yǔ)言、CSS 語(yǔ)言、Java3D 語(yǔ)言等，用于對(duì)系統(tǒng)控制程序的編制；在系統(tǒng)服務(wù)器方面，采用的是Tomcat5.5.20，用于對(duì)數(shù)據(jù)的處理、分析出、存儲(chǔ)與控制等；在系統(tǒng)框架方面，采用的是B/S 框架結(jié)構(gòu)，具體如圖1 所示。

圖1：基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)框架圖

本系統(tǒng)框架當(dāng)中，共由三層構(gòu)成，由上至下分別為：

（1）用戶層，用于用戶的操作，不僅包含一個(gè)操作界面，而且還設(shè)置了各種功能，如用戶管理、模型構(gòu)建、平面設(shè)計(jì)及全景展示等。該層主要為Web 瀏覽器，其核心為協(xié)議。

（2）邏輯層，是整個(gè)系統(tǒng)最主要的一部分，可將用戶層與數(shù)據(jù)層連接到一起，接收到用戶的操作指令后，會(huì)予以適當(dāng)分析，并根據(jù)分析結(jié)果，于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，傳輸給用戶層，以控制系統(tǒng)完成整個(gè)操作。

（3）數(shù)據(jù)層。用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與更新，為用戶操作提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，以SOL 數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，將平面設(shè)計(jì)模塊、全景展示模塊與虛擬交互模塊相結(jié)合，以此構(gòu)建出性能良好，且功能健全的平面設(shè)計(jì)展示平臺(tái)。該平臺(tái)內(nèi)，虛擬交互是關(guān)鍵功能，用于人員與平臺(tái)間信息的交互。具體來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖2。

圖2：平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程圖

通過(guò)圖2 的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對(duì)平面設(shè)計(jì)展示時(shí)，先通過(guò)相應(yīng)的定位算法，結(jié)合設(shè)計(jì)方案的具體內(nèi)容，確定出產(chǎn)品各個(gè)點(diǎn)在虛擬空間中的所處位置。同時(shí)，在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景當(dāng)中，包含了一個(gè)定位算法區(qū)設(shè)置裝置，用于對(duì)場(chǎng)景內(nèi)各個(gè)方面具體情況的展示，以此提升展示圖像的真實(shí)感，賦予整個(gè)界面更加良好的沉浸感。在獲得定位結(jié)果后，設(shè)計(jì)人員將相關(guān)的圖片導(dǎo)出，并利用無(wú)縫拼接技術(shù)，構(gòu)建出數(shù)字化虛擬展廳，其具備良好的展示功能，利用低配置手段，即可在多個(gè)角度展示出產(chǎn)品的具體情況。產(chǎn)品設(shè)計(jì)展示過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)為核心技術(shù)手段，在該技術(shù)的作用下，用戶可根據(jù)自身的觀察需求，隨意對(duì)展廳予以切換，使得展廳顯示出不同角度的產(chǎn)品圖像，或是對(duì)圖像擴(kuò)大、縮小處理，用于產(chǎn)品細(xì)節(jié)與整體的圖像的調(diào)節(jié)；通過(guò)鼠標(biāo)的操控，可選擇不同的觀察位置；以VR 眼鏡等設(shè)備為工具，為用戶創(chuàng)建處于一個(gè)沉浸式的虛擬場(chǎng)景，以加深永華的觀察體驗(yàn)等。

2.3 三維虛擬建模

在平面設(shè)計(jì)展示的過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品具體情況，分析出模型關(guān)鍵點(diǎn)的具體位置，之后以這些點(diǎn)位為基礎(chǔ)，逐漸完成產(chǎn)品模型構(gòu)建工作。首先，在刺痛內(nèi)，構(gòu)建出一個(gè)四元組H（αi，βi，ξi，δi），同時(shí)，于數(shù)據(jù)層當(dāng)中，將H（αi，βi，ξi，δi）傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，其中，α 表示平面設(shè)計(jì)的具體信息；β 表示設(shè)計(jì)的空間位置狀態(tài)；ξ表示平面設(shè)計(jì)的拓?fù)湫畔ⅲ槐硎井a(chǎn)品設(shè)計(jì)的特征值。之后，分別將各方面數(shù)據(jù)代入到H（αi，βi，ξi，δi）當(dāng)中，以此推算出平面設(shè)計(jì)的綜合信息，記作Vi，此外，為了提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還用設(shè)置出相應(yīng)的約束條件，記作Bi，由此，即可得到平面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)模型，構(gòu)建流程為：

（1）在系統(tǒng)當(dāng)中，分別錄入數(shù)據(jù)H（αi，βi，ξi，δi）；

（2）在系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)模塊的作用下，自動(dòng)對(duì)αi進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)，對(duì)Vi具體情況予以判定。若Vi處于Bi之內(nèi)，說(shuō)明信息是單筆畫，可作為最終的導(dǎo)出結(jié)果，若超過(guò)Bi條件，則跳轉(zhuǎn)到下一環(huán)節(jié)；

（3）在約束條件內(nèi)，對(duì)設(shè)計(jì)方案予以分析：

（4）在已有模型內(nèi)，如果包含了Vm，則將其傳輸?shù)皆撃Ｐ蛢?nèi)，若不包含Vm，則自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到第一個(gè)環(huán)節(jié)，再次導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

整個(gè)流程當(dāng)中，環(huán)節(jié)（2）是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)進(jìn)行得好壞，直接關(guān)系到整個(gè)模型的構(gòu)建效果。通過(guò)該環(huán)節(jié)的識(shí)別，可確定數(shù)據(jù)的單雙筆畫特性，并以此為基礎(chǔ)，判斷數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。若為單筆畫，則直接將其導(dǎo)出，作為設(shè)計(jì)的做種結(jié)果；若為雙筆畫，則應(yīng)在約束條件范圍內(nèi)，繼續(xù)計(jì)算Bm的結(jié)果，直到火堆最佳的結(jié)果，并構(gòu)建出合理的三維模型Vm為止。

2.4 平面設(shè)計(jì)展示定位算法

在虛擬平面設(shè)計(jì)展示平臺(tái)當(dāng)中，安裝一個(gè)信號(hào)發(fā)射器，根據(jù)用戶錄入的控制指令，發(fā)射器產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)，并發(fā)送到接收器，以此完成平面設(shè)計(jì)定位操作。定位過(guò)程中，先要確定出場(chǎng)景內(nèi)部?jī)裳b置間的距離，具體為：

其中，L 為兩裝置間的距離；T 為發(fā)射器信號(hào)發(fā)送時(shí)間；T0為接收器獲得信號(hào)的時(shí)間；v 為虛擬場(chǎng)所中，信號(hào)的傳輸速率。

對(duì)于單獨(dú)信號(hào)來(lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)置較短的發(fā)射器與接收器距離，若距離過(guò)程，則會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，不利于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行[6]。所以，為了提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，本研究當(dāng)中，假設(shè)發(fā)射器運(yùn)行時(shí)，可同時(shí)發(fā)出2 個(gè)信號(hào)，這時(shí)，在接收器端，將會(huì)出現(xiàn)一定的時(shí)間差，具體計(jì)算公式為：

其中，L/為兩設(shè)備間的距離；T0為在發(fā)射器段，第一個(gè)信號(hào)發(fā)出的具體時(shí)間；T1為在發(fā)射器段，第二個(gè)信號(hào)發(fā)出的具體時(shí)間；v 表示在虛擬場(chǎng)所當(dāng)中，第一個(gè)信號(hào)的傳輸速率；v/為在虛擬場(chǎng)所當(dāng)中，第二個(gè)信號(hào)的傳輸速率。利用上述公式的計(jì)算，即可獲得較為精確的點(diǎn)位數(shù)據(jù)。

2.5 平面設(shè)計(jì)展示的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)當(dāng)中，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為依托，用于直觀展示產(chǎn)品平面設(shè)計(jì)情況，并促使音頻和圖像的融合，以帶給受眾更加良好的視覺(jué)感受。這一功能的實(shí)現(xiàn)，主要采用的運(yùn)算公式為：

其中，ux為定位圖片每行的幀數(shù)；uy為定位圖片每列的幀數(shù)；ω 為聯(lián)動(dòng)識(shí)別系數(shù)；G1為三維場(chǎng)景音效值，用于圖像聲音的配置。在對(duì)比平面設(shè)計(jì)展示測(cè)查的作用下，可推導(dǎo)出視覺(jué)色彩情況，具體運(yùn)算公式為：

其中，M 為展示界面中不同層面色差的分割閾值；Krp為色差使用的變化率；xr為初始顏色的識(shí)別率；xrp/為搭配顏色的識(shí)別率。

由此即可將產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容展示出來(lái)，具體實(shí)現(xiàn)方程為：

其中，Q 為在像素x 的方向上，設(shè)計(jì)內(nèi)容的視覺(jué)展示值；f(x)為在展示域當(dāng)中，設(shè)計(jì)內(nèi)容的視覺(jué)色澤分布值；H(x)為音頻融合率，在系統(tǒng)內(nèi)部圖像轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)應(yīng)的音頻也會(huì)一同改變，以使音頻與圖像保持匹配。

3 測(cè)試分析

3.1 展示功能測(cè)試結(jié)果

為了判斷上述系統(tǒng)展示功能的好壞，本研究當(dāng)中，按照上述設(shè)計(jì)方案，初步搭建了平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)，選擇某保健品外包裝最為測(cè)試對(duì)象，對(duì)該系統(tǒng)展示功能進(jìn)行了測(cè)試。該產(chǎn)品形狀為長(zhǎng)方體，表面由各種圖案與文字構(gòu)成。之后以此為基礎(chǔ)，通過(guò)本文設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)，對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與展示，從而得到新的圖像。通過(guò)對(duì)兩個(gè)圖像的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于產(chǎn)品的真實(shí)圖像來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)展示出來(lái)的圖像具有較高的清晰圖，可準(zhǔn)確觀察到產(chǎn)品外表的團(tuán)與文字，使得用戶可準(zhǔn)確了解該產(chǎn)品的作用、功能與特點(diǎn)等。由此表明，該系統(tǒng)符合圖像展示功能的要求。

3.2 性能參數(shù)測(cè)試

為了進(jìn)一步了解該系統(tǒng)的應(yīng)用效果，本文選擇兩種常見(jiàn)的圖像展示工具作為對(duì)比，其中，一個(gè)是傳統(tǒng)Intel RealSense 系統(tǒng)，另一個(gè)是受眾興趣識(shí)別系統(tǒng)，分別對(duì)系統(tǒng)各種性能指標(biāo)予以檢測(cè)。三個(gè)系統(tǒng)測(cè)試后，可以得到如表1 所示結(jié)果。

表1：三個(gè)展示系統(tǒng)各方面性能比較結(jié)果

通過(guò)表1 的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，在各性能指標(biāo)方面，本文系統(tǒng)均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其中，在展示有效性與穩(wěn)定性方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩種系統(tǒng)；而在頂點(diǎn)與線條重復(fù)率方面，數(shù)值都是0。由此表明，通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)平面設(shè)計(jì)進(jìn)行展示時(shí)，可以得到更加進(jìn)一步對(duì)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)圖像變化頻率模擬度的變化情況予以分析能夠發(fā)現(xiàn)，在各種空間頻率條件當(dāng)中，本系統(tǒng)的模擬度都處于較高的水平，明顯高于另外兩個(gè)系統(tǒng)，由此表明，平面設(shè)計(jì)展示時(shí)，對(duì)各方面因素的抵抗效果更強(qiáng)，有利于防止圖像發(fā)生晃動(dòng)的問(wèn)題。

4 總結(jié)

綜上所述，本文在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了一種平面設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品點(diǎn)位的確定，進(jìn)而利用各種算法公式構(gòu)建出產(chǎn)品的模型，以此將產(chǎn)品圖像清晰、直觀展示出來(lái)，帶給用戶更加良好的視覺(jué)、感覺(jué)體驗(yàn)，有利于提升對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的了解程度，可將其推廣到現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中。