基于Pro E軟件的虛擬人面部建模及渲染研究

曲芳，桑海濤，張宏宇

（1.黑龍江科技大學工程訓練與基礎實驗中心，哈爾濱　150022；2.東北農業大學工程學院，哈爾濱　150030；3.黑龍江科技大學計算機與信息工程學院，哈爾濱　150022；4.哈爾濱鐵路運輸中級法院司法行政裝備管理處，哈爾濱150016）

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基于Pro E軟件的虛擬人面部建模及渲染研究

曲芳1，2，桑海濤3，張宏宇4

（1.黑龍江科技大學工程訓練與基礎實驗中心，哈爾濱150022；2.東北農業大學工程學院，哈爾濱150030；3.黑龍江科技大學計算機與信息工程學院，哈爾濱150022；4.哈爾濱鐵路運輸中級法院司法行政裝備管理處，哈爾濱150016）

摘要：

關鍵詞：

0　引言

Pro E軟件提供了制作高質量圖像的渲染菜單，能使零件或組件裝配后的外觀顯現近乎于照片。利用Pro E軟件的渲染功能，給予各零件色彩及相應的透明度、光照，可使所設計的產品立體分明，更具視覺效果，而不必通過產生樣機或實物模型來展示外觀。該軟件自帶的渲染功能可將產品的模型置于特定的環境，比如室內，可以設置地板、四壁和天花板的背景，并對背景進行預覽、尺寸和位置的調整，也可以在特征或某個表面上設置材質，定義表面顏色、透明度、光照、粗糙度和紋理等。另外，運用貼圖功能在產品和包裝上生成標記和圖案，指定每個圖案的大小、位置和透明度，并指定光線類型、顏色和強度，方便選擇和控制陰影的形式。

試利用Pro E軟件的強大功能，對虛擬人面部真實感的渲染進行研究。針對虛擬人面部的結構，在Pro E軟件中建立臉部三維實體模型，并對虛擬人臉部進行渲染、環境光照影響的模擬，構建虛擬現實的結構環境，直觀形象的實現三維效果。有利于輔助影視動畫快捷設計中展現栩栩如生的人物，節約制作成本。同時，增強三維游戲和虛擬教學中人物的真實感，滿足實時互動的要求，給人們帶來身臨其境的感覺，增強應用的實用性和交互性，具有重要的現實意義［1］。

1　虛擬人面部模型的建立

1.1虛擬人面部結構

通過簡化虛擬人頭像數據，設計虛擬人頭部結構圖如圖1（a）、（b）所示。其中（a）圖為虛擬人面部正視圖，圖（b）為虛擬人面部側視圖。

圖1　虛擬人面部結構圖

1.2虛擬人面部三維模型建立

按照虛擬人面部結構尺寸，在Pro E軟件中利用拉伸、造型、邊界混合、投影等命令，建立簡化的虛擬人面部三維實體模型，如圖2所示。

圖2　虛擬人面部三維模型建立

2　虛擬人面部渲染效果

在Pro E軟件視圖菜單中，選擇模型設置—渲染設置，選取藍色進行面部整體渲染，效果如圖3、圖4所示。再進行房間編輯器設置，選取房間外觀，設置底板位置-0.5，天花板位置3，墻壁位置3，效果如圖5所示。在場景調色板命令下選擇更換場景，效果如圖6所示。

3　結語

利用Pro E軟件進行三維模型的渲染，不完全等同于圖像處理軟件，如：美圖秀秀、人像處理和Adobe Photoshop等軟件中的外觀設計。而是利用計算機來模擬攝影場景工作的一種方式，需要了解專業攝影的概念，包括：平面構圖、房間設置、環境設置、顏色搭配、光的運用和材質特性［2］等，最大限度的降低企業設計成本和生產成本，高效、直觀、無差的模擬現場，進而提高在線生產效率，發揮計算機模擬軟件的實用價值［3-15］。

圖3　虛擬人面部顏色渲染操作步驟　

圖4　虛擬人面部顏色渲染

圖5　設置房間編輯器視圖

圖6　更換場景視圖

參考文獻：

［1］楊蒙召.基于GPU的面部真實感實時渲染研究［D］.黑龍江:哈爾濱工業大學，2013.

［2］郝駿剛，趙娜. Keyshot在機械設計軟件中的應用［J］.電腦開發與應用，2013，26（11）:48-50.

［3］曲芳，孟慶強.基于人機工程學的采煤機械設計研究［J］.機械制造，2013，53（1）:30-32.

［4］曲芳，寧姍，張艷，等.基于ANSYS的輕型礦車車箱優化設計［J］.工業儀表與自動化裝置，2014（3）:19-22.

［5］曲芳，郝帥，張蕊，等.一種礦車車箱的多種輕質設計比較［J］.機械工程師，2014（2）:88-90.

［6］曲芳，李巍.基于ANSYS的土壤分層取樣裝置優化設計研究［J］.機械工程師，2015（8）:10-12.

［7］曲芳，明向蘭.基于回歸分析法的黑龍江省人口預測及應用［J］.工業儀表與自動化裝置，2015（3）: 66-68.

［8］曲芳，馬曉梅，梁志強，等.機器人實踐教學研究初探［J］.機械職業教育，2014（2）:31-33.

［9］曲芳，王紹勝，桑海濤，等.基于3DMAX的T字形工件自動化焊接路徑與程序［J］.黑龍江科技大學學報，2015，25（5）:573-578.

［10］曲芳，頓國強，沈斌，等.基于Multi-Agent協作的井下機器人智能搜救系統［J］.黑龍江科技大學學報，2015，25（4）:440-444.

［11］曲芳，張艷，寧姍，等.纖維增強復合材料在探測機器人主車體上的應用［J］.機械制造，2015，53（605）:33-35.

［12］曲芳，沈斌，頓國強，等.基于響應曲面法井下機器人焊修疲勞試驗研究［J］.煤田地質與勘探，2016，（4）:78-81.

［13］曲芳，沈斌，寧姍，等.產學研結合培養煤礦安全工程專業人才的改革與實踐［J］.價值工程，2016，（7）:21-23.

［14］曲芳，沈斌，岳旭東，等.基于K5示教法的自動化焊接實踐教學改革初探［J］.價值工程，2016，（8）:15-17.

［15］曲芳，羅鳳利.基于卓越工程師培養的焊接實踐課程體系研究［J］.職教通訊，2016，（15）:30-34.

Research on Virtual Human Face Modeling and Rendering Based on Pro E

QU Fang1，2，SANG Hai-tao3，ZHANG Hong yu4
（1. Center of Engineering Training and Basic Experiment，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022；2. Engineering Institute，Northeast Agricultural University，Harbin 150030；3. Computer and Information Engineering Institute，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022；4.Administration of Justice and Administration,Harbin Railway Transportation Intermediate Court,Harbin 150016）

Abstract：

Keywords：

針對虛擬人面部的結構尺寸，在Pro E軟件中建立面部三維實體模型，并對虛擬人面部進行場景式渲染、環境光照影響的模擬，構建虛擬現實的結構環境，直觀形象的體現面部三維實體效果，降低企業設計成本和生產成本，高效、直觀、無差的模擬現場，增強軟件應用的實用性，此舉具有十分重要的現實意義和應用價值。

虛擬人；面部；渲染；Pro E建模

基金項目：

黑龍江省教育廳科學技術研究項目（No.12541710）

文章編號：1007-1423（2016）13-0027-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.007

作者簡介：張宏宇（1976-）男，黑龍江牡丹江人，碩士，研究方向為計算機圖像處理

曲芳（1983-），女，山東蓬萊人，研究生，講師，研究方向為機械設計及理論

桑海濤（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，研究生，副教授，研究方向為傳感器測量與可靠性技術

收稿日期：2016-03-26修稿日期：2016-04-28

Arithmetic coding is the most efficient entropy coding method based on statistical and lossless data compression. It is widely used in image and video compression，and its performance directly determines the efficiency of the algorithm. Analyzes various factors influencing the performance of arithmetic coding，carries on the most critical probability estimation method to the comparative analysis of the experiment，and gives the design probability estimation methods should follow the guidelines，the arithmetic coder further，application has guiding significance.

Virtual Human；Face；Rendering；Modeling with Pro E