基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿真設計與實現

袁媚

摘 要： 為了增強便攜式3C產品企業的競爭力，需研究一種有效的外觀設計技術。傳統方法通過設置產品各組件的外觀屬性對便攜式3C產品外觀進行設計，設計結果不直觀，不能有效展現所設計便攜式3C產品的外觀。為此，設計一種基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿真設計系統，分析系統的總體結構，通過輸入模塊對用戶發出的命令進行接收和檢測，輸入模塊將接收到的命令發送至圖像處理模塊，通過將軟件代碼植入芯片中實現便攜式3C產品外觀的仿真設計，將設計結果發送至NOR FLASH存儲電路暫存，將最終設計完成的結果傳輸至VGA顯示模塊進行顯示。軟件設計中，采用三維虛擬現實技術實現便攜式3C產品外觀設計。實驗結果表明，所設計系統外觀設計效果較佳，且效率很高。

關鍵詞： 三維虛擬現實技術； 便攜式3C產品； 外觀仿真設計； 總體結構分析

中圖分類號： TN911?34； TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）22?0085?04

0 引 言

便攜式3C產品通常指的是電腦、平板電腦、移動電話、數碼相機、電視機、隨身聽、電子辭典或數字音頻播放器等[1?2]。近年來，隨著電子商務的逐漸發展和廣泛應用，全球化市場逐漸形成，便攜式3C產品品種多、個性化的外觀設計趨勢愈加明顯，所有企業均面臨著實時變化與無法預測的市場競爭[3?4]。因此，3C產品外觀的設計具有重要意義，能夠使企業更好地滿足客戶需求的個性化與多樣性[5]。

目前，有關便攜式3C產品外觀仿真設計的研究有很多，相關研究也取得了一定的成果。其中，文獻[6]對3C產品外觀的仿真設計是由特征部件的外觀設計整合形成的，將便攜式3C產品整體造型的外觀依據功能的不同進行劃分，通過CADI技術將各功能單元排列組合，從而達到便攜式3C產品外觀設計的多樣化，同時對各外觀設計造型進行評價，最終獲取符合用戶需求的設計方案，但該方法實現過程復雜，不適用于實際應用中。文獻[7]以便攜式3C產品外觀設計的效率為目的，從知識重用的角度對便攜式3C產品外觀設計中的知識進行劃分，從而得到設計師設計過程知識和用戶需求知識等，在UG平臺上塑造便攜式3C產品知識重用原型系統，高效形成外觀設計方案，但該方法主要依據先驗知識實現，得到的結果很難滿足用戶需求。文獻[8]提出一種基于Java技術的便攜式3C產品外觀設計方法，在JDK1.5中引入可切換皮膚的外觀（Synth），Synth能夠使開發人員無需編寫代碼即可設計新的便攜式3C產品的外觀。將外觀設計在XML文件中實現，令外觀設計和程序代碼“分隔”開，有效提高了設計效率，但該方法所需成本較高，資源浪費較多。文獻[9]對便攜式3C產品的外觀風格和形態進行分析，研究了便攜式3C產品造型風格的產生及構成，總結了便攜式3C產品外觀設計方法，提出外觀設計模型，實現外觀仿真設計，但該方法所需時間較長、效率低下。

針對上述方法的弊端，設計了一種基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿真設計系統，分析了系統的總體結構。軟件設計中，采用三維虛擬現實技術實現便攜式3C產品外觀設計。實驗結果表明，所設計系統外觀設計效果較佳，且效率很高。

1 基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿

真設計與實現

1.1 便攜式3C產品外觀設計系統總體結構圖

本文系統的總體結構圖如圖1所示，其主要由輸入模塊、三維虛擬圖像處理板、NOR FLASH存儲電路和VGA顯示模塊構成。

通過輸入模塊將用戶的命令和需求進行接收，并傳輸至三維虛擬圖像處理板中進行處理，將處理結果發送至NOR FLASH存儲電路中進行暫存，通過三維虛擬圖像處理板DSP的接口提供的和NOR FLASH存儲電路的無縫接口讀取處理后的信息，通過軟件程序實現便攜式3C產品外觀仿真設計，將最終設計完成的結果傳輸至VGA顯示模塊進行顯示。

1.2 差分發送端設計

輸入模塊為三維虛擬現實系統的輸入接口，通過輸入模塊對用戶發出的命令進行接收和檢測，輸入模塊將接收到的命令發送至圖像處理模塊。輸入模塊的核心芯片采用Intersil公司生產的ELS171芯片，其是一種通過雙絞線接收和傳輸的芯片，電路圖如圖2所示。

圖2中，R1主要用于阻抗匹配，雙絞線傳輸的用戶命令信號存在衰減現象，需通過R1對其進行調整，同時在接收命令與傳輸命令的整個過程中均需進行頻率加權補償，該補償可通過在輸出信號線上串接2個電阻R6，R7實現，R6，R7通常在5～50 Ω范圍內取值。

1.3 三維虛擬圖像處理板

三維虛擬圖像處理板是整個硬件結構的核心，三維虛擬圖像處理板接收從輸入模塊發送來的用戶命令后，通過將第2節分析的軟件代碼植入芯片中實現便攜式3C產品外觀的仿真設計。三維虛擬圖像處理板采用TI公司生產的TMS320C6202B?300芯片，其原理圖如圖3所示。

圖3中，TMS320C6202B?300芯片的內部結構和通常的DSP芯片不同，其內部集成有2個乘法器與6個算術運算單元，可同時對8條32 b用戶命令進行處理。將經處理后的結果保存至內存儲器，通過4個DMA接口和2個多通道緩存串口將處理結果發送至顯示模塊進行顯示。

1.4 NOR FLASH存儲電路

NOR FLASH存儲電路選用2片Intel公司的E28F128J3A FLASH，其采用0.25 μm工藝的3 V電壓邏輯存儲芯片對相關數據進行存儲。NOR FLASH存儲電路如圖4所示。

圖4 中的NOR FLASH存儲電路共包含兩片E28F128J3A，其數據線是DQ0～DQ15組成的32位數據總線，和PXA255的32位數據總線一樣，地址線是A0～A23共24位，和PXA255的SA?AZ至SA?A24相連。由于E28F128J3A是16位數據總線，所以其A0地址無需接地。PXA255的SA PWR?EN和RP腳相連，如果SA PWR?EN較高，則進入省電模式。

1.5 VGA顯示模塊

VGA就是顯示繪圖陣列，其是IBM公司發布的顯示器分辨率規范。所設計系統選用的為VGA接口的LCD顯示器SM501，其自帶VGA接口，能夠直接和模擬顯示器連接在一起，其VGA顯示原理圖如圖5所示。

圖5中，SM501的模擬RGB顯示模塊采用24位DAC（RGBS：8：8）對模擬RGB接口進行連接，上述DAC的運行頻率能夠達到200 MHz，最高可顯示1 280×1 240的分辨率，這是一般芯片無法達到的效果。

2 軟件設計

軟件設計中，采用三維虛擬現實技術實現便攜式3C產品外觀設計，下面對各實現步驟的詳細實現過程進行分析。

2.1 便攜式3C產品擬合特征輪廓線

便攜式3C產品的特征輪廓線選用Bezier曲線，利用樣板的正側面投影線擬合形成，輪廓線形成的部分代碼如下：

2.2 基于深度的便攜式3C產品外觀放縮變形

與側面投影相應的是3C產品全景深度圖像的中間軸，深度圖像重點各行以一定的比例發生改變，該比例為需輪廓線和原輪廓線中離散點的高度之比。基于深度的便攜式3C產品外觀放縮變形的部分實現代碼如下：

.4 便攜式3C產品外觀加載顯示

產生新的三維模型后，為了使客戶能夠立即看到三維效果，系統需實時加載新的三維場景，對便攜式3C產品的外觀設計進行顯示。下面是瀏覽器加載一個三維場景的部分代碼：

3 實驗結果分析

為了驗證本文設計的基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿真設計系統的有效性，需要進行相關的實驗分析。實驗將Synth系統作為對比，在表1描述的實驗背景下進行分析。

分析圖7可以看出，采用本文系統對平板電腦的外觀進行設計，所需的時間明顯低于Synth系統，且本文系統的時間曲線更加平穩，說明本文系統具有較高的設計效率。分別采用本文系統和Synth系統對平板電腦的外觀進行設計，得到的設計結果分別如圖8、圖9所示。

由圖8、圖9可知，采用本文系統對平板電腦設計的效果明顯優于Synth系統，說明本文方法有很高的性能。

4 結 論

本文設計了一種基于三維虛擬現實的便攜式3C產品外觀仿真設計系統，分析了系統的總體結構，通過輸入模塊對用戶發出的命令進行接收和檢測，輸入模塊將接收到的命令發送至圖像處理模塊，通過將軟件代碼植入芯片中實現便攜式3C產品外觀的仿真設計，將設計結果發送至NOR FLASH存儲電路暫存，將最終設計完成的結果傳輸至VGA顯示模塊進行顯示。軟件設計中，采用三維虛擬現實技術實現便攜式3C產品外觀設計。實驗結果表明，所設計系統外觀設計效果較佳，且效率很高。

參考文獻

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