基于增強現實技術的展示系統設計研究

趙宏宇 陳智鋒

摘 要：虛擬現實技術利用計算機圖形學原理與技術將視覺、聽覺、觸覺等多感知融合為一體，是一種能將多種信息交匯、沉浸性很強的技術。本文以基于虛擬現實和增強現實的展示系統構建技術為研究對象，探討了展示系統的系統架構和實現效果，包括系統功能配置、系統總體設計流程、系統內容設計、小地圖及數據庫的設置、系統生成與發布等，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：虛擬現實 展示系統 紋理 功能設置

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0018-02

1 展示系統VR部分的系統架構

1.1 系統功能設置

系統通過設置相應的按鍵控制虛擬人物的行走方向，通過第一人稱攝像機和第三人稱攝像機兩種視角進行自由切換，達到漫游的功能，同時，實現小地圖的位置與三維場景的關聯，用戶可以快速瀏覽虛擬場景的任何角落。

此外，通過加載子網頁，可以顯示三維場景的特定物體的相關信息，豐富系統的信息量。

當信息量比較大時，可以通過數據庫調用所需的物體相對應的文字和圖像信息。

1.2 系統總設計流程圖

根據展示系統實際功能需要，系統按照圖1所示的流程進行構建。

首先，通過3DS MAX軟件進行三維虛擬展廳實物建模。

為了讓場景導入到Virtools中得到逼真的效果，表面紋理貼圖烘焙時應采用高分辨率的圖片，因此紋理貼圖必須進行細節處理，并采用光子圖的方式提高烘焙效率，力求達到理想的效果。

其次，當三維場景模型已經構建完畢時，使用“減面刪面”的方法對場景進行優化處理，精簡3D文件，將其面數控制在合理范圍內。

利用Virtools進行加載子頁面設置，并將最終場景輸出為cmo文件，利用html加載cmo文件，達到網上發布的效果。

1.3 總體內容設計

（1）角色攝像機互動。場景主要通過第一人稱攝像機和第三人稱攝像機兩種方式控制角色（Character）的運動來實現人物場景漫游，用戶可以使用鍵盤來控制人物的移動，然后帶到移動視點。

（2）碰撞檢測。為了使場景符合真實的環境效果，主要通過設置碰撞檢測來解決漫游時出現穿墻、穿透物體等不符合常理的問題。

（3）鍵盤鼠標互動設計。鍵盤互動主要通過給角色添加組件，使用鍵盤指定鍵控制相應的消息，如下、左、右、上4個鍵盤按鍵，控制虛擬人物的行走方向，無信息對應的Animation信息接收信號設為Wait，即人物站在原地不動。

1.4 小地圖及數據庫的設置

小地圖的制作主要利用虛擬角色的X、Z坐標值與世界坐標中心的X、Z值的差值，將其合成二維的平面坐標，利用縮放二維坐標確定虛擬人物的具體位置。

當場景范圍比較大而且可能隨時更新時，主要通過Virtools數據庫實現信息的調用，將物體的文字信息以及圖像信息以數組的形式存放于SQL Server數據庫中；通過使用Grid Path Solver、Pick Data、Add Row檢測物體與角色攝像機是否發生碰撞，調出相應的信息。

1.5 系統生成與發布

通過Virtools做出的漫游系統可以以HTML網頁格式展示，用戶可以隨時隨地了解所需要的信息。需要注意的是，在發布HTML網頁程序時應注意盡量不要使用中文名稱，并且文件路徑也不要有中文，否則會出現網頁的鏈接名為亂碼的現象。若要生成EXE可執行文件，需要加載外掛的插件VirtoolsMakeExe.exe文件和CustomerPlayer.exe文件來實現。

2 紋理映射

紋理通過表現方式可以分為顏色紋理、幾何紋理和過程紋理3種，其中展示廳里面的懸掛畫涉及到的文字、圖案、花紋等為顏色紋理，墻壁、木質框架等表面呈現凹凸不平的細節為幾何紋理。

紋理映射根據空間還分為二維紋理映射和三維紋理映射。本實例中主要采用解析過程迭代函數產生紋理以適用于場景中的木材和大理石紋理，其余的模型均采用優化紋理映射技術來實現紋理的無縫拼接。

3 展示系統的AR部分

AR展示部分三維注冊技術（Registration）采用基于特定標識物的方式，可以建立實景環境的三維信息，確定用戶（或相機）在實景中的三維方位，感知環境的三維信息，從而可將虛擬物體加入到用戶的視野中。

通過獲得實景中更多的三維信息，正確處理虛實物體的遮擋判斷、碰撞檢測、光影關系，最終使得計算機生成的虛擬景物或者系統提示信息和真實場景融合為一體，從而實現對現實的“增強”效果。AR技術讓產品達到三維再現，為用戶提供更豐富有效的信息顯示，增強場景中人機交互的沉浸感，從而帶來更新的虛實交互的體驗。

4 結語

以展示系統的設計作為基本點，利用交互軟件Virtools及其相關的圖像、視頻等技術構建虛擬場景，最終實現角色與場景的交互功能，在此基礎上采用AR技術實現產品的三維再現。

虛擬場景的交互性比較好，沉浸感強，具有所見即所得的效果，但是在數據庫的開發上，還偏向于簡單的文字、圖像信息的存儲和調用上，如何利用數據庫更好地實現查詢、最優路徑等是今后需要解決的重點。

參考文獻

[1] 王興建，葛良全，劉思頌.基于Virtools的高級交互式虛擬現實模型庫的建立[J].中國測試技術，2017（6）：55-59.

[2] 王平勤.基于Virtools的消息控制機制及其應用研究[J].科技創新導報，2013（20）：66-68.