虛擬現實技術在工業設計視覺優化中的應用研究

萬鯉菠

摘? 要： 傳統的工業設計中，通常以平面圖展示工業設計，這種展示方法存在一定視覺混亂的問題，難以整體呈現工業設計，為解決這一問題，將虛擬現實技術應用到工業設計視覺優化中。采用NCI匹配算法，匹配工業設計產品，并重建工業產品的點云，以準確對工業產品特征檢測。在此基礎上，應用虛擬現實技術，構建工業設計視覺優化模型，確定模型場景輸出格式以及工業設計的輸出情況，并按照工業設計模型的變化特征進行處理，對模型的全面數據編輯。最后根據虛擬現實技術的技術特征對工業設計視覺優化模型進行針對性優化，以此完成工業設計視覺優化。實驗對比結果表明，此次設計的工業設計視覺優化方法優化后的工業設計清晰度比傳統方法的工業設計視覺清晰度高，大大提高了工業設計視覺的清晰度。

關鍵詞： 工業設計; 視覺優化; 虛擬現實技術; 建立優化模型; 特征檢測; 實驗對比

Abstract： In the traditional industrial design， the industrial design is usually displayed on the floor plan. The virtual reality technology is applied to the visual optimization of industrial design to improve the visual confusion and the overall presentation of the industrial design. The NCI matching algorithm is used to match the industrial design products and reconstruct the point cloud of the industrial products for the accurate feature detection of the industrial products. On this basis， the virtual reality technology is used to construct the visual optimization model of industrial design， determine the output format of the model scene and the output conditions of the industrial design， and the comprehensive data of the model is edited according to the change features of the industrial design model. The industrial design visual optimization model is performed the targeted optimization according to the technical features of virtual reality technology， so as to complete the visual optimization of industrial design. The experimental comparison results show that the designed visual clarity of industrial design optimized by this method is higher than that of the traditional method， which greatly improves the visual clarity of the industrial design.

Keywords： industrial design; visual optimization; virtual reality technology; construct optimization model; feature detection; experimental comparison

0? 引? 言

傳統的工業設計視覺展示中，通常以平面圖作為主要展示載體，視覺清晰度差，交互性與逼真性也較差，導致設計者的實際想法難以得到整體和有效體現[1]。為解決這一問題，文中設計一種基于虛擬現實技術的工業設計視覺優化方法[2]。此次設計方法采用NCI匹配算法，匹配工業設計產品，檢測工業產品特征。利用虛擬現實技術對工業設計模擬，完成工業設計視覺優化[3]。實驗對比結果表明，優化后的工業設計視覺清晰度比傳統方法視覺清晰度高，提高了工業設計的展示效果。

1? 工業產品視覺特征認定

在對工業設計視覺優化之前，對工業產品設計視覺特征進行認定，以提高設計視覺優化效果[4?9]。查看待視覺優化的工業設計，精簡產品網格面數，采用NCI匹配算法，匹配工業設計產品，去除產品中隱藏的物體。NCI匹配算法原理圖如圖1所示。

圖1中，首先給定上視圖中的一個點，在下視圖中根據鄰域相似性尋找匹配點。該鄰域為窗口，其以認證點為中心進行匹配。重建工業產品的點云，給定一個三維點，用歸一化函數代表產品圖像的投影，在工業產品圖像之間進行匹配和特征跟蹤。

設參考平面為[pn，kn]，求NCI的平均值的最大值估計三維點的位置，計算公式如下：

式中：[VP]代表三維點;[D]代表歸一化的相關函數;[F]代表工業產品圖像的子集合。根據上述定義，擴展具有相同可見性的相鄰三維點的中心差值點，得到工業產品的密集點云。然后利用可視化約束，給定工業產品圖像的初始匹配，完成工業產品點云的建立。在此基礎上，選定工業產品特征，假設工業產品圖像函數分別為[fx，y]和[fixi，yi]，相關窗口大小為[2m+n×2m+n]，則[fx，y]和[fixi，yi]的互相關函數定義為：

式中，[na]，[ca]分別代表相似性函數。從上視圖中抽取窗口模板，與下視圖中對應極線上的候選窗口進行NCI計算，最后選出所有候選窗口對應的NCI得分，公式為：

式中：[F]代表候選窗口得分;[Dq]代表圖像的線性參數;[t]為圖像表面的三維數據點;[g]為圖像的NCI得分。對比[F]的得分值，將得分最高的與窗口模板匹配。

在上述完成匹配后，完成工業設計視覺特征的檢測，通過工業設計視覺特征檢測獲取基礎工業設計的信息，為工業設計視覺優化提供基礎[10]。

2? 工業設計視覺特征優化

構建基于虛擬現實技術的工業設計視覺優化模型。在構建過程中，利用虛擬現實技術，簡化模型結構[11?13]。首先準備基于虛擬現實技術的工業設計場景文件，明確工業設計的背景信息、貼圖和動畫等要求，保證工業設計尺寸在三維場景中的觀察需要，減少計算機的運行負載。確定模型場景輸出格式以及工業設計的輸出情況，得到與實際工業設計規格相同的三維場景。在最后的EHF文件中獲取模型的相關資料，對工業設計視覺優化。

利用虛擬現實技術，構建工業設計視覺優化模型，由于整個模型不能符合完整的設計要求，會形成具有不同差異的工業設計圖像模型。因此對其簡化，根據整個模型的工業設計視覺圖像質量情況，保證工業設計的圖像質量，減少模型設計誤差，其具體表達公式為：

式中：[I1，I2]分別代表誤差控制前后的工業產品模型;[1M]代表控制優化的模型參數;[Li]為工業產品圖像質量。

確定優化模型的誤差符合預期標準后，通過虛擬現實技術獲取工業設計的詳細模型參數，并利用虛擬仿真的效果進行全面的數據評價與分析，獲取相應的參數數據。在構建工業設計視覺優化模型后，利用虛擬現實技術中的圖形加速流程對工業設計模型深層次解讀。

在此基礎上，對工業設計進行優化處理，按照工業設計模型的變化特征進行處理，在實現模型信息實時顯示的基礎上，提高工業產品模型展示效果。從虛擬現實技術對模型的全面數據編輯，利用式（5）完成模型加速。

式中：[dM]代表圖像的矢量長度;[x-e]代表工業模型產品內部[x]點到[e]點的距離參數;[min]為優化參數。根據工業設計的關鍵點設定方向參數，增強匹配的魯棒性，根據虛擬現實技術的技術特征對視覺優化模型進行針對性的判斷，以保證工業設計視覺優化效果達到預期目標[14?15]。

3? 實驗對比

3.1? 實驗環境

實驗環境主要包括Aiamond三維Fire GL顯卡，其使用256位圖形掃描器;硬盤選用SCSL硬盤，內存為256 GB;大容量外置存儲設備;ADSL寬帶網絡調制解調器等。具體的實驗環境如圖2所示。

圖中，硬件主要接收相關的工業視覺信息;輸入輸出設備目的是通過視覺、聽覺和觸覺等方式與虛擬環境實現信息的交互作用，主要包括顯示器、操縱桿和數據手套等，與虛擬環境建立聯系;數據接口與被測試機器相連，實時查看實驗數據。

實驗中，選取簡單的工業設計、稍難的工業設計和復雜的工業設計各20個，分別采用傳統方法和本文設計方法對比。

3.2? 實驗結論

對比兩種工業設計視覺清晰度，清晰度最高為100%，清晰度越高，代表工業設計優化效果越好。實驗對比結果如表1所示。

由表1可知，傳統的方法在簡單的工業設計中，清晰度較高，而對于稍難和復雜的工業設計視覺清晰度較差，不能展示出更多的工業設計。本文方法在簡單的工業設計上的清晰度較高，對于稍難和復雜的工業設計上，工業設計視覺清晰度沒有降低，仍然能夠展示較多的工業設計信息。說明此次應用虛擬現實技術設計的工業設計視覺優化方法，能夠按照工業設計的變化特征進行顯示與處理，呈現出更加清晰的工業設計效果。

4? 結? 語

此次設計的工業設計視覺優化方法比傳統方法的工業設計視覺清晰度更高，能夠提高工業設計視覺清晰度，可為工業設計提供一定的幫助，有助于推動工業設計的發展。

參考文獻

[1] 姜曉波，凃康瑋.虛擬現實環境下的工業造型設計復雜問題求解優化[J].現代電子技術，2019，42（9）：155?157.

[2] 郭瑋.三維激光虛擬現實技術在古建筑破損重建中的應用[J].激光雜志，2018，39（12）：102?105.

[3] 胡郁，吳麗萍.基于特征提取的虛擬現實中全景圖像生成算法[J].科學技術與工程，2017，17（32）：285?289.

[4] 易琳，賈瑞雙，劉然，等.虛擬現實環境中視覺誘導暈動癥的評估指標[J].航天醫學與醫學工程，2018，31（4）：437?445.

[5] 李婷婷，王相海.基于AR?VR混合技術的博物館展覽互動應用研究[J].計算機工程與應用，2017，53（22）：185?189.

[6] 王慶月.基于CAVE的虛擬現實關鍵技術研究[J].現代電子技術，2017，40（1）：140?144.

[7] 李榕玲，張悅.基于VR技術的家居陳列方法研究[J].現代電子技術，2017，40（22）：95?97.

[8] 姬莉霞，劉成明.基于虛擬現實技術的模糊靜態圖像目標重現方法[J].計算機科學，2018，45（7）：248?251.

[9] 張景璐，趙妍，沈冰夏.三維激光技術在VR建模中高精度速度模擬研究[J].激光雜志，2017，38（7）：159?162.

[10] 佟喆.基于視覺表達的工業設計合理性評估方法研究[J].現代電子技術，2017，40（14）：154?157.

[11] 唐幫備，郭鋼，夏進軍.基于用戶視/觸覺體驗的工業設計材質測評方法研究[J].機械工程學報，2017，53（3）：162?172.

[12] 翟志強，朱忠祥，杜岳峰，等.基于虛擬現實的拖拉機雙目視覺導航試驗[J].農業工程學報，2017，33（23）：56?65.

[13] 夏振平，胡伏原，程成，等.基于視覺空間定向理論的虛擬現實空間重構[J].液晶與顯示，2019，34（2）：215?219.

[14] 張慧敏，陳啟祥.工業設計加工產品零件視角精度優化控制[J].計算機仿真，2018，35（1）：197?200.

[15] 胡郁，吳麗萍.基于特征提取的虛擬現實中全景圖像生成算法[J].科學技術與工程，2017，17（32）：285?289.