基于虛擬現實技術的三維家具虛擬展示系統設計

袁 霞 朱思進

(廣東省中山市港口理工學校 廣東中山 528447)

1980年，美國VPL公司創造人拉尼爾提出“虛擬現實”的概念，之后VR技術引起國內外相關人士的關注[1]。VR技術包括計算機圖形、人工智能等內容，在軍事、工業與教育領域已取得應用，且成果突出。近幾年，隨著計算機技術與仿真技術的發展，VR技術在家具市場推廣中引入。由于虛擬現實技術的特點，學生利用該技術與三維教學虛擬展示系統學習時存在各種各樣的問題。由此，重視對三維家具虛擬展示系統的設計十分必要，各中高職院校教師應加以注意。

一、虛擬現實技術概述

所謂虛擬現實技術就是VR技術，它是借助計算機的功能，將現實世界在虛擬環境下再現。它集合了仿真技術、傳感技術等內容，具備“3I”特性，具體為沉浸性、交互性及構想性[2]。其中，沉浸性是主要特征，可以使教師利用虛擬技術沉浸式的特點，讓學生沉浸在虛擬世界，并參與其中的各種家具展示活動。學生在沉浸的過程中可發揮自身的主觀能動性，與虛擬環境進行共鳴，并成為其中的一部分；交互性起到幫助的作用，可以讓學生與虛擬環境中的對象實現交互。比如，在家具實物效果展示中，可通過傳感器對虛擬環境中的家具擺設進行設計，讓學生真正感知到家具的每一個細節；構想性可給學生提供廣闊的想象空間，將構建的虛擬場景與三維家具虛擬擺放于房間中，讓學生隨意構想不存在的空間，甚至在現實中不可能存在的，以實現空間個性裝飾及多種家具的隨意擺放。

二、基于虛擬現實技術的三維家具虛擬展示系統設計

三維家具虛擬展示系統設計呈現非沉浸式的特點。這種設計依據的原理是根據家具展示需要，通過三維建模軟件進行家具庫、配飾庫及空間庫的展示，并以虛擬現實技術條件的運用后導入虛擬現實制作軟件中，以此實現交互，之后以多媒體信息整合的方式輸出并利用。對于維家具虛擬展示系統設計，主要包括兩部分，即模型庫的設計與應用程序設計。具體的設計原理與實現環節如圖1所示。

圖1 三維家具虛擬展示設計環節圖

對三維家具虛擬展示系統在教學中應用，基于虛擬現實技術的特點，其在教學中該應用有明顯的優勢，在教師的引導下，學生通過虛擬軟件的應用，提高自身對軟件的應用能力。在該系統設計中，學生可以克服傳統系統以圖片展示家具與真實感不強的問題。在具體設計過程中，教師要求學生根據設計圖紙制作要求，結合家具的特色展示家具模型，并設計創建展示空間完成所需配件的三維建模制作，設計好之后進行紋理制作。在這個過程中，需要將真實物體的圖片附貼在實體模型上，體現逼真效果。之后根據設計要求制作動畫，待完成模型制作與動畫設置后，處理最終音樂效果、文字格式等多媒體元素的制作，然后輸出完成。對于此設計具體的教學情況如下。

（一）三維建模設計

該系統中虛擬三維建模創作比較復雜，對其教學設計，教師利用其優勢，學生利用計算機技將表現自然的過程以藝術的語言進行表現[3]。學生在建模這個過程中，根據教師的要求與提示，對家具各部件需要分解細致，且有創造性、選擇性地對現實進行模擬。如圖2所示，三維建模技術可展現產品的細節。對三維家具虛擬展示空間的相關設計，需要注意把控細節刻畫能力，完美呈現家具整體三維造型。此外，在建模時，學生需要考慮不同家具需要采取不同的建模方式而呈現的優勢與劣勢。在三維建模過程中注意對虛擬場景中家具外形特征的準確把控，避免設計效果差異性較大的問題。還要注意家具外形特征的布線是否對材質燈光的表現更有利，并且，在建模時為了符合家具風格，需要注意展示空間的分割與搭配事物風格的設計要統一，更好地突出家具的造型特點，克服傳統以圖片展示為主的不足。對三維家具虛擬展示，其中所選用的建模作品相當于一個造型藝術作用，只有合理搭配才能淋漓盡致地表現家具要展示的藝術空間。

圖2 家具細節在三維建模技術中的展示

（二）家具紋理貼圖設計

為了增加模型的質感，在三維家具虛擬展示場景中進行貼圖紋理，使模型的造型表現得更完善。對貼圖的展現在三維家具虛擬展示中，主要有環境與配飾物體及產品自身。學生在設計家具紋理貼圖時，以往設計比較復雜，且設計成果不符合需求與現實，而借助該軟件學習，學生可以達到客觀、準確且真實地再現標準，在設計中為了效果展示不會隨意對其基本屬性進行更改，避免設計失真而使參觀者對虛擬展示的家具產生不信任。對家具貼圖的選擇，盡量選用高清數碼照片，并用Photoshop軟件簡單修改。在此過程中，學生要針對性地選擇與完善，使其達到所要展現的紋理圖片要求。將修繕后的圖片經加載制作成紋理，待設置好坐標后根據要求將紋理貼在幾何物體上。

（三）實時陰影效果設計

三維家具虛擬展示系統設計，陰影效果的處理得當可襯托出畫面上景物的遠近與相對方位，整個展示場景畫面的層次感與立體感展現而得到逼真的圖像[4]。對展示環境里陰影效果設計，就是對光影的處理。其可作為傳達情感與創造氣氛的重要手段，對虛擬場景中光照陰影處理，學生需要根據現實生活中燈光效果設計為基礎，注意恰當處理造型角度。在電腦三維設計軟件中，學生通過觀看教師演練內容，學生在設計時在模擬過程中經過觀察與選擇，根據需求自由操控對現實生活中照明效果模擬，以此增強三維家具虛擬展示效果。

（四）虛擬交互設計

三維家具虛擬展示設計完成后，此時虛擬展示的重點就是交互設計。交互設計是規劃與描述事物（家具）的一種方式，作為描述與傳達該行為的最有效的形式[5]。虛擬互動藝術是虛擬現實展示設計，其與其他展示形式有一定的區別，是最具有魅力的藝術形式。

在虛擬家具展示空間內，學生在觀看家具三維效果的過程中可以任意查看虛擬家具顏色、紋理及相關材質信息，通過交互獲得產品的其他信息。比如，家具使用保養信息的視頻、特定用戶型家具搭配圖片的參考等。對虛擬交互的設計，無論怎么設計都需要遵循兩點：其一是必須要符合易用性特點；其二是要求學生注重家具用戶體驗性[6]。其中，交互設計中易用性方面以家具參觀者的興趣、行為方式等為基礎，以滿足其以使用為目的的設計，不是設計師主觀意愿的表現。設計出的交互頁面合理易學，并且使用率較高。在虛擬家具展示中交互設計包括的內容有許多，比如虛擬場景中產品的移動、縮放等，還有行為設計、人機交互設計。經鼠標出發、動畫設計等內容的展示，將三維家具虛擬場景賦予新的生命。

根據以上設計內容，在教師的演示下，學生基于虛擬現實技術對三維家具虛擬展示系統進行設計，在此次設計過程中，學生采取自行設計與小組合作設計，根據某系列家具設計其三維虛擬展示情況，先讓學生對自己展示的作品進行自評，然后小組間互評，最后由教師點評，共同商討選出最優秀的作品。通過評價學生設計成果，學生認識到此次學習中存在的不足，經觀看比自身優秀的作品，了解到三維家具虛擬展示系統如何設計更好。

三、結束語

綜上所述，本文基于虛擬現實技術的三維家具虛擬展示系統設計的分析，了解虛擬技術的內容與家具關系，對三維家具虛擬展示系統設計，符合時代需求，其給我們帶來的不僅是藝術視覺效果上的革命，還打破了傳統家具展示傳播觀念。對學生三維家具虛擬展示系統設計教學，該優勢明顯突出，可達到較好的教學效果，提升學生的實踐能力。