基于虛擬現(xiàn)實技術的平面設計展示系統(tǒng)研究

倪玉鳳

（德州職業(yè)技術學院 山東省德州市 253000）

現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)時，通常需要設計出相應的平面設計方案，用于對產(chǎn)品性能分析與市場推廣等工作，也就是說，平面設計方案的好壞，直接關系到產(chǎn)品研發(fā)、銷售效果。針對這一情況，現(xiàn)代設計領域逐漸對平面設計展示系統(tǒng)進行應用，在這一系統(tǒng)的帶動下，大大提升了平面設計效果，有利于企業(yè)開發(fā)出更加符合市場需求的產(chǎn)品。但需要注意的是，現(xiàn)有平面設計展示系統(tǒng)依然存在一些缺陷，如在設計過程中，為了獲取各種圖像單符號，需要反復對各菜單進行切換，操作非常復雜，且得到的圖像效果差，很難直觀展示出設計人員的真正意圖，因而現(xiàn)代設計領域急需一種更加良好的平面設計展示系統(tǒng)。

這一背景下，我國相關人員對此產(chǎn)生了高度重視，并開發(fā)出了一些新型的設計展示系統(tǒng)，如劉錦康（2021）等人研究中，以WebML 建模技術為依托，通過適當?shù)馗倪M后，開發(fā)出一種用于購物網(wǎng)站展示系統(tǒng)[1]。王惠杰（2022）等人開發(fā)出了一種由三層構架組合而成的大屏幕展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有三大模塊構成，分別為：圖表展示、空間信息展示、聯(lián)動瀏覽，通過這些模塊共同配合下，可清晰、直觀的將空間污染信息展示出來[2]。莫小香（2021）等人以GIS 技術為依托，開發(fā)出一種農(nóng)業(yè)科技園“一張圖”綜合展示系統(tǒng)，其中共包括5 個層級，由上至下分別為應用層、服務平臺層、數(shù)據(jù)資源層、資源池層、基礎設施層等[3]。正是這些展示系統(tǒng)的出現(xiàn)，為現(xiàn)代平面設計展示提供了支持。但需要注意的是，這些系統(tǒng)也存在一些缺陷，如應用范圍有限等。所以，還需要開發(fā)出一種專門針對于平面設計展示的系統(tǒng)。

基于此，本文以“基于虛擬現(xiàn)實技術的平面設計展示系統(tǒng)”為題進行了研究，以提出一種更加良好的平面設計展示系統(tǒng)開發(fā)方案。

1 需求分析

1.1 交互性

虛擬現(xiàn)實是現(xiàn)代計算機領域較為先進的技術手段，具有明顯的交互性特征，以此為基礎開發(fā)平面設計展示系統(tǒng)時，應將該特性融合到系統(tǒng)當中，以提升系統(tǒng)的應用效果。以往很長一段時間內(nèi)，平面產(chǎn)品設計時，一般是利用圖片、動畫等形式進行展示，受眾與產(chǎn)品交互時，僅停留在視覺層面，雖然可對產(chǎn)品具有一定了解，但很難掌握受眾的實際需求。所以，為了更好地將產(chǎn)品展示出來，設計人員應通過系統(tǒng)的功能調(diào)入三維虛擬場景的參數(shù)，以構建出產(chǎn)品的三維圖像，提升整個產(chǎn)品展示的直觀性。以汽車產(chǎn)品為例，傳統(tǒng)展示時，以平面設計圖為主，而將其轉變成三維圖像模型后，觀眾可通過屏幕的點擊與滑動，移動模型的方向、調(diào)節(jié)模型的大小等，使得受眾能夠與產(chǎn)品更好的交互，提升平面設計展示效果。與此同時，對于這些控制功能來說，應通過系統(tǒng)編碼予以限值，以防止受眾將展示系統(tǒng)看作“玩具”，提升系統(tǒng)的交互作用[4]。此外，相對于傳統(tǒng)海報交互來說，展示系統(tǒng)不僅處于同一平面內(nèi)，更是能夠提取出一幅畫面、一段文字，或是構建出相應的虛擬構建，以帶給受眾更加良好的視覺、感官體驗。

1.2 共享性

所謂的共享性，指的是數(shù)據(jù)能夠在整個系統(tǒng)內(nèi)順暢傳輸，不論是設計人員還是受眾，均可獲取產(chǎn)品的相關數(shù)據(jù)信息，有利于各方面人員對產(chǎn)品的了解程度。在產(chǎn)品平面設計時，設計人員將產(chǎn)品功能、性能等信息錄入到系統(tǒng)內(nèi)，由邏輯層對這些信息予以分析，并根據(jù)分析結果，確定出相應的參數(shù)，或是設計人員根據(jù)線下設計成果，直接錄入初步設計參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)自動構建出產(chǎn)品三維模型。與此同時，系統(tǒng)還會將錄入信息或運算參數(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，用戶通過按鍵等設備的操作，提取出系統(tǒng)中存儲的數(shù)據(jù)信息，以掌握產(chǎn)品具體的數(shù)據(jù)情況。

1.3 真實性

平面設計展示系統(tǒng)開發(fā)時，真實性是其核心功能需求之一，相對于傳統(tǒng)三維模型來說，平面設計產(chǎn)品無法將所有信息直觀展示出來，因而人員想要全面獲取產(chǎn)品的信息，提升產(chǎn)品設計圖像的視覺與感官效果的真實性。VRML場景創(chuàng)建時，通過Java與VRML系統(tǒng)共同作用下，對相關信息進行接收，獲取對方的訪問需求，即利用場景的不斷調(diào)節(jié)，將信息傳輸給對應目標，以動態(tài)對整個平面設計產(chǎn)品進行調(diào)控。以此提升平面設計展示的真實感，同時還有利于平面設計的進一步拓展，不到那豐富產(chǎn)品設計內(nèi)容，為后續(xù)產(chǎn)品制造、銷售提供支持[5]。

2 基于虛擬現(xiàn)實技術的平面設計展示系統(tǒng)設計

2.1 總體設計

本系統(tǒng)開發(fā)時，在開發(fā)平臺方面，采用的是MyEclipse7.5+JDK1.6 系統(tǒng)，其中，Ecliose 是開發(fā)工具，用于系統(tǒng)各功能的開發(fā)，JDK1.6.0_09 是開發(fā)工具包，用于系統(tǒng)的調(diào)試及其他操作；在數(shù)據(jù)庫方面，采用的是SQL 系列數(shù)據(jù)庫，用于對數(shù)據(jù)的存儲；在開發(fā)語言方面，采用了多種不同類型語言，如Java 語言、CSS 語言、Java3D 語言等，用于對系統(tǒng)控制程序的編制；在系統(tǒng)服務器方面，采用的是Tomcat5.5.20，用于對數(shù)據(jù)的處理、分析出、存儲與控制等；在系統(tǒng)框架方面，采用的是B/S 框架結構，具體如圖1 所示。

圖1：基于虛擬現(xiàn)實技術的平面設計展示系統(tǒng)框架圖

本系統(tǒng)框架當中，共由三層構成，由上至下分別為：

（1）用戶層，用于用戶的操作，不僅包含一個操作界面，而且還設置了各種功能，如用戶管理、模型構建、平面設計及全景展示等。該層主要為Web 瀏覽器，其核心為協(xié)議。

（2）邏輯層，是整個系統(tǒng)最主要的一部分，可將用戶層與數(shù)據(jù)層連接到一起，接收到用戶的操作指令后，會予以適當分析，并根據(jù)分析結果，于數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取相應的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)轉換后，傳輸給用戶層，以控制系統(tǒng)完成整個操作。

（3）數(shù)據(jù)層。用于數(shù)據(jù)的存儲、管理與更新，為用戶操作提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 平面設計展示系統(tǒng)開發(fā)流程

本系統(tǒng)開發(fā)時，以SOL 數(shù)據(jù)庫為基礎，將平面設計模塊、全景展示模塊與虛擬交互模塊相結合，以此構建出性能良好，且功能健全的平面設計展示平臺。該平臺內(nèi)，虛擬交互是關鍵功能，用于人員與平臺間信息的交互。具體來說，該系統(tǒng)開發(fā)流程見圖2。

圖2：平面設計展示系統(tǒng)開發(fā)流程圖

通過圖2 的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對平面設計展示時，先通過相應的定位算法，結合設計方案的具體內(nèi)容，確定出產(chǎn)品各個點在虛擬空間中的所處位置。同時，在虛擬現(xiàn)實場景當中，包含了一個定位算法區(qū)設置裝置，用于對場景內(nèi)各個方面具體情況的展示，以此提升展示圖像的真實感，賦予整個界面更加良好的沉浸感。在獲得定位結果后，設計人員將相關的圖片導出，并利用無縫拼接技術，構建出數(shù)字化虛擬展廳，其具備良好的展示功能，利用低配置手段，即可在多個角度展示出產(chǎn)品的具體情況。產(chǎn)品設計展示過程中，虛擬現(xiàn)實為核心技術手段，在該技術的作用下，用戶可根據(jù)自身的觀察需求，隨意對展廳予以切換，使得展廳顯示出不同角度的產(chǎn)品圖像，或是對圖像擴大、縮小處理，用于產(chǎn)品細節(jié)與整體的圖像的調(diào)節(jié)；通過鼠標的操控，可選擇不同的觀察位置；以VR 眼鏡等設備為工具，為用戶創(chuàng)建處于一個沉浸式的虛擬場景，以加深永華的觀察體驗等。

2.3 三維虛擬建模

在平面設計展示的過程中，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品具體情況，分析出模型關鍵點的具體位置，之后以這些點位為基礎，逐漸完成產(chǎn)品模型構建工作。首先，在刺痛內(nèi)，構建出一個四元組H（αi，βi，ξi，δi），同時，于數(shù)據(jù)層當中，將H（αi，βi，ξi，δi）傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫內(nèi)，其中，α 表示平面設計的具體信息；β 表示設計的空間位置狀態(tài)；ξ表示平面設計的拓撲信息；表示產(chǎn)品設計的特征值。之后，分別將各方面數(shù)據(jù)代入到H（αi，βi，ξi，δi）當中，以此推算出平面設計的綜合信息，記作Vi，此外，為了提升數(shù)據(jù)的準確性，還用設置出相應的約束條件，記作Bi，由此，即可得到平面設計的基礎模型，構建流程為：

（1）在系統(tǒng)當中，分別錄入數(shù)據(jù)H（αi，βi，ξi，δi）；

（2）在系統(tǒng)內(nèi)相應模塊的作用下，自動對αi進行識別，同時，對Vi具體情況予以判定。若Vi處于Bi之內(nèi)，說明信息是單筆畫，可作為最終的導出結果，若超過Bi條件，則跳轉到下一環(huán)節(jié)；

（3）在約束條件內(nèi)，對設計方案予以分析：

（4）在已有模型內(nèi)，如果包含了Vm，則將其傳輸?shù)皆撃Ｐ蛢?nèi)，若不包含Vm，則自動跳轉到第一個環(huán)節(jié)，再次導入數(shù)據(jù)。

整個流程當中，環(huán)節(jié)（2）是最為重要的一個環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)進行得好壞，直接關系到整個模型的構建效果。通過該環(huán)節(jié)的識別，可確定數(shù)據(jù)的單雙筆畫特性，并以此為基礎，判斷數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。若為單筆畫，則直接將其導出，作為設計的做種結果；若為雙筆畫，則應在約束條件范圍內(nèi)，繼續(xù)計算Bm的結果，直到火堆最佳的結果，并構建出合理的三維模型Vm為止。

2.4 平面設計展示定位算法

在虛擬平面設計展示平臺當中，安裝一個信號發(fā)射器，根據(jù)用戶錄入的控制指令，發(fā)射器產(chǎn)生相應信號，并發(fā)送到接收器，以此完成平面設計定位操作。定位過程中，先要確定出場景內(nèi)部兩裝置間的距離，具體為：

其中，L 為兩裝置間的距離；T 為發(fā)射器信號發(fā)送時間；T0為接收器獲得信號的時間；v 為虛擬場所中，信號的傳輸速率。

對于單獨信號來說，應設置較短的發(fā)射器與接收器距離，若距離過程，則會嚴重影響信號傳輸質(zhì)量，不利于整個系統(tǒng)運行[6]。所以，為了提升系統(tǒng)運行效率，本研究當中，假設發(fā)射器運行時，可同時發(fā)出2 個信號，這時，在接收器端，將會出現(xiàn)一定的時間差，具體計算公式為：

其中，L/為兩設備間的距離；T0為在發(fā)射器段，第一個信號發(fā)出的具體時間；T1為在發(fā)射器段，第二個信號發(fā)出的具體時間；v 表示在虛擬場所當中，第一個信號的傳輸速率；v/為在虛擬場所當中，第二個信號的傳輸速率。利用上述公式的計算，即可獲得較為精確的點位數(shù)據(jù)。

2.5 平面設計展示的實現(xiàn)

本系統(tǒng)當中，以虛擬現(xiàn)實技術為依托，用于直觀展示產(chǎn)品平面設計情況，并促使音頻和圖像的融合，以帶給受眾更加良好的視覺感受。這一功能的實現(xiàn)，主要采用的運算公式為：

其中，ux為定位圖片每行的幀數(shù)；uy為定位圖片每列的幀數(shù)；ω 為聯(lián)動識別系數(shù)；G1為三維場景音效值，用于圖像聲音的配置。在對比平面設計展示測查的作用下，可推導出視覺色彩情況，具體運算公式為：

其中，M 為展示界面中不同層面色差的分割閾值；Krp為色差使用的變化率；xr為初始顏色的識別率；xrp/為搭配顏色的識別率。

由此即可將產(chǎn)品設計內(nèi)容展示出來，具體實現(xiàn)方程為：

其中，Q 為在像素x 的方向上，設計內(nèi)容的視覺展示值；f(x)為在展示域當中，設計內(nèi)容的視覺色澤分布值；H(x)為音頻融合率，在系統(tǒng)內(nèi)部圖像轉換時，對應的音頻也會一同改變，以使音頻與圖像保持匹配。

3 測試分析

3.1 展示功能測試結果

為了判斷上述系統(tǒng)展示功能的好壞，本研究當中，按照上述設計方案，初步搭建了平面設計展示系統(tǒng)，并以此為基礎，選擇某保健品外包裝最為測試對象，對該系統(tǒng)展示功能進行了測試。該產(chǎn)品形狀為長方體，表面由各種圖案與文字構成。之后以此為基礎，通過本文設計出來的系統(tǒng)，對該產(chǎn)品進行設計與展示，從而得到新的圖像。通過對兩個圖像的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，相對于產(chǎn)品的真實圖像來說，本系統(tǒng)展示出來的圖像具有較高的清晰圖，可準確觀察到產(chǎn)品外表的團與文字，使得用戶可準確了解該產(chǎn)品的作用、功能與特點等。由此表明，該系統(tǒng)符合圖像展示功能的要求。

3.2 性能參數(shù)測試

為了進一步了解該系統(tǒng)的應用效果，本文選擇兩種常見的圖像展示工具作為對比，其中，一個是傳統(tǒng)Intel RealSense 系統(tǒng)，另一個是受眾興趣識別系統(tǒng)，分別對系統(tǒng)各種性能指標予以檢測。三個系統(tǒng)測試后，可以得到如表1 所示結果。

表1：三個展示系統(tǒng)各方面性能比較結果

通過表1 的觀察能夠發(fā)現(xiàn)，在各性能指標方面，本文系統(tǒng)均具有明顯的優(yōu)勢。其中，在展示有效性與穩(wěn)定性方面，遠遠高于其他兩種系統(tǒng)；而在頂點與線條重復率方面，數(shù)值都是0。由此表明，通過本系統(tǒng)對平面設計進行展示時，可以得到更加進一步對各系統(tǒng)設計時圖像變化頻率模擬度的變化情況予以分析能夠發(fā)現(xiàn)，在各種空間頻率條件當中，本系統(tǒng)的模擬度都處于較高的水平，明顯高于另外兩個系統(tǒng)，由此表明，平面設計展示時，對各方面因素的抵抗效果更強，有利于防止圖像發(fā)生晃動的問題。

4 總結

綜上所述，本文在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上，開發(fā)出了一種平面設計展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對產(chǎn)品點位的確定，進而利用各種算法公式構建出產(chǎn)品的模型，以此將產(chǎn)品圖像清晰、直觀展示出來，帶給用戶更加良好的視覺、感覺體驗，有利于提升對整個產(chǎn)品的了解程度，可將其推廣到現(xiàn)代設計領域當中。