基于三維虛擬現(xiàn)實的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計與實現(xiàn)

袁媚

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

關(guān)鍵詞： 三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)； 便攜式3C產(chǎn)品； 外觀仿真設(shè)計； 總體結(jié)構(gòu)分析

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

0 引 言

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

目前，有關(guān)便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計的研究有很多，相關(guān)研究也取得了一定的成果。其中，文獻[6]對3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計是由特征部件的外觀設(shè)計整合形成的，將便攜式3C產(chǎn)品整體造型的外觀依據(jù)功能的不同進行劃分，通過CADI技術(shù)將各功能單元排列組合，從而達到便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計的多樣化，同時對各外觀設(shè)計造型進行評價，最終獲取符合用戶需求的設(shè)計方案，但該方法實現(xiàn)過程復(fù)雜，不適用于實際應(yīng)用中。文獻[7]以便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計的效率為目的，從知識重用的角度對便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計中的知識進行劃分，從而得到設(shè)計師設(shè)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(chǎn)品知識重用原型系統(tǒng)，高效形成外觀設(shè)計方案，但該方法主要依據(jù)先驗知識實現(xiàn)，得到的結(jié)果很難滿足用戶需求。文獻[8]提出一種基于Java技術(shù)的便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計方法，在JDK1.5中引入可切換皮膚的外觀（Synth），Synth能夠使開發(fā)人員無需編寫代碼即可設(shè)計新的便攜式3C產(chǎn)品的外觀。將外觀設(shè)計在XML文件中實現(xiàn)，令外觀設(shè)計和程序代碼“分隔”開，有效提高了設(shè)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(chǎn)品的外觀風(fēng)格和形態(tài)進行分析，研究了便攜式3C產(chǎn)品造型風(fēng)格的產(chǎn)生及構(gòu)成，總結(jié)了便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計方法，提出外觀設(shè)計模型，實現(xiàn)外觀仿真設(shè)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(shè)計了一種基于三維虛擬現(xiàn)實的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。軟件設(shè)計中，采用三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計系統(tǒng)外觀設(shè)計效果較佳，且效率很高。

1 基于三維虛擬現(xiàn)實的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿

真設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

本文系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)果發(fā)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?qū)崿F(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計，將最終設(shè)計完成的結(jié)果傳輸至VGA顯示模塊進行顯示。

1.2 差分發(fā)送端設(shè)計

輸入模塊為三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入接口，通過輸入模塊對用戶發(fā)出的命令進行接收和檢測，輸入模塊將接收到的命令發(fā)送至圖像處理模塊。輸入模塊的核心芯片采用Intersil公司生產(chǎn)的ELS171芯片，其是一種通過雙絞線接收和傳輸?shù)男酒娐穲D如圖2所示。

圖2中，R1主要用于阻抗匹配，雙絞線傳輸?shù)挠脩裘钚盘柎嬖谒p現(xiàn)象，需通過R1對其進行調(diào)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(quán)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(xiàn)，R6，R7通常在5～50 Ω范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)的核心，三維虛擬圖像處理板接收從輸入模塊發(fā)送來的用戶命令后，通過將第2節(jié)分析的軟件代碼植入芯片中實現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計。三維虛擬圖像處理板采用TI公司生產(chǎn)的TMS320C6202B?300芯片，其原理圖如圖3所示。

圖3中，TMS320C6202B?300芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和通常的DSP芯片不同，其內(nèi)部集成有2個乘法器與6個算術(shù)運算單元，可同時對8條32 b用戶命令進行處理。將經(jīng)處理后的結(jié)果保存至內(nèi)存儲器，通過4個DMA接口和2個多通道緩存串口將處理結(jié)果發(fā)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(guān)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線是DQ0～DQ15組成的32位數(shù)據(jù)總線，和PXA255的32位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)布的顯示器分辨率規(guī)范。所設(shè)計系統(tǒng)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(shè)計

軟件設(shè)計中，采用三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計，下面對各實現(xiàn)步驟的詳細(xì)實現(xiàn)過程進行分析。

2.1 便攜式3C產(chǎn)品擬合特征輪廓線

便攜式3C產(chǎn)品的特征輪廓線選用Bezier曲線，利用樣板的正側(cè)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(chǎn)品外觀放縮變形

與側(cè)面投影相應(yīng)的是3C產(chǎn)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(fā)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(chǎn)品外觀放縮變形的部分實現(xiàn)代碼如下：

.4 便攜式3C產(chǎn)品外觀加載顯示

產(chǎn)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(tǒng)需實時加載新的三維場景，對便攜式3C產(chǎn)品的外觀設(shè)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(jié)果分析

為了驗證本文設(shè)計的基于三維虛擬現(xiàn)實的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計系統(tǒng)的有效性，需要進行相關(guān)的實驗分析。實驗將Synth系統(tǒng)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(tǒng)對平板電腦的外觀進行設(shè)計，所需的時間明顯低于Synth系統(tǒng)，且本文系統(tǒng)的時間曲線更加平穩(wěn)，說明本文系統(tǒng)具有較高的設(shè)計效率。分別采用本文系統(tǒng)和Synth系統(tǒng)對平板電腦的外觀進行設(shè)計，得到的設(shè)計結(jié)果分別如圖8、圖9所示。

由圖8、圖9可知，采用本文系統(tǒng)對平板電腦設(shè)計的效果明顯優(yōu)于Synth系統(tǒng)，說明本文方法有很高的性能。

4 結(jié) 論

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

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