虛擬現實技術在虛擬展廳中的應用研究

王哲愷 張婷 季名軒 李星余

摘 要：虛擬展廳是虛擬現實技術在機電產品先進制造領域中的應用衍生，通過虛擬現實技術在電腦上進行模擬建造。本文介紹了兩種虛擬展廳的實現路徑，采用了Unity3D和3DMAX的技術，同時還增加了全景360度拍攝的技術，通過將原有的建模源文件在最小化修改的前提下，通過菜單式操作實現對展廳的自由變換風格，提高產品的表現能力以及展示效果。

關鍵詞：虛擬展廳;虛擬現實;Unity3D;全景拍攝

一、背景介紹

隨著虛擬現實技術的蓬勃發展，越來越多的數字展廳可以通過互聯網絡等虛擬平臺進行展示，不僅打破了傳統展廳時間、空間的限制，而且充分利用互聯網的傳播優勢加強了宣傳力度。一方面，虛擬展廳將數字圖像的處理、計算機圖形學、計算機多媒體應用技術、傳感器技術等多個數字化信息技術相互融合;另一方面，工業設計近幾年的大力發展也帶動了虛擬現實技術作為輔助功能的發展，給虛擬展廳一個特殊的框架載體帶給人們最真實的感受。

二、虛擬展廳的構建

本文基于2018年上海市大學生創新計劃項目支持，介紹了兩種虛擬展廳的實現路徑：通過Unity3D技術、通過全景360度拍攝合成技術。Unity3D技術和Sketch up的虛擬展廳轉換都是在盡可能確保模型源文件的前提之下，而全景360度拍攝合成技術則是建立在360度平分角度的基礎上進行的。

（一）運用Unity3D技術創建虛擬展廳

1.虛擬場景的現實支撐

虛擬展廳為虛擬現實技術的一個重要組成部分，主要是需要將現實的場景進行模仿，借助相應設備在虛擬的環境內實現虛擬轉換，可以實現讓用戶能夠隨意行走，并從任意角度來對虛擬環境內的對象加以操作，提升用戶的真實感受。要用Unity3D軟件來對虛擬場景進行構建，并以用戶的視角展示虛擬展廳。

2.虛擬場景的設計

在虛擬場景設計中，要通過Unity3D軟件內的Terrain菜單，來對場景進行監理，并結合實際場景的具體狀況，對虛擬場景加以設置與修整。將已經完成的產品模型導入Unity3D中，模型的切面會影響到場景的渲染時間，通過C+語言等編程代碼賦予產品的材質等效果。在虛擬場景設計中，可通過觸覺傳感器，并利用Unity3D軟件中的Mega-Fiers插件實現真實拾起效果。用戶在使用過程中，可通過手柄控制來拾取產品，實現拾取和放下的效果，產品附帶重力和重心。

若沒有完整的產品模型作為前提，在虛擬展廳的構建中，三維建模技術為關鍵性的技術，是創建逼真的三維環境的關鍵要素。當前，虛擬展廳中，采用虛擬現實軟件，通過Unity3D軟件進行直接建模，這種建模方式最大的優點便是運行較為迅速，通過對地形、幾何體等的利用來構建虛擬展廳。但這種技術尚未完善，例如真實度及精確度不足，對于材質的附著不盡如人意。

（二）運用全景360度拍攝合成技術創建虛擬展廳

該種方法主要運用于在短時間內對現有場景的復制。使用全景相機或單反相機來收集素材（場景的照片）。全景相機的技術已經成熟，并且無需花費精力和時間，可實現大范圍的展廳展現，但其中存在的問題是畫面的像素較差。而單反相機可實現高像素的場景模擬效果，通過定向中心，確立中心，并以中心為起點，進行相同垂直高度的拍攝，保證相等分的不同水平角度拍攝，水平方向可最少分為3條水平線：45度、90度、135度，或增加0度和180度的素材可增加其完整性。將素材照片放入ptgui軟件中進行360度合成，在確保至少3條垂直方向的素材的前提下，實現虛擬場景的合成。

該種方法無法確保大范圍的場景模擬，也無法實現場景內走動和交互運動，適合用于觀賞性的虛擬展廳展現。

Sketch up的虛擬展廳轉換同樣是通過將原有的場景源文件通過3D轉化并導入VR設備，不同于Unity3D技術進行虛擬場景建設，Sketch up的虛擬展廳可以對場景細節和產品進行修改，但渲染周期較長，僅適用于室內場景建設。

三、虛擬現實技術和虛擬展廳相結合

實體世界中的想法和需求都能夠通過工業軟件在虛擬世界中得以體現，在虛擬世界中進行的任何調整都會在產品制造時反映在實體產品中，因此，可以形成虛實結合、動態交互的高度智能化制造方式。虛擬世界和實體世界的不同，在隨著數字化的社會到來的過程中開始發生聯系，可以發現虛擬世界和實體世界在制造行業中也呈現出慢慢相互“融合”的狀態。

而在這一技術不斷發展的同時，缺少了一個展現載體，使得虛擬世界過于單一和脫離真實。而虛擬展廳的出現，系統化地填補了這一空缺，并非是單一地進行場景設計，而是針對性的對于某一產品或某一系列產品進行場景制作。給予了虛擬現實一個具體的框架載體，增加了代入感和現實感。

在快速變化的市場需求下，虛擬展廳成為了市場來評判產品好壞的重要因素之一，不同于單一的展示技術，加入了虛擬展廳，更好地發揮出產品的特點和實際應用情況。虛擬現實將成為技術牽引，服務未來的機電產品制造領域，將虛擬世界和實體世界更加密切地相互融合。

四、虛擬展廳的應用

虛擬展廳在機電產品先進制造領域將有廣闊的應用空間。在機電產品宣傳推廣階段，應用建立虛擬展廳對客戶進行產品仿真演示，比傳統二維和動態演示效果更理想，能夠促進銷售，還原機電產品在工作場景中的運用，提高了虛擬現實技術在機電產品先進制造方面的服務效率、拓寬了其服務的內容，并且提升了服務的質量，使機電制造業滋生新的服務行為。將虛擬現實技術應用引入機電產品先進制造業中，更加符合當今社會發展的速度與需求。同時，3D虛擬技術大大減少了傳統制造所產生的二次成本。

不僅如此，運用虛擬現實技術將已建立的機電產品模型和操作場景進行三維發布，虛擬展廳不僅可以便于修改和設計，還可以展現后期的完整展示效果，通過360度的場景素材收集并集成于一個空間，模擬一個虛擬操作空間，可供用戶與機電產品之間進行虛擬交互。基于用戶研究基礎之上，探討了解客戶需求，通過發布平臺更改用戶所需產品外觀，以及具體的操作界面和操作形式的設計，來滿足客戶的需求。

五、結語

虛擬展廳是虛擬現實技術和互聯網技術在工業設計和展示設計中的運用， 是將企業中的真實場景和產品通過三維模型、多媒體、虛擬現實技術等多種手段在計算機上模擬再現，通過互聯網供參觀者訪問的全新網上展示方式。虛擬展廳所用到的虛擬現實技術主要是利用三維建模軟件創建逼真的展廳環境，利用虛擬現實工具制作虛擬漫游、人機互動等效果，最后通過互聯網呈現給參觀者，從而達到不限時空的參觀。本文介紹了兩種虛擬展廳的實現路徑，分別是通過Unity3D技術、通過全景360度拍攝合成技術。Unity3D技術和Sketch up的虛擬展廳轉換都是在盡可能確保模型源文件的前提之下，而全景360度拍攝合成技術則是建立在360度平分角度的基礎上進行的，兩者各有利弊。虛擬展廳在機電產品先進制造領域將有廣闊的應用空間，虛擬現實將成為技術牽引，服務未來的機電產品制造領域，將虛擬世界和實體世界更加密切地相互融合。

參考文獻：

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