基于Polygon技術的虛擬評審應用

田召慶

摘 要：汽車造型設計過程中評審的時效性和真實性對項目的執行至關重要，本文講述了基于Polygon技術的虛擬評審應用研究，新技術的引入大大提升了虛擬評審的執行效率。

關鍵詞：汽車造型設計；Polygon數字模型；虛擬評審

1 引言

在項目開發中運用了基于polygon的新技術和流程，加快了產品的設計開發周期，同時減少了研發中的物理驗證推敲模型制作的人力和物力成本。并通過先進的多種虛擬可視化技術，幫助項目快速實現了研發過程中的高仿真評審。

2 快速車身比例以及造型方案可視化評審

基于Polygon技術的數模構建方法，對比傳統Alias的NURBS曲面構建有著更快的速度以及修改的便捷性。NURBS的建模原理是以數學公式為基礎的，此技術能非常準確的表達簡單的造型，NURBS技術非常適合后期產品階段的建模，而Polygon是現在游戲行業常用的多邊形建模技術，在渲染的時候，數字模型都需要拆分成polygon來進行。NURBS構建的曲面最終也要上拆成polygon數字模型來渲染，在汽車數字模型構建中，汽車曲面的復雜性使得NURBS數模的渲染速度比polygon數模慢。NURBS是傳統主流的建模形式，隨著游戲行業的發展使得polygon技術日漸成熟，polygon也已經漸漸的引入汽車行業，推動設計方案的執行推演效率提升。

在項目開發早期，通過多方案的評選篩選以及客戶調研，才能保證后期的方案范圍縮小后確保留下的方案更接近市場的預期。基于這樣的項目特點，就需要在早期階段制作多個設計方案模型來對比評審。而polygon的快速調整，尤其是模型的全局控制以及特征修改的方便性大大提升了早期設計評審的數量和質量。在項目初期，同時6個方案比例模型的對比評審，大大提升了管理團隊的決策質量。在前期設計階段，通過polygon技術快速的數字構建和比例模型評審，提升效率一倍以上，傳統油泥模型的制作要2周，且是單色的油泥模型，而數字模型只要1周就可以制作完成。

當然在6個初步比例模型方案評審后，通過虛擬渲染的投票和調研，優化設計集中在2個優選的方案上。在通過基于polygon的中端渲染可視化技術，進一步的仿真主要設計造型方案確定theme選項，這大大提升了依靠2個全尺寸的油泥模型驗證的速度。在項目中1：1全尺寸模型因為新的數字技術的引入減少到1個，時間上節約了3周，而仿真的效果卻大大提升。

3 高品質可視化仿真真實產品狀態

在項目的后期，則需要對設計的細節以及質量做更深入的分析和評審。而基于polygon技術構建的模型有著先天的優勢：首先非常便捷地二次編輯能力，能夠非常快速的制作出特征細節；其次超強的圓角和光順能力方便快捷的豐富設計細節；再次極其方便地UV擴展能力能夠幫助渲染團隊快速設定好材質和燈光。通過基于polygon技術的高端渲染評審技術，在樣車樣件制作出來之前即可看到整車1：1帶有材質效果的狀態，補充了介于油泥及樣車之間的效果空白。團隊還開發了實時互動可視化評審平臺，通過等比例的全尺寸的3屏幕投影技術實現數字方案的真實效果呈現，大大方便了設計人員以及管理評審人員在研發過程中對項目的細節把控，提升了設計質量和產品的細節質量。

高品質的可視化渲染，可以預判設計細節狀態以及材質面料特性。方便評審決策人員用更加可視化的方式提升評審的效率和預見性，要知道此時如果制作全尺寸的油泥模型要花費1個周的時間，而且對于內飾還是沒有材質效果的。

在以往的項目中無法做到各種材質在樣件或者樣車上的精確體現，而且如果使用以前的虛擬現實手段的話，以往很難達到一個比較真實的材質效果。通過引入新的polygon技術可以非常方便的設定UV貼圖，再結合先進的材質掃描設備，就能仿真出物理材質的顏色、高光、凹凸信息。這樣在三維軟件中，就可以呈現出非常接近真實的材質效果，這樣在評審中就可以在虛擬車上切換各種掃描所得的材質效果。在項目中通過自主開發材質模型的照片拍攝和三維掃描技術結合polygon的UV優化功能，經過多次實驗和論證評審，最終開發出一套高仿真材質系統，在真實性和視覺感受上有顯著提升，并為最終產品良好的材質效果打下堅實的基礎。

當然在高質量的渲染可視化下，才值得細微差別都能很快辨別，更不用說清晰辨別外觀可視化虛擬公差質量。就是使用實時虛擬現實軟件對產品公差模型進行可視化制作。在以往的項目中，由于裝配及模具生產出的產品會有一定的尺寸公差，所以通常情況下會制作多個實體模型用來展示最大、正常、最小的公差情況。我使用不同公差的數字模型進行虛擬現實的加工，最終輸出的3D互動模型通過主動式立體投影機投影在屏幕上，通過立體眼鏡顯示出帶有真實立體感的模型。這樣不但可以在原有的角度方位上既可切換公差狀態，同時可以很清晰的做出對比，省去了很大一部份的實體公差模型的制作，節約了經費。在項目中單個局部驗證區域，相比較傳統的實物模型方式，時間上節約10天。

基于polygon技術建模的數據，在白模狀態下就可以清晰的感受到軟包覆材質的質感。正式因為基于polygon技術建模這種“軟質感”的高度仿真，也大大提升了高端渲染仿真的準確性。給評審決策者一個非常真實的產品最終狀態的與展示，有助于越早的發現隱藏的問題，做出正確的評審判斷。

4 提供高沉浸式虛擬現實分析和評審體驗

沉浸式虛擬現實Immersive VR評審提供評審者完全沉浸的體驗，使評審者有一種置身于虛擬世界之中的感覺。沉浸式虛擬現實其明顯的特點是：利用頭戴式顯示設備把評審者的視覺、聽覺封閉起來，產生虛擬視覺，同時，它利用手柄反饋以及探頭等感應器把評審者的手感通道封閉起來，產生虛擬觸動感。早在2006年就啟用投影式虛擬現實系統，并在多個項目中不斷完善和調整，到2011年新的光譜投影儀4K虛擬現實系統的建立，實現了高分辨率（4K），高幀率以及高對比度的虛擬評審體驗。在GMNA北美研究了CAVE系統是一個更加沉浸式的投影式虛擬現實系統。

作者總結之前的2代投影式虛擬現實研究成果以及GMNA的CAVE系統的經驗，在項目中首次嘗試應用頭戴式顯示設備的系統。結合行業先進的RTTDeltaGen以及VRED軟件的深入研究，以及實驗嘗試，在虛擬車身環繞評估，虛擬環境反射評估，虛擬車身油漆評估，以及虛擬配置對比評估方面，大大的提升了虛擬現實的沉浸感和高仿真度。

通過實現方案的高度沉浸式仿真和動態設計方案評審和展示，以及虛擬VR快速實現方案的3d立體仿真呈現集合動態的功能演示和預分析，對外客戶可以早期進入VR客戶虛擬方案調研，客戶能基于高仿真沉浸式的視覺反饋分析；而對內客戶可以幫助工程師以及項目組早期解決人機尺度分析，燈光效果模擬，運動狀態分析，功能件運動分析的多種仿真驗證分析。做到設計方向早判斷、問題早發現、早解決。

5 高仿真輕量化的設計動畫演示和傳播

傳統的靜態圖片式的傳播手法，在新時代的社交媒體下面，顯然不能足夠打動消費者的購買欲望。基于polygon技術的社交媒體推廣視頻技術的開發應用，在產品開發后期，通過對設計特征以及設計故事以一個故事性的腳本去講解，使得客戶有一種強烈的帶入感和感官體驗，這比傳統的靜態海波大大提升了和媒體以及潛在客戶的溝通。

而微信以及微博等自媒體的傳播，iOS以及安卓平臺的app應用等，更是在線上提供了豐富的信息接口和渠道。豐富的多媒體表現既能完整地傳遞產品設計信息，同時通過和客戶的互動了解到客戶的關注點。幫助品牌以及產品培養了更多的忠實客戶，極大的提升了品牌形象以及百姓口碑。同時也幫助品牌對自己的目標客戶有更加深入的了解。

當然這一切的傳播得以快速實施，特別是總是先人一步地搶在競爭品牌以及車型之前的傳播動畫和App制作都離不開polygon技術支持。正是基于polygon技術，實現了在保持高仿真的前提下的數據輕量化。項目傳播視頻，一開始原始工業數模和項目文件容量達3g，數據面片10萬多，而通過polygon技術的優化，大大地輕量化了數據，原始工業數據文件小至1.2g，面片總量簡直3萬，加速了視頻以及軟件的制作，減少不必要的軟硬件以及網絡帶寬占用。而最終輸出流媒體數據，更加適合多媒體傳播，只會占用客戶移動端的少量流量，流暢度提升2倍左右，再一次側面推動了品牌形象的高速傳播。

6 結語

新的汽車市場環境迫使各大主機廠不斷提升車輛開發的周期，新的Polygon 技術的引入從評審的效率和評審的真實體驗都有極大的提升。設計決策者在新技術的支持下能更準確的做出決策，新評審流程大大縮短了評審的周期。

Polygon技術支持數字設計師快速的將設計方案呈現三維數模狀態，建模速度是傳統建模速度的1倍，新技術的應用提升了虛擬模型的真實感，同時新技術產生的數字模型數據量非常輕，模型的調整和渲染處理都非常方便。

參考文獻：

[1]胡小強.虛擬現實技術基礎與應用[J].北京郵電大學出版社 2009.

[2]林程等.車身外表面計算機建模方法研究[J].汽車技術 1998.

[3]朱心雄等著.自由曲線曲面造型技術[M].北京：科學出版社 2000.

[4]姜斌，李軼南.汽車造型設計[D].湖南大學出版社 2012.

[5]鄭超，謝小丹.Maya模型制作.遼寧美術出版社，2014.

[6]精鷹傳媒. Cinema 4D完全自學教程.人民郵電出版社，2015.