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基于VRP的虚拟书画展厅设计方案

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  • 时间:2021-11-12 08:46:19
  • 苏州市

虚拟现实显示设计是Photoshop、3ds Max、VRP等技术的综合设计方法,广泛应用于旅游、教育、航空航天、军事、科研等领域。以虚拟书画为例,设计展厅系统的模型、材质、灯光、人机交互等,实现随时交互、参与浏览,实现模拟场景体验。

基于VRP的虚拟书画展厅设计方案

当下,面对快节奏的生活方式,虽然人们越来越注重精神需求,但在书画场馆很难抽出大量的时间和精力去感受和欣赏。虚拟书画展厅以其独特的优势,让人们通过网络随时随地享受真实书画场馆的游览体验。它利用虚拟现实技术在电脑上展示书画展厅。通过搭建一个与现实相同的3D场景,设置一定的人机交互,游客可以在真实的场馆中模拟体验游览。针对虚拟现实的优势和现实生活中存在的问题,利用3ds Max、VRP等工具设计开发了3D书画虚拟展厅系统,通过一些交互功能实现了随时随地的快速欣赏和书画学习。1虚拟现实显示设计。

1.1虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术是由计算机创造的与现实具有相同意境的三维现实世界。它综合运用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉等感官,使人沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能通过语言和手势进行实时交互,从而创造出人性化的多维信息空间。近年来,随着科技的进步,虚拟现实技术也在不断更新。它突破了传统的实体局限,能够更直观、更有效地传递信息,让公众深刻理解实体内涵,从而提高自身的文化素养。1.2虚拟展览设计。

虚拟展示设计是将现代科学技术与艺术设计手法相结合,对展示空间进行系统规划、创意、设计和实施的过程。它以其独特的优势,将技术与艺术完美结合,根据人们的需求和群众的审美观念,创造性地再现现实场景,从而提高人们的生活和学习质量,具有无限的发展空间和广阔的应用前景。1.3虚拟书画展厅的特点和优势。

虚拟书画展厅是利用虚拟现实技术,直观清晰地再现真实书画博物馆场景的一种虚拟场景。与传统展厅相比,虚拟书画展厅系统具有操作可控、信息丰富、内容直观等优点。它用计算机代替传统的实体方式实现显示功能。用户使用键盘、鼠标等输入设备进入虚拟空间,通过实时交互,感知和操作虚拟世界中的各种物体,从而获得身临其境的感受和体验。在展示字画的同时,可以与数据库相结合,调用相应的文字、语音讲解、视频介绍等多媒体资源,将各种不同形式的信息整合在系统中,大大提高了信息的加载和获取。此外,其交互性主要表现在信息获取、书画导航和场景转换上。借助地图导航功能,游客可以快速找到书画方位,通过与展品互动实现观赏,获得实物文物中无法获得的信息。此外,还可以充分发挥互联网的优势,随时随地浏览互联网。2虚拟书画展厅整体设计。

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在前期准备的基础上,将3D场景分为书画展厅、会客厅走廊、出入口等模块。设计草图如图1所示。展厅出入口采用精彩的Flash动画和音频处理,参观者点击即可转入书画展厅内部。展厅共有五个展厅,用户可以在“自主漫游”或“整体漫游”的模式下进入每个展厅。通过建模和纹理映射再现真实展厅场景。

2.1前期准备

VRP交互是短距离触发交互,具有操作简单、实用性好、交互功能强的特点,支持MAX的多种功能,目前应用广泛。该系统中的交互设计主要包括控制台交互、动画漫游设计和多媒体嵌入。

(1)控制台交互。在漫游虚拟场景中,游客可以借助导航仪准确定位并确定换乘方向。这是通过控制台中的“导航”按钮显示和隐藏导航地图,从而实现快速的位置转移。

(2)动画漫游设计。在运行界面的“漫游”菜单中,有“整体漫游”和“自主漫游”两种方式,分别以第一人称视角控制整个场景和浏览整个场景。

(3)多媒体嵌入。视频交互采用近距离触发交互。当观者走近书画展品时,系统会自动播放视频和音频对书画进行讲解,让观者了解书画的历史,学习画家设计的精髓。包括背景音乐和评论。当观看者退出设定的互动范围时,系统会自动识别,并停止原本触发暂停当前音频播放的按钮。多媒体的嵌入在一定程度上弥补了传统展厅的不足,使得在舒缓的音乐中感受视觉冲击和精致艺术成为可能。

2.3交互设计

(1)3ds Max .3ds Max是Autodesk公司基于PC系统开发的3D动画制作和视频渲染软件。功能强大,兼容性强,扩展性好。主要应用于广告媒体、影视特效、游戏动画、多媒体制作等,得到了社会的高度认可。

(2)VRP(虚拟现实平台)。VRP是中国电视数字技术有限公司开发的直接面向3D艺术的虚拟现实软件,该软件主要用于模型导入、后期处理、边界。

面设计、交互制作、打包发布等方面。

(3)Photoshop。Photoshop是Adobe公司出品的一款用于平面设计的软件,处理的材质通常被用于制作建筑效果图等三维场景的漫反射贴图,为整体模型增添视觉上的冲击。

(4)Crazy Bump。Crazy Bump是法线凹凸生成软件,主要用来处理和导出贴图,能够导出高光、置换、法线及OA贴图,也能够通过调整该软件中相应的参数使贴图显现出纹理和机理,既能符合现实要求,也可简化模型。

(5)AutoCAD。AutoCAD具有很强的图形绘制功能。该软件能通过坐标的输入、对象捕捉、栅格捕捉、追踪等功能精确地对图形对象进行定位。它可以查询制作完成模型的长度、面积、体积和力学性能等,从而对后期进行修改和完善,功能设计如表1所示。

3.2开发流程

虚拟字画展馆系统开发,是在数据信息搜集的基础上,建立二维平面图,进而在MAX中构建三维场景,建立相应的三维模型,并进行材质贴图处理、纹理映射以及灯光设置,后期导入到VRP中进行交互界面设计及功能实现,经过反复测试及试运行,完成整个系统开发。其流程如图2所示。

3.3场景构建

(1)主要建模技术。MAX是目前主流三维建模与动画制作软件之一,VR-Platform是比较有特色的虚拟现实开发平台。该系统中用到的基本建模方法有多边形建模、修改器建模、面片建模、样条线建模等,根据模型特点选择相应的建模方法。

(2)场景优化。用最少最简单的操作并在最短的时间内完成设计,并实现对场景的优化,如在建模技术上,选择植物、花、门、窗等面片模型来替代三维实体模型,这样有效地简化了模型,提高了平台运行速度;通过减少分段数、删除隐藏面、使用纹理贴图和Optimize修改器等技巧来优化模型面数;模型个数上,对相同的模型采用Mental Ray代理方法,提高场景烘培时的速度和加快VRP的启动速度等。

(3)UV展开。该系统中模型的UV展图主要用到两种修改器:UVW展开修改器和UVW贴图修改器。UVW展开是3ds Max中的一款强大的修改器,赋予模型材质时更加灵活易操作。为了提高贴图的利用率,相同的贴图通道中要求纹理相同的UV面最大限度的重叠,展开的面要具有条理性且大小相同,然后根据展开UV面的复杂程度,灵活地调节其在整张UVW贴图中所占的面积,纹理复杂的面可以适当增大其面积,纹理简单、单一的面则缩小其在整张UVW贴图中的面积,使整张UVW贴图达到一定的协调性、合理性与美观性,最后将展好的UVW贴图以PNG格式的图片导出。UVW贴图的大小可以通过调节长、宽、高来实现,贴图的位置以及平铺数量则由UVW坐标来决定,通过通道面板可以给多个模型面赋予不同的贴图,UVW贴图多用于模型简单贴图相对单一的几何面。

(4)贴图设计。贴图处理包括两方面:绘制贴图和烘培贴图。贴图呈现的是物体表面的纹理,能在减少模型面数的基础上表现出更多的细节。为了使模型更加符合现实感,可以借助Photoshop处理搜集的字画,并保存成PSD格式的漫反射贴图,然后将其导入Crazy Bump中并更改Crazy Bump中的相应参数来实现法线贴图和高光贴图。贴图以增加模型的质感、完善模型造型为准则使三维场景更加逼真与现实。

3.4交互功能实现

由于MAX中自带VRP插件,可以将创建好的模型通过插件直接导入VRP。虚拟字画展馆的交互功能是为了让浏览者方便、愉快地去观赏字画,主要体现在以下几个方面:

(1)场景控制台设计。为便于用户游览,在场景控制台中设置了场景切换内容,主要有“花鸟图”、“唐宋字画”和“明清字画”3个部分,能够帮助用户快速转移位置,如图3所示。首先在VRP的编辑界面里创建一系列按钮,调整右侧的属性面板来详细设置按钮的大小、颜色以及样式等,最后通过脚本来实现场景之间的切换。控制台中还设置了声音按钮,用户在场景中可以随意选择。图3虚拟字画展馆运行界面

(2)动画漫游设计。漫游的设计原理是VRP中的录制相机,创建整体漫游动画是在VRP中创建一个以某个物品为参照物的旋转相机,按下F5运行该程序,并通过键盘中的上下左右键来完成相机的运动。同时,按下F11开始实时录制,再次按下F11结束录制过程。此外,本系统还利用行走相机实现自由行走观赏的效果,在创建行走相机之前,开启场景中模型的碰撞并优化碰撞选项,然后调整相机高度和行走速度,完成“自主漫游”设计,并利用键盘中的W、S、A、D键和上、下、左、右键模拟人在场景中的游走。可根据场景规模的大小,设置多个相机,满足观赏者对整个展馆的浏览。

(3)多媒体嵌入设计。视频和Flash 媒体的嵌入有内嵌和外部链接两种方式。内嵌是通过ATX 贴图、Flash控件和渲染到贴图3种方式将视频或Flash 媒体加载到场景中的三维模型上或者UI 的界面元素上;外部链接是在模型或者按钮上添加“脚本文件”组中的“打开任意文件”的脚本,点击时使用外部程序(主要指媒体播放器)打开相应的媒体文件。为便于管理,本系统采用内部嵌入方式,通过点击界面上的按钮来控制多媒体的播放与暂停,如图4所示。

3.5测试

调整好交互功能后,通过VRP进行发布,发布文件为可以脱离VRP的开发环境而独立运行的EXE文件。

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