一種在cave環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品可視化與交互的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及虛擬產(chǎn)品可視化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及以一種在CAVE環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛 擬產(chǎn)品可視化與交互的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CAVE系統(tǒng)是一種洞穴式的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，其利用高性能圖形渲染集群與立 體投影顯示系統(tǒng)模擬產(chǎn)生3D虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，用戶使用虛擬外設(shè)對(duì)3D虛擬世界中的虛擬產(chǎn) 品進(jìn)行仿真體驗(yàn)和交互應(yīng)用。CAVE的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的可視化操作與交互的一 種全新方式，在工程應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字樣機(jī)方面取得較好應(yīng)用效果。
[0003] 目前數(shù)字樣機(jī)技術(shù)與數(shù)字媒體技術(shù)的有效融合進(jìn)展較慢。如果純粹利用工程數(shù)模 進(jìn)行虛擬產(chǎn)品可視化與交互應(yīng)用，雖能達(dá)到與產(chǎn)品原數(shù)據(jù)統(tǒng)一，但其在交互流暢性與逼真 性方面應(yīng)用較差。以產(chǎn)品客戶化選項(xiàng)裝配需求來(lái)衡量該虛擬產(chǎn)品的話，粗糙的工程模型畫 面友好性明顯降低，不利于客戶對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)一步了解。
[0004] 利用CG軟件進(jìn)行重新建模、材質(zhì)貼圖、場(chǎng)景構(gòu)建、燈光特效、渲染輸出等技術(shù)處 理，雖然做到了模型的簡(jiǎn)化，但在流程上較復(fù)雜，尤其是對(duì)于航空類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜龐 大，模型數(shù)據(jù)量巨大，重新建模、材質(zhì)貼圖、場(chǎng)景構(gòu)建等所需相應(yīng)工作量激增，復(fù)雜程度較 高，且技術(shù)處理后虛擬可視化模型不一定能完全滿足虛擬產(chǎn)品可視化與交互的需求。該方 法雖融合了多媒體與動(dòng)畫技術(shù)，但僅僅讓用戶體驗(yàn)到接近真實(shí)產(chǎn)品的虛擬產(chǎn)品內(nèi)容，且最 終的虛擬產(chǎn)品只能近似于現(xiàn)實(shí)生活中的產(chǎn)品實(shí)物，因此虛擬產(chǎn)品的精確性、實(shí)時(shí)性和逼真 度明顯不足。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的：
[0006] 本發(fā)明的重點(diǎn)是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字樣機(jī)技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)等新技術(shù)手段有 效整合，不同于傳統(tǒng)多媒體動(dòng)畫技術(shù)復(fù)雜流程方式，提出在虛擬產(chǎn)品可視化模型的構(gòu)建與 優(yōu)化、虛擬產(chǎn)品可視化模型的材質(zhì)貼圖與實(shí)時(shí)渲染、CAVE環(huán)境下實(shí)時(shí)可視化展示與交互應(yīng) 用等主要方面的新技術(shù)思路和方法，且實(shí)際應(yīng)用到多個(gè)直升機(jī)型號(hào)虛擬產(chǎn)品可視化與交互 中，形成一種在CAVE環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品可視化與交互的方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0008] -種在CAVE環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品可視化與交互的方法，本方法包括以下步驟：
[0009] 1)將CAD軟件中的產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，根據(jù)導(dǎo)入時(shí)設(shè) 置的精度值，在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中的工程數(shù)模自動(dòng)LOD生成可視化模型。將PDM系統(tǒng) 中數(shù)字樣機(jī)全機(jī)零部件和虛擬產(chǎn)品可視化軟件中生成的產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行對(duì)比檢查，并 對(duì)檢查出的缺損零部件，利用CG軟件對(duì)缺損零部件模型進(jìn)行重新構(gòu)建，并將重新構(gòu)建的零 部件模型導(dǎo)入虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，再次根據(jù)導(dǎo)入時(shí)設(shè)置的精度值，在虛擬產(chǎn)品可視化 軟件中的工程數(shù)模自動(dòng)LOD生成可視化模型，直至形成沒(méi)有缺損零部件而且裝配關(guān)系正確 的產(chǎn)品可視化模型。
[0010] 2)在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，對(duì)第1)步中得到的產(chǎn)品可視化模型，根據(jù)產(chǎn)品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質(zhì)和狀態(tài)的不同，對(duì)虛擬產(chǎn)品可視化軟件中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行進(jìn)一步 細(xì)分調(diào)整，使其與PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹部件級(jí)一致，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品可視化模型中法線錯(cuò) 誤的模型面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能一致反映后續(xù)優(yōu)化中吸收光照信息的效果。然后根據(jù)產(chǎn)品零 部件所處系統(tǒng)、位置、材質(zhì)和狀態(tài)的不同，Combine產(chǎn)品可視化模型中相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到輕量化 模型的目的。
[0011] 3)在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，對(duì)上一步中輕量化后的產(chǎn)品可視化模型創(chuàng)建燈光， 對(duì)各個(gè)細(xì)微表現(xiàn)部件進(jìn)行多次局部陰影計(jì)算烘焙，然后對(duì)全部產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行全局陰 影計(jì)算烘焙。
[0012] 4)在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，對(duì)陰影烘焙后的產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行材質(zhì)貼圖，事 先在平面設(shè)計(jì)軟件中處理好貼圖素材，利用虛擬產(chǎn)品可視化軟件的材質(zhì)編輯功能，調(diào)整產(chǎn) 品可視化模型對(duì)應(yīng)部件的貼圖實(shí)時(shí)渲染參數(shù)信息。
[0013] 5)在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中創(chuàng)建封閉的場(chǎng)景模型，直接應(yīng)用高清晰度HDR圖，賦 予場(chǎng)景360度全景且?guī)Ч庹招畔⒌母哔|(zhì)量材質(zhì)貼圖，將上一步得到的產(chǎn)品可視化模型與場(chǎng) 景模型進(jìn)行匹配，實(shí)時(shí)渲染得到最終的虛擬產(chǎn)品可視化模型。
[0014] 6)在CAVE系統(tǒng)的圖像集群系統(tǒng)中，對(duì)虛擬產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行分屏連接，使其在 圖像顯示時(shí)達(dá)到分屏效果，再輸出至CAVE投影顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)立體顯示。
[0015] 7)還可以使用CAVE系統(tǒng)中的虛擬外設(shè)設(shè)備對(duì)虛擬產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交 互，在各種狀態(tài)下對(duì)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行觀察與交互應(yīng)用。
[0016] 8)在第5)步之后，還可以利用CG軟件或虛擬產(chǎn)品可視化軟件對(duì)虛擬產(chǎn)品可視化 模型攝像機(jī)動(dòng)畫、產(chǎn)品模型動(dòng)畫的關(guān)鍵幀進(jìn)行定義與編輯，設(shè)置3D左右眼的眼距，最后渲 染輸出左右眼的圖片序列或視頻，然后對(duì)渲染輸出的圖片序列或視頻在CAVE環(huán)境下進(jìn)行 單通道的立體播放。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的虛擬產(chǎn)品可視化模型來(lái)源于PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模 型，與原數(shù)據(jù)模型一致且精準(zhǔn)度高；本發(fā)明的材質(zhì)貼圖過(guò)程較為簡(jiǎn)單且實(shí)時(shí)渲染程度高； 本發(fā)明的避免虛擬產(chǎn)品可視化中許多不必要的技術(shù)流程(如大量的幾何重新建模、材質(zhì)屬 性的參數(shù)調(diào)節(jié)、UV調(diào)整、燈光屬性設(shè)置復(fù)雜、渲染質(zhì)量與時(shí)間效率較低等）；同等條件下，本 發(fā)明的虛擬產(chǎn)品可視化模型在CAVE環(huán)境的逼真度、交互流暢性均優(yōu)于直接使用工程數(shù)模； 本發(fā)明可同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品內(nèi)容的立體播放，對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)推廣和面向客戶選項(xiàng)裝配，增加 了更多產(chǎn)品信息傳遞量。
[0018] 本方法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行虛擬產(chǎn)品可視化仿真，使客戶或者設(shè)計(jì)人員能夠模 擬在實(shí)際產(chǎn)品上，對(duì)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行各種實(shí)時(shí)性的交互應(yīng)用，從而可在產(chǎn)品物理樣機(jī)或者真 實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)之前，根據(jù)客戶和產(chǎn)品設(shè)計(jì)員選項(xiàng)裝配需要及時(shí)更改設(shè)計(jì)中存在的各種問(wèn) 題，或者在前期設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。它使客戶能更早接觸到產(chǎn)品，在客戶與產(chǎn)品之間建 立一座橋梁，實(shí)時(shí)1 :1三維場(chǎng)景可視化簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題，展示詳細(xì)的產(chǎn)品行為描述、構(gòu)型特點(diǎn) 和功能展示等，同時(shí)在CAVE環(huán)境下，為產(chǎn)品客戶提供先進(jìn)的、逼真的、交互性強(qiáng)的可視化展 示平臺(tái)，這樣與客戶能更好、更快地進(jìn)行交流，使溝通變得簡(jiǎn)單與順暢。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖I :CAVE環(huán)境下實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品可視化與交互的方法流程圖；
[0020] 圖2 :在CAVE環(huán)境下AC313直升機(jī)虛擬產(chǎn)品可視化與交互效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 1)將CAD軟件中的產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，根據(jù)導(dǎo)入部件 的不同，設(shè)置不同的精度值，外觀部件相比內(nèi)部構(gòu)件設(shè)置曲面細(xì)分質(zhì)量值大。設(shè)置精度值之 后，在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中的工程數(shù)模自動(dòng)LOD生成可視化模型，這樣減少工程數(shù)模導(dǎo) 入虛擬產(chǎn)品可視化軟件過(guò)程中模型點(diǎn)線面出現(xiàn)的各種問(wèn)題。將PDM系統(tǒng)中數(shù)字樣機(jī)全機(jī)零 部件和虛擬產(chǎn)品可視化軟件中生成的產(chǎn)品可視化模型進(jìn)行對(duì)比檢查，并對(duì)檢查出的缺損零 部件，利用CG軟件對(duì)缺損零部件模型進(jìn)行重新構(gòu)建，并將重新構(gòu)建的零部件模型導(dǎo)入虛擬 產(chǎn)品可視化軟件中，再次根據(jù)導(dǎo)入零部件設(shè)置的偏小的精度值，在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中 的工程數(shù)模自動(dòng)LOD生成可視化模型，直至形成沒(méi)有缺損零部件而且裝配關(guān)系正確的產(chǎn)品 可視化模型。
[0022] 2)在虛擬產(chǎn)品可視化軟件中，對(duì)第1)步中得到的產(chǎn)品可視化模型，根據(jù)產(chǎn)品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質(zhì)和狀態(tài)的不同，有的部件面片數(shù)多達(dá)幾百萬(wàn)甚至幾千萬(wàn)個(gè)，這些部 件是不適合作為虛擬產(chǎn)品的原模型的，因此數(shù)據(jù)面片的細(xì)分整理是必不可少的，對(duì)虛擬產(chǎn) 品可視化軟件中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分調(diào)整，需遵循一定數(shù)據(jù)分層整理的"三統(tǒng)一" 原則：系統(tǒng)統(tǒng)一、材質(zhì)統(tǒng)一、狀態(tài)統(tǒng)一，即按系統(tǒng)劃分，各個(gè)系統(tǒng)的模型組劃分在同Root樹 上的各自系統(tǒng)Group組上；材質(zhì)相同的模型劃分在系統(tǒng)子樹的Group組上，根據(jù)構(gòu)型項(xiàng)不同 的同一模型組劃分在Root樹上的各自Group組上，按這樣劃分的產(chǎn)品可視化模型結(jié)構(gòu)樹與 PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹達(dá)到部件級(jí)一致。
[0023] 同時(shí)對(duì)產(chǎn)品可視化模型中法線錯(cuò)誤的模型面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)橛绣e(cuò)誤的法線信息的 模型面在陰影烘焙計(jì)算階段不能吸收光照信息，法線編輯模型下通過(guò)F9命令或者ALT+右 鍵，執(zhí)行快捷鍵命令將藍(lán)色模塊面轉(zhuǎn)換為綠色正確的模塊面，使整個(gè)產(chǎn)品可視化模型能在 正常模式下達(dá)到一致，反映出后續(xù)優(yōu)化過(guò)程中吸收光照信息的效果。然后根據(jù)產(chǎn)品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質(zhì)和狀態(tài)的不同，執(zhí)行CTRL+M命令Combin