基于VR技术的3D展厅交互系统研究

杨丽英

（山西大学商务学院信息学院，太原 030031)

基于VR技术的3D展厅交互系统研究

杨丽英

（山西大学商务学院信息学院，太原 030031)

作为虚拟现实技术与展览馆功能相结合的产物，虚拟展厅相对于实体展厅突破时间和空间局限性，增加观众的参展欲望，使得参展更加灵活和安全，让用户体验“身临其境”的逼真性。提出将虚拟展厅设计为用户可定制的思想。由用户交互式的添加展厅模型、展品模型、多媒体说明信息等，配置展厅运行参数、展板和展品的展示方式、参展路径等，以此实现用交互式虚拟展厅平台。

虚拟展厅；虚拟现实与仿真；自主漫游

0 引言

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。虚拟现实技术成为近几年来国内外计算机界关注的一个技术研究热点，虚拟现实技术的兴起，为人机交互的发展开辟了新的研究领域，广泛应用于教育培训、医学实习、军事训练、建筑设计、航空航天等众多领域[1]。展厅产业是当今社会急速发展的服务产业，预计在未来几十年内，将迎来展厅产业的巨大发展。

展厅的发展受限于天气、交通、时间、场地、成本和安全等众多因素。将虚拟现实技术与展览馆技术相结合是很好的解决展厅产业发展障碍的重要手段。虚拟展厅已经成为展厅产业不可避免的发展趋势，目前已经有不少的成功案列，例如应用虚拟现实技术创建的德化陶瓷虚拟展厅[2]，中小企业展产品展示平台[3]，虚拟美术馆[4]，农产品展示平台[5]，汽车、服装展示平台等，可以将展示和产品的在线预订相结合，极大地降低企业的展示成本，增加了销售效率。

虚拟现实技术与展览馆功能相结合，具体化信息的表达方式，以虚拟展厅的形式展现出来，给人们一种更易于接受的形式，是虚拟现实技术的主要应用领域之一。

本文提出了一种新的设计思路，使其通用性和交互性得到充分体现。交互地设定组件的多媒体说明信息，从而最大化虚拟展厅的可重用性。系统配置完成的展厅将能够根据用户的设定进行展示、自主漫游、第一人称视角漫游、自主路线规划等功能，使得虚拟展厅技术得到更好的发展和推广。

1 基于虚拟现实的3D展厅交互系统功能设计

系统可以分为两个主要部分即虚拟展厅配置生成部分和虚拟展厅运行部分。用户在配置展厅时，交互式添加展板或展品的多媒体信息，当用户参展时，点击相应展板或展品可以展示其多媒体说明信息。展厅运行部分中，路线规划方面，系统提供第一人称视角漫游和系统自主漫游两种参展方式。在系统自主漫游模式中，保证摄像机漫游路径能够有效快速地进行每一个展品的参展，而且不会放生碰撞。具体系统结构层次模块分析如下：

（1）底层模块

底层模块包括键盘、鼠标输入过程系统的控制和CEGUI界面交互的UI输入控制。其中键盘、鼠标输入控制采用Delta3D的dtCore功能模块。Delta3D包含了OSG场景管理引擎，采用OSG场景管理引擎来进行整个场景的三维模型的状态管理和渲染。展品可以添加视频说明信息。音频播放采用Delta3D的OpenAL（Open Audio Library）自由软件界的跨平台音效API，视频采用视频动态链接库开发。

（2）中层模块

违规检测模块包括参数的违规检测和展厅运行时的违规检测。其中参数的违规检测包括输入的参数是否在有效范围内，加载的模型是符合系统要求等；展厅运行时违规检测包括没有按制定路线漫游、行走超出场景范围等问题。界面逻辑控制模块包括按钮、菜单等UI控件的管理，搭建程序的UI控制逻辑框架。

（3）高层模块

用户通过UI配置展厅的运行参数和展览内容，生成配置文件，整个应用程序的实际装载数据和操作流程由配置文件决定。解析模块与配置文件读取，并对配置文件的解析和读取，以达成满足使用者实际需要的最终模拟效果。

具体层次模块图如图1所示。

图1 3D展厅交互系统层次模块图

2 基于虚拟现实的3D展厅交互系统技术设计路线

采用CEGUI制作界面，使用户方便地进行展厅配置和展品加载，载入系统的展板或展品可以通过鼠标拖拽方式再次调控，也可以通过键盘进行位置的微调。系统提供三种展板、展品和路标导览模型的配置方式，采用改进的栅格法进行路径规划[6]，基于K_DOPS包围盒层次结构的碰撞检测方[7]进行碰撞检测。具体由CEGUI生成UI，用户配置相关信息：如相机节点序列，导览工具参数，相机包围盒参数，展板参数，详细展示胶片参数，展厅运行参数，展厅模型，图片按钮参数，脚本列表参数等，生成XML资源文件，通过开源的TinyXml解析器进行读取解析，加载入程序，包括3D引擎，场景管理，交互控制，音频处理，视频处理，事件绑定，碰撞检测等，生成三维场景后可利用鼠标和键盘完成配置等。系统技术路线如图2所示。

图2 3D展厅交互系统技术路线图

3 基于虚拟现实的3D展厅的配置和运行效果

3.1 展厅配置功能和效果实现

虚拟展厅的配置可分为模型建立与导入模块、模型位置和参数设定模块、交互式界面制作模块、逻辑容错模块等。

图3 交互界面制作和展厅配置效果图

3.2 展厅运行功能和效果实现

系统在展厅配置完成后，将会进入展厅运行阶段。展厅运行过程中主要包含自动脚本执行模块，展板、展品展示模块，多媒体说明信息展示模块，第一人称视角漫游模块，自主漫游模块，碰撞检测模块。第一人称视角漫游主要涉及到键盘输入控制、摄像机控制和碰撞检测。系统提供第一人称视角漫游和自主漫游两种漫游方式如图4为第一人称视角漫游效果图。

图4 第一人称视角漫游效果

自主漫游路径为系统规划路径，主要分为各个视点间相机的平滑过渡如图5左图所示，视点的详细展示如图5右图。

图5 自主漫游效果

4 结语

本文针对虚拟展厅的可重用性和改动困难的缺点，提出了可定制虚拟展厅的概念。分析了可定制虚拟展厅的需求，从底层、中层和高层分别对系统进行了功能模块划分，进而确定系统的整体架构和技术路线，并且针对模块中的技术难题，论述了采用的解决方案。

[1]于海凤，邢桂芬，张凯.虚拟现实技术在视景仿真系统中的应用[J].计算机工程与设计,2006,06:1108-1110.

[2]陈柏生，张志阳，杜吉祥.德化陶瓷虚拟展厅[J].信息化纵横，2009，6:025.

[4]李明.谈计算机建设虚拟美术馆[J].科学时代，2012（10）.

[5]马海霞，王恒炜，杨博超，等.基于Web3D技术的甘肃省农业科学院虚拟展馆设计及实现[J].甘肃农业科技，2013（10）:19-22.

[6]梁嘉俊，曾碧，何元烈.基于改进势场栅格法的清洁机器人路径规划算法研究[J].广东工业大学学报，2016，04:30-36+43.

[7]姜光焱.基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用[D].电子科技大学，2012.

Research on the Interactive System of 3D Exhibition Hall Based on Virtual Reality Technology

YANG Li-ying
（Business College of Shanxi University，Information Faculty，Taiyuan 030031）

The combination of virtual reality technology and exhibition hall functions,relative to the entity exhibition hall,virtual exhibition hall broke through the time and space limitations,to increase the audience participation desire,make the more flexible and safe.It allows audience immersed in the virtual world.Proposes the idea of user's customization.By user interactive adds exhibition hall model,exhibition model,multimedia information and so on.Deploys exhibition ball operation parameters,display of Panel and exhibits,the exhibition path, etc.to meet with interactive virtual exhibition platform.

Virtual Exhibition Hall;Virtual Reality and Simulation;Automatic Roaming

山西大学商务学院科研基金项目（No.2015010）、山西省重点研发计划项目（No.201603D321112）

1007-1423（2016）36-0063-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.36.016

义辉.中小型企业机械产品的虚拟展示研究与开发[D].陕西科技大学，2009.DOI:10.7666/d.y1643985.

杨丽英（1982-），女，山西太原人，硕士研究生，讲师，研究方向为中文信息处理、数据挖掘

2016-11-08

2016-12-10