基于Virtools平台的产品多环度交互展示研究

刘敏，程孝荣

（1.湖北汽车工业学院机械工程学院，湖北十堰442002；2.十堰市科学技术局，湖北十堰442000）



基于Virtools平台的产品多环度交互展示研究

刘敏1，程孝荣2

（1.湖北汽车工业学院机械工程学院，湖北十堰442002；2.十堰市科学技术局，湖北十堰442000）

摘要：以新型环保车为例，介绍了用于实现产品展示的Virtools平台，设计了产品展示实现流程，研究了产品交互展示的具体实现过程，最后对产品虚拟展示的特征进行了探讨。

关键词：Virtools交互展示；展示特征

随着虚拟现实技术的日益成熟和工业设计行业的蓬勃发展，产品展示的实现方法日趋多样化，产品展示的效果也更加丰富。本文中以虚拟现实技术为背景，借助于虚拟现实平台——Virtools平台，结合具体产品——新型环保车，初步研究了Virtools环境中的产品多环度交互展示，并探讨了产品交互展示的特征。

1　产品虚拟展示平台及实现流程

Virtools是目前非常重要而又极具影响力的虚拟现实平台之一，其三维引擎已成为微软Xbox的认可系统且具有方便易用、应用领域广阔等特点。通过直觉式图形界面设计，使得交互行为模块更便于使用，使得场景中复杂行为的构建更易于实现，使得美术与程序设计人员分工与合作更加高效，极大地提高了产品交互设计流程。

Virtools按照组成结构可分为5个部分，包括创作应用程序、动作引擎、渲染引擎、Web播放器、软件开发工具包。除了自身的3D／VR开发平台Virtools Dev以外，它还有5个可选模块以适合不同的应用：Physics Pack、VR Pack、AI Pack、Xbox Kit、Virtools Server。

产品多环度交互展示，是在Virtools技术平台上对Data Resources中的数据资源重新进行组织、整合及多维展现的过程，其实现流程见图1。

图1　多环度交互展示流程图

2　产品多环度交互展示的实现

2.1虚拟环境设计与虚拟原型制作

开启Virtools Dev后，为了更好地观测和管理虚拟场景，需要对虚拟环境进行合理布局，并对分辨率、窗口尺寸、系统单位等进行重新设计，之后开始虚拟原型制作。

1）资源导入及场景初始设定当前虚拟环境下，执行Resources /Import File命令，选择“新型环保车.NMO”，将该文件拖放到3D Layout窗口中即完成了数字模型汇入，并对汇入模型进行调整，完成产品虚拟场景的初步设定，此时3D Layout中的新型环保车呈全黑状态，如图2所示。

图2　新型环保车导入

2）光源添加及参数设置单击3D Layout左侧面板中灯泡按钮Create Light，即可创建一个新的光源，此时虚拟场景中的车体模型便呈现出了本来的色泽；通过使用Virtools中的Specular命令，使产品模型呈现出本有的金属高光效果。利用视角调整工具和移动工具，将Perspective视角调整到数字模型的上前方，并调整新建光源的位置至可以照亮、覆盖数字模型的全部的方位，如图3所示。

图3　车体高光效果

3）场景数据资源整理新建Data Resources中的数据资源汇入到Virtools环境中总会出现些问题，如资源逻辑关系混乱、命名杂乱无章等等，因而需要对虚拟场景中的资源进行整理，主要有这样几项工作：资源逻辑关系的顺理、资源重命名、资源激活及状态设置、多余数据资源的删除等。

4）材质调整、贴图赋予及参数设定Virtools

提供了拖拽式的资源管理方式，因而将材质及纹理贴图赋予虚拟原型的方式有2种：一种是直接将材质拖至虚拟场景中的虚拟原型；另一种是将纹理贴图拖至Level Manager面板，通过设置和赋予材质的方式来实现。前者适用于虚拟场景简单、产品虚拟原型结构组成方式清晰的情况；后者适用于处理复杂工程的情况，便于结构选择，避免拖拽错误。以车罩模型为例，点选Level Manager面板，将“new eco-car”资源库中的车罩纹理贴图cover.jpg拖至该面板，3D Layout中的车罩模型无任何变化；双击Level Manager下Texture中的cover.jpg，进入Tex⁃ture设置面板，可看到Used By一栏为空；之后进入车罩Materials设置面板,在Texture一栏下拉选项中，选择cover.jpg文件，即可将纹理赋给该材质，纹理贴图的效果便在虚拟场景中呈现出来，效果图如图4所示。

2.2属性及初始状态设置

主要包括产品虚拟原型各组成结构继承关系属性设置、各结构限定关系属性设置及初始态设置等。通过调整Position、Orientation、Scale和World Size的数值，使得新型环保车模型至虚拟场景中的最佳位置，最终设定初始状态，既可通过右键菜单中“Set Initial Conditions”选项完成，也可通过Level Manager标签下的“Set IC For Selected”命令实现。

2.3 Behavior Graph脚本编写

Virtools的脚本编写方法不同于传统的编写程序代码，而是通过脚本模块的编写来实现交互行为的逻辑流程图。由于虚拟场景中，车模型的交互运动控制过程较为复杂，在此仅以车模型的虚拟运动控制为例，对该部分内容进行说明研究，重点在于解析每个过程脚本的创建、编辑、封装、复制、测试以及行为模块组流程图等过程。车模型虚拟运动脚本编辑可分解为3个阶段：

1）模型坐标脚本编写分为Level脚本创建、模块编辑和行为脚本执行测试，脚本模块流程如图5所示，执行结果即可知模型及组件在虚拟场景中的坐标值。对Get Position模块进行编辑，参数设置如图5所示；Group Iterator和Add Row模块Tar⁃get参数项设置均为new eco-car；最后分别将Get Position的输入端和输出端与Group Iterator的输出端和Add Row的输入端连接，即可测试获取相应坐标值。图5中右上箭头为Group Iterator模块输出端快捷方式，用于追踪观测脚本运行情况。

图5　模型坐标脚本流程图

2）运动脚本编写为虚拟场景加载、车体参数设置、车轮层级关系设置、车体外表现光照关系设置和运动控制模块编辑，脚本模块及流程见图6。图6中示意了虚拟场景加载、车体参数设置、车轮参数设置和车体外表现光照关系设置模块，最后通过Attach Script模块将脚本流程链接至运动控制模块。中间3个行为模块属于封装模块，进行封装操作后，成为一个可独立执行模块；封装操作命令为Draw Behavior Graph。

图6　运动脚本流程图

3）综合场景测试可通过“Trace”命令，观测模块执行情况，被执行模块为红色显示。Switch On Key模块定义了通过键盘交互控制车模运动的方式，Physics Car模块定义了车及车轮的基本参数和物理性能。

车罩模型的旋转控制主要通过Bezier Progres⁃sion、Multiplication和Rotate行为模块来实现，分别定义了车罩模型旋转的路径、旋转的角度和旋转基轴，同时保证了运动的持续性和即时性，即在车模型运动时，车罩模型保持回转和合拢，模块流程如图7所示。

图7　车罩旋转控制脚本

摄像机运动控制主要有3种方式：跟踪摄像、环绕摄像和全局摄像，它们提供了不同的观测视角，模块流程如图8所示；每个行为模块的Target参数设置均为new eco-car；行为模块的封闭线代表动作的循环，以保证摄像机持续锁定目标。

最后是整个虚拟场景的实时调试。通过实时调试场景，根据调试结果来调整各项数值以达到满意的效果，最终实现虚拟场景的交互控制及多环度交互展示。

图8　模块流程图

3　产品多环度交互展示特征

基于Virtools平台所构建的产品多环度交互展示方式，具有传统产品展示无可比拟的优势，其特征主要体现在以下几个方面：

1）虚拟展示全视角特征多环度交互展示既不同于传统的产品展示，也不同于一般的模型数字化展示，提供了一种全新的产品展示方式，产品虚拟模型可以以全视角方式呈现产品各个角度的形态特征；既可以是虚拟环境的视角变换，也可以是产品虚拟模型的面组特征变换。

2）虚拟环境多维空间性Virtools平台所构建的产品虚拟展示环境，不仅提供了一般数字化平台所具备的三维空间信息，而且提供了时间与人的维度，并可以此为基础变幻和利用多维空间，如非现实矛盾空间、超自然力空间、散点透视空间等，创造全新的产品虚拟体验感。

3）体验方式交互性Virtools平台基础上构架的产品虚拟环境，最大的特征在于体验方式的交互性；人既可以是虚拟环境的一部分，也可以是虚拟环境的外环境；操纵者通过对虚拟展品的交互控制、感触与把玩，获得一种全新的体验。

4）虚拟展示逼真性Virtools虚拟环境，在表达产品虚拟模型三维信息的同时，提供了产品展示的空间环境，不仅恰当地表现了产品存在的多维感，而且增强了虚拟产品模型的空间体量感，进而使得产品空间表现更加逼真。

5）虚拟体验沉浸感多环度交互展示空间，不仅提供了可以实时绘制的产品虚拟模型，而且提供了一种虚拟交互环境，使得虚拟环境的客观观察者在不自觉中成为虚拟环境的组成部分，从而产生身临其境之感，进而增强虚拟体验的沉浸感。

4　结语

通过Virtools平台交互展示研究，构建了产品交互虚拟展示系统，以虚拟环境设计与虚拟原型制作、属性及初始状态设置、Behavior Graph脚本编写以及虚拟场景的实时调试为技术手段，实现了虚拟场景的交互控制及多环度交互展示，体现了基于Virtools平台产品交互展示不同于传统方式的独特优势，为虚拟技术在产品展示领域的发展前景进行了有益探索。

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［6］徐英欣，王丹东，胥林.三维游戏设计师宝典—Virtools虚拟装配制作实例［M］.重庆：电脑报电子音像出版社，2009.

Research of Multi-ring-degree Interactive Product Display Based on Virtools Platform

Liu Min1, Cheng Xiaorong2

（1. Schoool of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan 442002, China；2. Shiyan City Science and Technology Bureau, Shiyan 442000, China）

Abstract:Taking the new eco-car as an example, the Virtools platform used for the realization of the product display was introduced. The realization process of the product display was designed and the de⁃tailed realization process of the interactive product display was studied. The characteristics of the virtu⁃al product display were discussed.

Key words:Virtools interactive display; display characteristics

作者简介：刘敏（1984-），女，湖北京山人，硕士，从事虚拟现实与仿真、计算机辅助设计方面的研究。E-maill：431800min@163.com

收稿日期：2016-01-29

doi：10.3969/j.issn.1008-5483.2016.01.014

中图分类号：TP391.9

文献标识码：A

文章编号：1008-5483（2016）01-0056-04