基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿真设计与实现

袁媚

摘 要： 为了增强便携式3C产品企业的竞争力，需研究一种有效的外观设计技术。传统方法通过设置产品各组件的外观属性对便携式3C产品外观进行设计，设计结果不直观，不能有效展现所设计便携式3C产品的外观。为此，设计一种基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿真设计系统，分析系统的总体结构，通过输入模块对用户发出的命令进行接收和检测，输入模块将接收到的命令发送至图像处理模块，通过将软件代码植入芯片中实现便携式3C产品外观的仿真设计，将设计结果发送至NOR FLASH存储电路暂存，将最终设计完成的结果传输至VGA显示模块进行显示。软件设计中，采用三维虚拟现实技术实现便携式3C产品外观设计。实验结果表明，所设计系统外观设计效果较佳，且效率很高。

关键词： 三维虚拟现实技术； 便携式3C产品； 外观仿真设计； 总体结构分析

中图分类号： TN911?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）22?0085?04

0 引 言

便携式3C产品通常指的是电脑、平板电脑、移动电话、数码相机、电视机、随身听、电子辞典或数字音频播放器等[1?2]。近年来，随着电子商务的逐渐发展和广泛应用，全球化市场逐渐形成，便携式3C产品品种多、个性化的外观设计趋势愈加明显，所有企业均面临着实时变化与无法预测的市场竞争[3?4]。因此，3C产品外观的设计具有重要意义，能够使企业更好地满足客户需求的个性化与多样性[5]。

目前，有关便携式3C产品外观仿真设计的研究有很多，相关研究也取得了一定的成果。其中，文献[6]对3C产品外观的仿真设计是由特征部件的外观设计整合形成的，将便携式3C产品整体造型的外观依据功能的不同进行划分，通过CADI技术将各功能单元排列组合，从而达到便携式3C产品外观设计的多样化，同时对各外观设计造型进行评价，最终获取符合用户需求的设计方案，但该方法实现过程复杂，不适用于实际应用中。文献[7]以便携式3C产品外观设计的效率为目的，从知识重用的角度对便携式3C产品外观设计中的知识进行划分，从而得到设计师设计过程知识和用户需求知识等，在UG平台上塑造便携式3C产品知识重用原型系统，高效形成外观设计方案，但该方法主要依据先验知识实现，得到的结果很难满足用户需求。文献[8]提出一种基于Java技术的便携式3C产品外观设计方法，在JDK1.5中引入可切换皮肤的外观（Synth），Synth能够使开发人员无需编写代码即可设计新的便携式3C产品的外观。将外观设计在XML文件中实现，令外观设计和程序代码“分隔”开，有效提高了设计效率，但该方法所需成本较高，资源浪费较多。文献[9]对便携式3C产品的外观风格和形态进行分析，研究了便携式3C产品造型风格的产生及构成，总结了便携式3C产品外观设计方法，提出外观设计模型，实现外观仿真设计，但该方法所需时间较长、效率低下。

针对上述方法的弊端，设计了一种基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿真设计系统，分析了系统的总体结构。软件设计中，采用三维虚拟现实技术实现便携式3C产品外观设计。实验结果表明，所设计系统外观设计效果较佳，且效率很高。

1 基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿

真设计与实现

1.1 便携式3C产品外观设计系统总体结构图

本文系统的总体结构图如图1所示，其主要由输入模块、三维虚拟图像处理板、NOR FLASH存储电路和VGA显示模块构成。

通过输入模块将用户的命令和需求进行接收，并传输至三维虚拟图像处理板中进行处理，将处理结果发送至NOR FLASH存储电路中进行暂存，通过三维虚拟图像处理板DSP的接口提供的和NOR FLASH存储电路的无缝接口读取处理后的信息，通过软件程序实现便携式3C产品外观仿真设计，将最终设计完成的结果传输至VGA显示模块进行显示。

1.2 差分发送端设计

输入模块为三维虚拟现实系统的输入接口，通过输入模块对用户发出的命令进行接收和检测，输入模块将接收到的命令发送至图像处理模块。输入模块的核心芯片采用Intersil公司生产的ELS171芯片，其是一种通过双绞线接收和传输的芯片，电路图如图2所示。

图2中，R1主要用于阻抗匹配，双绞线传输的用户命令信号存在衰减现象，需通过R1对其进行调整，同时在接收命令与传输命令的整个过程中均需进行频率加权补偿，该补偿可通过在输出信号线上串接2个电阻R6，R7实现，R6，R7通常在5～50 Ω范围内取值。

1.3 三维虚拟图像处理板

三维虚拟图像处理板是整个硬件结构的核心，三维虚拟图像处理板接收从输入模块发送来的用户命令后，通过将第2节分析的软件代码植入芯片中实现便携式3C产品外观的仿真设计。三维虚拟图像处理板采用TI公司生产的TMS320C6202B?300芯片，其原理图如图3所示。

图3中，TMS320C6202B?300芯片的内部结构和通常的DSP芯片不同，其内部集成有2个乘法器与6个算术运算单元，可同时对8条32 b用户命令进行处理。将经处理后的结果保存至内存储器，通过4个DMA接口和2个多通道缓存串口将处理结果发送至显示模块进行显示。

1.4 NOR FLASH存储电路

NOR FLASH存储电路选用2片Intel公司的E28F128J3A FLASH，其采用0.25 μm工艺的3 V电压逻辑存储芯片对相关数据进行存储。NOR FLASH存储电路如图4所示。

图4 中的NOR FLASH存储电路共包含两片E28F128J3A，其数据线是DQ0～DQ15组成的32位数据总线，和PXA255的32位数据总线一样，地址线是A0～A23共24位，和PXA255的SA?AZ至SA?A24相连。由于E28F128J3A是16位数据总线，所以其A0地址无需接地。PXA255的SA PWR?EN和RP脚相连，如果SA PWR?EN较高，则进入省电模式。

1.5 VGA显示模块

VGA就是显示绘图阵列，其是IBM公司发布的显示器分辨率规范。所设计系统选用的为VGA接口的LCD显示器SM501，其自带VGA接口，能够直接和模拟显示器连接在一起，其VGA显示原理图如图5所示。

图5中，SM501的模拟RGB显示模块采用24位DAC（RGBS：8：8）对模拟RGB接口进行连接，上述DAC的运行频率能够达到200 MHz，最高可显示1 280×1 240的分辨率，这是一般芯片无法达到的效果。

2 软件设计

软件设计中，采用三维虚拟现实技术实现便携式3C产品外观设计，下面对各实现步骤的详细实现过程进行分析。

2.1 便携式3C产品拟合特征轮廓线

便携式3C产品的特征轮廓线选用Bezier曲线，利用样板的正侧面投影线拟合形成，轮廓线形成的部分代码如下：

2.2 基于深度的便携式3C产品外观放缩变形

与侧面投影相应的是3C产品全景深度图像的中间轴，深度图像重点各行以一定的比例发生改变，该比例为需轮廓线和原轮廓线中离散点的高度之比。基于深度的便携式3C产品外观放缩变形的部分实现代码如下：

.4 便携式3C产品外观加载显示

产生新的三维模型后，为了使客户能够立即看到三维效果，系统需实时加载新的三维场景，对便携式3C产品的外观设计进行显示。下面是浏览器加载一个三维场景的部分代码：

3 实验结果分析

为了验证本文设计的基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿真设计系统的有效性，需要进行相关的实验分析。实验将Synth系统作为对比，在表1描述的实验背景下进行分析。

分析图7可以看出，采用本文系统对平板电脑的外观进行设计，所需的时间明显低于Synth系统，且本文系统的时间曲线更加平稳，说明本文系统具有较高的设计效率。分别采用本文系统和Synth系统对平板电脑的外观进行设计，得到的设计结果分别如图8、图9所示。

由图8、图9可知，采用本文系统对平板电脑设计的效果明显优于Synth系统，说明本文方法有很高的性能。

4 结 论

本文设计了一种基于三维虚拟现实的便携式3C产品外观仿真设计系统，分析了系统的总体结构，通过输入模块对用户发出的命令进行接收和检测，输入模块将接收到的命令发送至图像处理模块，通过将软件代码植入芯片中实现便携式3C产品外观的仿真设计，将设计结果发送至NOR FLASH存储电路暂存，将最终设计完成的结果传输至VGA显示模块进行显示。软件设计中，采用三维虚拟现实技术实现便携式3C产品外观设计。实验结果表明，所设计系统外观设计效果较佳，且效率很高。

参考文献

[1] 艾婷，李哲，王振楠.基于虚拟现实的三维仿真校园漫游系统的构建与实现[J].科学导报，2014（18）：188.

[2] 盖小红，王培俊，刘梦姣，等.基于Web的汽车外形虚拟实时定制和动态仿真[J].机械制造与自动化，2013，42（5）：112?113.

[3] 杨中亚，赵勇，刘娟鹏，等.基于虚拟现实的输电线路巡视仿真培训系统设计与实现[J].电子测量技术，2015，38（4）：92?97.

[4] 徐雪战，孟祥瑞，何叶荣，等.基于三维可视化与虚拟仿真技术的综采工作面生产仿真研究[J].中国安全生产科学技术，2014（1）：26?32.

[5] 薛艳峰.基于Windows+RTX的便携式无人机测试系统设计与实现[J].四川兵工学报，2015，36（2）：91?94.

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