基于增强现实技术的展示系统设计研究

赵宏宇 陈智锋

摘 要：虚拟现实技术利用计算机图形学原理与技术将视觉、听觉、触觉等多感知融合为一体，是一种能将多种信息交汇、沉浸性很强的技术。本文以基于虚拟现实和增强现实的展示系统构建技术为研究对象，探讨了展示系统的系统架构和实现效果，包括系统功能配置、系统总体设计流程、系统内容设计、小地图及数据库的设置、系统生成与发布等，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：虚拟现实 展示系统 纹理 功能设置

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0018-02

1 展示系统VR部分的系统架构

1.1 系统功能设置

系统通过设置相应的按键控制虚拟人物的行走方向，通过第一人称摄像机和第三人称摄像机两种视角进行自由切换，达到漫游的功能，同时，实现小地图的位置与三维场景的关联，用户可以快速浏览虚拟场景的任何角落。

此外，通过加载子网页，可以显示三维场景的特定物体的相关信息，丰富系统的信息量。

当信息量比较大时，可以通过数据库调用所需的物体相对应的文字和图像信息。

1.2 系统总设计流程图

根据展示系统实际功能需要，系统按照图1所示的流程进行构建。

首先，通过3DS MAX软件进行三维虚拟展厅实物建模。

为了让场景导入到Virtools中得到逼真的效果，表面纹理贴图烘焙时应采用高分辨率的图片，因此纹理贴图必须进行细节处理，并采用光子图的方式提高烘焙效率，力求达到理想的效果。

其次，当三维场景模型已经构建完毕时，使用“减面删面”的方法对场景进行优化处理，精简3D文件，将其面数控制在合理范围内。

利用Virtools进行加载子页面设置，并将最终场景输出为cmo文件，利用html加载cmo文件，达到网上发布的效果。

1.3 总体内容设计

（1）角色摄像机互动。场景主要通过第一人称摄像机和第三人称摄像机两种方式控制角色（Character）的运动来实现人物场景漫游，用户可以使用键盘来控制人物的移动，然后带到移动视点。

（2）碰撞检测。为了使场景符合真实的环境效果，主要通过设置碰撞检测来解决漫游时出现穿墙、穿透物体等不符合常理的问题。

（3）键盘鼠标互动设计。键盘互动主要通过给角色添加组件，使用键盘指定键控制相应的消息，如下、左、右、上4个键盘按键，控制虚拟人物的行走方向，无信息对应的Animation信息接收信号设为Wait，即人物站在原地不动。

1.4 小地图及数据库的设置

小地图的制作主要利用虚拟角色的X、Z坐标值与世界坐标中心的X、Z值的差值，将其合成二维的平面坐标，利用缩放二维坐标确定虚拟人物的具体位置。

当场景范围比较大而且可能随时更新时，主要通过Virtools数据库实现信息的调用，将物体的文字信息以及图像信息以数组的形式存放于SQL Server数据库中；通过使用Grid Path Solver、Pick Data、Add Row检测物体与角色摄像机是否发生碰撞，调出相应的信息。

1.5 系统生成与发布

通过Virtools做出的漫游系统可以以HTML网页格式展示，用户可以随时随地了解所需要的信息。需要注意的是，在发布HTML网页程序时应注意尽量不要使用中文名称，并且文件路径也不要有中文，否则会出现网页的链接名为乱码的现象。若要生成EXE可执行文件，需要加载外挂的插件VirtoolsMakeExe.exe文件和CustomerPlayer.exe文件来实现。

2 紋理映射

纹理通过表现方式可以分为颜色纹理、几何纹理和过程纹理3种，其中展示厅里面的悬挂画涉及到的文字、图案、花纹等为颜色纹理，墙壁、木质框架等表面呈现凹凸不平的细节为几何纹理。

纹理映射根据空间还分为二维纹理映射和三维纹理映射。本实例中主要采用解析过程迭代函数产生纹理以适用于场景中的木材和大理石纹理，其余的模型均采用优化纹理映射技术来实现纹理的无缝拼接。

3 展示系统的AR部分

AR展示部分三维注册技术（Registration）采用基于特定标识物的方式，可以建立实景环境的三维信息，确定用户（或相机）在实景中的三维方位，感知环境的三维信息，从而可将虚拟物体加入到用户的视野中。

通过获得实景中更多的三维信息，正确处理虚实物体的遮挡判断、碰撞检测、光影关系，最终使得计算机生成的虚拟景物或者系统提示信息和真实场景融合为一体，从而实现对现实的“增强”效果。AR技术让产品达到三维再现，为用户提供更丰富有效的信息显示，增强场景中人机交互的沉浸感，从而带来更新的虚实交互的体验。

4 结语

以展示系统的设计作为基本点，利用交互软件Virtools及其相关的图像、视频等技术构建虚拟场景，最终实现角色与场景的交互功能，在此基础上采用AR技术实现产品的三维再现。

虚拟场景的交互性比较好，沉浸感强，具有所见即所得的效果，但是在数据库的开发上，还偏向于简单的文字、图像信息的存储和调用上，如何利用数据库更好地实现查询、最优路径等是今后需要解决的重点。

参考文献

[1] 王兴建，葛良全，刘思颂.基于Virtools的高级交互式虚拟现实模型库的建立[J].中国测试技术，2017（6）：55-59.

[2] 王平勤.基于Virtools的消息控制机制及其应用研究[J].科技创新导报，2013（20）：66-68.