基于视觉传达的虚拟产品展示系统设计

2020-07-14付寒娇

现代电子技术 2020年10期

付寒娇

摘要：针对通用虚拟产品展示系统在面对展示效果要求较高的艺术品时，不能够充分展示其具体细节、显示效果差等问题，文中研究和设计一套基于视觉传达的虚拟产品展示系统。该系统在通用展示系统的基础上，利用图像处理优化技术中的图像增强对通用系统的产品显示模块进行优化，以此达到更优的细节与整体展示效果。实验结果表明，该优化系统在整体、细节及真实感方面均具有较好的虚拟产品展示效果，尤其是对于产品细节表现程度上，其展示效果提升了13.9%，体现出该系统良好的细节表现能力。

关键词：虚拟产品展示; 系统设计; 视觉传达; 图像处理; 图像增强; 优化设计

中图分类号： TN911.73?34; TP39 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）10?0137?04

Design of virtual product display system based on visual communication

FU Hanjiao

（China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China）

Abstract： In allusion to the problem that the general virtual product display system cannot fully display the specific details and has poor display effect when facing the artwork with high display effect requirements， a virtual product display system based on visual communication is studied and designed. On the basis of the general display system， the image enhancement in image processing optimization technology is used to optimize the product display module of the general system to achieve better details and overall display effect. The experimental results show that the optimization system has a good virtual product display effect in terms of the overall， details and the sense of reality; especially on the display degree of product details， the display effect is improved by 13.9%， which reflects the good detail performance ability of the system.

Keywords： virtual products display： system design： visual communication： image processing： image enhancement： optimal design

0 引言

隨着虚拟现实技术的不断发展，越来越多的产品展示已由实体展览转向实体与虚拟产品结合发展和展示的阶段，以此让使用者对该产品有更优的了解。在此过程中，人们对于虚拟产品展示的效果也越来越高。尤其是对于一些展示效果要求较高的艺术品而言，展览效果可能会直接影响到该产品的艺术价值[1?3]。通用虚拟产品展示系统能够满足多数情况下虚拟产品的展示要求。但在面对艺术品时，不能较好地展示其所具有的细节，从而显示效果不足。

为此，本文在通用展示系统的基础上，结合视觉传达理论及图像处理优化技术，对原有系统的产品展示模块进行优化，以便该系统能够满足要求较高的艺术品等特殊产品的展示要求，更能够凸显出所具有的细节。在图像优化过程中，文中结合图像增强技术中的频域法和空域法，使得处理结果在整体与细节上均相较于通用系统更加优秀。实验结果表明，本文所设计的系统在整体显示效果、细节表现程度及显示真实感上均有较大提升。该系统为艺术品等展示效果要求较高的产品提供了技术保障。

1 视觉传达

1.1 视觉传达基本理论

视觉传达（Visual Communication）是指通过可视化的方式传播特定事物的主动行为，即将有效的数据信息通过一定的视觉媒介传递给人脑的过程[4]。本质而言，视觉传达即视觉数据信息的传达，其所具有的价值在较大程度上取决于所传达信息的优劣及信息传达的速度、质量。通常一个完整的视觉传达由5个模块所组成[5]，如图1所示。

图中：信息生成模块主要实现将所需传达的数据信息转换为视觉符号，包括：摄影、电视、电影、建筑视觉信息、文字及造型艺术等，在本文中则指的是所要展示的虚拟产品（艺术品等）;信息传达模块则是负责将所要传达的信息通过媒介载体以可视化的方式传递给接收者;接收反馈模块则是接收者对于信息的理解与对于接收到信息的相关反馈。

在本文虚拟产品展示系统的设计中，视觉传达要素在其中的应用主要体现在虚拟产品展示系统中产品的图像与色彩两个方面。

1.1.1 产品图像。

利用产品图像进行展示系统中虚拟产品设计的优势在于[6]：

1）建模方便

产品模型一方面可以利用计算机软件建模所生成的虚拟图像;另一方面也可以采用摄像机所拍摄到的真实图像。同时，可以从中提取到背景的几何特征及产品的发射规律等。

2）设计效率高

这种方式的虚拟产品设计通常不需要大量的计算，可以直接在二维空间中利用已得到的视图来进行新视图的合成与计算，计算速度只与所需要设计的产品分辨程度相关，且效率较高。

3）真实感强

由于产品建模所用到的纹理贴图大多是对真实产品的实拍图像，所以能够最为真实地代表所要展示的产品，同时无需系统提供额外的光照。

1.1.2 产品色彩

所展示出的虚拟产品的展示效果除了与所设计的模型有关外，还对其色彩有明显依赖。产品色彩是视觉传达中灵活的组成要素，其给产品的设计提供了更多的想象与发挥空间[7]。对于色彩的有效利用和合理搭配能够大幅度提升虚拟产品展示效果，从而吸引体验者的目光。

1.2 系统设计架构

本文设计的虚拟产品展示系统主要是利用视觉传达及图像处理技术对现有的通用展示系统进行显示模块优化，其系统架构如图2所示。

在该虚拟产品展示系统中，主要包括3个模块，分别是：虚拟产品数据库管理模块（模块一）、展示平台设计模块;（模块二）及虚拟产品显示模块（模块三）。模块一用来实现对数据库与服务器中虚拟产品（艺术品等）的信息数据和模型进行“增删查改”的功能：模块二负责构建展示系统的运行平台，包括提供用户登录接口、获取数据库虚拟产品列表、下载相关虚拟产品数据信息到指定路径等功能;模块三则是用来对用户所选定的虚拟展品进行显示。3个模块相互协作，共同完成对整个虚拟产品展示系统的设计。本文的主要内容就是对展示系统中的模块三进行优化改进，以此达到更优的虚拟产品展示效果。

2 展示系统优化

2.1 三维显示技术

三维显示技术是利用计算机软件将虚拟产品三维数据中的每个虚拟点通过一定的方式映射到一个立体虚拟空间相应位置，从而形成三维立体图像的技术。三维显示技术是当今显示技术领域的一个研究热点，同时也是虚拟现实中的关键技术之一。三维显示技术[8]一般可以划分为3类：基于2D显示器的模拟、双目视差立体显示及真三维立体显示。在通用的展示系统中，通常采用双目视差立体显示技术，本文也是在此显示技术的基础上对通用展示系统的虚拟产品显示模块进行优化。

双目视差立体显示技术利用同一物体在人左右眼视网膜上所成的像存在视差的原理，而产生的一种三维显示技术[9]。其工作原理如图3所示。

对于三维空间的任意两点P和Q，由于两眼之间存在一定的距离（53～73 mm），导致人们在观察这两个点时左右眼所看到的图像有所不同，即具有视差。包含视差的两幅图像（称之为视差图像对）经过大脑中枢神经的分析处理后，即可得到含有立体深度信息的三维图像。

利用此原理在虚拟产品三维显示时，可以首先通过特定软件与设备使得某一时刻的视差图像对应的左眼视图输出到显示器的偶数列像素上，相应的右眼视图则输出到奇数列像素上。然后使用柱面光栅等技术手段使得用户的左眼只能观察到输出图像的偶数列，而右眼则只能观察到奇数列。最后通过大脑的整合，实现虚拟产品的三维立体显示。

2.2 图像处理优化

对于虚拟产品中艺术品在展示过程中的高要求，本文利用图像处理中的图像增强技术对现有系统的显示模块进行优化，使得虚拟产品的图像显示质量更高，进而加强虚拟产品的展示效果。图像增强技术按照处理所在空间的不同可以分为基于空域和频域的方法。空域法主要是对图像中各像素点直接进行操作，包括：灰度变换、直方图修正和图像平滑等;频域法则首先将原始图像通过傅里叶变换等方法转换到其他空间域中进行处理，然后再通过逆变换使其转到原始空间，最后得到所需的图像。其包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等[10]。为了达到更好的产品显示效果，本文将所提到的空域和频域方法进行结合来完成对虚拟产品显示图像的优化处理。其处理流程如图4所示。

在该图像优化过程中，计算机软件平台选用专门用作图像处理的OpenCV软件，同时频域法选择带通滤波器法，空域法则选用图像平滑和图像锐化的方法来进行虚拟产品的原始图像处理。

3 系统实现

为了分析和验证本文所设计的优化系统相比于传统展示系统在虚拟产品展示效果及图像真实感的提升效果，首先按照图5的系统流程框架建立、实现优化后的虚拟产品展示系统。在系统建立的流程中，展示平台的实现与产品模型的实现是两个并列的内容。同时，最后的虚拟产品展示模块也为这两个模块的组合。通过上述流程实现虚拟产品展示系统后，利用该系统与传统通用系统进行了仿真实验，实验项目主要包括：产品整体展示效果、细节表现程度及真实感。在实验前需要将实验所用到的10种产品（艺术品等）按照图5建模流程进行产品建模，并将其添加到图2模块一的虚拟产品数据库中，方便展示系统的调用。实验具体内容如表1所示。

兩个系统的实验对比结果如图6所示。

图6中：横坐标代表所要展示的虚拟产品编号1～10;纵坐标则表示所有观察者对于两种系统在该项实验内容上评分的平均值。

从上面3组实验结果可以看出，本文所设计的展示系统相比于传统通用系统而言，各项显示效果均有所提升。尤其在虚拟产品细节表现程度上，该系统的提升效果达到13.9%，而虚拟产品整体显示效果与真实感的提升效果也分别达到7.3%和5.2%。实验结果表明，本文所设计和优化的虚拟产品展示系统在对展示效果要求较高的产品进行展示时，相比于通用系统可以达到更优的显示效果，同时具有较强的产品细节展示能力，在较大程度上满足对于艺术品的展示要求。

4 结语

本文通过介绍视觉传达基本理论与分析视觉传达要素在虚拟产品展示系统中的具体应用，利用图像处理中的图像增强技术，对通用展示系统的产品显示模块进行优化改进。优化后系统的3项实验结果表明，该系统相较于通用系统，其整体展示效果、细节表现程度及真实感方面均有所提升。该系统对于展示效果要求较高的虚拟产品展示，具有较大的应用空间。

参考文献

[1] 张瑞秋，褚原峰，李晨，等.Web环境下产品虚拟展示系统的场景优化[J].计算机系统应用，2015，24（3）：38?43.

[2] 邱凯佳.基于图像的纺织品虚拟展示系统[D].杭州：浙江大学，2015.

[3] 刘维尚.基于视觉传达语境下的武强年画再生性设计研究[D].秦皇岛：燕山大学，2014.

[4] 李云歌.基于图形美化技术的视觉传达设计研究[J].现代电子技术，2018，41（13）：65?69.

[5] 马明星.VR系统中图形渲染和视觉传达研究设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2018.

[6] 李琴，霍山.3DMAX三维虚拟景观的建模和虚拟设计[J].现代电子技术，2019，42（17）：163?167.

[7] 李为.产品虚拟展示平台的研究与开发[D].北京：北京邮电大学，2014.

[8] 王静，叶濛，詹洪陈，等.基于线状阵列的三维活动图像显示研究[J].南京大学学报（自然科学版），2018，54（5）：904?910.

[9] 范文娟.移动终端交互系统中的三维雕塑动画展示技术研究[D].上海：上海交通大学，2015.

[10] 常戬，刘旺，白佳弘.基于图像融合技术的Retinex图像增强算法[J].计算机工程与科学，2018，40（9）：1624?1635.

[11] 冯小亮，任巍.社会影响易感性和虚拟产品采用：用户等级和产品类型的调节作用[J].南开管理评论，2018（5）：73?82.