一種在cave環(huán)境下實現虛擬產品可視化與交互的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及虛擬產品可視化技術領域，特別是涉及以一種在CAVE環(huán)境下實現虛 擬產品可視化與交互的方法。
【背景技術】
[0002] CAVE系統(tǒng)是一種洞穴式的沉浸式虛擬現實環(huán)境，其利用高性能圖形渲染集群與立 體投影顯示系統(tǒng)模擬產生3D虛擬現實環(huán)境，用戶使用虛擬外設對3D虛擬世界中的虛擬產 品進行仿真體驗和交互應用。CAVE的虛擬現實技術是對復雜數據的可視化操作與交互的一 種全新方式，在工程應用領域數字樣機方面取得較好應用效果。
[0003] 目前數字樣機技術與數字媒體技術的有效融合進展較慢。如果純粹利用工程數模 進行虛擬產品可視化與交互應用，雖能達到與產品原數據統(tǒng)一，但其在交互流暢性與逼真 性方面應用較差。以產品客戶化選項裝配需求來衡量該虛擬產品的話，粗糙的工程模型畫 面友好性明顯降低，不利于客戶對產品的進一步了解。
[0004] 利用CG軟件進行重新建模、材質貼圖、場景構建、燈光特效、渲染輸出等技術處 理，雖然做到了模型的簡化，但在流程上較復雜，尤其是對于航空類產品結構較為復雜龐 大，模型數據量巨大，重新建模、材質貼圖、場景構建等所需相應工作量激增，復雜程度較 高，且技術處理后虛擬可視化模型不一定能完全滿足虛擬產品可視化與交互的需求。該方 法雖融合了多媒體與動畫技術，但僅僅讓用戶體驗到接近真實產品的虛擬產品內容，且最 終的虛擬產品只能近似于現實生活中的產品實物，因此虛擬產品的精確性、實時性和逼真 度明顯不足。
【發(fā)明內容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的：
[0006] 本發(fā)明的重點是將虛擬現實技術、數字樣機技術、數字媒體技術等新技術手段有 效整合，不同于傳統(tǒng)多媒體動畫技術復雜流程方式，提出在虛擬產品可視化模型的構建與 優(yōu)化、虛擬產品可視化模型的材質貼圖與實時渲染、CAVE環(huán)境下實時可視化展示與交互應 用等主要方面的新技術思路和方法，且實際應用到多個直升機型號虛擬產品可視化與交互 中，形成一種在CAVE環(huán)境下實現虛擬產品可視化與交互的方法。
[0007] 本發(fā)明的技術方案：
[0008] -種在CAVE環(huán)境下實現虛擬產品可視化與交互的方法，本方法包括以下步驟：
[0009] 1)將CAD軟件中的產品工程數據模型導入虛擬產品可視化軟件中，根據導入時設 置的精度值，在虛擬產品可視化軟件中的工程數模自動LOD生成可視化模型。將PDM系統(tǒng) 中數字樣機全機零部件和虛擬產品可視化軟件中生成的產品可視化模型進行對比檢查，并 對檢查出的缺損零部件，利用CG軟件對缺損零部件模型進行重新構建，并將重新構建的零 部件模型導入虛擬產品可視化軟件中，再次根據導入時設置的精度值，在虛擬產品可視化 軟件中的工程數模自動LOD生成可視化模型，直至形成沒有缺損零部件而且裝配關系正確 的產品可視化模型。
[0010] 2)在虛擬產品可視化軟件中，對第1)步中得到的產品可視化模型，根據產品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質和狀態(tài)的不同，對虛擬產品可視化軟件中的產品結構樹進行進一步 細分調整，使其與PDM系統(tǒng)中的產品結構樹部件級一致，同時對產品可視化模型中法線錯 誤的模型面進行轉換，使其能一致反映后續(xù)優(yōu)化中吸收光照信息的效果。然后根據產品零 部件所處系統(tǒng)、位置、材質和狀態(tài)的不同，Combine產品可視化模型中相應數據，達到輕量化 模型的目的。
[0011] 3)在虛擬產品可視化軟件中，對上一步中輕量化后的產品可視化模型創(chuàng)建燈光， 對各個細微表現部件進行多次局部陰影計算烘焙，然后對全部產品可視化模型進行全局陰 影計算烘焙。
[0012] 4)在虛擬產品可視化軟件中，對陰影烘焙后的產品可視化模型進行材質貼圖，事 先在平面設計軟件中處理好貼圖素材，利用虛擬產品可視化軟件的材質編輯功能，調整產 品可視化模型對應部件的貼圖實時渲染參數信息。
[0013] 5)在虛擬產品可視化軟件中創(chuàng)建封閉的場景模型，直接應用高清晰度HDR圖，賦 予場景360度全景且?guī)Ч庹招畔⒌母哔|量材質貼圖，將上一步得到的產品可視化模型與場 景模型進行匹配，實時渲染得到最終的虛擬產品可視化模型。
[0014] 6)在CAVE系統(tǒng)的圖像集群系統(tǒng)中，對虛擬產品可視化模型進行分屏連接，使其在 圖像顯示時達到分屏效果，再輸出至CAVE投影顯示系統(tǒng)實現立體顯示。
[0015] 7)還可以使用CAVE系統(tǒng)中的虛擬外設設備對虛擬產品可視化模型進行實時交 互，在各種狀態(tài)下對虛擬產品進行觀察與交互應用。
[0016] 8)在第5)步之后，還可以利用CG軟件或虛擬產品可視化軟件對虛擬產品可視化 模型攝像機動畫、產品模型動畫的關鍵幀進行定義與編輯，設置3D左右眼的眼距，最后渲 染輸出左右眼的圖片序列或視頻，然后對渲染輸出的圖片序列或視頻在CAVE環(huán)境下進行 單通道的立體播放。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的虛擬產品可視化模型來源于PDM系統(tǒng)中的數據模 型，與原數據模型一致且精準度高；本發(fā)明的材質貼圖過程較為簡單且實時渲染程度高； 本發(fā)明的避免虛擬產品可視化中許多不必要的技術流程(如大量的幾何重新建模、材質屬 性的參數調節(jié)、UV調整、燈光屬性設置復雜、渲染質量與時間效率較低等）；同等條件下，本 發(fā)明的虛擬產品可視化模型在CAVE環(huán)境的逼真度、交互流暢性均優(yōu)于直接使用工程數模； 本發(fā)明可同時實現虛擬產品內容的立體播放，對產品市場推廣和面向客戶選項裝配，增加 了更多產品信息傳遞量。
[0018] 本方法實現對復雜產品進行虛擬產品可視化仿真，使客戶或者設計人員能夠模 擬在實際產品上，對虛擬產品進行各種實時性的交互應用，從而可在產品物理樣機或者真 實產品生產出來之前，根據客戶和產品設計員選項裝配需要及時更改設計中存在的各種問 題，或者在前期設計階段發(fā)現設計缺陷。它使客戶能更早接觸到產品，在客戶與產品之間建 立一座橋梁，實時1 :1三維場景可視化簡化復雜問題，展示詳細的產品行為描述、構型特點 和功能展示等，同時在CAVE環(huán)境下，為產品客戶提供先進的、逼真的、交互性強的可視化展 示平臺，這樣與客戶能更好、更快地進行交流，使溝通變得簡單與順暢。
【附圖說明】
[0019] 圖I :CAVE環(huán)境下實現虛擬產品可視化與交互的方法流程圖；
[0020] 圖2 :在CAVE環(huán)境下AC313直升機虛擬產品可視化與交互效果圖。
【具體實施方式】
[0021] 1)將CAD軟件中的產品工程數據模型導入虛擬產品可視化軟件中，根據導入部件 的不同，設置不同的精度值，外觀部件相比內部構件設置曲面細分質量值大。設置精度值之 后，在虛擬產品可視化軟件中的工程數模自動LOD生成可視化模型，這樣減少工程數模導 入虛擬產品可視化軟件過程中模型點線面出現的各種問題。將PDM系統(tǒng)中數字樣機全機零 部件和虛擬產品可視化軟件中生成的產品可視化模型進行對比檢查，并對檢查出的缺損零 部件，利用CG軟件對缺損零部件模型進行重新構建，并將重新構建的零部件模型導入虛擬 產品可視化軟件中，再次根據導入零部件設置的偏小的精度值，在虛擬產品可視化軟件中 的工程數模自動LOD生成可視化模型，直至形成沒有缺損零部件而且裝配關系正確的產品 可視化模型。
[0022] 2)在虛擬產品可視化軟件中，對第1)步中得到的產品可視化模型，根據產品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質和狀態(tài)的不同，有的部件面片數多達幾百萬甚至幾千萬個，這些部 件是不適合作為虛擬產品的原模型的，因此數據面片的細分整理是必不可少的，對虛擬產 品可視化軟件中的產品結構樹進行進一步細分調整，需遵循一定數據分層整理的"三統(tǒng)一" 原則：系統(tǒng)統(tǒng)一、材質統(tǒng)一、狀態(tài)統(tǒng)一，即按系統(tǒng)劃分，各個系統(tǒng)的模型組劃分在同Root樹 上的各自系統(tǒng)Group組上；材質相同的模型劃分在系統(tǒng)子樹的Group組上，根據構型項不同 的同一模型組劃分在Root樹上的各自Group組上，按這樣劃分的產品可視化模型結構樹與 PDM系統(tǒng)中的產品結構樹達到部件級一致。
[0023] 同時對產品可視化模型中法線錯誤的模型面進行轉換，因為有錯誤的法線信息的 模型面在陰影烘焙計算階段不能吸收光照信息，法線編輯模型下通過F9命令或者ALT+右 鍵，執(zhí)行快捷鍵命令將藍色模塊面轉換為綠色正確的模塊面，使整個產品可視化模型能在 正常模式下達到一致，反映出后續(xù)優(yōu)化過程中吸收光照信息的效果。然后根據產品零部 件所處系統(tǒng)、位置、材質和狀態(tài)的不同，執(zhí)行CTRL+M命令Combin