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摘要:為了提高農機產品的設計效率和水平，將虛擬仿真和交互展示技術引入到了農機產品的設計制造和展示過程中，通過農機建模、虛擬環境創建和網絡構建了農機展示系統，有效提高了農機的展示和交流交互效果。在交互展示系統的設計上，采用3DsMAX軟件創建了農機的三維模型，并在Unity3D軟件中進行了解析，最后利用Web3D實現了網絡化在線展示，使系統具有農機零部件展示、外觀展示和功能展示等功能，對于提升農機設計效率和水平，實現設計者和需求者之間的交流交互具有重要的作用。
關鍵詞:虛擬環境設計;展示設計;交流交互;農機展示;虛擬仿真
0引言
隨著計算機硬件和軟件技術的不斷進步，虛擬現實技術得到了迅猛的發展，具有動態交互和三維可視化效果的產品也被不斷研發出來。Web三維展示技術可以直觀和高效構建交互性和沉浸性的虛擬展示系統，在產品沒有生產之前便可以展示給客戶，讓客戶得到真實的體驗效果。通過該技術，在農機產品生產前后都可以將農機以可視化系統的形式全方位的展示給客戶，使客戶能夠充分地了解產品的設計構造、功能和外觀，并可以提出修改意見，從而有效提高農機的設計生產效率和水平。
1虛擬展示在農機可視化系統中的應用
隨著信息技術的不斷發展，消費者在購買產品前可接觸大量的關于產品的資訊，但在海量的信息中，消費者很難找到對產品細節及真實使用的功能體驗。農機和普通產品相比，對農機的購買來說，在購買前更希望得到農機的真實外觀和功能展示效果。為了提高農機的展示效果，可以構建人－機和人－人的互動虛擬交流環境，并利用可視化系統將農機的外觀、功能和零部件等展示出來，其流程框架如圖1所示。在農機展示時，可利用虛擬仿真軟件建立農機零部件的三維模型，并對零部件的模型進行虛擬裝配，最后將整機展示出來。為了展示出較好的外觀效果，可采用各種虛擬裝修裝飾功能，對外觀進行藝術裝飾。在農機展示過程中，還可采用交流交互的方式，使客戶和設計者可以進行修改意見的交流，從而使設計更加完美，滿足客戶的要求，實現個性化定制。
近年來，各種仿真軟件被應用到虛擬可視化系統的設計上，包括三維建模軟件、場景創設軟件及網絡化3D軟件等，虛擬仿真展示系統也可以應用到農機產品的展示上。農機展示系統可以通過對產品的展示，讓需求客戶更加真實地體驗農機新產品，也可以促進客戶和農機之間、客戶和設計者的交流交互，提升農機的設計效果。農機展示系統由3部分組成，包括三維模型創建模塊、展示模塊、Web環境支持模塊，其框架如圖2所示。展示系統主要由3部分模塊組成:模型制作主要采用3DsMAX，制作出模塊后可以利用展示系統Uni-ty3D將fbx文件轉換為動態格式文件;展示模塊主要采用Unity3D設計展示界面和展示環境，最后通過軟件的打包制作成一個可以實現動態加載的WebPlayer展示的插件;Web支撐環境主要是對開發打包的WebPlayer插件和HTML頁面進行解釋，實現網絡化在線展示。展示系統構建流程如圖3所示。3DsMAX軟件是一款三維動畫渲染和制作軟件，主要應用在影視、工業設計、建筑設計和三維動畫等領域，采用該軟件可以設計出真實的農機展示效果。Unity3D是一個多平臺的游戲開發工具，具有強大的可視化編輯器，腳本采用了Java、C#、Boo等語言，可以快速地制作信息可視化等互動內容。在農機展示過程中，為了保證圖像的清晰度，保證交互過程的流暢性，可以在系統設計時引入一些圖像處理算法。如圖4(a)所示:在理想條件下圖像的邊緣是非常清晰的，但在實際的虛擬環境中，農機展示圖像往往存在模糊的情況，其效果如圖4(b)所示。其邊界存在一個過渡區，灰度的變化率存在一個最大值，因此可以采用微分的方法對圖像邊緣進行檢測和提取，得到清晰的農機展示圖像。圖像函數f(x，y)在點(x，y)的梯度是一個矢量，該矢量具有大小和方向，即"f(x，y)=Gx，Gy[]T=?f?x，?f?y[](1)其中，"f(x，y)的幅度為mag("f)=g(x，y)=?2f?2x+?2f?2?y(2)方向角為?(x，y)=arctan?f?y/?f?x(3)根據這種原理，人們提出了很多邊緣檢測的算法。其中，Log算法的精度較高，可以用來對圖像進行處理。Log算法采用高斯函數進行濾波，高斯型函數形式為h(r)=－e－(r2/2σ2)，r2=x2+y2(4)其中，σ表示標準差，h的拉普拉斯算子為"2h(r)=r2－σ2σ4[]e－(r2/2σ2)(5)利用圖像邊緣提取技術可以對模糊圖像的特征進行提取，再將模糊圖像恢復成清晰的圖像，這樣農機展示系統展示出來的農機更加生動形象，提高農機外觀表達的藝術效果。采用圖像處理技術對展示系統進行優化，流程如圖5所示。在農機產品完成初步設計和制作后，對其產品進行圖像采集，為了提高圖像的展示效果，需要對圖像進行處理，以得到清晰的圖像效果。在圖像處理時可以采用反饋機制，通過設置圖像清晰度的閾值，若圖像未達到要求清晰度時不進行展示，從而提升系統的展示效果。
3農機展示交互可視化系統功能設計
隨著計算機技術的不斷發展，計算機的處理速度越來越快，存儲容量也越來越大，各種虛擬仿真軟件被設計出來，為虛擬展示系統的構建提供了硬件和軟件條件。采用圖像處理和三維建模技術，利用仿真軟件和Web3D技術可以構建農機的虛擬展示可視化系統，在系統構建時主要考慮3個方面的功能，包括農機的藝術展示、農機作業功能展示及農機零部件的虛擬展示。在農機的整機外觀和模型展示時(見圖6)，為了提高農機的色彩和外型效果，可以采用環境設計的方法對農機的外觀藝術效果進行裝飾，得到較好的視覺沖擊系統，將農機外形和色彩表細節有效地表達出來。在農機展示過程中，需求客戶也可以根據農機的外觀展示效果提出修改意見，與設計師溝通交流，提升農機的外觀設計效果。如圖7所示:利用3DsMAX軟件可以創建農機的三維模型，然后利用Unity3D軟件進行動畫解析后，利用Web3D到網絡系統上，實現農機作業功能的可視化展示。農機作業功能的動畫展示可以使農機需求客戶更加直觀地了解農機的作業功能和水平，根據用戶的實際需求也可以提出改進意見，從而實現農機的個性化設計。如圖8所示:農機展示系統的另一個非常重要的功能是零部件和虛擬裝配的展示，通過零部件和虛擬裝配展示需求客戶可以充分地了解農機的構造，并對農機的設計進一步提出一些要求，設計師之間及設計師和需求客戶之間可實現交流交互，從而實現農機的優化設計，對于提升農機的設計制造效率和水平具有重要的作用。
4結論
在農機生產前，為了使消費者更真實地了解農機的外觀、性能和結構特性，將基于虛擬仿真的交互展示技術引入到了農機展示系統的設計上，并利用3DsMAX軟件創建了農機的三維模型;將模型在Unity3D軟件中動態解析后，利用Web3D實現了網絡化在線展示。通過農機的虛擬三維交互性展示，需求客戶可以真實地感受農機產品的外觀、性能和零部件結構等，對提升農機的設計質量和銷售水平具有重要的意義。
作者:寧? 單位:馬來西亞馬來亞大學 廣西藝術學院
