虚拟现实技术在虚拟展厅中的应用研究

王哲恺 张婷 季名轩 李星余

摘 要：虚拟展厅是虚拟现实技术在机电产品先进制造领域中的应用衍生，通过虚拟现实技术在电脑上进行模拟建造。本文介绍了两种虚拟展厅的实现路径，采用了Unity3D和3DMAX的技术，同时还增加了全景360度拍摄的技术，通过将原有的建模源文件在最小化修改的前提下，通过菜单式操作实现对展厅的自由变换风格，提高产品的表现能力以及展示效果。

关键词：虚拟展厅;虚拟现实;Unity3D;全景拍摄

一、背景介绍

随着虚拟现实技术的蓬勃发展，越来越多的数字展厅可以通过互联网络等虚拟平台进行展示，不仅打破了传统展厅时间、空间的限制，而且充分利用互联网的传播优势加强了宣传力度。一方面，虚拟展厅将数字图像的处理、计算机图形学、计算机多媒体应用技术、传感器技术等多个数字化信息技术相互融合;另一方面，工业设计近几年的大力发展也带动了虚拟现实技术作为辅助功能的发展，给虚拟展厅一个特殊的框架载体带给人们最真实的感受。

二、虚拟展厅的构建

本文基于2018年上海市大学生创新计划项目支持，介绍了两种虚拟展厅的实现路径：通过Unity3D技术、通过全景360度拍摄合成技术。Unity3D技术和Sketch up的虚拟展厅转换都是在尽可能确保模型源文件的前提之下，而全景360度拍摄合成技术则是建立在360度平分角度的基础上进行的。

（一）运用Unity3D技术创建虚拟展厅

1.虚拟场景的现实支撑

虚拟展厅为虚拟现实技术的一个重要组成部分，主要是需要将现实的场景进行模仿，借助相应设备在虚拟的环境内实现虚拟转换，可以实现让用户能够随意行走，并从任意角度来对虚拟环境内的对象加以操作，提升用户的真实感受。要用Unity3D软件来对虚拟场景进行构建，并以用户的视角展示虚拟展厅。

2.虚拟场景的设计

在虚拟场景设计中，要通过Unity3D软件内的Terrain菜单，来对场景进行监理，并结合实际场景的具体状况，对虚拟场景加以设置与修整。将已经完成的产品模型导入Unity3D中，模型的切面会影响到场景的渲染时间，通过C+语言等编程代码赋予产品的材质等效果。在虚拟场景设计中，可通过触觉传感器，并利用Unity3D软件中的Mega-Fiers插件实现真实拾起效果。用户在使用过程中，可通过手柄控制来拾取产品，实现拾取和放下的效果，产品附带重力和重心。

若没有完整的产品模型作为前提，在虚拟展厅的构建中，三维建模技术为关键性的技术，是创建逼真的三维环境的关键要素。当前，虚拟展厅中，采用虚拟现实软件，通过Unity3D软件进行直接建模，这种建模方式最大的优点便是运行较为迅速，通过对地形、几何体等的利用来构建虚拟展厅。但这种技术尚未完善，例如真实度及精确度不足，对于材质的附着不尽如人意。

（二）运用全景360度拍摄合成技术创建虚拟展厅

该种方法主要运用于在短时间内对现有场景的复制。使用全景相机或单反相机来收集素材（场景的照片）。全景相机的技术已经成熟，并且无需花费精力和时间，可实现大范围的展厅展现，但其中存在的问题是画面的像素较差。而单反相机可实现高像素的场景模拟效果，通过定向中心，确立中心，并以中心为起点，进行相同垂直高度的拍摄，保证相等分的不同水平角度拍摄，水平方向可最少分为3条水平线：45度、90度、135度，或增加0度和180度的素材可增加其完整性。将素材照片放入ptgui软件中进行360度合成，在确保至少3条垂直方向的素材的前提下，实现虚拟场景的合成。

该种方法无法确保大范围的场景模拟，也无法实现场景内走动和交互运动，适合用于观赏性的虚拟展厅展现。

Sketch up的虚拟展厅转换同样是通过将原有的场景源文件通过3D转化并导入VR设备，不同于Unity3D技术进行虚拟场景建设，Sketch up的虚拟展厅可以对场景细节和产品进行修改，但渲染周期较长，仅适用于室内场景建设。

三、虚拟现实技术和虚拟展厅相结合

实体世界中的想法和需求都能够通过工业软件在虚拟世界中得以体现，在虚拟世界中进行的任何调整都会在产品制造时反映在实体产品中，因此，可以形成虚实结合、动态交互的高度智能化制造方式。虚拟世界和实体世界的不同，在随着数字化的社会到来的过程中开始发生联系，可以发现虚拟世界和实体世界在制造行业中也呈现出慢慢相互“融合”的状态。

而在这一技术不断发展的同时，缺少了一个展现载体，使得虚拟世界过于单一和脱离真实。而虚拟展厅的出现，系统化地填补了这一空缺，并非是单一地进行场景设计，而是针对性的对于某一产品或某一系列产品进行场景制作。给予了虚拟现实一个具体的框架载体，增加了代入感和现实感。

在快速变化的市场需求下，虛拟展厅成为了市场来评判产品好坏的重要因素之一，不同于单一的展示技术，加入了虚拟展厅，更好地发挥出产品的特点和实际应用情况。虚拟现实将成为技术牵引，服务未来的机电产品制造领域，将虚拟世界和实体世界更加密切地相互融合。

四、虚拟展厅的应用

虚拟展厅在机电产品先进制造领域将有广阔的应用空间。在机电产品宣传推广阶段，应用建立虚拟展厅对客户进行产品仿真演示，比传统二维和动态演示效果更理想，能够促进销售，还原机电产品在工作场景中的运用，提高了虚拟现实技术在机电产品先进制造方面的服务效率、拓宽了其服务的内容，并且提升了服务的质量，使机电制造业滋生新的服务行为。将虚拟现实技术应用引入机电产品先进制造业中，更加符合当今社会发展的速度与需求。同时，3D虚拟技术大大减少了传统制造所产生的二次成本。

不仅如此，运用虚拟现实技术将已建立的机电产品模型和操作场景进行三维发布，虚拟展厅不仅可以便于修改和设计，还可以展现后期的完整展示效果，通过360度的场景素材收集并集成于一个空间，模拟一个虚拟操作空间，可供用户与机电产品之间进行虚拟交互。基于用户研究基础之上，探讨了解客户需求，通过发布平台更改用户所需产品外观，以及具体的操作界面和操作形式的设计，来满足客户的需求。

五、结语

虚拟展厅是虚拟现实技术和互联网技术在工业设计和展示设计中的运用， 是将企业中的真实场景和产品通过三维模型、多媒体、虚拟现实技术等多种手段在计算机上模拟再现，通过互联网供参观者访问的全新网上展示方式。虚拟展厅所用到的虚拟现实技术主要是利用三维建模软件创建逼真的展厅环境，利用虚拟现实工具制作虚拟漫游、人机互动等效果，最后通过互联网呈现给参观者，从而达到不限时空的参观。本文介绍了两种虚拟展厅的实现路径，分别是通过Unity3D技术、通过全景360度拍摄合成技术。Unity3D技术和Sketch up的虚拟展厅转换都是在尽可能确保模型源文件的前提之下，而全景360度拍摄合成技术则是建立在360度平分角度的基础上进行的，两者各有利弊。虚拟展厅在机电产品先进制造领域将有广阔的应用空间，虚拟现实将成为技术牵引，服务未来的机电产品制造领域，将虚拟世界和实体世界更加密切地相互融合。

参考文献：

[1]张枝.基于Unity3D校园虚拟展厅的构建与技术研究[J].常州工学院学报，2015.

[2]张立华.基于Unity3D的三维虚拟展厅的设计与实现[J].广东交通职业技术学院学报，2015.

[3]孟庆轩等.基于虚拟展厅的学生作品展示系统设计与实现[J].计算机时代，2014.