虚拟现实（Virtual Reality,VR）由伊凡·苏泽兰于1965年提出，随着计算机图形学、计算机技术和通信技术的发展及网络呈现的需要，VR技术也得以逐步发展。21世纪以来，VR技术逐渐与Java和XML技术融合，提升了VR技术的渲染质量与传输效率，使得VR技术也步入了全新的发展阶段。通过VR技术对真实产品进行设计，可更直观地呈现设计效果，设计者可通过此技术进行人机交互，提升产品设计效率且设计出更美观的产品。为此，本文研究提出基于三维虚拟VR技术的产品设计系统，并通过此系统实现产品设计，提升产品设计及整个产品生产过程的效率。
1 基于三维虚拟VR技术的产品设计系统
1.1 三维虚拟VR技术产品设计系统整体结构
利用图像处理模块、三维图形建模模块、程序加载模块、图像编辑模块、VR虚拟仿真模块、交叉编辑控制模块与图形渲染模块组成产品设计系统。产品的三维虚拟VR设计的信息采集与总线传送可通过人机交互的总线开发技术实现。对于基础数据的开发可通过Vsgr(Rendenring Library）渲染软件实现，并创建交叉编译器协助过滤数据，配备应用程序与集成开发设计3D应用文件可通过Model Builder 3D中心件技术完成，产品设计时的输出端口操控与应用文件配置可由VSG类库与VP类库共同实现。三维虚拟VR技术产品设计系统整体结构如图1所示。
图1 基于三维虚拟VR技术的产品设计系统整体结构
1.2 基于立体视觉模型的VR虚拟现实开发平台
作为常规视觉应用、虚拟现实与实时视觉仿真的VR虚拟现实开发平台，通过Auto CAD软件完成产品形态设计，且以Visual C++6.0作为开发语言。人类对于周边空间产生知觉最关键的方式即为视觉通道，同时它也是虚拟空间内最为直接的采集空间参数的方式。人类立体视觉模型内的左眼与右眼具有局部双目叠加区域的视差，如图2所示。
在此基础上，计算侧视网膜图像差。假设双眼前侧存在U1,U2两个物体，则两个物体的间距与侧视网膜图像差之间的关系表达式为：
式中：b，μ分别表示两物体间距与侧视网膜图像差；两眼的间距与右眼同物体U1间的竖向间距分别通过K,B表示。若将U1作为参照物，那么人类知觉间距b的结果是：
通过VR构建产品的虚拟空间过程为：
1）获得扫描设备或自摄像机的图像后，通过画图Box程序构建图像；
2）编辑、修改、纹理处理及更换图像时可采用模拟立体视觉模型实现；
3）在构建3D对象并生成3D几何对象文件时需以产品形态为依据采用3ds MAX或CAD实现；
4）以2）和3）中生成的处理后的图像与3D几何对象文件为依据，并与C++程序库单元相结合运行VR虚拟空间。
1.3 产品几何特点的3D几何特点模型构建
1.3.1 提取元素
通过提取获得产品3D几何特点的参考元素与标准元素的过程即为元素提取，其中，标准元素是指产品的外型面，参考元素是指产品外型面、点或者是边界线。在此基础上，从产品的三维模型上提取将需要的产品几何元素当作标准元素与参考元素。
将产品3D几何特点增添至提取元素过程的确准处，再通过交互的方式固定参考元素，提取元素标志数据，最后通过交互方式确定并提取出标准元素的标志数据。提取元素时，所提取到的数据为产品3D几何特点建模的基础。
1.3.2 定义外形
产品3D几何特点的外形基础标准一般有：多边形、长方形或正方形等，应先确定以生产技术需要为依据的产品外形有关参数与结构形态，再创建产品3D几何特点。
具体过程为：基于产品三维模型由产品设计人员以过往经验知识与交互技术将产品的几何特点进行确准；产品外形应具备的参数可在所需增添协助产品3D几何特点处自行定义，比如光滑度、维度及高度等，产品设计人员可交互输入所需参数或交互修正；评判交互输入的外形参数是否合理；结合上文提取所得标准元素、参考元素与产品3D几何特点参数数据，并将其应用于建模中。
1.3.3 设定关系及产品3D几何特点模型自动构建
在产品三维模型上迅速创建产品3D几何特点模型，其中，最主要一步便是设定产品3D几何特点同标准元素、参考元素间的关系，产品3D几何特点的方向、持续性、空间位置及依赖性等属性可通过上文确定。以产品3D几何特点具备的结构形态为依据划分3D几何特点同标准元素及参考元素间的关系。
其中，产品3D几何特点同标准元素间的关系为：产品3D几何特点相对于标准元素的吻合度用依赖性表示；产品3D几何特点模型的标准元素和拉伸方向间的夹角度量值用角度表示；同标准元素的接触位置的连续曲率用曲率持续性表示。产品3D几何特点同参考元素间的关系为：边缘控制、镜像分别表示对产品3D几何特点区间的控制与参考元素两边出现的产品3D几何特点；采用右手原则判断产品3D几何特点出现于参考元素位置的正反向，通过方向表示。
基于所具备的各参数及控制关系等建模条件，通过三维CAD的通用功能实现产品3D几何特点模型的快速自动构建。
1.4 产品设计的VR视景仿真实现
1.4.1 产品模型渲染
产品设计时，产品3D几何特点模型的纹理渲染通过体绘制方式实现。在获取产品设计模型的基础上，将虚拟场景数据库创建于观测体（Viewing Volume）模型内，采用渲染命令完成虚拟场景数据库内产品数据信息的程序输出操控，提升产品设计模型的操控性能。
1.4.2 程序输出操控
产品的三维特点绘制与虚拟视景设计可通过场景数据库模型创建与纹理渲染的方式实现。在产品三维设计内创建三维模型数据库，并通过数据库重建产品三维设计内的分散特点。通过Multigen Creator 3.1创建模型，采用渲染命令完成场景数据库内产品数据信息的程序输出操控，向Vega Prime内导入产品设计模型，并与可视化应用程序相结合，创建产品设计模型开发库，对产品三维的开发可通过Matlab和Vega Prime等编程工具完成。为提升产品设计模型的操控性能，可采用视景仿真渲染工具Vega Prime构建产品设计中的功能模块并模拟可视化视景。对程序输出操控模块进行创建，实现于视景仿真端内的产品设计视景仿真。通过套接字（Socket）实现网络通信系统的创建，完成基于三维虚拟VR技术的产品设计系统的程序加载与网络操控。
2结论
本文针对产品设计过程，提出一种基于三维虚拟VR技术的产品设计系统，并将本文系统应用于某工业产品加工厂的产品设计中，测试结果说明，本文系统所设计产品的可视化效果清晰逼真、图像质量较好、实际应用性较高，能够提升工业产品的设计与生产效率。由于在本文系统的测试中，仅针对工业产品进行设计效果检验，因而在以后的研究中会继续将本文系统应用于其他产品的设计领域内，并进一步验证本文系统的优越性能。
参考文献
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