基于Pro E软件的虚拟人面部建模及渲染研究

曲芳，桑海涛，张宏宇

（1.黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心，哈尔滨　150022；2.东北农业大学工程学院，哈尔滨　150030；3.黑龙江科技大学计算机与信息工程学院，哈尔滨　150022；4.哈尔滨铁路运输中级法院司法行政装备管理处，哈尔滨150016）



基于Pro E软件的虚拟人面部建模及渲染研究

曲芳1，2，桑海涛3，张宏宇4

（1.黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心，哈尔滨150022；2.东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；3.黑龙江科技大学计算机与信息工程学院，哈尔滨150022；4.哈尔滨铁路运输中级法院司法行政装备管理处，哈尔滨150016）

摘要：

关键词：

0　引言

Pro E软件提供了制作高质量图像的渲染菜单，能使零件或组件装配后的外观显现近乎于照片。利用Pro E软件的渲染功能，给予各零件色彩及相应的透明度、光照，可使所设计的产品立体分明，更具视觉效果，而不必通过产生样机或实物模型来展示外观。该软件自带的渲染功能可将产品的模型置于特定的环境，比如室内，可以设置地板、四壁和天花板的背景，并对背景进行预览、尺寸和位置的调整，也可以在特征或某个表面上设置材质，定义表面颜色、透明度、光照、粗糙度和纹理等。另外，运用贴图功能在产品和包装上生成标记和图案，指定每个图案的大小、位置和透明度，并指定光线类型、颜色和强度，方便选择和控制阴影的形式。

试利用Pro E软件的强大功能，对虚拟人面部真实感的渲染进行研究。针对虚拟人面部的结构，在Pro E软件中建立脸部三维实体模型，并对虚拟人脸部进行渲染、环境光照影响的模拟，构建虚拟现实的结构环境，直观形象的实现三维效果。有利于辅助影视动画快捷设计中展现栩栩如生的人物，节约制作成本。同时，增强三维游戏和虚拟教学中人物的真实感，满足实时互动的要求，给人们带来身临其境的感觉，增强应用的实用性和交互性，具有重要的现实意义［1］。

1　虚拟人面部模型的建立

1.1虚拟人面部结构

通过简化虚拟人头像数据，设计虚拟人头部结构图如图1（a）、（b）所示。其中（a）图为虚拟人面部正视图，图（b）为虚拟人面部侧视图。

图1　虚拟人面部结构图

1.2虚拟人面部三维模型建立

按照虚拟人面部结构尺寸，在Pro E软件中利用拉伸、造型、边界混合、投影等命令，建立简化的虚拟人面部三维实体模型，如图2所示。

图2　虚拟人面部三维模型建立

2　虚拟人面部渲染效果

在Pro E软件视图菜单中，选择模型设置—渲染设置，选取蓝色进行面部整体渲染，效果如图3、图4所示。再进行房间编辑器设置，选取房间外观，设置底板位置-0.5，天花板位置3，墙壁位置3，效果如图5所示。在场景调色板命令下选择更换场景，效果如图6所示。

3　结语

利用Pro E软件进行三维模型的渲染，不完全等同于图像处理软件，如：美图秀秀、人像处理和Adobe Photoshop等软件中的外观设计。而是利用计算机来模拟摄影场景工作的一种方式，需要了解专业摄影的概念，包括：平面构图、房间设置、环境设置、颜色搭配、光的运用和材质特性［2］等，最大限度的降低企业设计成本和生产成本，高效、直观、无差的模拟现场，进而提高在线生产效率，发挥计算机模拟软件的实用价值［3-15］。

图3　虚拟人面部颜色渲染操作步骤　

图4　虚拟人面部颜色渲染

图5　设置房间编辑器视图

图6　更换场景视图

参考文献：

［1］杨蒙召.基于GPU的面部真实感实时渲染研究［D］.黑龙江:哈尔滨工业大学，2013.

［2］郝骏刚，赵娜. Keyshot在机械设计软件中的应用［J］.电脑开发与应用，2013，26（11）:48-50.

［3］曲芳，孟庆强.基于人机工程学的采煤机械设计研究［J］.机械制造，2013，53（1）:30-32.

［4］曲芳，宁姗，张艳，等.基于ANSYS的轻型矿车车箱优化设计［J］.工业仪表与自动化装置，2014（3）:19-22.

［5］曲芳，郝帅，张蕊，等.一种矿车车箱的多种轻质设计比较［J］.机械工程师，2014（2）:88-90.

［6］曲芳，李巍.基于ANSYS的土壤分层取样装置优化设计研究［J］.机械工程师，2015（8）:10-12.

［7］曲芳，明向兰.基于回归分析法的黑龙江省人口预测及应用［J］.工业仪表与自动化装置，2015（3）: 66-68.

［8］曲芳，马晓梅，梁志强，等.机器人实践教学研究初探［J］.机械职业教育，2014（2）:31-33.

［9］曲芳，王绍胜，桑海涛，等.基于3DMAX的T字形工件自动化焊接路径与程序［J］.黑龙江科技大学学报，2015，25（5）:573-578.

［10］曲芳，顿国强，沈斌，等.基于Multi-Agent协作的井下机器人智能搜救系统［J］.黑龙江科技大学学报，2015，25（4）:440-444.

［11］曲芳，张艳，宁姗，等.纤维增强复合材料在探测机器人主车体上的应用［J］.机械制造，2015，53（605）:33-35.

［12］曲芳，沈斌，顿国强，等.基于响应曲面法井下机器人焊修疲劳试验研究［J］.煤田地质与勘探，2016，（4）:78-81.

［13］曲芳，沈斌，宁姗，等.产学研结合培养煤矿安全工程专业人才的改革与实践［J］.价值工程，2016，（7）:21-23.

［14］曲芳，沈斌，岳旭东，等.基于K5示教法的自动化焊接实践教学改革初探［J］.价值工程，2016，（8）:15-17.

［15］曲芳，罗凤利.基于卓越工程师培养的焊接实践课程体系研究［J］.职教通讯，2016，（15）:30-34.

Research on Virtual Human Face Modeling and Rendering Based on Pro E

QU Fang1，2，SANG Hai-tao3，ZHANG Hong yu4
（1. Center of Engineering Training and Basic Experiment，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022；2. Engineering Institute，Northeast Agricultural University，Harbin 150030；3. Computer and Information Engineering Institute，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022；4.Administration of Justice and Administration,Harbin Railway Transportation Intermediate Court,Harbin 150016）

Abstract：

Keywords：

针对虚拟人面部的结构尺寸，在Pro E软件中建立面部三维实体模型，并对虚拟人面部进行场景式渲染、环境光照影响的模拟，构建虚拟现实的结构环境，直观形象的体现面部三维实体效果，降低企业设计成本和生产成本，高效、直观、无差的模拟现场，增强软件应用的实用性，此举具有十分重要的现实意义和应用价值。

虚拟人；面部；渲染；Pro E建模

基金项目：

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（No.12541710）

文章编号：1007-1423（2016）13-0027-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.007

作者简介：张宏宇（1976-）男，黑龙江牡丹江人，硕士，研究方向为计算机图像处理

曲芳（1983-），女，山东蓬莱人，研究生，讲师，研究方向为机械设计及理论

桑海涛（1979-），男，黑龙江哈尔滨人，研究生，副教授，研究方向为传感器测量与可靠性技术

收稿日期：2016-03-26修稿日期：2016-04-28

Arithmetic coding is the most efficient entropy coding method based on statistical and lossless data compression. It is widely used in image and video compression，and its performance directly determines the efficiency of the algorithm. Analyzes various factors influencing the performance of arithmetic coding，carries on the most critical probability estimation method to the comparative analysis of the experiment，and gives the design probability estimation methods should follow the guidelines，the arithmetic coder further，application has guiding significance.

Virtual Human；Face；Rendering；Modeling with Pro E