虚拟现实技术在工业设计视觉优化中的应用研究

万鲤菠

摘  要： 传统的工业设计中，通常以平面图展示工业设计，这种展示方法存在一定视觉混乱的问题，难以整体呈现工业设计，为解决这一问题，将虚拟现实技术应用到工业设计视觉优化中。采用NCI匹配算法，匹配工业设计产品，并重建工业产品的点云，以准确对工业产品特征检测。在此基础上，应用虚拟现实技术，构建工业设计视觉优化模型，确定模型场景输出格式以及工业设计的输出情况，并按照工业设计模型的变化特征进行处理，对模型的全面数据编辑。最后根据虚拟现实技术的技术特征对工业设计视觉优化模型进行针对性优化，以此完成工业设计视觉优化。实验对比结果表明，此次设计的工业设计视觉优化方法优化后的工业设计清晰度比传统方法的工业设计视觉清晰度高，大大提高了工业设计视觉的清晰度。

关键词： 工业设计; 视觉优化; 虚拟现实技术; 建立优化模型; 特征检测; 实验对比

Abstract： In the traditional industrial design， the industrial design is usually displayed on the floor plan. The virtual reality technology is applied to the visual optimization of industrial design to improve the visual confusion and the overall presentation of the industrial design. The NCI matching algorithm is used to match the industrial design products and reconstruct the point cloud of the industrial products for the accurate feature detection of the industrial products. On this basis， the virtual reality technology is used to construct the visual optimization model of industrial design， determine the output format of the model scene and the output conditions of the industrial design， and the comprehensive data of the model is edited according to the change features of the industrial design model. The industrial design visual optimization model is performed the targeted optimization according to the technical features of virtual reality technology， so as to complete the visual optimization of industrial design. The experimental comparison results show that the designed visual clarity of industrial design optimized by this method is higher than that of the traditional method， which greatly improves the visual clarity of the industrial design.

Keywords： industrial design; visual optimization; virtual reality technology; construct optimization model; feature detection; experimental comparison

0  引  言

传统的工业设计视觉展示中，通常以平面图作为主要展示载体，视觉清晰度差，交互性与逼真性也较差，导致设计者的实际想法难以得到整体和有效体现[1]。为解决这一问题，文中设计一种基于虚拟现实技术的工业设计视觉优化方法[2]。此次设计方法采用NCI匹配算法，匹配工业设计产品，检测工业产品特征。利用虚拟现实技术对工业设计模拟，完成工业设计视觉优化[3]。实验对比结果表明，优化后的工业设计视觉清晰度比传统方法视觉清晰度高，提高了工业设计的展示效果。

1  工业产品视觉特征认定

在对工业设计视觉优化之前，对工业产品设计视觉特征进行认定，以提高设计视觉优化效果[4?9]。查看待视觉优化的工业设计，精简产品网格面数，采用NCI匹配算法，匹配工业设计产品，去除产品中隐藏的物体。NCI匹配算法原理图如图1所示。

图1中，首先给定上视图中的一个点，在下视图中根据邻域相似性寻找匹配点。该邻域为窗口，其以认证点为中心进行匹配。重建工业产品的点云，给定一个三维点，用归一化函数代表产品图像的投影，在工业产品图像之间进行匹配和特征跟踪。

设参考平面为[pn，kn]，求NCI的平均值的最大值估计三维点的位置，计算公式如下：

式中：[VP]代表三维点;[D]代表归一化的相关函数;[F]代表工业产品图像的子集合。根据上述定义，扩展具有相同可见性的相邻三维点的中心差值点，得到工业产品的密集点云。然后利用可视化约束，给定工业产品图像的初始匹配，完成工業产品点云的建立。在此基础上，选定工业产品特征，假设工业产品图像函数分别为[fx，y]和[fixi，yi]，相关窗口大小为[2m+n×2m+n]，则[fx，y]和[fixi，yi]的互相关函数定义为：

式中，[na]，[ca]分别代表相似性函数。从上视图中抽取窗口模板，与下视图中对应极线上的候选窗口进行NCI计算，最后选出所有候选窗口对应的NCI得分，公式为：

式中：[F]代表候选窗口得分;[Dq]代表图像的线性参数;[t]为图像表面的三维数据点;[g]为图像的NCI得分。对比[F]的得分值，将得分最高的与窗口模板匹配。

在上述完成匹配后，完成工业设计视觉特征的检测，通过工业设计视觉特征检测获取基础工业设计的信息，为工业设计视觉优化提供基础[10]。

2  工业设计视觉特征优化

构建基于虚拟现实技术的工业设计视觉优化模型。在构建过程中，利用虚拟现实技术，简化模型结构[11?13]。首先准备基于虚拟现实技术的工业设计场景文件，明確工业设计的背景信息、贴图和动画等要求，保证工业设计尺寸在三维场景中的观察需要，减少计算机的运行负载。确定模型场景输出格式以及工业设计的输出情况，得到与实际工业设计规格相同的三维场景。在最后的EHF文件中获取模型的相关资料，对工业设计视觉优化。

利用虚拟现实技术，构建工业设计视觉优化模型，由于整个模型不能符合完整的设计要求，会形成具有不同差异的工业设计图像模型。因此对其简化，根据整个模型的工业设计视觉图像质量情况，保证工业设计的图像质量，减少模型设计误差，其具体表达公式为：

式中：[I1，I2]分别代表误差控制前后的工业产品模型;[1M]代表控制优化的模型参数;[Li]为工业产品图像质量。

确定优化模型的误差符合预期标准后，通过虚拟现实技术获取工业设计的详细模型参数，并利用虚拟仿真的效果进行全面的数据评价与分析，获取相应的参数数据。在构建工业设计视觉优化模型后，利用虚拟现实技术中的图形加速流程对工业设计模型深层次解读。

在此基础上，对工业设计进行优化处理，按照工业设计模型的变化特征进行处理，在实现模型信息实时显示的基础上，提高工业产品模型展示效果。从虚拟现实技术对模型的全面数据编辑，利用式（5）完成模型加速。

式中：[dM]代表图像的矢量长度;[x-e]代表工业模型产品内部[x]点到[e]点的距离参数;[min]为优化参数。根据工业设计的关键点设定方向参数，增强匹配的鲁棒性，根据虚拟现实技术的技术特征对视觉优化模型进行针对性的判断，以保证工业设计视觉优化效果达到预期目标[14?15]。

3  实验对比

3.1  实验环境

实验环境主要包括Aiamond三维Fire GL显卡，其使用256位图形扫描器;硬盘选用SCSL硬盘，内存为256 GB;大容量外置存储设备;ADSL宽带网络调制解调器等。具体的实验环境如图2所示。

图中，硬件主要接收相关的工业视觉信息;输入输出设备目的是通过视觉、听觉和触觉等方式与虚拟环境实现信息的交互作用，主要包括显示器、操纵杆和数据手套等，与虚拟环境建立联系;数据接口与被测试机器相连，实时查看实验数据。

实验中，选取简单的工业设计、稍难的工业设计和复杂的工业设计各20个，分别采用传统方法和本文设计方法对比。

3.2  实验结论

对比两种工业设计视觉清晰度，清晰度最高为100%，清晰度越高，代表工业设计优化效果越好。实验对比结果如表1所示。

由表1可知，传统的方法在简单的工业设计中，清晰度较高，而对于稍难和复杂的工业设计视觉清晰度较差，不能展示出更多的工业设计。本文方法在简单的工业设计上的清晰度较高，对于稍难和复杂的工业设计上，工业设计视觉清晰度没有降低，仍然能够展示较多的工业设计信息。说明此次应用虚拟现实技术设计的工业设计视觉优化方法，能够按照工业设计的变化特征进行显示与处理，呈现出更加清晰的工业设计效果。

4  结  语

此次设计的工业设计视觉优化方法比传统方法的工业设计视觉清晰度更高，能够提高工业设计视觉清晰度，可为工业设计提供一定的帮助，有助于推动工业设计的发展。

参考文献

[1] 姜晓波，凃康玮.虚拟现实环境下的工业造型设计复杂问题求解优化[J].现代电子技术，2019，42（9）：155?157.

[2] 郭玮.三维激光虚拟现实技术在古建筑破损重建中的应用[J].激光杂志，2018，39（12）：102?105.

[3] 胡郁，吴丽萍.基于特征提取的虚拟现实中全景图像生成算法[J].科学技术与工程，2017，17（32）：285?289.

[4] 易琳，贾瑞双，刘然，等.虚拟现实环境中视觉诱导晕动症的评估指标[J].航天医学与医学工程，2018，31（4）：437?445.

[5] 李婷婷，王相海.基于AR?VR混合技术的博物馆展览互动应用研究[J].计算机工程与应用，2017，53（22）：185?189.

[6] 王庆月.基于CAVE的虚拟现实关键技术研究[J].现代电子技术，2017，40（1）：140?144.

[7] 李榕玲，张悦.基于VR技术的家居陈列方法研究[J].现代电子技术，2017，40（22）：95?97.

[8] 姬莉霞，刘成明.基于虚拟现实技术的模糊静态图像目标重现方法[J].计算机科学，2018，45（7）：248?251.

[9] 张景璐，赵妍，沈冰夏.三维激光技术在VR建模中高精度速度模拟研究[J].激光杂志，2017，38（7）：159?162.

[10] 佟喆.基于视觉表达的工业设计合理性评估方法研究[J].现代电子技术，2017，40（14）：154?157.

[11] 唐帮备，郭钢，夏进军.基于用户视/触觉体验的工业设计材质测评方法研究[J].机械工程学报，2017，53（3）：162?172.

[12] 翟志强，朱忠祥，杜岳峰，等.基于虚拟现实的拖拉机双目视觉导航试验[J].农业工程学报，2017，33（23）：56?65.

[13] 夏振平，胡伏原，程成，等.基于视觉空间定向理论的虚拟现实空间重构[J].液晶与显示，2019，34（2）：215?219.

[14] 张慧敏，陈启祥.工业设计加工产品零件视角精度优化控制[J].计算机仿真，2018，35（1）：197?200.

[15] 胡郁，吴丽萍.基于特征提取的虚拟现实中全景图像生成算法[J].科学技术与工程，2017，17（32）：285?289.