基于虚拟现实技术的三维家具虚拟展示系统设计

袁 霞 朱思进

(广东省中山市港口理工学校 广东中山 528447)

1980年，美国VPL公司创造人拉尼尔提出“虚拟现实”的概念，之后VR技术引起国内外相关人士的关注[1]。VR技术包括计算机图形、人工智能等内容，在军事、工业与教育领域已取得应用，且成果突出。近几年，随着计算机技术与仿真技术的发展，VR技术在家具市场推广中引入。由于虚拟现实技术的特点，学生利用该技术与三维教学虚拟展示系统学习时存在各种各样的问题。由此，重视对三维家具虚拟展示系统的设计十分必要，各中高职院校教师应加以注意。

一、虚拟现实技术概述

所谓虚拟现实技术就是VR技术，它是借助计算机的功能，将现实世界在虚拟环境下再现。它集合了仿真技术、传感技术等内容，具备“3I”特性，具体为沉浸性、交互性及构想性[2]。其中，沉浸性是主要特征，可以使教师利用虚拟技术沉浸式的特点，让学生沉浸在虚拟世界，并参与其中的各种家具展示活动。学生在沉浸的过程中可发挥自身的主观能动性，与虚拟环境进行共鸣，并成为其中的一部分；交互性起到帮助的作用，可以让学生与虚拟环境中的对象实现交互。比如，在家具实物效果展示中，可通过传感器对虚拟环境中的家具摆设进行设计，让学生真正感知到家具的每一个细节；构想性可给学生提供广阔的想象空间，将构建的虚拟场景与三维家具虚拟摆放于房间中，让学生随意构想不存在的空间，甚至在现实中不可能存在的，以实现空间个性装饰及多种家具的随意摆放。

二、基于虚拟现实技术的三维家具虚拟展示系统设计

三维家具虚拟展示系统设计呈现非沉浸式的特点。这种设计依据的原理是根据家具展示需要，通过三维建模软件进行家具库、配饰库及空间库的展示，并以虚拟现实技术条件的运用后导入虚拟现实制作软件中，以此实现交互，之后以多媒体信息整合的方式输出并利用。对于维家具虚拟展示系统设计，主要包括两部分，即模型库的设计与应用程序设计。具体的设计原理与实现环节如图1所示。

图1 三维家具虚拟展示设计环节图

对三维家具虚拟展示系统在教学中应用，基于虚拟现实技术的特点，其在教学中该应用有明显的优势，在教师的引导下，学生通过虚拟软件的应用，提高自身对软件的应用能力。在该系统设计中，学生可以克服传统系统以图片展示家具与真实感不强的问题。在具体设计过程中，教师要求学生根据设计图纸制作要求，结合家具的特色展示家具模型，并设计创建展示空间完成所需配件的三维建模制作，设计好之后进行纹理制作。在这个过程中，需要将真实物体的图片附贴在实体模型上，体现逼真效果。之后根据设计要求制作动画，待完成模型制作与动画设置后，处理最终音乐效果、文字格式等多媒体元素的制作，然后输出完成。对于此设计具体的教学情况如下。

（一）三维建模设计

该系统中虚拟三维建模创作比较复杂，对其教学设计，教师利用其优势，学生利用计算机技将表现自然的过程以艺术的语言进行表现[3]。学生在建模这个过程中，根据教师的要求与提示，对家具各部件需要分解细致，且有创造性、选择性地对现实进行模拟。如图2所示，三维建模技术可展现产品的细节。对三维家具虚拟展示空间的相关设计，需要注意把控细节刻画能力，完美呈现家具整体三维造型。此外，在建模时，学生需要考虑不同家具需要采取不同的建模方式而呈现的优势与劣势。在三维建模过程中注意对虚拟场景中家具外形特征的准确把控，避免设计效果差异性较大的问题。还要注意家具外形特征的布线是否对材质灯光的表现更有利，并且，在建模时为了符合家具风格，需要注意展示空间的分割与搭配事物风格的设计要统一，更好地突出家具的造型特点，克服传统以图片展示为主的不足。对三维家具虚拟展示，其中所选用的建模作品相当于一个造型艺术作用，只有合理搭配才能淋漓尽致地表现家具要展示的艺术空间。

图2 家具细节在三维建模技术中的展示

（二）家具纹理贴图设计

为了增加模型的质感，在三维家具虚拟展示场景中进行贴图纹理，使模型的造型表现得更完善。对贴图的展现在三维家具虚拟展示中，主要有环境与配饰物体及产品自身。学生在设计家具纹理贴图时，以往设计比较复杂，且设计成果不符合需求与现实，而借助该软件学习，学生可以达到客观、准确且真实地再现标准，在设计中为了效果展示不会随意对其基本属性进行更改，避免设计失真而使参观者对虚拟展示的家具产生不信任。对家具贴图的选择，尽量选用高清数码照片，并用Photoshop软件简单修改。在此过程中，学生要针对性地选择与完善，使其达到所要展现的纹理图片要求。将修缮后的图片经加载制作成纹理，待设置好坐标后根据要求将纹理贴在几何物体上。

（三）实时阴影效果设计

三维家具虚拟展示系统设计，阴影效果的处理得当可衬托出画面上景物的远近与相对方位，整个展示场景画面的层次感与立体感展现而得到逼真的图像[4]。对展示环境里阴影效果设计，就是对光影的处理。其可作为传达情感与创造气氛的重要手段，对虚拟场景中光照阴影处理，学生需要根据现实生活中灯光效果设计为基础，注意恰当处理造型角度。在电脑三维设计软件中，学生通过观看教师演练内容，学生在设计时在模拟过程中经过观察与选择，根据需求自由操控对现实生活中照明效果模拟，以此增强三维家具虚拟展示效果。

（四）虚拟交互设计

三维家具虚拟展示设计完成后，此时虚拟展示的重点就是交互设计。交互设计是规划与描述事物（家具）的一种方式，作为描述与传达该行为的最有效的形式[5]。虚拟互动艺术是虚拟现实展示设计，其与其他展示形式有一定的区别，是最具有魅力的艺术形式。

在虚拟家具展示空间内，学生在观看家具三维效果的过程中可以任意查看虚拟家具颜色、纹理及相关材质信息，通过交互获得产品的其他信息。比如，家具使用保养信息的视频、特定用户型家具搭配图片的参考等。对虚拟交互的设计，无论怎么设计都需要遵循两点：其一是必须要符合易用性特点；其二是要求学生注重家具用户体验性[6]。其中，交互设计中易用性方面以家具参观者的兴趣、行为方式等为基础，以满足其以使用为目的的设计，不是设计师主观意愿的表现。设计出的交互页面合理易学，并且使用率较高。在虚拟家具展示中交互设计包括的内容有许多，比如虚拟场景中产品的移动、缩放等，还有行为设计、人机交互设计。经鼠标出发、动画设计等内容的展示，将三维家具虚拟场景赋予新的生命。

根据以上设计内容，在教师的演示下，学生基于虚拟现实技术对三维家具虚拟展示系统进行设计，在此次设计过程中，学生采取自行设计与小组合作设计，根据某系列家具设计其三维虚拟展示情况，先让学生对自己展示的作品进行自评，然后小组间互评，最后由教师点评，共同商讨选出最优秀的作品。通过评价学生设计成果，学生认识到此次学习中存在的不足，经观看比自身优秀的作品，了解到三维家具虚拟展示系统如何设计更好。

三、结束语

综上所述，本文基于虚拟现实技术的三维家具虚拟展示系统设计的分析，了解虚拟技术的内容与家具关系，对三维家具虚拟展示系统设计，符合时代需求，其给我们带来的不仅是艺术视觉效果上的革命，还打破了传统家具展示传播观念。对学生三维家具虚拟展示系统设计教学，该优势明显突出，可达到较好的教学效果，提升学生的实践能力。