曲芳，桑海濤，張宏宇

（1.黑龍江科技大學(xué)工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，哈爾濱　150022；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱　150030；3.黑龍江科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱　150022；4.哈爾濱鐵路運(yùn)輸中級(jí)法院司法行政裝備管理處，哈爾濱150016）

?

基于Pro E軟件的虛擬人面部建模及渲染研究

曲芳1，2，桑海濤3，張宏宇4

（1.黑龍江科技大學(xué)工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，哈爾濱150022；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150030；3.黑龍江科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱150022；4.哈爾濱鐵路運(yùn)輸中級(jí)法院司法行政裝備管理處，哈爾濱150016）

摘要：

關(guān)鍵詞：

0　引言

Pro E軟件提供了制作高質(zhì)量圖像的渲染菜單，能使零件或組件裝配后的外觀顯現(xiàn)近乎于照片。利用Pro E軟件的渲染功能，給予各零件色彩及相應(yīng)的透明度、光照，可使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品立體分明，更具視覺效果，而不必通過(guò)產(chǎn)生樣機(jī)或?qū)嵨锬Ｐ蛠?lái)展示外觀。該軟件自帶的渲染功能可將產(chǎn)品的模型置于特定的環(huán)境，比如室內(nèi)，可以設(shè)置地板、四壁和天花板的背景，并對(duì)背景進(jìn)行預(yù)覽、尺寸和位置的調(diào)整，也可以在特征或某個(gè)表面上設(shè)置材質(zhì)，定義表面顏色、透明度、光照、粗糙度和紋理等。另外，運(yùn)用貼圖功能在產(chǎn)品和包裝上生成標(biāo)記和圖案，指定每個(gè)圖案的大小、位置和透明度，并指定光線類型、顏色和強(qiáng)度，方便選擇和控制陰影的形式。

試?yán)肞ro E軟件的強(qiáng)大功能，對(duì)虛擬人面部真實(shí)感的渲染進(jìn)行研究。針對(duì)虛擬人面部的結(jié)構(gòu)，在Pro E軟件中建立臉部三維實(shí)體模型，并對(duì)虛擬人臉部進(jìn)行渲染、環(huán)境光照影響的模擬，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)環(huán)境，直觀形象的實(shí)現(xiàn)三維效果。有利于輔助影視動(dòng)畫快捷設(shè)計(jì)中展現(xiàn)栩栩如生的人物，節(jié)約制作成本。同時(shí)，增強(qiáng)三維游戲和虛擬教學(xué)中人物的真實(shí)感，滿足實(shí)時(shí)互動(dòng)的要求，給人們帶來(lái)身臨其境的感覺，增強(qiáng)應(yīng)用的實(shí)用性和交互性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

1　虛擬人面部模型的建立

1.1虛擬人面部結(jié)構(gòu)

通過(guò)簡(jiǎn)化虛擬人頭像數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)虛擬人頭部結(jié)構(gòu)圖如圖1（a）、（b）所示。其中（a）圖為虛擬人面部正視圖，圖（b）為虛擬人面部側(cè)視圖。

圖1　虛擬人面部結(jié)構(gòu)圖

1.2虛擬人面部三維模型建立

按照虛擬人面部結(jié)構(gòu)尺寸，在Pro E軟件中利用拉伸、造型、邊界混合、投影等命令，建立簡(jiǎn)化的虛擬人面部三維實(shí)體模型，如圖2所示。

圖2　虛擬人面部三維模型建立

2　虛擬人面部渲染效果

在Pro E軟件視圖菜單中，選擇模型設(shè)置—渲染設(shè)置，選取藍(lán)色進(jìn)行面部整體渲染，效果如圖3、圖4所示。再進(jìn)行房間編輯器設(shè)置，選取房間外觀，設(shè)置底板位置-0.5，天花板位置3，墻壁位置3，效果如圖5所示。在場(chǎng)景調(diào)色板命令下選擇更換場(chǎng)景，效果如圖6所示。

3　結(jié)語(yǔ)

利用Pro E軟件進(jìn)行三維模型的渲染，不完全等同于圖像處理軟件，如：美圖秀秀、人像處理和Adobe Photoshop等軟件中的外觀設(shè)計(jì)。而是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬攝影場(chǎng)景工作的一種方式，需要了解專業(yè)攝影的概念，包括：平面構(gòu)圖、房間設(shè)置、環(huán)境設(shè)置、顏色搭配、光的運(yùn)用和材質(zhì)特性［2］等，最大限度的降低企業(yè)設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本，高效、直觀、無(wú)差的模擬現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而提高在線生產(chǎn)效率，發(fā)揮計(jì)算機(jī)模擬軟件的實(shí)用價(jià)值［3-15］。

圖3　虛擬人面部顏色渲染操作步驟　

圖4　虛擬人面部顏色渲染

圖5　設(shè)置房間編輯器視圖

圖6　更換場(chǎng)景視圖

參考文獻(xiàn)：

［1］楊蒙召.基于GPU的面部真實(shí)感實(shí)時(shí)渲染研究［D］.黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［2］郝駿剛，趙娜. Keyshot在機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中的應(yīng)用［J］.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2013，26（11）:48-50.

［3］曲芳，孟慶強(qiáng).基于人機(jī)工程學(xué)的采煤機(jī)械設(shè)計(jì)研究［J］.機(jī)械制造，2013，53（1）:30-32.

［4］曲芳，寧姍，張艷，等.基于ANSYS的輕型礦車車箱優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014（3）:19-22.

［5］曲芳，郝帥，張蕊，等.一種礦車車箱的多種輕質(zhì)設(shè)計(jì)比較［J］.機(jī)械工程師，2014（2）:88-90.

［6］曲芳，李巍.基于ANSYS的土壤分層取樣裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.機(jī)械工程師，2015（8）:10-12.

［7］曲芳，明向蘭.基于回歸分析法的黑龍江省人口預(yù)測(cè)及應(yīng)用［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2015（3）: 66-68.

［8］曲芳，馬曉梅，梁志強(qiáng)，等.機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)研究初探［J］.機(jī)械職業(yè)教育，2014（2）:31-33.

［9］曲芳，王紹勝，桑海濤，等.基于3DMAX的T字形工件自動(dòng)化焊接路徑與程序［J］.黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，25（5）:573-578.

［10］曲芳，頓國(guó)強(qiáng)，沈斌，等.基于Multi-Agent協(xié)作的井下機(jī)器人智能搜救系統(tǒng)［J］.黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，25（4）:440-444.

［11］曲芳，張艷，寧姍，等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在探測(cè)機(jī)器人主車體上的應(yīng)用［J］.機(jī)械制造，2015，53（605）:33-35.

［12］曲芳，沈斌，頓國(guó)強(qiáng)，等.基于響應(yīng)曲面法井下機(jī)器人焊修疲勞試驗(yàn)研究［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2016，（4）:78-81.

［13］曲芳，沈斌，寧姍，等.產(chǎn)學(xué)研結(jié)合培養(yǎng)煤礦安全工程專業(yè)人才的改革與實(shí)踐［J］.價(jià)值工程，2016，（7）:21-23.

［14］曲芳，沈斌，岳旭東，等.基于K5示教法的自動(dòng)化焊接實(shí)踐教學(xué)改革初探［J］.價(jià)值工程，2016，（8）:15-17.

［15］曲芳，羅鳳利.基于卓越工程師培養(yǎng)的焊接實(shí)踐課程體系研究［J］.職教通訊，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：

針對(duì)虛擬人面部的結(jié)構(gòu)尺寸，在Pro E軟件中建立面部三維實(shí)體模型，并對(duì)虛擬人面部進(jìn)行場(chǎng)景式渲染、環(huán)境光照影響的模擬，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)環(huán)境，直觀形象的體現(xiàn)面部三維實(shí)體效果，降低企業(yè)設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本，高效、直觀、無(wú)差的模擬現(xiàn)場(chǎng)，增強(qiáng)軟件應(yīng)用的實(shí)用性，此舉具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

虛擬人；面部；渲染；Pro E建模

基金項(xiàng)目：

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（No.12541710）

文章編號(hào)：1007-1423（2016）13-0027-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.007

作者簡(jiǎn)介：張宏宇（1976-）男，黑龍江牡丹江人，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖像處理

曲芳（1983-），女，山東蓬萊人，研究生，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論

桑海濤（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，研究生，副教授，研究方向?yàn)閭鞲衅鳒y(cè)量與可靠性技術(shù)

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