朱欣娟，吳 雪，李 濟，張智超

(西安工程大學 計算機科學學院,陜西 西安 710048)

個性化定制產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)及實現(xiàn)

朱欣娟，吳 雪，李 濟，張智超

(西安工程大學 計算機科學學院,陜西 西安 710048)

為了滿足客戶對產(chǎn)品的個性化定制和三維虛擬展示的需求，提出了一種基于Unity3D平臺的個性化定制工業(yè)產(chǎn)品的三維虛擬展示技術(shù)。以陶瓷產(chǎn)品為研究對象，針對陶瓷產(chǎn)品的形狀和紋理特征，描述了產(chǎn)品的個性化建模、定制交互設(shè)計方法以及基于Unity3D平臺的二次開發(fā)的技術(shù)實現(xiàn)途徑，采用Web3D技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了個性化產(chǎn)品的定制和三維虛擬展示系統(tǒng)。通過所建立的定制與虛擬展示系統(tǒng)，用戶可以實現(xiàn)在線對陶瓷產(chǎn)品進行個性化定制及設(shè)計，包括陶瓷產(chǎn)品的種類選擇、樣式選擇、貼圖選擇及產(chǎn)品色系的選擇設(shè)計，并可以通過旋轉(zhuǎn)移動等操作實時觀看所設(shè)計陶瓷產(chǎn)品的三維真實感效果，具有較好的實用價值，為個性化定制產(chǎn)品的定制和虛擬展示提供了可行的技術(shù)路線和支撐手段。

個性化產(chǎn)品;三維虛擬展示;Unity3D;陶瓷定制

0 引 言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和生活水平的日趨提高，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，尤其對產(chǎn)品的個性化需求尤為突出，互聯(lián)網(wǎng)上千篇一律的大眾化產(chǎn)品及靜態(tài)的二維平面展示方式不再滿足客戶需求。為了滿足客戶需求并贏得市場競爭，個性化定制[1]產(chǎn)品及其三維虛擬展示方式應(yīng)運而生。產(chǎn)品定制化生產(chǎn)并通過網(wǎng)絡(luò)三維虛擬化展示的交互方式成為企業(yè)和客戶之間直接溝通的橋梁。個性化產(chǎn)品定制過程是客戶交互式選擇工業(yè)產(chǎn)品各個設(shè)計元素的過程，其核心和關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)[2-3]，顧客需要所見即所得地看到自己所設(shè)計產(chǎn)品的實時虛擬展示效果。

Web3D技術(shù)是隨著互聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，虛擬展示作為虛擬現(xiàn)實的一個分支，目前應(yīng)用較廣泛的主流虛擬展示技術(shù)包括VRML(Virtual Reality Modeling Language)[4]、Cult3D、JAVA、Quest3D、Unity3D[5]等。為此，采用Web3D技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計開發(fā)了陶瓷產(chǎn)品的在線個性化定制和原型三維虛擬展示系統(tǒng)，具有選擇陶瓷產(chǎn)品的規(guī)格、圖案、色系等功能，可實時觀看所設(shè)計產(chǎn)品的鋪貼效果，對于提高陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計能力和售前服務(wù)水平均具有重要意義。

1 虛擬展示技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

虛擬展示技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，在各行各業(yè)都有涉及，如軍事、教育、科研和建筑等領(lǐng)域。在很多領(lǐng)域人們已經(jīng)體會到虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品帶來的便利，尤其是醫(yī)學、商業(yè)和影視等[5]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)起源于美國。美國麻省理工學院(MIT)1985年成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。利用這一環(huán)境，MIT建立了一個虛擬環(huán)境下的對象運動跟蹤動態(tài)系統(tǒng)[6]。日本在2004年開發(fā)出一種嗅覺模擬器[7]，2009年在應(yīng)用工程和物理科學研究會上展示了能提供味覺、嗅覺和皮膚溫度感受的原型虛擬繭[8]。美國宇航局進行的對哈勃太空望遠鏡的仿真非常著名，還通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立了訓練系統(tǒng)和空間站VR維護[9]。2010年墨西哥和海地發(fā)生了大地震，美國科學家們利用虛擬現(xiàn)實分析系統(tǒng)，時刻關(guān)注受災(zāi)地區(qū)的情況，同時預(yù)報該地是否有斷層移動的現(xiàn)象。美國在建筑虛擬動畫方面也做了深入研究，目前已經(jīng)建立了不少虛擬建筑場景。瑞士日內(nèi)瓦大學的MIRALAB實驗室以及H&M服裝公司推出了網(wǎng)上試衣間服務(wù)以及著名的My Virtual Model (MVM)試衣網(wǎng)站，英國倫敦技術(shù)學院的“Center for 3D Electronic Commerce”項目，歐洲信息與算法研究協(xié)會的“MtoM3D”項目等都對三維服裝虛擬展示技術(shù)進行了相關(guān)研究[10]。這表明虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)發(fā)揮了舉足輕重的作用。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究起步較晚，還處于發(fā)展階段。北京航空航天大學計算機系是國內(nèi)最早研究VR的單位之一，該校在2000年8月成立了實驗室專門研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)。浙大CAD&CG國家重點實驗室研發(fā)了虛擬建筑環(huán)境的漫畫系統(tǒng)，2010年在上海舉行的世博會的亮點之一就是網(wǎng)上世博會[11]。運用三維虛擬現(xiàn)實、多媒體等技術(shù)設(shè)計世博會的虛擬平臺，讓網(wǎng)民可以體驗360°的空間游歷和三維互動體驗[12]，甚至能品鑒中國館中的青花瓷等。另外還有西安交通大學、上海交通大學等都有相關(guān)科技研究的應(yīng)用成果產(chǎn)生[13]。

江南大學民間服飾博物館基于“CLO3D”三維服裝展示軟件制作的民間服飾的虛擬展示[14]，逼真地仿真出了館藏的漢民族服裝文物的紋理質(zhì)感，這一成果成功解決了民族服飾展示的問題。對于在電子商務(wù)平臺中陶瓷產(chǎn)品的三維展示問題，一些研究者開始研究基于Web平臺的陶瓷產(chǎn)品三維虛擬展示及信息發(fā)布技術(shù)。由此可見，虛擬三維展示技術(shù)在國內(nèi)趨于高速發(fā)展狀態(tài)。

2 三維虛擬展示技術(shù)的研究內(nèi)容

2.1 三維個性化產(chǎn)品模型的建立

欲實現(xiàn)個性化工業(yè)產(chǎn)品的三維虛擬展示，首先需要對工業(yè)產(chǎn)品進行編號并按照類別、特征建立數(shù)據(jù)庫，利用專業(yè)軟件進行三維模型建模，以利于后期的交互查詢和訂單處理。同時，考慮到三維虛擬展示時客戶和產(chǎn)品的個性化交互需求，在三維建模時，就要劃分不同部件區(qū)域，考慮每個部件區(qū)域圖案銜接處三維模型貼圖的參數(shù)設(shè)置等，將以上模型部件信息存入數(shù)據(jù)庫，供三維虛擬展示程序自動調(diào)用，完成產(chǎn)品模型的建立。

在此選擇3Ds MAX軟件對陶瓷產(chǎn)品進行三維建模，首先需要對陶瓷產(chǎn)品進行個性化分析及設(shè)計，然后再進行個性化建模，利用數(shù)據(jù)庫對各類產(chǎn)品的特征屬性建立與模型的直接關(guān)聯(lián)。對于可以單獨選擇的零件，采用分部件建模的形式，最終再集成為陶瓷整體產(chǎn)品。由于陶瓷產(chǎn)品模型屬于不規(guī)則模型，通過參考設(shè)計圖及相關(guān)尺寸對各個陶瓷產(chǎn)品零部件進行建模，通過重命名、成組、坐標軸調(diào)節(jié)、模型面數(shù)優(yōu)化等操作完成個性化的陶瓷產(chǎn)品模型。

2.2 三維場景的建立及交互技術(shù)

三維產(chǎn)品虛擬展示系統(tǒng)選擇在Unity3D平臺上進行二次開發(fā)實現(xiàn)產(chǎn)品選款、外觀設(shè)計和交互等功能，該平臺支持C#，Boo和JavaScript腳本編程。其中C#的功能最強大，因此采用C#進行交互腳本的開發(fā)和設(shè)計。并且兼容在PC、Web和Android等九個平臺上發(fā)布，基于這一特點，工業(yè)產(chǎn)品的虛擬展示交互利用Unity3D將3D模型導入，產(chǎn)品模型打包動態(tài)加載，需要資源時可以隨時從服務(wù)器上下載。

Unity3D展示是通過Unity3D引擎編寫C#，JavaScript腳本開發(fā)的一個Web Player應(yīng)用，該應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)模型的動態(tài)加載和交互功能。通過在客戶機上安裝Unity3D插件，可以實現(xiàn)在各個主流瀏覽器上運行并通過Web Player動態(tài)加載產(chǎn)品模型以及展示?？蛻艨梢詫崿F(xiàn)在線對產(chǎn)品的信息描述，包括模型的基本屬性信息和定制的動作信息。模型基本屬性信息包括陶瓷產(chǎn)品的類別、編號、尺寸形狀、價格和陶瓷表面圖案等；定制動作信息包括從3DS Max等導出的信息，這里的動作信息是廣義的動作，不僅包括了模型動畫，還包括更改陶瓷顏色，更改陶瓷表面圖案、模型上下移動和旋轉(zhuǎn)展示細節(jié)等“動作”，以滿足用戶的個性化需求。最后，開發(fā)陶瓷定制動態(tài)網(wǎng)站，嵌入Unity3D陶瓷交互定制虛擬展示W(wǎng)eb Player應(yīng)用插件，并實現(xiàn)客戶個人信息、客戶定制信息等數(shù)據(jù)庫的動態(tài)管理。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

服務(wù)器端存儲陶瓷產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)庫和資源數(shù)據(jù)庫，資源庫包含模型庫、貼圖庫等，分別以3Ds MAX文件、圖片文件和Unity3D資源包的形式存在?？蛻舳斯δ苤饕謨纱蟛糠?，其一是個性化定制以及虛擬展示子系統(tǒng)，采用B/S結(jié)構(gòu)。用戶可以登錄該系統(tǒng)交互式進行陶瓷產(chǎn)品的類別選擇，樣式選擇及設(shè)計，觀看選擇設(shè)計的實時三維虛擬展示效果，個性化設(shè)計包括對陶瓷產(chǎn)品釉色的設(shè)計和貼圖的個性化選擇設(shè)計。另一部分是陶瓷產(chǎn)品類別及樣式信息管理子系統(tǒng)，該部分主要實現(xiàn)的功能是用戶信息管理、三維陶瓷產(chǎn)品模型及屬性信息的管理、貼圖管理等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)以MyEclipse10，Unity3D和SQL Server 2008為開發(fā)平臺，通過Unity3D進行個性化陶瓷產(chǎn)品設(shè)計和三維虛擬展示。通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器進行個性化產(chǎn)品設(shè)計和在線三維虛擬展示，而主要事件在服務(wù)器端實現(xiàn)。陶瓷產(chǎn)品三維虛擬展示過程分為產(chǎn)品類別選擇、個性化設(shè)計與虛擬展示三個步驟。

3.1 產(chǎn)品類別

客戶可以在線選擇產(chǎn)品類別，陶瓷定制產(chǎn)品有茶壺、杯子、盤子、花瓶等，客戶根據(jù)需要定制自己想要的產(chǎn)品?？晒┒ㄖ频奶沾僧a(chǎn)品類別界面如圖2所示。

圖2 陶瓷產(chǎn)品定制界面

3.2 產(chǎn)品選擇

客戶可以在線選擇茶壺定制，茶壺定制界面見圖3，通過茶壺樣式選擇即可查詢對應(yīng)的模型信息完成款式的定制?？蓪δＰ瓦M行放大縮小觀看茶壺細節(jié)，點擊右上方旋轉(zhuǎn)按鈕，可以進行360°旋轉(zhuǎn)觀察操作。

圖3 茶壺定制界面

3.3 個性化貼圖

客戶可將自己的照片或者喜歡的明星的照片貼在陶瓷產(chǎn)品上，如圖4所示。將明星的照片剪裁后進行調(diào)整亮度等操作，然后保存，并上傳在定制服務(wù)器網(wǎng)站，在后續(xù)定制過程中將貼圖下載到本地貼在產(chǎn)品上。

圖4 圖片上傳界面

3.4 個性化設(shè)計與三維虛擬展示

點擊左側(cè)菜單按鈕，可以選擇不同款式的杯子，根據(jù)自己的喜好將上傳的明星圖片設(shè)計為產(chǎn)品的外觀以達到個性化設(shè)計。用戶可以通過該界面對杯子進行全方位觀察，可以對它進行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、變換顏色等一系列動作。虛擬展示界面如圖5所示。

圖5 杯子個性化定制及虛擬展示界面

4 結(jié)束語

隨著人們經(jīng)濟水平的提高和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對個性化商品的網(wǎng)絡(luò)定制技術(shù)需求愈加迫切，個性化產(chǎn)品的定制過程是客戶交互式選擇產(chǎn)品各種設(shè)計元素的過程，同時顧客需要所見即所得地看到自己所設(shè)計產(chǎn)品的實時虛擬展示效果。以陶瓷產(chǎn)品為對象，研究了基于Unity3D平臺的個性化定制產(chǎn)品三維虛擬展示技術(shù)，通過簡單的人機交互界面及操作方式，實時的三維虛擬展示效果給人真實的感受，滿足了所見即所得的定制需求，為個性化定制產(chǎn)品的虛擬展示提供了可行的技術(shù)路線與支持。

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Virtual Display Technology for Personalized Customized Products and Its Implementation

ZHU Xin-juan，WU Xue，LI Ji，ZHANG Zhi-chao

(College of Computer Science,Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)

In order to meet the needs of the customer’s personalized and 3D virtual display,a 3D virtual display technology for personalized customization with Unity3D has been presented.Taking ceramic products as the research object,according to the shape and texture of ceramic products,the implementation approaches of product’s personalized modeling,custom interaction design method and the second development technology based on Unity3D platform have been described.Personalized product customization and 3D virtual display system has been achieved using Web3D technology and database.Through the established custom and virtual display system,the user can actualize the online customization and the design of ceramic products,including the species selection,style selection,chartlet selection as well as design of product color,and the real 3D effect of ceramic products can be seen by rotating and moving operation with practical value.Thus the established 3D virtual display system has provided a feasible technical route and support for the virtual display for the customized products.

personalized products;3D virtual display;Unity3D;ceramic customization

2016-07-02

2016-10-12 網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-04-28

陜西省自然科學基金資助項目(2013JM8034)

朱欣娟(1969-)，女，教授，研究方向為智能信息處理；吳 雪(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為智能信息處理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170428.1703.038.html

TP31

A

1673-629X(2017)06-0165-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.06.034