摘 要: 討論了虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于陶瓷展示的可行性，關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。利用3DS MAX和PhotoShop建立展廳和瓷器的三維模型,，并使用貼圖技術(shù)增強瓷器模型的真實感,；使用開源的圖形渲染引擎OGRE實現(xiàn)場景資源的組織和管理,，并基于OGRE實現(xiàn)了虛擬展廳的實時交互和動態(tài)漫游功能,。
　　關(guān)鍵詞: 德化陶瓷; 虛擬展示; OGRE; 用戶交互

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　　德化是聞名世界的瓷都,并且逐漸成為全國最大的工藝陶瓷生產(chǎn)與出口基地^[1]。目前德化陶瓷產(chǎn)品的展示主要是通過在線的圖片展示和離線的樣品展覽來實現(xiàn),。對于這兩種傳統(tǒng)的樣品展示方式,，文字和圖片展示只能提供靜態(tài)的局部的視覺體驗，真實感和交互性都比較差,。而實物展覽則要求客戶花費不菲的時間和金錢成本到現(xiàn)場參觀,，這往往也會顯著延長客戶下訂單的周期。近年來,，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在物品展示和場景重建的應(yīng)用中日益受到人們的關(guān)注,。虛擬現(xiàn)實利用計算機(jī)制作出來的類似真實世界的虛擬環(huán)境，并可提供觀者實時性的互動和沉浸式的逼真感受^[2],，它為快速的展示瓷器樣品和發(fā)布產(chǎn)品信息,、降低交易成本和加速產(chǎn)品銷售提供了一種可行的思路。
1 系統(tǒng)概述
　　本課題利用相關(guān)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了一個具有友好用戶交互和動態(tài)漫游功能的虛擬陶瓷展廳,，客戶可以在這個虛擬展廳中自由行走,、任意觀看同時也可以借助交互式操作針對單個產(chǎn)品做更多細(xì)節(jié)的觀察。該系統(tǒng)包括圖形系統(tǒng),、腳本系統(tǒng),、交互系統(tǒng)、資源管理、場景管理等模塊,。圖形模塊使用3DS MAX和PhotoShop建立展廳和瓷器的三維模型,，腳本系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)的所有配置文件和日志文件，交互系統(tǒng)則負(fù)責(zé)友好的場景交互功能,。本系統(tǒng)使用開源的圖形引擎OGRE實現(xiàn)場景元素組織和場景資源管理。整個陶瓷虛擬展廳系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示,。

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2? 關(guān)鍵技術(shù)
2.1 瓷器三維建模
　　目前應(yīng)用于視景仿真的三維建模軟件主要有：MultiGen Creator,、3DS MAX、MAYA,、SOFTIMAGE/3D 等,。
　　3DS MAX是PC機(jī)上最普及的三維動畫和建模軟件，成本低廉,，具有良好的軟件接口,；系統(tǒng)集成了豐富的第三方插件，使得它具有強大的三維動畫和特技效果制作等功能^[3],。本文使用3DS MAX 9.0建立展廳和陶瓷產(chǎn)品的實體模型,，并利用相關(guān)插件將其轉(zhuǎn)化為本系統(tǒng)支持的內(nèi)部文件格式。
　　獲取建立實體模型的相關(guān)參數(shù)是建模的準(zhǔn)備工作,。數(shù)據(jù)采集往往可以通過使用相應(yīng)的測量設(shè)備測出產(chǎn)品原型或產(chǎn)品實物若干組點的坐標(biāo),，進(jìn)而計算出模型參數(shù)。更簡單且在實際應(yīng)用中可行的一種方法是由產(chǎn)品設(shè)計者提供模型參數(shù),。繪制表面紋理圖案是增強瓷器產(chǎn)品真實感的重要步驟,，但是直接使用3DS MAX建模瓷器的表面紋理是一個十分困難的工作。通常,，要將實物圖片貼到三維模型的表面,，使瓷器產(chǎn)品具有更加逼真的視覺效果，這些實物圖片稱為紋理貼圖,。在具體操作中,，先拍攝不同角度的實體照片，再用Photoshop對照片剪裁,、校正和拼接等處理,，最終得到所需的紋理貼圖。如圖2所示,，整個瓷器產(chǎn)品的三維建模主要包括圖片處理和實體模型的建立兩個部分,。

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　　圖3給出了一個瓷器產(chǎn)品建模的實例。紋理貼圖被導(dǎo)入到3DS MAX并被貼合到瓷器的三維模型表面,，然后賦予其真實的材質(zhì),、環(huán)境、燈光等，再通過渲染器渲染出逼真的效果,。從圖3（b）可以看出,，本文方法創(chuàng)建出的瓷器模型與真實的瓷器效果非常接近。本文系統(tǒng)使用OGRE圖形引擎組織和管理場景資源,，所以,，完成好的三維模型通過Deep Exploration進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、優(yōu)化后利用工具軟件3ds2mesh導(dǎo)出為OGRE所支持的.mesh文件,。

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　　Ogre::SceneManager是OGRE的場景管理器，負(fù)責(zé)組織和管理場景中的物體,，并將物體發(fā)送到渲染系統(tǒng)進(jìn)行渲染,。OGRE將現(xiàn)實世界中的場景劃分成抽象的不同空間，這些空間還可以劃分成更小的子空間,。每個空間都由一個場景節(jié)點SceneNode對象來管理,，場景節(jié)點將處理移動、旋轉(zhuǎn)和縮放等與空間相關(guān)的行為,。在每個場景節(jié)點之上可以掛載各種場景元素,，如Entity,、Light、Camera等,。OGRE將大量場景節(jié)點按照空間的劃分層次組織成樹狀結(jié)構(gòu),，從而實現(xiàn)對整個場景的有序、高效管理,。
3? 系統(tǒng)實現(xiàn)與結(jié)果
3.1 使用OGRE繪制視景
　　使用OGRE管理場景資源和繪制虛擬展廳的主要過程如下：
　?。?）系統(tǒng)啟動，檢測OGRE動態(tài)鏈接庫,；設(shè)備信息管理器從設(shè)備信息文件中讀入設(shè)備信息進(jìn)行初始化,。
　　（2）資源管理器從外部文件中載入系統(tǒng)需要使用的資源,，包括模型文件（.mesh）、骨骼動畫（.skeleton）,、粒子模板定義文件（.particle）,、材質(zhì)定義文件（.material），以及各種圖像文件,。
　?。?）建立場景管理器，建立成功后系統(tǒng)從場景文件中載入場景,，并按照文件設(shè)置創(chuàng)建虛擬場景,。整個場景由若干場景節(jié)點按照空間的劃分層次組織成樹狀結(jié)構(gòu)。
　?。?）場景節(jié)點從瓷器三維模型定義文件中載入瓷器,，載入后按模型文件指定值設(shè)置瓷器擺放的初始位置。
　?。?）OGRE幀監(jiān)聽器開始循環(huán)監(jiān)聽,，讀取串口或鼠標(biāo)鍵盤輸入，并進(jìn)行處理,；然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)的場景節(jié)點,，場景節(jié)點通知綁定在其上的粒子發(fā)射器發(fā)射粒子；最后,，OGRE渲染系統(tǒng)將視景渲染到顯示終端,。
　　OGRE的場景管理器按照場景文件創(chuàng)建虛擬展廳。本系統(tǒng)中定義了一種xml 格式的場景文件,，其中關(guān)鍵信息是場景節(jié)點結(jié)構(gòu),。xml 的樹型結(jié)構(gòu)正好與場景節(jié)點的樹型結(jié)構(gòu)一致，該文件規(guī)定了節(jié)點對應(yīng)的網(wǎng)格模型,、節(jié)點的縮放比例,、節(jié)點的位置方向、是否是靜態(tài)物體。場景文件被載入后,，系統(tǒng)對 xml 文件中的Node 節(jié)點進(jìn)行遍歷,，遇到 Node 節(jié)點時在 OGRE 應(yīng)用程序中創(chuàng)建場景節(jié)點Ogre::SceneNode。
3.2 用戶交互的實現(xiàn)
　　在虛擬漫游系統(tǒng)中,，系統(tǒng)通過不斷改變視點和觀察點的位置來產(chǎn)生視景的三維動畫,。本系統(tǒng)中的場景控制主要包括以下兩個方面：鍵盤漫游和鼠標(biāo)控制。鍵盤漫游就是用戶通過操縱鍵盤來實現(xiàn)在三維場景中的任意漫游,。通過鍵盤漫游用戶可以靈活,、準(zhǔn)確地對場景進(jìn)行全方位觀察。鼠標(biāo)控制則是利用鼠標(biāo)進(jìn)行模型的多角度觀察以及放大,、縮小等詳細(xì)查看場景對象,。鍵盤控制前進(jìn)、后退,、左移,、右移，鼠標(biāo)控制視野的抬頭,、低頭,、左右旋轉(zhuǎn)。此外,，用戶可用鼠標(biāo)選擇對象,，對指定對象進(jìn)行瀏覽，其右鍵功能可以詳細(xì)查看瓷器信息的文本描述,，包括瓷器名稱,、尺寸、產(chǎn)地,、特性描述等,。圖5（a）、（b）分別給出了一幅陶瓷虛擬展廳的全景圖和使用鼠標(biāo)控制詳細(xì)觀察所選定瓷器的近景圖,。

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　　本文使用相關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了一個具有樣品擺放和展示,、用戶交互與場景漫游功能的陶瓷虛擬展廳原型系統(tǒng)。利用功能強大的開源三維圖形渲染引擎OGRE完成虛擬場景的資源組織與管理,，極大地降低了開發(fā)成本并縮短了開發(fā)周期,，使得系統(tǒng)具有良好的平臺適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。陶瓷虛擬展廳克服了傳統(tǒng)展示方式真實感較差,，交互性不強,，而且展示成本高的缺點，為實現(xiàn)快速,、低成本的陶瓷樣品展示和縮短交易時間提供了一條可行的思路,。同時,，虛擬展示系統(tǒng)如能夠與企業(yè)現(xiàn)有的計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)及在線銷售系統(tǒng)進(jìn)行整合，將很好地實現(xiàn)陶瓷產(chǎn)品設(shè)計,、樣品展示,、在線訂單一體化，極大降低企業(yè)成本,，加快產(chǎn)品銷售速度,。

參考文獻(xiàn)
[1]?蔡衛(wèi)紅. 德化陶瓷業(yè)國際化的戰(zhàn)略選擇[J]. 發(fā)展研究, 2006，22(1): 42-43.
[2]?石教英. 虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)及實用算法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002.
[3]?胡安林, 蘭海. 3ds Max材質(zhì)與貼圖應(yīng)用技法精粹[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2008.
[4]?Mage 小組.OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine）使用指南, 2003.