基于虛擬現實技術的平面設計展示系統研究

倪玉鳳

（德州職業技術學院 山東省德州市 253000）

現代產品生產時，通常需要設計出相應的平面設計方案，用于對產品性能分析與市場推廣等工作，也就是說，平面設計方案的好壞，直接關系到產品研發、銷售效果。針對這一情況，現代設計領域逐漸對平面設計展示系統進行應用，在這一系統的帶動下，大大提升了平面設計效果，有利于企業開發出更加符合市場需求的產品。但需要注意的是，現有平面設計展示系統依然存在一些缺陷，如在設計過程中，為了獲取各種圖像單符號，需要反復對各菜單進行切換，操作非常復雜，且得到的圖像效果差，很難直觀展示出設計人員的真正意圖，因而現代設計領域急需一種更加良好的平面設計展示系統。

這一背景下，我國相關人員對此產生了高度重視，并開發出了一些新型的設計展示系統，如劉錦康（2021）等人研究中，以WebML 建模技術為依托，通過適當地改進后，開發出一種用于購物網站展示系統[1]。王惠杰（2022）等人開發出了一種由三層構架組合而成的大屏幕展示系統，該系統主要有三大模塊構成，分別為：圖表展示、空間信息展示、聯動瀏覽，通過這些模塊共同配合下，可清晰、直觀的將空間污染信息展示出來[2]。莫小香（2021）等人以GIS 技術為依托，開發出一種農業科技園“一張圖”綜合展示系統，其中共包括5 個層級，由上至下分別為應用層、服務平臺層、數據資源層、資源池層、基礎設施層等[3]。正是這些展示系統的出現，為現代平面設計展示提供了支持。但需要注意的是，這些系統也存在一些缺陷，如應用范圍有限等。所以，還需要開發出一種專門針對于平面設計展示的系統。

基于此，本文以“基于虛擬現實技術的平面設計展示系統”為題進行了研究，以提出一種更加良好的平面設計展示系統開發方案。

1 需求分析

1.1 交互性

虛擬現實是現代計算機領域較為先進的技術手段，具有明顯的交互性特征，以此為基礎開發平面設計展示系統時，應將該特性融合到系統當中，以提升系統的應用效果。以往很長一段時間內，平面產品設計時，一般是利用圖片、動畫等形式進行展示，受眾與產品交互時，僅停留在視覺層面，雖然可對產品具有一定了解，但很難掌握受眾的實際需求。所以，為了更好地將產品展示出來，設計人員應通過系統的功能調入三維虛擬場景的參數，以構建出產品的三維圖像，提升整個產品展示的直觀性。以汽車產品為例，傳統展示時，以平面設計圖為主，而將其轉變成三維圖像模型后，觀眾可通過屏幕的點擊與滑動，移動模型的方向、調節模型的大小等，使得受眾能夠與產品更好的交互，提升平面設計展示效果。與此同時，對于這些控制功能來說，應通過系統編碼予以限值，以防止受眾將展示系統看作“玩具”，提升系統的交互作用[4]。此外，相對于傳統海報交互來說，展示系統不僅處于同一平面內，更是能夠提取出一幅畫面、一段文字，或是構建出相應的虛擬構建，以帶給受眾更加良好的視覺、感官體驗。

1.2 共享性

所謂的共享性，指的是數據能夠在整個系統內順暢傳輸，不論是設計人員還是受眾，均可獲取產品的相關數據信息，有利于各方面人員對產品的了解程度。在產品平面設計時，設計人員將產品功能、性能等信息錄入到系統內，由邏輯層對這些信息予以分析，并根據分析結果，確定出相應的參數，或是設計人員根據線下設計成果，直接錄入初步設計參數，系統根據這些參數自動構建出產品三維模型。與此同時，系統還會將錄入信息或運算參數存儲到數據庫內，用戶通過按鍵等設備的操作，提取出系統中存儲的數據信息，以掌握產品具體的數據情況。

1.3 真實性

平面設計展示系統開發時，真實性是其核心功能需求之一，相對于傳統三維模型來說，平面設計產品無法將所有信息直觀展示出來，因而人員想要全面獲取產品的信息，提升產品設計圖像的視覺與感官效果的真實性。VRML場景創建時，通過Java與VRML系統共同作用下，對相關信息進行接收，獲取對方的訪問需求，即利用場景的不斷調節，將信息傳輸給對應目標，以動態對整個平面設計產品進行調控。以此提升平面設計展示的真實感，同時還有利于平面設計的進一步拓展，不到那豐富產品設計內容，為后續產品制造、銷售提供支持[5]。

2 基于虛擬現實技術的平面設計展示系統設計

2.1 總體設計

本系統開發時，在開發平臺方面，采用的是MyEclipse7.5+JDK1.6 系統，其中，Ecliose 是開發工具，用于系統各功能的開發，JDK1.6.0_09 是開發工具包，用于系統的調試及其他操作；在數據庫方面，采用的是SQL 系列數據庫，用于對數據的存儲；在開發語言方面，采用了多種不同類型語言，如Java 語言、CSS 語言、Java3D 語言等，用于對系統控制程序的編制；在系統服務器方面，采用的是Tomcat5.5.20，用于對數據的處理、分析出、存儲與控制等；在系統框架方面，采用的是B/S 框架結構，具體如圖1 所示。

圖1：基于虛擬現實技術的平面設計展示系統框架圖

本系統框架當中，共由三層構成，由上至下分別為：

（1）用戶層，用于用戶的操作，不僅包含一個操作界面，而且還設置了各種功能，如用戶管理、模型構建、平面設計及全景展示等。該層主要為Web 瀏覽器，其核心為協議。

（2）邏輯層，是整個系統最主要的一部分，可將用戶層與數據層連接到一起，接收到用戶的操作指令后，會予以適當分析，并根據分析結果，于數據庫內提取相應的數據，并對這些數據轉換后，傳輸給用戶層，以控制系統完成整個操作。

（3）數據層。用于數據的存儲、管理與更新，為用戶操作提供數據支持。

2.2 平面設計展示系統開發流程

本系統開發時，以SOL 數據庫為基礎，將平面設計模塊、全景展示模塊與虛擬交互模塊相結合，以此構建出性能良好，且功能健全的平面設計展示平臺。該平臺內，虛擬交互是關鍵功能，用于人員與平臺間信息的交互。具體來說，該系統開發流程見圖2。

圖2：平面設計展示系統開發流程圖

通過圖2 的觀察能夠發現，該系統對平面設計展示時，先通過相應的定位算法，結合設計方案的具體內容，確定出產品各個點在虛擬空間中的所處位置。同時，在虛擬現實場景當中，包含了一個定位算法區設置裝置，用于對場景內各個方面具體情況的展示，以此提升展示圖像的真實感，賦予整個界面更加良好的沉浸感。在獲得定位結果后，設計人員將相關的圖片導出，并利用無縫拼接技術，構建出數字化虛擬展廳，其具備良好的展示功能，利用低配置手段，即可在多個角度展示出產品的具體情況。產品設計展示過程中，虛擬現實為核心技術手段，在該技術的作用下，用戶可根據自身的觀察需求，隨意對展廳予以切換，使得展廳顯示出不同角度的產品圖像，或是對圖像擴大、縮小處理，用于產品細節與整體的圖像的調節；通過鼠標的操控，可選擇不同的觀察位置；以VR 眼鏡等設備為工具，為用戶創建處于一個沉浸式的虛擬場景，以加深永華的觀察體驗等。

2.3 三維虛擬建模

在平面設計展示的過程中，系統根據產品具體情況，分析出模型關鍵點的具體位置，之后以這些點位為基礎，逐漸完成產品模型構建工作。首先，在刺痛內，構建出一個四元組H（αi，βi，ξi，δi），同時，于數據層當中，將H（αi，βi，ξi，δi）傳輸到數據庫內，其中，α 表示平面設計的具體信息；β 表示設計的空間位置狀態；ξ表示平面設計的拓撲信息；表示產品設計的特征值。之后，分別將各方面數據代入到H（αi，βi，ξi，δi）當中，以此推算出平面設計的綜合信息，記作Vi，此外，為了提升數據的準確性，還用設置出相應的約束條件，記作Bi，由此，即可得到平面設計的基礎模型，構建流程為：

（1）在系統當中，分別錄入數據H（αi，βi，ξi，δi）；

（2）在系統內相應模塊的作用下，自動對αi進行識別，同時，對Vi具體情況予以判定。若Vi處于Bi之內，說明信息是單筆畫，可作為最終的導出結果，若超過Bi條件，則跳轉到下一環節；

（3）在約束條件內，對設計方案予以分析：

（4）在已有模型內，如果包含了Vm，則將其傳輸到該模型內，若不包含Vm，則自動跳轉到第一個環節，再次導入數據。

整個流程當中，環節（2）是最為重要的一個環節，這一環節進行得好壞，直接關系到整個模型的構建效果。通過該環節的識別，可確定數據的單雙筆畫特性，并以此為基礎，判斷數據的后續處理。若為單筆畫，則直接將其導出，作為設計的做種結果；若為雙筆畫，則應在約束條件范圍內，繼續計算Bm的結果，直到火堆最佳的結果，并構建出合理的三維模型Vm為止。

2.4 平面設計展示定位算法

在虛擬平面設計展示平臺當中，安裝一個信號發射器，根據用戶錄入的控制指令，發射器產生相應信號，并發送到接收器，以此完成平面設計定位操作。定位過程中，先要確定出場景內部兩裝置間的距離，具體為：

其中，L 為兩裝置間的距離；T 為發射器信號發送時間；T0為接收器獲得信號的時間；v 為虛擬場所中，信號的傳輸速率。

對于單獨信號來說，應設置較短的發射器與接收器距離，若距離過程，則會嚴重影響信號傳輸質量，不利于整個系統運行[6]。所以，為了提升系統運行效率，本研究當中，假設發射器運行時，可同時發出2 個信號，這時，在接收器端，將會出現一定的時間差，具體計算公式為：

其中，L/為兩設備間的距離；T0為在發射器段，第一個信號發出的具體時間；T1為在發射器段，第二個信號發出的具體時間；v 表示在虛擬場所當中，第一個信號的傳輸速率；v/為在虛擬場所當中，第二個信號的傳輸速率。利用上述公式的計算，即可獲得較為精確的點位數據。

2.5 平面設計展示的實現

本系統當中，以虛擬現實技術為依托，用于直觀展示產品平面設計情況，并促使音頻和圖像的融合，以帶給受眾更加良好的視覺感受。這一功能的實現，主要采用的運算公式為：

其中，ux為定位圖片每行的幀數；uy為定位圖片每列的幀數；ω 為聯動識別系數；G1為三維場景音效值，用于圖像聲音的配置。在對比平面設計展示測查的作用下，可推導出視覺色彩情況，具體運算公式為：

其中，M 為展示界面中不同層面色差的分割閾值；Krp為色差使用的變化率；xr為初始顏色的識別率；xrp/為搭配顏色的識別率。

由此即可將產品設計內容展示出來，具體實現方程為：

其中，Q 為在像素x 的方向上，設計內容的視覺展示值；f(x)為在展示域當中，設計內容的視覺色澤分布值；H(x)為音頻融合率，在系統內部圖像轉換時，對應的音頻也會一同改變，以使音頻與圖像保持匹配。

3 測試分析

3.1 展示功能測試結果

為了判斷上述系統展示功能的好壞，本研究當中，按照上述設計方案，初步搭建了平面設計展示系統，并以此為基礎，選擇某保健品外包裝最為測試對象，對該系統展示功能進行了測試。該產品形狀為長方體，表面由各種圖案與文字構成。之后以此為基礎，通過本文設計出來的系統，對該產品進行設計與展示，從而得到新的圖像。通過對兩個圖像的觀察能夠發現，相對于產品的真實圖像來說，本系統展示出來的圖像具有較高的清晰圖，可準確觀察到產品外表的團與文字，使得用戶可準確了解該產品的作用、功能與特點等。由此表明，該系統符合圖像展示功能的要求。

3.2 性能參數測試

為了進一步了解該系統的應用效果，本文選擇兩種常見的圖像展示工具作為對比，其中，一個是傳統Intel RealSense 系統，另一個是受眾興趣識別系統，分別對系統各種性能指標予以檢測。三個系統測試后，可以得到如表1 所示結果。

表1：三個展示系統各方面性能比較結果

通過表1 的觀察能夠發現，在各性能指標方面，本文系統均具有明顯的優勢。其中，在展示有效性與穩定性方面，遠遠高于其他兩種系統；而在頂點與線條重復率方面，數值都是0。由此表明，通過本系統對平面設計進行展示時，可以得到更加進一步對各系統設計時圖像變化頻率模擬度的變化情況予以分析能夠發現，在各種空間頻率條件當中，本系統的模擬度都處于較高的水平，明顯高于另外兩個系統，由此表明，平面設計展示時，對各方面因素的抵抗效果更強，有利于防止圖像發生晃動的問題。

4 總結

綜上所述，本文在虛擬現實技術的基礎上，開發出了一種平面設計展示系統，該系統通過對產品點位的確定，進而利用各種算法公式構建出產品的模型，以此將產品圖像清晰、直觀展示出來，帶給用戶更加良好的視覺、感覺體驗，有利于提升對整個產品的了解程度，可將其推廣到現代設計領域當中。