基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁媚

摘 要： 為了增強(qiáng)便攜式3C產(chǎn)品企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，需研究一種有效的外觀設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)方法通過設(shè)置產(chǎn)品各組件的外觀屬性對(duì)便攜式3C產(chǎn)品外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果不直觀，不能有效展現(xiàn)所設(shè)計(jì)便攜式3C產(chǎn)品的外觀。為此，設(shè)計(jì)一種基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，通過輸入模塊對(duì)用戶發(fā)出的命令進(jìn)行接收和檢測(cè)，輸入模塊將接收到的命令發(fā)送至圖像處理模塊，通過將軟件代碼植入芯片中實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)結(jié)果發(fā)送至NOR FLASH存儲(chǔ)電路暫存，將最終設(shè)計(jì)完成的結(jié)果傳輸至VGA顯示模塊進(jìn)行顯示。軟件設(shè)計(jì)中，采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)效果較佳，且效率很高。

關(guān)鍵詞： 三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)； 便攜式3C產(chǎn)品； 外觀仿真設(shè)計(jì)； 總體結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）22?0085?04

0 引 言

便攜式3C產(chǎn)品通常指的是電腦、平板電腦、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、電視機(jī)、隨身聽、電子辭典或數(shù)字音頻播放器等[1?2]。近年來，隨著電子商務(wù)的逐漸發(fā)展和廣泛應(yīng)用，全球化市場(chǎng)逐漸形成，便攜式3C產(chǎn)品品種多、個(gè)性化的外觀設(shè)計(jì)趨勢(shì)愈加明顯，所有企業(yè)均面臨著實(shí)時(shí)變化與無法預(yù)測(cè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)[3?4]。因此，3C產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)具有重要意義，能夠使企業(yè)更好地滿足客戶需求的個(gè)性化與多樣性[5]。

目前，有關(guān)便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)的研究有很多，相關(guān)研究也取得了一定的成果。其中，文獻(xiàn)[6]對(duì)3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計(jì)是由特征部件的外觀設(shè)計(jì)整合形成的，將便攜式3C產(chǎn)品整體造型的外觀依據(jù)功能的不同進(jìn)行劃分，通過CADI技術(shù)將各功能單元排列組合，從而達(dá)到便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的多樣化，同時(shí)對(duì)各外觀設(shè)計(jì)造型進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終獲取符合用戶需求的設(shè)計(jì)方案，但該方法實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，不適用于實(shí)際應(yīng)用中。文獻(xiàn)[7]以便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的效率為目的，從知識(shí)重用的角度對(duì)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)中的知識(shí)進(jìn)行劃分，從而得到設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)過程知識(shí)和用戶需求知識(shí)等，在UG平臺(tái)上塑造便攜式3C產(chǎn)品知識(shí)重用原型系統(tǒng)，高效形成外觀設(shè)計(jì)方案，但該方法主要依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)實(shí)現(xiàn)，得到的結(jié)果很難滿足用戶需求。文獻(xiàn)[8]提出一種基于Java技術(shù)的便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)方法，在JDK1.5中引入可切換皮膚的外觀（Synth），Synth能夠使開發(fā)人員無需編寫代碼即可設(shè)計(jì)新的便攜式3C產(chǎn)品的外觀。將外觀設(shè)計(jì)在XML文件中實(shí)現(xiàn)，令外觀設(shè)計(jì)和程序代碼“分隔”開，有效提高了設(shè)計(jì)效率，但該方法所需成本較高，資源浪費(fèi)較多。文獻(xiàn)[9]對(duì)便攜式3C產(chǎn)品的外觀風(fēng)格和形態(tài)進(jìn)行分析，研究了便攜式3C產(chǎn)品造型風(fēng)格的產(chǎn)生及構(gòu)成，總結(jié)了便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)方法，提出外觀設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)外觀仿真設(shè)計(jì)，但該方法所需時(shí)間較長(zhǎng)、效率低下。

針對(duì)上述方法的弊端，設(shè)計(jì)了一種基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。軟件設(shè)計(jì)中，采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)效果較佳，且效率很高。

1 基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿

真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

本文系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要由輸入模塊、三維虛擬圖像處理板、NOR FLASH存儲(chǔ)電路和VGA顯示模塊構(gòu)成。

通過輸入模塊將用戶的命令和需求進(jìn)行接收，并傳輸至三維虛擬圖像處理板中進(jìn)行處理，將處理結(jié)果發(fā)送至NOR FLASH存儲(chǔ)電路中進(jìn)行暫存，通過三維虛擬圖像處理板DSP的接口提供的和NOR FLASH存儲(chǔ)電路的無縫接口讀取處理后的信息，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)，將最終設(shè)計(jì)完成的結(jié)果傳輸至VGA顯示模塊進(jìn)行顯示。

1.2 差分發(fā)送端設(shè)計(jì)

輸入模塊為三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的輸入接口，通過輸入模塊對(duì)用戶發(fā)出的命令進(jìn)行接收和檢測(cè)，輸入模塊將接收到的命令發(fā)送至圖像處理模塊。輸入模塊的核心芯片采用Intersil公司生產(chǎn)的ELS171芯片，其是一種通過雙絞線接收和傳輸?shù)男酒?，電路圖如圖2所示。

圖2中，R1主要用于阻抗匹配，雙絞線傳輸?shù)挠脩裘钚盘?hào)存在衰減現(xiàn)象，需通過R1對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在接收命令與傳輸命令的整個(gè)過程中均需進(jìn)行頻率加權(quán)補(bǔ)償，該補(bǔ)償可通過在輸出信號(hào)線上串接2個(gè)電阻R6，R7實(shí)現(xiàn)，R6，R7通常在5～50 Ω范圍內(nèi)取值。

1.3 三維虛擬圖像處理板

三維虛擬圖像處理板是整個(gè)硬件結(jié)構(gòu)的核心，三維虛擬圖像處理板接收從輸入模塊發(fā)送來的用戶命令后，通過將第2節(jié)分析的軟件代碼植入芯片中實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計(jì)。三維虛擬圖像處理板采用TI公司生產(chǎn)的TMS320C6202B?300芯片，其原理圖如圖3所示。

圖3中，TMS320C6202B?300芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和通常的DSP芯片不同，其內(nèi)部集成有2個(gè)乘法器與6個(gè)算術(shù)運(yùn)算單元，可同時(shí)對(duì)8條32 b用戶命令進(jìn)行處理。將經(jīng)處理后的結(jié)果保存至內(nèi)存儲(chǔ)器，通過4個(gè)DMA接口和2個(gè)多通道緩存串口將處理結(jié)果發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示。

1.4 NOR FLASH存儲(chǔ)電路

NOR FLASH存儲(chǔ)電路選用2片Intel公司的E28F128J3A FLASH，其采用0.25 μm工藝的3 V電壓邏輯存儲(chǔ)芯片對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。NOR FLASH存儲(chǔ)電路如圖4所示。

圖4 中的NOR FLASH存儲(chǔ)電路共包含兩片E28F128J3A，其數(shù)據(jù)線是DQ0～DQ15組成的32位數(shù)據(jù)總線，和PXA255的32位數(shù)據(jù)總線一樣，地址線是A0～A23共24位，和PXA255的SA?AZ至SA?A24相連。由于E28F128J3A是16位數(shù)據(jù)總線，所以其A0地址無需接地。PXA255的SA PWR?EN和RP腳相連，如果SA PWR?EN較高，則進(jìn)入省電模式。

1.5 VGA顯示模塊

VGA就是顯示繪圖陣列，其是IBM公司發(fā)布的顯示器分辨率規(guī)范。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的為VGA接口的LCD顯示器SM501，其自帶VGA接口，能夠直接和模擬顯示器連接在一起，其VGA顯示原理圖如圖5所示。

圖5中，SM501的模擬RGB顯示模塊采用24位DAC（RGBS：8：8）對(duì)模擬RGB接口進(jìn)行連接，上述DAC的運(yùn)行頻率能夠達(dá)到200 MHz，最高可顯示1 280×1 240的分辨率，這是一般芯片無法達(dá)到的效果。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中，采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)，下面對(duì)各實(shí)現(xiàn)步驟的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行分析。

2.1 便攜式3C產(chǎn)品擬合特征輪廓線

便攜式3C產(chǎn)品的特征輪廓線選用Bezier曲線，利用樣板的正側(cè)面投影線擬合形成，輪廓線形成的部分代碼如下：

2.2 基于深度的便攜式3C產(chǎn)品外觀放縮變形

與側(cè)面投影相應(yīng)的是3C產(chǎn)品全景深度圖像的中間軸，深度圖像重點(diǎn)各行以一定的比例發(fā)生改變，該比例為需輪廓線和原輪廓線中離散點(diǎn)的高度之比。基于深度的便攜式3C產(chǎn)品外觀放縮變形的部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

.4 便攜式3C產(chǎn)品外觀加載顯示

產(chǎn)生新的三維模型后，為了使客戶能夠立即看到三維效果，系統(tǒng)需實(shí)時(shí)加載新的三維場(chǎng)景，對(duì)便攜式3C產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)進(jìn)行顯示。下面是瀏覽器加載一個(gè)三維場(chǎng)景的部分代碼：

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)將Synth系統(tǒng)作為對(duì)比，在表1描述的實(shí)驗(yàn)背景下進(jìn)行分析。

分析圖7可以看出，采用本文系統(tǒng)對(duì)平板電腦的外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，所需的時(shí)間明顯低于Synth系統(tǒng)，且本文系統(tǒng)的時(shí)間曲線更加平穩(wěn)，說明本文系統(tǒng)具有較高的設(shè)計(jì)效率。分別采用本文系統(tǒng)和Synth系統(tǒng)對(duì)平板電腦的外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到的設(shè)計(jì)結(jié)果分別如圖8、圖9所示。

由圖8、圖9可知，采用本文系統(tǒng)對(duì)平板電腦設(shè)計(jì)的效果明顯優(yōu)于Synth系統(tǒng)，說明本文方法有很高的性能。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一種基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的便攜式3C產(chǎn)品外觀仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，通過輸入模塊對(duì)用戶發(fā)出的命令進(jìn)行接收和檢測(cè)，輸入模塊將接收到的命令發(fā)送至圖像處理模塊，通過將軟件代碼植入芯片中實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀的仿真設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)結(jié)果發(fā)送至NOR FLASH存儲(chǔ)電路暫存，將最終設(shè)計(jì)完成的結(jié)果傳輸至VGA顯示模塊進(jìn)行顯示。軟件設(shè)計(jì)中，采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)便攜式3C產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)效果較佳，且效率很高。

參考文獻(xiàn)

[1] 艾婷，李哲，王振楠.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維仿真校園漫游系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2014（18）：188.

[2] 蓋小紅，王培俊，劉夢(mèng)姣，等.基于Web的汽車外形虛擬實(shí)時(shí)定制和動(dòng)態(tài)仿真[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2013，42（5）：112?113.

[3] 楊中亞，趙勇，劉娟鵬，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的輸電線路巡視仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2015，38（4）：92?97.

[4] 徐雪戰(zhàn)，孟祥瑞，何葉榮，等.基于三維可視化與虛擬仿真技術(shù)的綜采工作面生產(chǎn)仿真研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014（1）：26?32.

[5] 薛艷峰.基于Windows+RTX的便攜式無人機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015，36（2）：91?94.

[6] 徐敏，蔣偉梁.基于Inventor的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦與信息技術(shù)，2014（5）：32?33.

[7] 林敬亭，李嬌.基于要素分析的機(jī)床產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)研究[J].設(shè)計(jì)，2013（11）：51?52.

[8] 裴楠.淺談品牌標(biāo)志在筆記本電腦外觀上的協(xié)同設(shè)計(jì)[J].文藝生活·文海藝苑，2013（1）：193?197.

[9] 顏嘯.淺析工業(yè)設(shè)計(jì)理論在數(shù)控機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)中的實(shí)踐[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（15）：45?49.