依托IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用＊

苗群英，杜 潔，楊芷軒

（南京視覺藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京210000）

IC.IDO（“我看到，并能做到”）是法國ESI集團(tuán)為用戶提供的虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案，是一種可視化設(shè)計(jì)制造決策的平臺(tái)。它可以縮短產(chǎn)品的早期設(shè)計(jì)、決策制定、工程評(píng)審、迭代運(yùn)算、物理樣機(jī)等過程的研發(fā)時(shí)間，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)CAD數(shù)字樣機(jī)的不足。

1 虛擬仿真技術(shù)與IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)軟件

1.1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)又被稱作虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或者模擬技術(shù)，這種技術(shù)就是利用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)來模仿另外一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)中一個(gè)十分重要的方向，它是仿真技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門非常有挑戰(zhàn)意義的交叉技術(shù)，屬于前沿學(xué)科的研究領(lǐng)域。它可以利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，主要包括環(huán)境模擬、自然技能、感知和傳感設(shè)備等方面。

1.2 IC.IDO軟件的原理與特點(diǎn)

IC.IDO可以把大量的或多人小組的設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，并能按照模型1∶1的尺寸以虛擬樣機(jī)的形式來呈現(xiàn)給客戶，能夠快速地實(shí)現(xiàn)人和模型的實(shí)時(shí)渲染和實(shí)時(shí)交互，它主要是在逐步完善產(chǎn)品的研發(fā)方式中，利用虛擬樣機(jī)和虛擬裝配進(jìn)行輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而大大提升了產(chǎn)品的競爭力，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案以及可視化的設(shè)計(jì)決策的平臺(tái)主要有以下特點(diǎn)：①可以形成可視化的用戶界面、強(qiáng)大的可視化工程。②擁有沉浸式的3D用戶界面，能夠支持CAVE、HOLOSTAGE、POWR WALL等沉浸環(huán)境。手勢或者手指交互方式，能夠支持各種各樣的虛擬現(xiàn)實(shí)VR外設(shè)，支持桌面式的虛擬系統(tǒng)和沉浸式的3D虛擬環(huán)境。③可以快速地完成完整數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和完整性。④具有獨(dú)特的實(shí)時(shí)物理原型設(shè)備，剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)Kinematics靈活的（合成的）對(duì)象。⑤支持動(dòng)態(tài)干涉檢查虛擬裝配、培訓(xùn)人機(jī)工程分析、互動(dòng)產(chǎn)品演示工作、可視化異地協(xié)同工作，提供光線追蹤和全局照明。

2 IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 IC.IDO的虛擬仿真系統(tǒng)

2.1.1 雙通道立體投影系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由2臺(tái)投影機(jī)投在單面幕布上，采用集群處理方式，適用于工業(yè)、設(shè)計(jì)、教育、科普、數(shù)字城市等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.1.2 4D虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

4D虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種立體加動(dòng)感體驗(yàn)系統(tǒng)，它可以把振動(dòng)、煙霧、吹風(fēng)、氣味和布景等效果疊加融入進(jìn)場景中，從而形成一種獨(dú)特的、多維度的虛擬現(xiàn)實(shí)效果，主要用于軍事、設(shè)計(jì)、游戲等需要滿足半實(shí)物仿真的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.1.3 沉浸式CAVE系統(tǒng)

多通道式合幕沉浸式體驗(yàn)系統(tǒng)（5面“CAVE”），即觀察者的左、前、右、上、下五個(gè)面均有投影圖像。這種系統(tǒng)是一種沉浸感非常強(qiáng)大的一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要適合用于人機(jī)交互、虛擬漫游和模擬體驗(yàn)等需求高的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2 IC.IDO的主要模塊與輔助設(shè)備

2.2.1 主要模塊

IDO:Explore基本模塊：提供CAVE、HOLOSTAGE、POWERWALL等沉浸環(huán)境的立體顯示，能夠支持各種標(biāo)準(zhǔn)的VR外設(shè)。模型轉(zhuǎn)換分別針對(duì)CATIA、PRO/E、MAYA等的轉(zhuǎn)換器，這一模塊可以實(shí)現(xiàn)場景漫游功能，但是不包括如物體碰撞預(yù)測、人機(jī)工程和布線等功能。

IDO:Package對(duì)象包模塊：主要是將基本模塊的圖形組合成物體，可以定義物體移動(dòng)的范圍和物體之間的碰撞等。

IDO:Flexible布線系統(tǒng)和接頭模塊：這個(gè)模塊主要是通過鼠標(biāo)拖放來操作和參數(shù)輸入（起始點(diǎn)、終止點(diǎn)、長度、彎曲度）即可創(chuàng)建或修改布線系統(tǒng)和接頭。

IDO:Reflect渲染模塊：這個(gè)模塊能夠提供光源、材質(zhì)、陰影及反射漫射影響等效果，高性能、高速地處理復(fù)雜模型的可視化，光源和材質(zhì)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行變化，同時(shí)也可以仿真某一時(shí)刻的光源特性。

IDO:Cooperate異地模型交互模塊：這個(gè)模塊可以提供異地協(xié)同工作，主要是通過數(shù)字產(chǎn)品模型的實(shí)時(shí)可視化，讓身處不同地域的開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)調(diào)工作和決策，這樣就能夠節(jié)約時(shí)間和成本。

IDO:Behave部件行為活動(dòng)模塊：這個(gè)模塊可快速方便地定義部件對(duì)象的行為，如部件對(duì)象的可移動(dòng)區(qū)域和觸發(fā)條件。如按下手柄的按鈕，或點(diǎn)擊其他物體可觸發(fā)物體的移動(dòng)或發(fā)出聲音。

IDO:Present渲染及回放模塊：對(duì)利用其他IC.IDO模塊實(shí)現(xiàn)的功能的渲染，包括基于時(shí)間序列的工作流文檔。對(duì)于動(dòng)畫序列和實(shí)時(shí)交互的回放，可輸出成視頻文件。

2.2.2 輔助設(shè)備

輔助設(shè)備主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和3D立體眼鏡，而虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔是一種沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，它包含了頭戴式設(shè)備、兩個(gè)基站與操控式手柄、各類線材和轉(zhuǎn)接盒，可以任意自由地接觸到虛擬世界的空間場所，可以在視覺上加強(qiáng)分辨率，使聲音更加真實(shí)。3D立體眼鏡會(huì)使人有種身臨其境的感覺，這種產(chǎn)品是根據(jù)對(duì)畫面的高刷率達(dá)到效果，可以將圖畫一分為二，讓左右眼睛所看到的畫面進(jìn)行交替切換，然后結(jié)合紅外線控制開關(guān)，通過技術(shù)處理能達(dá)到畫面的原始分辨率，感受真實(shí)的3D效果。

3 IC.IDO在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的具體實(shí)踐應(yīng)用

IC.IDO虛擬仿真系統(tǒng)建立起來的虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，體驗(yàn)者們對(duì)虛擬環(huán)境可以很好的進(jìn)行交互，以此來識(shí)別各種沉浸在虛擬環(huán)境中的信息，并且可以得到一定的反饋。在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，虛擬場景里包括場景的各類模型、場景的聲音效果、場景信息管理和相關(guān)數(shù)據(jù)處理等各方面的信息。

首先，IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)建模上的應(yīng)用。在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，利用IC.IDO桌面式軟件和電腦進(jìn)行建模處理。比如在進(jìn)來某一空間的室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，前期可以先在電腦上進(jìn)行3D模型建模，將室內(nèi)需要設(shè)計(jì)的空間進(jìn)行3D化處理，下一步是在模型上插入一定的指令，然后將需要的交互信息、互聯(lián)網(wǎng)+接入，同時(shí)建立VR架構(gòu)，為設(shè)計(jì)師進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

其次，IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)3D渲染上的應(yīng)用。3D空間渲染設(shè)計(jì)是在空間建模基礎(chǔ)上真實(shí)反映場景的關(guān)鍵一步。首要設(shè)定紋理映射和設(shè)定相關(guān)渲染參數(shù)，然后是抽象還原真實(shí)場地和場景，使用多邊形結(jié)構(gòu)模型，并利用不同光照效果和不同材質(zhì)來虛擬構(gòu)建室內(nèi)的環(huán)境狀況。比如使用Reflect渲染模塊，觀察者通過IC.IDO軟件控制的燈光和光照、材質(zhì)的選擇，隱藏信息和定位，可以實(shí)時(shí)繪制在室內(nèi)的輸出設(shè)備上，便于設(shè)計(jì)師和客戶在虛擬場景中進(jìn)行最直觀、最省時(shí)的漫游體驗(yàn)，它可以實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)和渲染。

再者，IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)方面的應(yīng)用。在IC.IDO虛擬仿真系統(tǒng)中，為了更好地實(shí)現(xiàn)交互特點(diǎn)和沉浸式的特征，突出室內(nèi)空間的特點(diǎn)、室內(nèi)空間物體的形態(tài)、材質(zhì)特質(zhì)以及燈光效果等，需要把這個(gè)虛擬空間中的物體和人關(guān)聯(lián)起來。針對(duì)目前的VR技術(shù)而言，可以利用IC.IDO相關(guān)的輔助設(shè)施3D立體眼鏡以及相關(guān)設(shè)備中裝置能夠震動(dòng)的接觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，比如使用Capture動(dòng)態(tài)捕捉模塊，使人利用自己的觸覺或者沉浸感來體驗(yàn)到物體的質(zhì)感，再使用有光影效果的貼圖來讓整個(gè)設(shè)計(jì)場景的燈光更加真實(shí)，使室內(nèi)空間的材質(zhì)更加接近現(xiàn)實(shí)，其中這些細(xì)節(jié)也可以隨著體驗(yàn)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)改動(dòng)，以此節(jié)省溝通和設(shè)計(jì)的時(shí)間。

最后，IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在沉浸感、體驗(yàn)化方面的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的真實(shí)應(yīng)用，不能單單停留在一些簡單的三維圖畫上，應(yīng)該在別的區(qū)域比如視覺、聽覺和觸覺中得到相應(yīng)的真實(shí)體驗(yàn)和反饋。所以，在對(duì)虛擬環(huán)境的狀況進(jìn)行虛擬漫游操作時(shí)，就要將聲音、燈光和觸覺等進(jìn)行有效融合，這樣可以使設(shè)計(jì)師和客戶在體驗(yàn)的時(shí)候擁有感官和視覺的沖擊力，進(jìn)而全面地體驗(yàn)到設(shè)計(jì)和裝修后的真實(shí)效果。這就需要在以上技術(shù)和操作的基礎(chǔ)上，增加IC.IDO三維動(dòng)畫的技術(shù)。例如，使用Behave部件行為活動(dòng)模塊，在對(duì)電燈開關(guān)予以操作時(shí)，快速方便地定義部件對(duì)象的行為、燈光對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生的效果。

4 結(jié)語

綜上所述，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)跨越式發(fā)展的當(dāng)下，IC.IDO虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計(jì)的融合具備先天的優(yōu)勢，并且具有不可替代的特征，讓室內(nèi)空間設(shè)計(jì)從內(nèi)容到形式都得到了創(chuàng)新性的發(fā)展，這一技術(shù)的使用不僅給設(shè)計(jì)師帶來了更多的設(shè)計(jì)靈感和設(shè)計(jì)元素，還讓客戶能夠節(jié)省資源和時(shí)間，可以先于實(shí)物體驗(yàn)感受到設(shè)計(jì)的各種效果，讓室內(nèi)空間設(shè)計(jì)更加人性化、智能化、具有交互體驗(yàn)感。