基于虚拟现实技术的平面设计展示系统研究

倪玉凤

（德州职业技术学院 山东省德州市 253000）

现代产品生产时，通常需要设计出相应的平面设计方案，用于对产品性能分析与市场推广等工作，也就是说，平面设计方案的好坏，直接关系到产品研发、销售效果。针对这一情况，现代设计领域逐渐对平面设计展示系统进行应用，在这一系统的带动下，大大提升了平面设计效果，有利于企业开发出更加符合市场需求的产品。但需要注意的是，现有平面设计展示系统依然存在一些缺陷，如在设计过程中，为了获取各种图像单符号，需要反复对各菜单进行切换，操作非常复杂，且得到的图像效果差，很难直观展示出设计人员的真正意图，因而现代设计领域急需一种更加良好的平面设计展示系统。

这一背景下，我国相关人员对此产生了高度重视，并开发出了一些新型的设计展示系统，如刘锦康（2021）等人研究中，以WebML 建模技术为依托，通过适当地改进后，开发出一种用于购物网站展示系统[1]。王惠杰（2022）等人开发出了一种由三层构架组合而成的大屏幕展示系统，该系统主要有三大模块构成，分别为：图表展示、空间信息展示、联动浏览，通过这些模块共同配合下，可清晰、直观的将空间污染信息展示出来[2]。莫小香（2021）等人以GIS 技术为依托，开发出一种农业科技园“一张图”综合展示系统，其中共包括5 个层级，由上至下分别为应用层、服务平台层、数据资源层、资源池层、基础设施层等[3]。正是这些展示系统的出现，为现代平面设计展示提供了支持。但需要注意的是，这些系统也存在一些缺陷，如应用范围有限等。所以，还需要开发出一种专门针对于平面设计展示的系统。

基于此，本文以“基于虚拟现实技术的平面设计展示系统”为题进行了研究，以提出一种更加良好的平面设计展示系统开发方案。

1 需求分析

1.1 交互性

虚拟现实是现代计算机领域较为先进的技术手段，具有明显的交互性特征，以此为基础开发平面设计展示系统时，应将该特性融合到系统当中，以提升系统的应用效果。以往很长一段时间内，平面产品设计时，一般是利用图片、动画等形式进行展示，受众与产品交互时，仅停留在视觉层面，虽然可对产品具有一定了解，但很难掌握受众的实际需求。所以，为了更好地将产品展示出来，设计人员应通过系统的功能调入三维虚拟场景的参数，以构建出产品的三维图像，提升整个产品展示的直观性。以汽车产品为例，传统展示时，以平面设计图为主，而将其转变成三维图像模型后，观众可通过屏幕的点击与滑动，移动模型的方向、调节模型的大小等，使得受众能够与产品更好的交互，提升平面设计展示效果。与此同时，对于这些控制功能来说，应通过系统编码予以限值，以防止受众将展示系统看作“玩具”，提升系统的交互作用[4]。此外，相对于传统海报交互来说，展示系统不仅处于同一平面内，更是能够提取出一幅画面、一段文字，或是构建出相应的虚拟构建，以带给受众更加良好的视觉、感官体验。

1.2 共享性

所谓的共享性，指的是数据能够在整个系统内顺畅传输，不论是设计人员还是受众，均可获取产品的相关数据信息，有利于各方面人员对产品的了解程度。在产品平面设计时，设计人员将产品功能、性能等信息录入到系统内，由逻辑层对这些信息予以分析，并根据分析结果，确定出相应的参数，或是设计人员根据线下设计成果，直接录入初步设计参数，系统根据这些参数自动构建出产品三维模型。与此同时，系统还会将录入信息或运算参数存储到数据库内，用户通过按键等设备的操作，提取出系统中存储的数据信息，以掌握产品具体的数据情况。

1.3 真实性

平面设计展示系统开发时，真实性是其核心功能需求之一，相对于传统三维模型来说，平面设计产品无法将所有信息直观展示出来，因而人员想要全面获取产品的信息，提升产品设计图像的视觉与感官效果的真实性。VRML场景创建时，通过Java与VRML系统共同作用下，对相关信息进行接收，获取对方的访问需求，即利用场景的不断调节，将信息传输给对应目标，以动态对整个平面设计产品进行调控。以此提升平面设计展示的真实感，同时还有利于平面设计的进一步拓展，不到那丰富产品设计内容，为后续产品制造、销售提供支持[5]。

2 基于虚拟现实技术的平面设计展示系统设计

2.1 总体设计

本系统开发时，在开发平台方面，采用的是MyEclipse7.5+JDK1.6 系统，其中，Ecliose 是开发工具，用于系统各功能的开发，JDK1.6.0_09 是开发工具包，用于系统的调试及其他操作；在数据库方面，采用的是SQL 系列数据库，用于对数据的存储；在开发语言方面，采用了多种不同类型语言，如Java 语言、CSS 语言、Java3D 语言等，用于对系统控制程序的编制；在系统服务器方面，采用的是Tomcat5.5.20，用于对数据的处理、分析出、存储与控制等；在系统框架方面，采用的是B/S 框架结构，具体如图1 所示。

图1：基于虚拟现实技术的平面设计展示系统框架图

本系统框架当中，共由三层构成，由上至下分别为：

（1）用户层，用于用户的操作，不仅包含一个操作界面，而且还设置了各种功能，如用户管理、模型构建、平面设计及全景展示等。该层主要为Web 浏览器，其核心为协议。

（2）逻辑层，是整个系统最主要的一部分，可将用户层与数据层连接到一起，接收到用户的操作指令后，会予以适当分析，并根据分析结果，于数据库内提取相应的数据，并对这些数据转换后，传输给用户层，以控制系统完成整个操作。

（3）数据层。用于数据的存储、管理与更新，为用户操作提供数据支持。

2.2 平面设计展示系统开发流程

本系统开发时，以SOL 数据库为基础，将平面设计模块、全景展示模块与虚拟交互模块相结合，以此构建出性能良好，且功能健全的平面设计展示平台。该平台内，虚拟交互是关键功能，用于人员与平台间信息的交互。具体来说，该系统开发流程见图2。

图2：平面设计展示系统开发流程图

通过图2 的观察能够发现，该系统对平面设计展示时，先通过相应的定位算法，结合设计方案的具体内容，确定出产品各个点在虚拟空间中的所处位置。同时，在虚拟现实场景当中，包含了一个定位算法区设置装置，用于对场景内各个方面具体情况的展示，以此提升展示图像的真实感，赋予整个界面更加良好的沉浸感。在获得定位结果后，设计人员将相关的图片导出，并利用无缝拼接技术，构建出数字化虚拟展厅，其具备良好的展示功能，利用低配置手段，即可在多个角度展示出产品的具体情况。产品设计展示过程中，虚拟现实为核心技术手段，在该技术的作用下，用户可根据自身的观察需求，随意对展厅予以切换，使得展厅显示出不同角度的产品图像，或是对图像扩大、缩小处理，用于产品细节与整体的图像的调节；通过鼠标的操控，可选择不同的观察位置；以VR 眼镜等设备为工具，为用户创建处于一个沉浸式的虚拟场景，以加深永华的观察体验等。

2.3 三维虚拟建模

在平面设计展示的过程中，系统根据产品具体情况，分析出模型关键点的具体位置，之后以这些点位为基础，逐渐完成产品模型构建工作。首先，在刺痛内，构建出一个四元组H（αi，βi，ξi，δi），同时，于数据层当中，将H（αi，βi，ξi，δi）传输到数据库内，其中，α 表示平面设计的具体信息；β 表示设计的空间位置状态；ξ表示平面设计的拓扑信息；表示产品设计的特征值。之后，分别将各方面数据代入到H（αi，βi，ξi，δi）当中，以此推算出平面设计的综合信息，记作Vi，此外，为了提升数据的准确性，还用设置出相应的约束条件，记作Bi，由此，即可得到平面设计的基础模型，构建流程为：

（1）在系统当中，分别录入数据H（αi，βi，ξi，δi）；

（2）在系统内相应模块的作用下，自动对αi进行识别，同时，对Vi具体情况予以判定。若Vi处于Bi之内，说明信息是单笔画，可作为最终的导出结果，若超过Bi条件，则跳转到下一环节；

（3）在约束条件内，对设计方案予以分析：

（4）在已有模型内，如果包含了Vm，则将其传输到该模型内，若不包含Vm，则自动跳转到第一个环节，再次导入数据。

整个流程当中，环节（2）是最为重要的一个环节，这一环节进行得好坏，直接关系到整个模型的构建效果。通过该环节的识别，可确定数据的单双笔画特性，并以此为基础，判断数据的后续处理。若为单笔画，则直接将其导出，作为设计的做种结果；若为双笔画，则应在约束条件范围内，继续计算Bm的结果，直到火堆最佳的结果，并构建出合理的三维模型Vm为止。

2.4 平面设计展示定位算法

在虚拟平面设计展示平台当中，安装一个信号发射器，根据用户录入的控制指令，发射器产生相应信号，并发送到接收器，以此完成平面设计定位操作。定位过程中，先要确定出场景内部两装置间的距离，具体为：

其中，L 为两装置间的距离；T 为发射器信号发送时间；T0为接收器获得信号的时间；v 为虚拟场所中，信号的传输速率。

对于单独信号来说，应设置较短的发射器与接收器距离，若距离过程，则会严重影响信号传输质量，不利于整个系统运行[6]。所以，为了提升系统运行效率，本研究当中，假设发射器运行时，可同时发出2 个信号，这时，在接收器端，将会出现一定的时间差，具体计算公式为：

其中，L/为两设备间的距离；T0为在发射器段，第一个信号发出的具体时间；T1为在发射器段，第二个信号发出的具体时间；v 表示在虚拟场所当中，第一个信号的传输速率；v/为在虚拟场所当中，第二个信号的传输速率。利用上述公式的计算，即可获得较为精确的点位数据。

2.5 平面设计展示的实现

本系统当中，以虚拟现实技术为依托，用于直观展示产品平面设计情况，并促使音频和图像的融合，以带给受众更加良好的视觉感受。这一功能的实现，主要采用的运算公式为：

其中，ux为定位图片每行的帧数；uy为定位图片每列的帧数；ω 为联动识别系数；G1为三维场景音效值，用于图像声音的配置。在对比平面设计展示测查的作用下，可推导出视觉色彩情况，具体运算公式为：

其中，M 为展示界面中不同层面色差的分割阈值；Krp为色差使用的变化率；xr为初始颜色的识别率；xrp/为搭配颜色的识别率。

由此即可将产品设计内容展示出来，具体实现方程为：

其中，Q 为在像素x 的方向上，设计内容的视觉展示值；f(x)为在展示域当中，设计内容的视觉色泽分布值；H(x)为音频融合率，在系统内部图像转换时，对应的音频也会一同改变，以使音频与图像保持匹配。

3 测试分析

3.1 展示功能测试结果

为了判断上述系统展示功能的好坏，本研究当中，按照上述设计方案，初步搭建了平面设计展示系统，并以此为基础，选择某保健品外包装最为测试对象，对该系统展示功能进行了测试。该产品形状为长方体，表面由各种图案与文字构成。之后以此为基础，通过本文设计出来的系统，对该产品进行设计与展示，从而得到新的图像。通过对两个图像的观察能够发现，相对于产品的真实图像来说，本系统展示出来的图像具有较高的清晰图，可准确观察到产品外表的团与文字，使得用户可准确了解该产品的作用、功能与特点等。由此表明，该系统符合图像展示功能的要求。

3.2 性能参数测试

为了进一步了解该系统的应用效果，本文选择两种常见的图像展示工具作为对比，其中，一个是传统Intel RealSense 系统，另一个是受众兴趣识别系统，分别对系统各种性能指标予以检测。三个系统测试后，可以得到如表1 所示结果。

表1：三个展示系统各方面性能比较结果

通过表1 的观察能够发现，在各性能指标方面，本文系统均具有明显的优势。其中，在展示有效性与稳定性方面，远远高于其他两种系统；而在顶点与线条重复率方面，数值都是0。由此表明，通过本系统对平面设计进行展示时，可以得到更加进一步对各系统设计时图像变化频率模拟度的变化情况予以分析能够发现，在各种空间频率条件当中，本系统的模拟度都处于较高的水平，明显高于另外两个系统，由此表明，平面设计展示时，对各方面因素的抵抗效果更强，有利于防止图像发生晃动的问题。

4 总结

综上所述，本文在虚拟现实技术的基础上，开发出了一种平面设计展示系统，该系统通过对产品点位的确定，进而利用各种算法公式构建出产品的模型，以此将产品图像清晰、直观展示出来，带给用户更加良好的视觉、感觉体验，有利于提升对整个产品的了解程度，可将其推广到现代设计领域当中。