[发明专利]一种在CAVE环境下实现虚拟产品可视化与交互的方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟产品可视化技术领域，特别是涉及以一种在CAVE环境下实现虚拟产品可视化与交互的方法。

背景技术

CAVE系统是一种洞穴式的沉浸式虚拟现实环境，其利用高性能图形渲染集群与立体投影显示系统模拟产生3D虚拟现实环境，用户使用虚拟外设对3D虚拟世界中的虚拟产品进行仿真体验和交互应用。CAVE的虚拟现实技术是对复杂数据的可视化操作与交互的一种全新方式，在工程应用领域数字样机方面取得较好应用效果。

目前数字样机技术与数字媒体技术的有效融合进展较慢。如果纯粹利用工程数模进行虚拟产品可视化与交互应用，虽能达到与产品原数据统一，但其在交互流畅性与逼真性方面应用较差。以产品客户化选项装配需求来衡量该虚拟产品的话，粗糙的工程模型画面友好性明显降低，不利于客户对产品的进一步了解。

利用CG软件进行重新建模、材质贴图、场景构建、灯光特效、渲染输出等技术处理，虽然做到了模型的简化，但在流程上较复杂，尤其是对于航空类产品结构较为复杂庞大，模型数据量巨大，重新建模、材质贴图、场景构建等所需相应工作量激增，复杂程度较高，且技术处理后虚拟可视化模型不一定能完全满足虚拟产品可视化与交互的需求。该方法虽融合了多媒体与动画技术，但仅仅让用户体验到接近真实产品的虚拟产品内容，且最终的虚拟产品只能近似于现实生活中的产品实物，因此虚拟产品的精确性、实时性和逼真度明显不足。

发明内容：

本发明的目的：

本发明的重点是将虚拟现实技术、数字样机技术、数字媒体技术等新技术手段有效整合，不同于传统多媒体动画技术复杂流程方式，提出在虚拟产品可视化模型的构建与优化、虚拟产品可视化模型的材质贴图与实时渲染、CAVE环境下实时可视化展示与交互应用等主要方面的新技术思路和方法，且实际应用到多个直升机型号虚拟产品可视化与交互中，形成一种在CAVE环境下实现虚拟产品可视化与交互的方法。

本发明的技术方案：

一种在CAVE环境下实现虚拟产品可视化与交互的方法，本方法包括以下步骤：

1）将CAD软件中的产品工程数据模型导入虚拟产品可视化软件中，根据导入时设置的精度值，在虚拟产品可视化软件中的工程数模自动LOD生成可视化模型。将PDM系统中数字样机全机零部件和虚拟产品可视化软件中生成的产品可视化模型进行对比检查，并对检查出的缺损零部件，利用CG软件对缺损零部件模型进行重新构建，并将重新构建的零部件模型导入虚拟产品可视化软件中，再次根据导入时设置的精度值，在虚拟产品可视化软件中的工程数模自动LOD生成可视化模型，直至形成没有缺损零部件而且装配关系正确的产品可视化模型。

2）在虚拟产品可视化软件中，对第1）步中得到的产品可视化模型，根据产品零部件所处系统、位置、材质和状态的不同，对虚拟产品可视化软件中的产品结构树进行进一步细分调整，使其与PDM系统中的产品结构树部件级一致，同时对产品可视化模型中法线错误的模型面进行转换，使其能一致反映后续优化中吸收光照信息的效果。然后根据产品零部件所处系统、位置、材质和状态的不同，Combine产品可视化模型中相应数据，达到轻量化模型的目的。

3）在虚拟产品可视化软件中，对上一步中轻量化后的产品可视化模型创建灯光，对各个细微表现部件进行多次局部阴影计算烘焙，然后对全部产品可视化模型进行全局阴影计算烘焙。

4）在虚拟产品可视化软件中，对阴影烘焙后的产品可视化模型进行材质贴图，事先在平面设计软件中处理好贴图素材，利用虚拟产品可视化软件的材质编辑功能，调整产品可视化模型对应部件的贴图实时渲染参数信息。

5）在虚拟产品可视化软件中创建封闭的场景模型，直接应用高清晰度HDR图，赋予场景360度全景且带光照信息的高质量材质贴图，将上一步得到的产品可视化模型与场景模型进行匹配，实时渲染得到最终的虚拟产品可视化模型。

6）在CAVE系统的图像集群系统中，对虚拟产品可视化模型进行分屏连接，使其在图像显示时达到分屏效果，再输出至CAVE投影显示系统实现立体显示。

7）还可以使用CAVE系统中的虚拟外设设备对虚拟产品可视化模型进行实时交互，在各种状态下对虚拟产品进行观察与交互应用。

8）在第5）步之后，还可以利用CG软件或虚拟产品可视化软件对虚拟产品可视化模型摄像机动画、产品模型动画的关键帧进行定义与编辑，设置3D左右眼的眼距，最后渲染输出左右眼的图片序列或视频，然后对渲染输出的图片序列或视频在CAVE环境下进行单通道的立体播放。