摘要:为了提高农机产品的设计效率和水平，将虚拟仿真和交互展示技术引入到了农机产品的设计制造和展示过程中，通过农机建模、虚拟环境创建和网络构建了农机展示系统，有效提高了农机的展示和交流交互效果。在交互展示系统的设计上，采用3DsMAX软件创建了农机的三维模型，并在Unity3D软件中进行了解析，最后利用Web3D实现了网络化在线展示，使系统具有农机零部件展示、外观展示和功能展示等功能，对于提升农机设计效率和水平，实现设计者和需求者之间的交流交互具有重要的作用。
关键词:虚拟环境设计;展示设计;交流交互;农机展示;虚拟仿真
0引言
随着计算机硬件和软件技术的不断进步，虚拟现实技术得到了迅猛的发展，具有动态交互和三维可视化效果的产品也被不断研发出来。Web三维展示技术可以直观和高效构建交互性和沉浸性的虚拟展示系统，在产品没有生产之前便可以展示给客户，让客户得到真实的体验效果。通过该技术，在农机产品生产前后都可以将农机以可视化系统的形式全方位的展示给客户，使客户能够充分地了解产品的设计构造、功能和外观，并可以提出修改意见，从而有效提高农机的设计生产效率和水平。
1虚拟展示在农机可视化系统中的应用
随着信息技术的不断发展，消费者在购买产品前可接触大量的关于产品的资讯，但在海量的信息中，消费者很难找到对产品细节及真实使用的功能体验。农机和普通产品相比，对农机的购买来说，在购买前更希望得到农机的真实外观和功能展示效果。为了提高农机的展示效果，可以构建人－机和人－人的互动虚拟交流环境，并利用可视化系统将农机的外观、功能和零部件等展示出来，其流程框架如图1所示。在农机展示时，可利用虚拟仿真软件建立农机零部件的三维模型，并对零部件的模型进行虚拟装配，最后将整机展示出来。为了展示出较好的外观效果，可采用各种虚拟装修装饰功能，对外观进行艺术装饰。在农机展示过程中，还可采用交流交互的方式，使客户和设计者可以进行修改意见的交流，从而使设计更加完美，满足客户的要求，实现个性化定制。
2基于虚拟仿真技术的农机展示系统构建
近年来，各种仿真软件被应用到虚拟可视化系统的设计上，包括三维建模软件、场景创设软件及网络化3D软件等，虚拟仿真展示系统也可以应用到农机产品的展示上。农机展示系统可以通过对产品的展示，让需求客户更加真实地体验农机新产品，也可以促进客户和农机之间、客户和设计者的交流交互，提升农机的设计效果。农机展示系统由3部分组成，包括三维模型创建模块、展示模块、Web环境支持模块，其框架如图2所示。展示系统主要由3部分模块组成:模型制作主要采用3DsMAX，制作出模块后可以利用展示系统Uni-ty3D将fbx文件转换为动态格式文件;展示模块主要采用Unity3D设计展示界面和展示环境，最后通过软件的打包制作成一个可以实现动态加载的WebPlayer展示的插件;Web支撑环境主要是对开发打包的WebPlayer插件和HTML页面进行解释，实现网络化在线展示。展示系统构建流程如图3所示。3DsMAX软件是一款三维动画渲染和制作软件，主要应用在影视、工业设计、建筑设计和三维动画等领域，采用该软件可以设计出真实的农机展示效果。Unity3D是一个多平台的游戏开发工具，具有强大的可视化编辑器，脚本采用了Java、C#、Boo等语言，可以快速地制作信息可视化等互动内容。在农机展示过程中，为了保证图像的清晰度，保证交互过程的流畅性，可以在系统设计时引入一些图像处理算法。如图4(a)所示:在理想条件下图像的边缘是非常清晰的，但在实际的虚拟环境中，农机展示图像往往存在模糊的情况，其效果如图4(b)所示。其边界存在一个过渡区，灰度的变化率存在一个最大值，因此可以采用微分的方法对图像边缘进行检测和提取，得到清晰的农机展示图像。图像函数f(x，y)在点(x，y)的梯度是一个矢量，该矢量具有大小和方向，即"f(x，y)=Gx，Gy[]T=?f?x，?f?y[](1)其中，"f(x，y)的幅度为mag("f)=g(x，y)=?2f?2x+?2f?2?y(2)方向角为?(x，y)=arctan?f?y/?f?x(3)根据这种原理，人们提出了很多边缘检测的算法。其中，Log算法的精度较高，可以用来对图像进行处理。Log算法采用高斯函数进行滤波，高斯型函数形式为h(r)=－e－(r2/2σ2)，r2=x2+y2(4)其中，σ表示标准差，h的拉普拉斯算子为"2h(r)=r2－σ2σ4[]e－(r2/2σ2)(5)利用图像边缘提取技术可以对模糊图像的特征进行提取，再将模糊图像恢复成清晰的图像，这样农机展示系统展示出来的农机更加生动形象，提高农机外观表达的艺术效果。采用图像处理技术对展示系统进行优化，流程如图5所示。在农机产品完成初步设计和制作后，对其产品进行图像采集，为了提高图像的展示效果，需要对图像进行处理，以得到清晰的图像效果。在图像处理时可以采用反馈机制，通过设置图像清晰度的阈值，若图像未达到要求清晰度时不进行展示，从而提升系统的展示效果。
3农机展示交互可视化系统功能设计
随着计算机技术的不断发展，计算机的处理速度越来越快，存储容量也越来越大，各种虚拟仿真软件被设计出来，为虚拟展示系统的构建提供了硬件和软件条件。采用图像处理和三维建模技术，利用仿真软件和Web3D技术可以构建农机的虚拟展示可视化系统，在系统构建时主要考虑3个方面的功能，包括农机的艺术展示、农机作业功能展示及农机零部件的虚拟展示。在农机的整机外观和模型展示时(见图6)，为了提高农机的色彩和外型效果，可以采用环境设计的方法对农机的外观艺术效果进行装饰，得到较好的视觉冲击系统，将农机外形和色彩表细节有效地表达出来。在农机展示过程中，需求客户也可以根据农机的外观展示效果提出修改意见，与设计师沟通交流，提升农机的外观设计效果。如图7所示:利用3DsMAX软件可以创建农机的三维模型，然后利用Unity3D软件进行动画解析后，利用Web3D到网络系统上，实现农机作业功能的可视化展示。农机作业功能的动画展示可以使农机需求客户更加直观地了解农机的作业功能和水平，根据用户的实际需求也可以提出改进意见，从而实现农机的个性化设计。如图8所示:农机展示系统的另一个非常重要的功能是零部件和虚拟装配的展示，通过零部件和虚拟装配展示需求客户可以充分地了解农机的构造，并对农机的设计进一步提出一些要求，设计师之间及设计师和需求客户之间可实现交流交互，从而实现农机的优化设计，对于提升农机的设计制造效率和水平具有重要的作用。
4结论
在农机生产前，为了使消费者更真实地了解农机的外观、性能和结构特性，将基于虚拟仿真的交互展示技术引入到了农机展示系统的设计上，并利用3DsMAX软件创建了农机的三维模型;将模型在Unity3D软件中动态解析后，利用Web3D实现了网络化在线展示。通过农机的虚拟三维交互性展示，需求客户可以真实地感受农机产品的外观、性能和零部件结构等，对提升农机的设计质量和销售水平具有重要的意义。
作者:宁? 单位:马来西亚马来亚大学 广西艺术学院
