周 屹
（桂林理工大学，广西 桂林 541006）
0 引 言
家具产品展示是用户获取家具展品信息的主要方式，包括实物展示与虚拟数字展示两种形式[1]。随着电子商务技术的快速发展，虚拟数字展示形式成为家具产品展示的主要形式[2]。作为一种计算机人机交互技术，虚拟现实技术中将人工智能、多媒体与计算机图形学等多项技术结合在一起[3]，使用户能够利用计算机感受三维虚拟环境，同时通过视觉、听觉、嗅觉等方式与虚拟环境进行实时交互，得到同真实世界类似的操作体验。将虚拟现实技术应用于家具产品数字展示中，设计基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台，该平台是一个以Web 为核心的电子商务平台，其将虚拟现实技术与电子商务技术结合在一起，为用户提供多感知、深度沉浸的人机交互界面，突出家具产品的展示效果，为提升家具产品销售量，获取更大利益提供前提条件。
1 基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台
1.1 平台整体结构设计
基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台的主要功能是展示家具产品[4]，用户可依照自己的喜好与需求观察家具商品的三维模型外观，同时获取家具产品的主要性能参数。用户针对感兴趣的家具产品可经由更为复杂的虚拟交互体验获取产品功能[5]，基于此，家具产品的三维建模需要力求逼真，而虚拟现实技术借助人的视觉或听觉等方式提供具有趣味性的在线家具产品操作。用户可在任意时间与空间环境下获取对家具产品的实际感官，由此激发对家具产品的购买热情。
基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台既提供直观、平民化的交互体验，同时提供专业的家具性能参数供有购买意向的用户体验，并且平台具有自由漫游功能[6]，进而使用户能够充分地沉浸于虚拟现实场景中。平台功能如下：
1）设计一个虚拟的家具产品销售店铺，该店铺内全部家具产品均可经由虚拟环境展示，用户通过相应操作可同其交互，得到同实际家具销售店铺类似的漫游感官。
2）进行家具产品三维建模。家具产品三维建模是虚拟家具销售店铺的主要内容，为使用户获取真实的体验感，家具的三维建模与渲染要求较高，同时添加人机交互功能，通过视频动画等感官刺激为用户演示家具产品使用性能，令用户能够更加深入地了解家具产品的性能。
3）设计家具产品销售店铺内如墙面、天花板、地面、展示台等物体，以此丰富用户的视觉感官与漫游体验。
4）设计家具产品数字展示场景光照效果。
基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台整体结构如图1 所示。
图1 家具产品数字展示平台整体结构
1.2 三维虚拟模型构建模块设计
三维虚拟模型构建模块是家具产品数字展示的核心[7]，基于店铺三维场景设计模块采集的图像，进行三维虚拟模型构建与模型渲染。
1.2.1 三维虚拟模型构建
三维虚拟模型构建包括店铺场景建模（墙面、天花板、地面、展示台等）和家具产品建模两部分。选取3DMax7 作为家具产品三维虚拟模型构建工具[8]，建模过程共可分为基础建模、三维图像建模与几何建模几部分。
3DMax7 软件内包含大量自带的三维模型基本体[9]。家具产品销售店铺场景内的墙面、天花板、地面、展示台等与家具产品均为基础模型。基础模型内的基本体可通过标准基本体与扩展基本体两种形式描述[10]，两种基本体模型内容如图2 所示。
图2 3DMax7 软件及三维模型
基于图2内的标准基本体与扩展基本体可实现三维虚拟模型构建功能。例如，利用圆柱体与长方体能够生成椅子模型，利用L-形墙与C-形墙能够设计个性化室内储物柜模型，满足用户多样化家具需求，同时这两种基本体也是高级家具产品三维虚拟模型设计的基础元素。
1.2.2 模型渲染
模型渲染过程中，在设定光照效果与家具产品材质的条件下，为使用户获取真实的体验感，用于三维虚拟模型表示的颜色渐变问题对家具产品展示十分重要[11]，既要选择合适家具产品的颜色，同时要考虑颜色渐变过程中的插值方法[12]。
用max 和min 分别表示高程值上限（max_z）和高程值下限（min_z）经光照与家具材质设定后对应的颜色。在RGB 色 彩 空 间 内将max 和min 划分成红（max_r 和min_r）、绿（max_g 和min_g）、蓝（max_b 和min_b）分量，设定分量取值范围为[ ]1.0,1.0,1.0 。用Hr，Hg和Hb分别表示某高程值的渐变颜色H 的红、绿、蓝分量，设定高程值上限与下限之差归一化结果为1，用P 表示浮点数，由此得H 处的值为P ∈[ 0,1 ]，其中：
采用线性插值法计算各分量，计算过程如下：
在OpenGL（Open Graphics Library，开放图形库）内，采用线性差值法进行模型颜色渲染的过程如下：
1）模型导入，读取数据；
2）确定高程值上限（max_z）和高程值下限（min_z）；
3）若max_z 与min_z 一致，则颜色一致，无需进行颜色渐变处理；相反，则有：
在Hz=min_z的条件下，有：
在Hz=max_z的条件下，有：
在min_z ＜Hz＜max_z的条件下，有：
由此得到glColor4f( Hr,Hg,Hb,1.0f )。
经由动态获取三维虚拟模型数据点的高程值不仅能够灵活地设定不同数据点高程值颜色，同时还能够动态优化色彩分量，拉大三维虚拟模型渲染色彩的区间[13]，提升模型色彩渲染效果，由此确定三维虚拟模型所要传达的内容。
1.3 多方位展示模块设计
多方位展示模块可使用户在漫游过程中利用相应操作与家具三维虚拟模型实施交互，通过单击、移动与旋转等方式展示家具三维虚拟模型[14]。在家具产品虚拟漫游展示过程中，二次单击家具产品三维虚拟模型后模型回归原位[15]，等待用户再次浏览。家具产品全方位数字展示控制流程如图3 所示。
2 仿真实验
为验证本文研究的基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台的实用性，以某知名品牌家具产品销售店为实验对象，利用本文平台对实验对象内的各家具产品进行数字化展示实验，结果如下。
图3 家具产品全方位展示控制流程
2.1 家具展示效果
本文平台设计的最终目的是向用户清晰、全面地展示家具产品，使用户了解家具产品的相关性能。手机终端中本文平台家具展示效果如图4，图5 所示。
图4 和图5 分别对实验对象中的单件家具产品与室内家具组合效果进行了展示。
由图4 可知，利用本文平台能够对单件家具进行全方位展示。点击页面中的细节展示按钮，用户能够获取家具产品的细节放大效果，如图4b）所示，使用户更清晰地了解家具产品各细节特征。点击页面中的性能参数页按钮，用户能够获取文本形式家具产品相关参数，如品牌、材质、风格、尺寸、产地等相关信息，如图4c）所示。点击页面中整体效果按钮，返回图4a）所示的整体展示页面。点击返回按钮与下一页按钮，可实现返回上级菜单与获取更多相关信息功能。
由图5 可知，本文平台可为用户提供家具装修组合效果展示，用户可根据自己喜好与当前已有家具的风格，选取相应风格（田园、欧式、日式、古典）的家具组合装修效果，如图5a）所示，并通过虚拟漫游形式全方位浏览整体展示效果，如图5b）所示。在组合展示效果中，用户可点击自己感兴趣的家具产品，针对该家具产品进行详细了解，具体过程如图4 所示，此处不再详述。
图5 室内家具组合效果漫游展示
综上可知，本文平台能够有效展示家具产品，并通过用户与平台终端页面的交互使用户获取更全面、更详细、更真实的产品信息。
2.2 还原度客观对比
家具产品数字展示过程中产品图像还原度是展示效果评价的主要指标之一。利用还原度对家具产品数字展示图像真实度进行客观评价，是一种科学、有效的评价方式。
还原度Sim 计算公式如下：
式中：N，hi和fi分别表示家具产品数字展示图像像素数量、实际家具产品图像内第i 个像素点的像素值和本文平台中家具产品数字展示图像内第i 个像素点的像素值。Sim 计算结果取值范围为[ 0,1 ]，Sim 值越接近于1，表示本文平台家具产品的真实度越高。
在本文平台内随机抽取单件家具产品数字展示图像与家具产品组合展示图像各10 幅，计算其与实际家具产品图像之间的还原度，结果如图6 所示。
图6 相似度计算结果
分析图6 可知：本文平台中单件家具产品数字展示图像还原度均值为0.89；组合展示图像还原度均值为0.83。随机选取20 幅图像还原度均较高，能够说明本文平台家具产品数字展示图像具有较高的真实度。
2.3 展示效果对比
从时间开销、信息饱和度以及归一化均方根误差三方面研究实验对象，采用本文系统前后家具产品数字展示效果的各项参数结果如图7 所示。
时间开销、信息饱和度、归一化均方根误差分别描述本文平台运行速度、家具产品数字展示图像视觉呈现效果和家具产品特征体现。时间开销越小、归一化均方根误差越小，表示本文平台运行速度越快、家具产品特征体现越精准；信息饱和度越大，表示本文平台家具产品数字展示图像视觉呈现效果越好。
图7 展示效果对比结果
由图7 可得，实验对象采用本文平台进行家具产品数字展示后，时间开销与使用本文平台之前相比下降约0.2 s，信息饱和度提升0.17，归一化均方根误差下降0.12。实验结果表明，采用本文平台后实验对象家具产品数字展示效果各项参数均得到不同程度的优化，说明本文平台具有显著的性能优势。
3 结 论
家具产品数字展示是利用计算机技术构建家具产品三维模型，利用显示终端呈现在用户眼前，实现用户与家具产品之间的交互，感受与现实世界相同的体验，是未来家具产品销售的主要形式之一。本文设计基于虚拟现实技术的家具产品数字展示平台，可对家具产品进行全方位展示，在平台后续优化过程中将针对用户与虚拟展示场景之间的互动性实施进一步提升，加强家具产品数字展示效果的趣味性。
