李玉銘　朱婧

摘? 要： 為解決傳統(tǒng)動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)在變換展示模型形象時(shí)，需改動(dòng)的畫面點(diǎn)過多的問題，引入VR技術(shù)，構(gòu)建一種多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)。硬件部分采用六片式雙高斯物鏡，使用ITO基板，設(shè)計(jì)一款頭戴式顯示器，系統(tǒng)電路采用單片機(jī)控制電路，外接晶振上2個(gè)管腳上的對(duì)地電容，完成展示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。軟件部分首先利用二元光學(xué)方法計(jì)算動(dòng)畫角色的展示視角，然后利用CSS+DIV布局方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的展示程序，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)動(dòng)畫角色展示系統(tǒng)相比，基于VR技術(shù)的多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換展示模型時(shí)，需要變換的畫面點(diǎn)最少，適合運(yùn)用在實(shí)際動(dòng)畫角色展示中。

關(guān)鍵詞： 多視覺; 動(dòng)畫角色模型; 展示系統(tǒng); 系統(tǒng)設(shè)計(jì); VR技術(shù); 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)： TN911?34; TP302? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）20?0164?04

Design of VR technology based display system for multi?vision

animation character model

LI Yuming1， ZHU Jing2

（1. Xiangsihu College of Guangxi University for Nationalities， Nanning 530008， China; 2. Guangxi Normal University， Guilin 541000， China）

Abstract： In order to solve the problem that the traditional animation character model display system needs to change too many screen points when changing the display model image， a multi?visual animation character model display system is constructed by introducing the VR technology. In the hardware part， the six pieces double Gauss objective and ITO substrate are used to design a head?mounted display， the single chip microcomputer control circuit is applied into the system circuit， and the crystal oscillator on two pins are externally connected to the ground capacitance， so that the display system hardware design is completed. In the software part， the binary optics method is used firstly to calculate the display angle of animation character， and then the CSS + DIV layout way is used to realize the display program of the system， so that the software design of the system is completed. The experimental results show that， in comparison with the traditional animation character display system， the VR technology based multi?vision animation character model display system needs the minimum number of screen points when transforming the display model. It is suitable for the actual application in the animation character display.

Keywords： multi vision; animation character model; display system; system design; VR technology; system implementation

0? 引? 言

隨著科技的發(fā)展，信息化領(lǐng)域的新型技術(shù)層出不窮，VR技術(shù)憑借著自身的特性，在動(dòng)畫角色模型展示中發(fā)揮著重要的作用[1]。VR技術(shù)所營(yíng)造出的環(huán)境是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的、并附有想象力的世界[2]。將這種技術(shù)運(yùn)用到多視覺動(dòng)畫角色展示中，可以突破傳統(tǒng)展示系統(tǒng)時(shí)間和地域的限制，讓更多的參觀者與動(dòng)畫角色進(jìn)行互動(dòng)，其動(dòng)態(tài)的畫面可以幫助參觀者擁有更多的體驗(yàn)感受與情感滿足。在動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)中運(yùn)用VR技術(shù)，可以展示現(xiàn)實(shí)生活中不能存在的畫面，具有重復(fù)使用、減少展示成本的優(yōu)點(diǎn)[3]。傳統(tǒng)的多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)在修改展示動(dòng)畫角色時(shí)，需要全部更換畫面點(diǎn)，變更角色的工作過程繁瑣，不利于實(shí)際使用。

1? 多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1? 設(shè)計(jì)頭戴式顯示器

頭戴式顯示器選用有效焦距為75 mm，[f3]的六片式雙高斯物鏡作為投影物鏡的初始結(jié)構(gòu)，調(diào)整物鏡視角為40°，然后選用ZEMAX中的Binary 2作為二元面，在保持系統(tǒng)光焦度不變的條件下，使用單透鏡替換第4，第5片這兩片中的雙高斯物鏡，物鏡部分選擇鏡頭直徑為23.6 mm的投影物鏡[4]。外部包裝材質(zhì)選用ABS材質(zhì)的塑膠外殼包裝。顯示屏幕選擇OLED顯示屏幕，使用ITO基板，加入輔助電極，實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)的虛擬顯示。整體的頭戴式顯示器設(shè)計(jì)如圖1所示。

頭盔內(nèi)部選用內(nèi)部集成50多個(gè)內(nèi)核的芯片CC2530，使用RF收發(fā)器，采用128 KB的閃存和16 KB的RAM內(nèi)存機(jī)制來滿足不同的動(dòng)畫角色展示要求[5]。采用32 MHz無(wú)源晶振以及23.732 kHz的時(shí)鐘晶振模組，傳輸模塊采用雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)匹配模式，配合少量的元器件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸角色展示數(shù)據(jù)。內(nèi)部芯片以及少量元器件接口的實(shí)際連接圖如圖2所示。

手柄部分物理按鍵設(shè)計(jì)菜單按鈕、觸控板、系統(tǒng)按鈕、扳機(jī)鍵以及虛擬手柄按鈕，不同按鈕控制展示系統(tǒng)的不同功能，詳細(xì)的按鈕位置如圖3所示。

由圖3所示的按鍵，實(shí)現(xiàn)手柄按鍵控制的虛擬展示系統(tǒng)，然后設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)內(nèi)的展示電路[6]。

1.2? 設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)電路

系統(tǒng)采用單片機(jī)控制電路，兼容微處理器與管腳，采用32位雙向I/O口，設(shè)置3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和2個(gè)串行中斷[7]。外部中斷源連接2個(gè)讀/寫中斷口線，以便設(shè)定三級(jí)程序儲(chǔ)存器中的內(nèi)部RAM，內(nèi)置看門狗，連接3個(gè)16位計(jì)數(shù)器[8]。將芯片可編程的串行通道連接片內(nèi)振蕩器，5個(gè)中斷源與時(shí)鐘電路相連。整體設(shè)計(jì)的電路圖如圖4所示。

由圖4所示，單片機(jī)外接晶振上2個(gè)管腳上的對(duì)地電容，將晶振的引腳等效為電容三點(diǎn)式振蕩器，此時(shí)的晶振OSC1和OSC2內(nèi)部就構(gòu)成了一個(gè)或多個(gè)反相器串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)展示系統(tǒng)的多視覺效應(yīng)[9?10]。展示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)完畢后，設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)所需的軟件，完成動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2? 多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1? 計(jì)算動(dòng)畫角色展示視角

多視覺的動(dòng)畫角色展示過程是由不同視角下的動(dòng)畫角色構(gòu)成的，使用二元光學(xué)方法計(jì)算得到動(dòng)畫角色在某一量化區(qū)內(nèi)的視覺角度函數(shù)[t（ξ）]，如下：

[t（ξ）=e2πiQk]? （1）

式中：[Qk]為量化角度函數(shù);[i]為偏移角度。不同的展示元件有著不同的旋轉(zhuǎn)角度，會(huì)導(dǎo)致相同動(dòng)畫角色不同的環(huán)帶數(shù)[11?12]。利用徑向坐標(biāo)修正不同環(huán)帶數(shù)動(dòng)畫角色的展示視角，得到：

[ρk=-A1-A21-8πLkA22A2]? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：[ρ]為歸一化徑向半徑;[A1]為二次相位系數(shù);[A2]為非球面相位系數(shù);[L]為量化臺(tái)階數(shù);[k]為環(huán)帶系數(shù)。計(jì)算出動(dòng)畫角色展示視角后，定義動(dòng)畫角色變化視點(diǎn)，假設(shè)此時(shí)的視點(diǎn)坐標(biāo)為[（x3，y3，z3）T]，參考點(diǎn)坐標(biāo)為[（x4，y4，z4）T]，所以此時(shí)的變化視點(diǎn)坐標(biāo)為：

[K=（x3-x4，y3-y4，z3-z4）T] （3）

式中，[K]表示變化視點(diǎn)坐標(biāo)。計(jì)算出變化視點(diǎn)坐標(biāo)后，利用Java，將需要展示的動(dòng)畫角色視點(diǎn)數(shù)據(jù)編程到展示系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)多視角虛擬展示動(dòng)畫角色[13]。

2.2? 展示程序的實(shí)現(xiàn)

展示程序采用CSS+DIV布局方式，保證系統(tǒng)不同的動(dòng)畫角色采用不同的展示風(fēng)格，使用Java Script技術(shù)對(duì)展示系統(tǒng)主界面每個(gè)展示板塊，并承擔(dān)具體制作和每個(gè)動(dòng)畫角色與數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)連接[14?15]。使用Java Script技術(shù)中的展示代碼：

if（Input. GetMous eB uttonD own（0））{

StartPosition=Input.mousePosition;

previousPosition=Input. mousePosition; }

if（Input. GetMouseButton（0））{

offset=Input. mousePosition?previousPosition;

previousPosition=Input. mousePosition; }

展示不同風(fēng)格的動(dòng)畫角色。引用Java轉(zhuǎn)換代碼：

using UnityEngine;

using System.Collections;

public class RotateCube ： MonoBehaviour

{[Header（"6：""）] [Range（1，10）] publicint RotateCount=2：

[Header（"6："）]}

public int stepSensitive = 5;

[Header（"]public boot activeModel = true;

private bool ifACtive = false;

string[]Msg = new string[]{" "};

private void OnMOUSeDOwnQ

轉(zhuǎn)換動(dòng)畫角色的不同視角，實(shí)現(xiàn)多視覺展示動(dòng)畫角色模型，完成多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

3? 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備展示系統(tǒng)承載處理器，采用當(dāng)下主流的PC機(jī)的一般配置，編譯以及運(yùn)行環(huán)境均采用常用工具，詳細(xì)的參數(shù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)所需的頭盔顯示器的詳細(xì)參數(shù)和成像要求如表2所示。

將待展示的動(dòng)畫角色模型，分別使用2種傳統(tǒng)模型展示系統(tǒng)與基于VR技術(shù)的多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)對(duì)比3種系統(tǒng)在改變展示動(dòng)畫角色模型時(shí)，所要改動(dòng)的畫面點(diǎn)數(shù)量。

3.2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3種展示系統(tǒng)在展示相同的動(dòng)畫角色模型時(shí)，最終呈現(xiàn)出相同的展示效果，在變換角色模型時(shí)所要變換的畫面點(diǎn)個(gè)數(shù)如圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示。

將系統(tǒng)展示的動(dòng)畫角色模型空間看作一個(gè)三維立體坐標(biāo)空間，操作3種系統(tǒng)全部由一個(gè)動(dòng)畫角色向另外一個(gè)角色轉(zhuǎn)換。由以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可知，傳統(tǒng)展示系統(tǒng)1在轉(zhuǎn)換過程中，橫、縱、垂直方向需要轉(zhuǎn)換的畫面點(diǎn)最多;傳統(tǒng)展示系統(tǒng)2橫向變換的畫面點(diǎn)較多，縱向與垂直方向所要轉(zhuǎn)換的畫面點(diǎn)較少;而基于VR技術(shù)的多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)在3個(gè)方向內(nèi)所要轉(zhuǎn)換的畫面點(diǎn)最少，減少了系統(tǒng)處理畫面點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)量，實(shí)用性更強(qiáng)。

4? 結(jié)? 語(yǔ)

社會(huì)發(fā)展造就了文化的百花齊放，科學(xué)技術(shù)應(yīng)用在文化傳播中，特別是動(dòng)畫模型展示上，可以豐富觀賞者的視覺享受。本文設(shè)計(jì)頭戴式顯示器，計(jì)算動(dòng)畫角色的展示視角，組成基于VR技術(shù)的多視覺動(dòng)畫角色模型展示系統(tǒng)，改善了傳統(tǒng)展示系統(tǒng)的不足，對(duì)動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了發(fā)展作用。

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