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基于VR技术的多视觉动画角色模型展示系统设计

2020-10-22李玉铭朱婧

现代电子技术 2020年20期
关键词:VR技术系统设计

李玉铭 朱婧

摘  要: 为解决传统动画角色模型展示系统在变换展示模型形象时,需改动的画面点过多的问题,引入VR技术,构建一种多视觉动画角色模型展示系统。硬件部分采用六片式双高斯物镜,使用ITO基板,设计一款头戴式顯示器,系统电路采用单片机控制电路,外接晶振上2个管脚上的对地电容,完成展示系统的硬件设计。软件部分首先利用二元光学方法计算动画角色的展示视角,然后利用CSS+DIV布局方式,实现系统的展示程序,完成系统的软件设计。实验结果表明,与传统动画角色展示系统相比,基于VR技术的多视觉动画角色模型展示系统在转换展示模型时,需要变换的画面点最少,适合运用在实际动画角色展示中。

关键词: 多视觉; 动画角色模型; 展示系统; 系统设计; VR技术; 系统实现

中图分类号: TN911?34; TP302                   文献标识码: A                      文章编号: 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

随着科技的发展,信息化领域的新型技术层出不穷,VR技术凭借着自身的特性,在动画角色模型展示中发挥着重要的作用[1]。VR技术所营造出的环境是一个与现实世界相对应的、并附有想象力的世界[2]。将这种技术运用到多视觉动画角色展示中,可以突破传统展示系统时间和地域的限制,让更多的参观者与动画角色进行互动,其动态的画面可以帮助参观者拥有更多的体验感受与情感满足。在动画角色模型展示系统中运用VR技术,可以展示现实生活中不能存在的画面,具有重复使用、减少展示成本的优点[3]。传统的多视觉动画角色模型展示系统在修改展示动画角色时,需要全部更换画面点,变更角色的工作过程繁琐,不利于实际使用。

1  多视觉动画角色模型展示系统硬件设计

1.1  设计头戴式显示器

头戴式显示器选用有效焦距为75 mm,[f3]的六片式双高斯物镜作为投影物镜的初始结構,调整物镜视角为40°,然后选用ZEMAX中的Binary 2作为二元面,在保持系统光焦度不变的条件下,使用单透镜替换第4,第5片这两片中的双高斯物镜,物镜部分选择镜头直径为23.6 mm的投影物镜[4]。外部包装材质选用ABS材质的塑胶外壳包装。显示屏幕选择OLED显示屏幕,使用ITO基板,加入辅助电极,实现VR技术的虚拟显示。整体的头戴式显示器设计如图1所示。

头盔内部选用内部集成50多个内核的芯片CC2530,使用RF收发器,采用128 KB的闪存和16 KB的RAM内存机制来满足不同的动画角色展示要求[5]。采用32 MHz无源晶振以及23.732 kHz的时钟晶振模组,传输模块采用双向传输的网络匹配模式,配合少量的元器件实现实时传输角色展示数据。内部芯片以及少量元器件接口的实际连接图如图2所示。

手柄部分物理按键设计菜单按钮、触控板、系统按钮、扳机键以及虚拟手柄按钮,不同按钮控制展示系统的不同功能,详细的按钮位置如图3所示。

由图3所示的按键,实现手柄按键控制的虚拟展示系统,然后设计展示系统内的展示电路[6]。

1.2  设计展示系统电路

系统采用单片机控制电路,兼容微处理器与管脚,采用32位双向I/O口,设置3个16位可编程定时/计数器中断和2个串行中断[7]。外部中断源连接2个读/写中断口线,以便设定三级程序储存器中的内部RAM,内置看门狗,连接3个16位计数器[8]。将芯片可编程的串行通道连接片内振荡器,5个中断源与时钟电路相连。整体设计的电路图如图4所示。

由图4所示,单片机外接晶振上2个管脚上的对地电容,将晶振的引脚等效为电容三点式振荡器,此时的晶振OSC1和OSC2内部就构成了一个或多个反相器串联,实现展示系统的多视觉效应[9?10]。展示系统电路设计完毕后,设计展示系统所需的软件,完成动画角色模型展示系统的设计。

2  多视觉动画角色模型展示系统软件设计

2.1  计算动画角色展示视角

多视觉的动画角色展示过程是由不同视角下的动画角色构成的,使用二元光学方法计算得到动画角色在某一量化区内的视觉角度函数[t(ξ)],如下:

[t(ξ)=e2πiQk]  (1)

式中:[Qk]为量化角度函数;[i]为偏移角度。不同的展示元件有着不同的旋转角度,会导致相同动画角色不同的环带数[11?12]。利用径向坐标修正不同环带数动画角色的展示视角,得到:

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

式中:[ρ]为归一化径向半径;[A1]为二次相位系数;[A2]为非球面相位系数;[L]为量化台阶数;[k]为环带系数。计算出动画角色展示视角后,定义动画角色变化视点,假设此时的视点坐标为[(x3,y3,z3)T],参考点坐标为[(x4,y4,z4)T],所以此时的变化视点坐标为:

[K=(x3-x4,y3-y4,z3-z4)T] (3)

式中,[K]表示变化视点坐标。计算出变化视点坐标后,利用Java,将需要展示的动画角色视点数据编程到展示系统中,实现多视角虚拟展示动画角色[13]。

2.2  展示程序的实现

展示程序采用CSS+DIV布局方式,保证系统不同的动画角色采用不同的展示风格,使用Java Script技术对展示系统主界面每个展示板块,并承担具体制作和每个动画角色与数据层之间的数据连接[14?15]。使用Java Script技术中的展示代码:

if(Input. GetMous eB uttonD own(0)){

StartPosition=Input.mousePosition;

previousPosition=Input. mousePosition; }

if(Input. GetMouseButton(0)){

offset=Input. mousePosition?previousPosition;

previousPosition=Input. mousePosition; }

展示不同风格的动画角色。引用Java转换代码:

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

转换动画角色的不同视角,实现多视觉展示动画角色模型,完成多视觉动画角色模型展示系统的软件设计。

3  仿真实验

3.1  实验准备

实验准备展示系统承载处理器,采用当下主流的PC机的一般配置,编译以及运行环境均采用常用工具,详细的参数如表1所示。

实验所需的头盔显示器的详细参数和成像要求如表2所示。

将待展示的动画角色模型,分别使用2种传统模型展示系统与基于VR技术的多视觉动画角色模型展示系统进行仿真实验,统计对比3种系统在改变展示动画角色模型时,所要改动的画面点数量。

3.2  实验结果

3种展示系统在展示相同的动画角色模型时,最终呈现出相同的展示效果,在变换角色模型时所要变换的画面点个数如图5实验结果所示。

将系统展示的动画角色模型空间看作一个三维立体坐标空间,操作3种系统全部由一個动画角色向另外一个角色转换。由以上3个实验结果图可知,传统展示系统1在转换过程中,横、纵、垂直方向需要转换的画面点最多;传统展示系统2横向变换的画面点较多,纵向与垂直方向所要转换的画面点较少;而基于VR技术的多视觉动画角色模型展示系统在3个方向内所要转换的画面点最少,减少了系统处理画面点数据的数量,实用性更强。

4  结  语

社会发展造就了文化的百花齐放,科学技术应用在文化传播中,特别是动画模型展示上,可以丰富观赏者的视觉享受。本文设计头戴式显示器,计算动画角色的展示视角,组成基于VR技术的多视觉动画角色模型展示系统,改善了传统展示系统的不足,对动画产业的发展起到了发展作用。

参考文献

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