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虚拟现实技术在三维包装设计中的应用
2012年4月25日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:姜东升
    单位:北京印刷学院

    [摘要] 介绍了VRML语言,VRML是用于在网络上创建逼真的三维场景,设计立体网络程序。然后给出实例介绍了VRML技术在三维包装设计中的应用。

    目前在三维包装设计中,应用于包装设计中的软件大多停留在二维设计,设计出的产品不直观,难以让用户立刻欣赏到成型后的产品效果,这将极大地制约变化多样、丰富多彩的包装装潢设计。而已经开发出的三维包装设计软件,虽然克服了二维设计单调的缺点,但由于其设计开发周期长的缺点将难以适应迅速发展的包装设计的需求。而采用虚拟现实建模语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)不但可以生成逼真的三维包装设计,产生动画效果,让用户直接观看产品的成型效果,可以加大产品的交互性和灵活性,还由于生成的可执行文件很小,使得用户可以直接从网络便捷地观看到印刷包装企业提供的包装装潢设计,大大地节省成本,提高了工作效率。因此,虚拟现实技术将对三维包装设计提供更为广阔的天地[1]。

    1 VRML语言简介

    虚拟现实建模语言VRML是一种三维造型和渲染的图形描述语言,通过创建一个虚拟场景以达到现实中的效果,并且可以在网络中创建逼真的三维虚拟场景,改变了网络上2D画面的状态,实现了3D动画效果,特别是改变了网络与用户交互的局限性,使得人机交互更加灵活、方便,使得虚拟世界的真实性、交互性和动态性得到了更充分的体现[2]。

    1994年5月,在瑞士日内瓦CERN实验室举行的万维网第一次国际会议上提出了虚拟现实建模语言VRML,并随后制定了VRML标准,不过VRML1.0规范的主要功能只是生成静态的3D场景以及与HTML进行尚单的链接。1997年12月制定了VRM~7,这也是世界上第一个在网络上发布的国际标准,该标准基本实现了虚拟空间的真实性和实用性,使得虚拟现实三维网络具备了以下4大特点[2]:

    1)具有强大的网络功能,可以将VRML程序直接接入Internet。

    2)具有多媒体功能,能够实现多媒体制作。

    3)创建三维造型和场景,实现更好的立体交互界面。

    4)在VRML中实现了感知功能,可以进行用户与造型之间的动态交互。

    VRML语言是一个描述性语言,语法简单。VRML文件主要由节点、事件、场景、原型、脚本和路由等组成。节点是VRML文件中最基本的组成要素,是对客观世界中各种事物、对象的抽象描述 。VRML定义了几种不同类型的节点,可分为3类:形状节点、特性节点和群节点。

    VRML提供的形状节点(Shape)定义场景中的几何结构;

    特性节点影响形状的绘制方法,可分为几何体(Geometry)及外观形状特性(Appearance)、变换特性以及镜头和灯光等;群节点是将所需的节点集合在一起,当成一个单一的对象进行整体操作。VRML提供了立方体(Box)、圆柱体(Cylinder)、圆锥体(Cone)和球体(Sphere)4种节点,用以直接创建最基本的空间造型,通过这些基本的空间造型可以组合成复杂的空间立体模型[1] 。以下例子描述的是一个简单立方体的造型和实例,见图1。

虚拟现实技术在三维包装设计中的应用
图1 立方体造型

    #vrml v2.0 utt8
    Shape{
        appearance Appearance{
            material Material{
                difuseColor 1.0 0.5 1.0
                }
            }
        geometry Box{
            size 1.0 2.0 3.0
            }
        }

    在VRML中,可以把二维图像按一定规则粘贴到VRML立体空间造型表面上,这样可以使得空间造型更具真实感,增加浏览者的视觉效果。如将物体造型映射成木纹形成地板,映射成墙砖形成墙壁等。这个过程在VRML中称为图像纹理映射。VRML支持的纹理图像格式有JPEG、GIF、PNG等[1] 。

    2 VRML在包装设计中的应用

    鉴于VRML完善的标准和技术的不断成熟,完全可以把VRML应用于三维包装设计工作中[5]。以一个洗发水包装瓶为研究对象(见图2),来分析VRML三维图形技术在包装设计上的使用。

虚拟现实技术在三维包装设计中的应用        虚拟现实技术在三维包装设计中的应用
图2洗发水瓶

    首先,通过VRML编程设置洗发水瓶的外观颜色和虚拟环境下的场景布局;其次,建立一个长方体(Box)三维模型,设定其长、宽、高的比例;再次,通过挤出造型节点(Extrusion),使得长方体上端仿怫通过一个模型孔,并按照模型孔的要求挤压出所需要的形状,挤出造型节点是VRML中最重要、也是最有用的节点之一,它可以创建出用户需要的所有立体空间造型;

    最后,使用图像纹理节点(ImageTexture),将用于包装装潢的二维图像分别粘贴于洗发水瓶正面和瓶盖处,至此生成了虚拟现实环境下的包装装潢效果。为了更加逼真地描述真实环境,调整虚拟环境光源,可以在空间任何位置、以任何角度观看洗发水瓶,并可以在空中动态地移动观察位置,这在VRML上实现起来非常方便,这也为用户全方1立地欣赏包装装潢效果提供了极好的手段。

    当前已经有众多印刷包装企业进入到了网络化管理、电子商务阶段,许多定单通过网络即可进行交易,客户和企业经常不必到现场即可完成商务协议,而VRML技术所拥有的特点正为这种商务活动提供了操作平台。VRML文件可以通过任何文本编辑器来进行编写,保存时将其保存为后缀名是.wrl的文件即可。浏览VRML文件时,不需要任何昂贵的其他软件,因为如Microsoft的Internet Explorer 4.0或Netscape的Commu—nicator 4以上版本和Cosmo播放器等都可以通过自身集成的VRML浏览插件直接浏览VRML文件,如同浏览网页一般,这大大地节约了公司运营成本。而且生成的VRML文件通常很小,一般只有几十K大小,这也很有利于网络传输。

    3 结语

    从上面可以看到,虚拟现实技术以其优越的特点和便捷的操作,将在包装设计中有着很实际和广阔的应用价值,并将伴随着计算机软硬件技术的发展越来越在包装印刷的电子商务和网络化办公中起到更大的作用。当然对于VRML语言来说,它的功能还不是特别的完美,还有很多功能需要加强,如VRML与JAVA、JAVASCRIPT等语言的联合使用将给三维包装设计带来更好的交互功能,为用户与企业问的业务沟通搭建更通畅、更完美的桥梁。

    相信随着VRML技术在包装设计软件领域的进入和推广,将为三维包装设计开拓一个崭新的天地。

    参 考 文 献

    [1] 张金钊,等.虚拟显示三维立体网络程序设计语言VRML[M].北京:清华大学出版社,2004

    [2] 陆昌辉,等,使用VRML与JAVA创建网络虚拟环境[M].北京:北京大学出版社,2003

    [3] 林海,潘志庚,石教英.虚拟现实造型语言VRML[J],多媒体世界,1996,(6):22—24

    [4] 樊爱华,胡忠东.虚拟现实的建模技术[J].计算机仿真,1997,(10):64—66

    [5] 孙诚,段瑞侠,折叠纸盒作业设计[J].包装工程,2004,25(6):85—86

标签:包装产品展示VRML
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