VR展示设计中的三维模型轻量化

Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．５，２０１９

ＶＲ展示设计中的三维模型轻量化

谢　军，胡　丰，钟　飞

（中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１）

摘　要：三维模型轻量化处理是ＶＲ展示设计的关键技术，通过理论研究，得出ＶＲ展示设计中数据轻量化方案。然后通过实际项目对比测试，验证方案的可行性。关键词：虚拟展示；三维数模；轻量化

Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｉｎＶＲｄｉｓｐｌａｙｄｅｓｉｇｎ

ＸＩＥＪｕｎ，ＨＵＦｅｎｇ，ＺＨＯＮＧＦｅｉ

（ＣＲＲＣＺｈｕｚｈｏｕＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＣＯ．，ＬＴＤ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＶＲｄｉｓｐｌａｙｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄ

ｔｈｅｄａｔａｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｃｈｅｍｅｉｎＶＲｄｉｓｐｌａｙｄｅｓｉｇｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅｎｐａｓｓｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｊｅｃｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｅｓｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶＲｄｉｓｐｌａｙ；Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ；Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０５．００２󰀡　引言

三维模型轻量化是指根据不同要求对三维设计原始模型进行简化和压缩，得到文件数据小、便于加载查看和数据交换

１］

。模型轻量化技术提高三维数据应用范围，常应的网格模型［

．ｉｇｅｓ”“ｓｔｅｐ”等格式作为中间数据格式转存，可优化删除以上“信息。

１．２　参数化曲线曲面三角化

通过三角化使三维参数化模型转化为离散化的三角形网格模型，用三角形网格模型近似的表达精确三维模型。模型参数化边、面数据三角化能加快模型显示速度、降低计算机使用ｐａｎ数为８×４的ＮＵＲＢＳ曲面在不同三角面细分精内存。在Ｓ

度下的网格显示和面片数情况。如表１所示。

ＲＥＤ中软件对ＮＵＲＢＳ曲面的默认设置；精度精度一为Ｖ

一的面片数为精度二４．７倍，但是，显示效果无明显提升。在非重点部件中，精度四也能满足展示效果，而数据量仅为精度．２６％。通过表１我们也可以看出，在ＶＲ展示中，要根一的１

据展示部件的重要程度，分别设置三角细分精度，可以有效减少模型面片数。１．３　同材质物体的拼合

同种材质的部件，在导入后需进行拼合处理，以减少显示界面的节点数，提高显卡和ＣＰＵ利用率。在实际项目中，通过８０７８减对车辆的中同一材质的拼合处理，将物体数由原来的３少到１５０４，即时帧率能由８帧提升到３３帧。由此可见，材质的整理和物体的拼合也是数据轻量的有效手段。１．４　不可见面整理

在车辆的工程数据中，有些数据在ＶＲ中无需展示时，应将其删除，以简化数据。在删除不可见面时，先定义摄像机，再Ｒ展示的主要对选定可见面保留，最后删除不可见面。如在Ｖ象是车辆的工业设计，工程数据中有６０％为结构数据、当前摄像机不可见数据均可删除。

用在虚拟装配、虚拟展示、产品三维手册等数据轻量要求比较高的场景。

ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）是以计算机技术为核心，结虚拟现实（

合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对真实环境

２］

。制作ＶＲ展示中ＶＲＥＤ、ＲＴＴ等软件，本身不的感受和体验［

具备建模功能，ＶＲ展示三维模型常由其他软件导入。而工程软件如Ｃａｔｉａ、ＵＧ、Ｐｒｏ／Ｅ、Ｉｎｖｅｎｔｏｒ，因自身功能定位，输出的三维数据中，有大量的信息在ＶＲ展示中是非必要的，为了提高ＶＲ展示的系统流畅性，这类冗余信息须清除。在轨道车辆ＶＲ展示中，车辆组成零件多达几千，甚至上万，对整车各部件进行装配，设计装配模型的零部件组成也有几千上万个。在当前的硬件环境中，无法流畅的展示。围绕展示目标，对原数据进行Ｒ展示设计的重要前提工作。合理的轻量化处理，已经是Ｖ󰀢　轻量化的主要措施

对ＶＲ展示用三维数据的轻量化，既要保证展示精度要求，又要系统的流畅性，主要措施包含以下６个方面。１．１　剔除造型历史、特征定义／参数等信息

在工程设计软件中，三维数据所包含的草图，建模历史，以及公差、粗糙度、注释文本、标注信息等，是不需要在ＶＲ中体现，需要进行轻量化处理。在工程软件模型的模型输出时，以

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技术与市场创新与实践

表１　ＮＵＲＢＳ曲面不同参数细分下的对比表

２０１９年第２６卷第５期

细分精度一

面片数

１５２５１２

细分精度二３２２５６

细分精度三３９６８

细分精度四１９２０

细分精度五

４４８

网格

网格细节

显示效果

１．５　细节洞、孔的处理

工程数据中的孔洞也占用较大数据，如果非必需展示，建９０，议进行修补和删除。修补前示意圆柱体的三角面片数位５

删除２个孔后，面片数为２５６，数据量为优化前４３．３３％，如图１所示。

图１　孔洞修补对比图

１．６　重复部件的处理

轨道车辆中有大量的重复部件，这类部件可以尝试用Ｃｌｏｎｅ的方式来处理，Ｃｌｏｎｅ物体而不是复制物理，可以减少系统调用，进一步优化数据。但是此方法有一定缺陷，需在ＶＲ软件中对各部件重新定位。󰀣　案例介绍

在我公司新型车辆的ＶＲ展示中，物体节点数达到３８０７８

个三角面片数位４６８７５９８３个导致ＶＲ展示帧率为８．３３，投影至Ｐｏｅｒｗａｌｌ帧率降至３帧，卡顿严重。通过导入数据的轻量化处理：模型三角面优化，合并同类材质，删除冗余不可见部件，．３３提升到３３．９６。如图删除不必要细节等措施，即时帧率由８２所示。

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创新与实践ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ

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图２　优化前后参数对比

󰀤　结语

三维模型轻量化处理是ＶＲ展示的基础工作，模型处理的质量，直接关系的方案能否顺畅展示。轨道车辆模型本身数据量大，更需要对模型进行轻量化处理。笔者通过设计实践探索，得出文中的轻量化方案，能有效降低模型数量级，提升系统ＶＲ中模型轻量化技术，还在不断的创新展示运行效率。当然，（上接第７页）

机车装配过程中检查发现，扳键开关底部弹片卡紧力不一致，扳键开关固定不完全，造成扳键安装后松动故障。

发展中，还须进一步学习探索。参考文献：

［１］　魏晓明，杨春立．机械产品模型的研究与进展［Ｊ］．组合

２００３（５）．机床与自动化技术，

［２］　赵沁平．虚拟现实综述［Ｊ］．中国科学（Ｆ辑：信息科学）：

２００９（１）：２－４６．

２）优化方案。将原设计的弹片安装改为螺栓紧固连接，如又图８所示。既满足了实际运用检修过程中多次拆装的需求，避免了弹片结构易失效的隐患。

图８　安装结构对比

󰀤　装车验证

通过对新型扳键开关进行上述优化改进，并在段批量更换，自２０１３年以来运用良好，未再次出现手柄断裂和安装失效的故障。󰀥　结语

扳键开关出现故障将导致如救援、机破等严重后果，本文通过对该新型扳键开关失效故障的分析，确定了其故障原因，提出了改进优化措施，并通过试验验证和装车运用确认了优化方案的有效性和正确性，为扳键开关部件选型和优化设计提供

了参考的案例。参考文献：

［１］　神华重载运输大功率交流传动电力机车［Ｍ］．北京：中国

２０１５．铁道出版社，

［２］　刘斌，贺白涛．ＨＸＤ１Ｃ型（高原）电力机车司机室设备布

置及视野分析研究［Ｊ］．技术与市场，２０１３（５）：６７－６９．［３］　贺白涛，高楠，刘斌，等．ＨＸＤ１型机车新型司机操纵台设

计［Ｊ］．电力机车与城轨车辆，２０１５（５）：３２－３４．

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