（计算机软件与理论专业论文）三维产品展示系统的研究与实现.pdf

“尔人学硕十学位论文 摘要 现有的产品展示方式对于企业用户来讲，缺乏足够的灵活性和交互性，而 且现有的产品展示方式不能够根据用户的需求对产品的部件结构功能进行标注 解释。 本文结合几何建模、纹理映射、c s g 技术提出了一种交互式三维产品展示 方法，首先利用简单的交互构建产品的c s g 框架模型，然后通过纹理映射技术 将产品表面细节绘制出来。产品模型输入简单，产品展示真实感程度高，交互 性强，同时实现了产品结构的自动标注。 产品展示的困难在于如何输入产品的信息，包括产品的外形信息和结构、 功能信息。随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，对消费产品的要求已 不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感产品在不断提高和完 善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，因此企业生产的产品外形趋于 多样化。 本文从企业展示产品的需求以及企业客户对产品展示的要求出发，主要解 决产品的信息输入问题和产品展示的效果以及交互手段。如何建立形体复杂的 产品模型是产品展示中的核心问题，我们采用交互简单，表达能力强的三维建 模技术c s g 技术解决了这一问题。在c s g 模型中，基本体素通常是立方体、 圆柱、圆锥、球、圆环等，基本体素组合在一起，进行3 d 布尔运算即可产生复 杂的多样化的形体。 本文选择当前流行的j a v a 作为开发工具，采用面向对象的程序设计方法， 并结合纹理映射技术和c s g 模型来设计和开发一个操作方便、功能强大、技术 先进的产品的三维展示系统。 本文研究并实现的三维产品的展示系统，其目的是。仅以普通的数字照相机 和微机为硬件工具，结合纹理映射技术和c s g 模型，实现三维产品的真实感展 示和产品自动标注的生成。本文中设计的产品展示系统可以满足大多数企业产 品的需求，具备了定的智能性，能根据产品的具体情况，以产品的照片作为 输入，即可实现产品三维真实感展示：结合自动标注技术，还可对产品的部件 结构进行助能性说明。 三维产品展示系统具有高度的交互性和灵活性，只要企业输入产品表面的 数字图像，选择相应模型。系统绎过t 几秒钟的运算处理，即呵得到产品的真 t t r a t i o n l a c k so fs u f f i c i e n tf l e x i b i l i t ya n dm u t u a l i t y ，a n d ，m o r e o v e r ，i tf a i l s t ol a b e la n de x p l a i nt h es t r u c t u r a lf u n c t i o no fc o m p o n e n t so fp r o d u c t s ， i no r d e rt om a k ei ti na c c o r d a n c ew i t hc u s t o m e r s r e q u e s t s i nt h i sd i s s e r t a t i o n a ni n t e r a c t i r et h r e e d i m e n s i o n a lp r e s e n t a t i o n m e t h o di si n t r o d u c e d ，o nt h eb a s i so ft h ec o m b i n a t i o no ft e c h n i q u e so f c s gm o d e li n g ，t e x t u r em a p p i n ga n de d g ed e t e c t i o n f i r s t l y ，c o n s t r u c t i n g t h ei n t e r a c t i v ec s gm o d e ls i m p l yi su s e d a f t e r w a r d s ，t e x t u r em a p p i n g i si n t r o d u c e dt op r o t r a c ts u p e r f i c i a ld e t a i l so fp r o d u c t s i naw o r d ， t h ei n p u to fp r o d u c tm o d e li ss i m p l e ，t h ep r o d u c td e m o n s t r a t i o ni so f h i g hd e g r e eo ft h i r dd i m e n s i o n ，a n dt h em u t u a l i t yi sa l s oo fh i g he x t e n t a tt h es a m et i m e ，a u t o m a t i cl a b e l i n go fp r o d u c ts t r u c t u r ei sr e a l i z e d t h ed i f f i c u l t yo fd e m o n s t r a t i n gp r o d u c t sl i e s i nt h ei n p u to f i n f o r m a t i o nr e l a t e dt og i v e np r o d u c t s t h ei n f o r m a t i o ni n c l u d e sf o r m i n f o r m a t i o n ，f o r ms t r u c t u r e ，a n df u n c t i o n a li n f o r m a t i o na sw e l l w i t h t h ep r o g r e s so ft h es o c i e t ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v s t a n d a r d ，c o n s u m e rr e q u i r e m e n tf o rp r o d u c t sw i l ln o tb es a t i s f i e d t h o s e b a s i cf u n c t i o n s m o r ea t t e n t i o n s ，h o w e v e r ，a r ep a i dt o n g b y h e b e a u t i f u lf o r ma n ds t r u c t u r e j u s ta st h ef u n c t i o no ft h ep r o d u c t si s m o r ea n dm o r ei m p r o v e da n dp e r f e c t e d ，s ot h er e q u i r e m e n tf o rt h ef o r m a n ds t r u c t u r ei si n c r e a s i n g l yh i g h t h e r e f o r e ，t h ef o r mo fp r o d u c t si s b e i n gd i v e r s i f l e d t h i sd i s s e r t a t i o n ，t oa n s w e rt h er e q u e s to fb o t hc o r p o r a t i o n sa n d c l i e n t sc o n c e r n i n gt h ed e m o n s t r a t i o no fp r o d u c t s ，i sf o c u s e do nt h ei n p u t o fp r o d u c ti n f o r m a t i o n 。t h ee f f e c to ft h ed e m o n s t r a t i o n ，a sw e l la s i n t e r f a c ew a y s t h ee s s e n c eo fp r o d u c td e m o n s t r a t i o nf a ll su p o nh o wt o e s t a b l i s bp r o d u c tm o d e lw i t hc o m p l e xs h a p e sa n df o r m s t h i sp r o b l e mc a n b es o l v e db yu s i n gc s gt e c h n i q u e ，b e c a u s et h i st h r e e d i m e n s i o n a l 山尔人学硕十学位论文 m o d e l i n gt e c h n o l o g yi so fs i m p l em u t u a l i t ya n dh i g he x p r e s s i v ep o w e r i nc s gm o d e l ，t h eb a s i cg e o m e t r i e sa r em a i n l yc u b e ，c o l u m n ，t a p e r ，b a l l o rc i r q u e p u t t i n gt h e s eb a s i cg e o m e t r i e st o g e t h e ra n dd e a li n gw i t ht h e m w i t h3 db o o l e a no p e r a t i o nc a np r o d u c ec o m p l e xa n dd i v e r s i f i e db o d i e s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，c u r r e n t l yp o p u l a rj a v a 3 di sa d o p t e da st h e d e v e l o p i n gt o o la n dt h em e t h o do fp r o g r a md e s i g nw h i c ho b j e c t o r i e n t e d ， t o g e t h e rw i t ht e x t u r em a p p i n gt e c h n o l o g ya n d c s gm o d e l ，i se m p l o y e d b y d o i n gs o ，at h r e e - d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e m ，w h i c h i so f c o n v e n i e n th a n d l i n g ，p o w e r f u lf u n c t i o n ，a n da d v a n c e dt e c h n i q u e ，i s e x p e c t e dt ob ed e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h ed e m o n s t r a t i n gs y s t e mf a l l s i n t ot w os e c t i o n s ，a i m i n ga tt w ot a r g e t s ：c o r p o r a t i o nc o n s u m e r sa n d c o r p o r a t i o nc l i e n t s t h ec o n s u m e r s o r i e n t e ds e c t i o ni st of i n i s hd a t a i n p u t ，e s t a b l i s hm o d e l sa n ds a v et h er e s u l t ，w h i l et h ec l i e n t o r i e n t e d s e c t i o ni st od e m o n s t r a t ep r o d u c t sa c c o r d i n gt ot h ed a t ai n p u t i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，t h es t u d y a n dt h e p r o c e s s o fr e a l i z a t i o no f t h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e mi sd i s c u s s e d 。w i t hc e l lp h o n ea n d n o t e b o o kc o m p u t e ra st h ee x a m p l e s t h eo b j e c t i v eo ft h et h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e ms t u d i e d a n dr e a l i z e di nt h i sd i s s e r t a t i o ni st oa c h i e v et h eg r a p h i cd e m o n s t r a t i o n o ft h r e e d i m e n s i o n a lp r o d u c t sa n dt h ea u t o m a t i cl a b e l i n go fp r o d u c t s ， o n l yw i t ht h ea i do fc o m m o nd i g i t a lc a m e r a sa n dc o m p u t e r s ( a sh a r d w a r e ) ， a l o n gw i t h t e x t u r e m a p p i n gt e c h n o l o g y a n dc s gm o d e l t h i s t h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e mi sa b l et os a t i s f yt h er e q u e s t o ft h ep r o d u c t sf r o mm o s tc o r p o r a t i o n s t h i ss y s t e mi so fi n t e l l i g e n c e t os o m ed e g r e e ：t h et h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i o nm a yw e l lb er e a li z e d o n l yb yu s i n gt h ep i c t u r e s o ft h ep r o d u c t sa si n p u ti n f o r m a t i o n ， a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i ci n f o r m a t i o na b o u tt h ep r o d u c t s i na d d i t i o n ， a l o n gw i t ha u t o m a t i cl a b e l i n gt e c h n o l o g y ，t h ef u n c t i o n a ld e s c r i p t i o no f t h es t r u c t u r eo fd i f f e r e n tp a r t so fp r o d u c t sc a na l s ob ea c h i e v e d t h et h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e mi so fh i g hm u t u a l i t ya n d f l e x i b i l i t y a sl o n ga st h es u p e r f i c i a ld i g i t a lp i c t u r e so ft h ep r o d u c t s l v 、 a r ei n p u t t e da n dc o r r e s p o n d i n gm o d e l sa r ec h o s e n ，t h et h r e e d i m e n s i o n a l d e m o n s t r a t i o no ft h ep r o d u c t sw i l lb eo b t a i n e do n l ya f t e rt e ns e c o n d s o p e r a t i o na n dd i s p o s i t i o n u s i n gt h r e e d i m e n s i o n a ld e m o n s t r a t i n gs y s t e m t or e a l i z et h er e l e a s ea n dd e m o n s t r a t i o no fp r o d u c t sc a r ln o to n yr e d u c e l a b o ri n t e n s i t ya n ds a v ec a p i t a la n dm a t e r i a lr e s o u r c e s ，b u ta l s os a v e t i m e ，i n c r e a s ee f f i c i e n c y ，a n dg r a s pb u s i n e s so p p o r t u n i t y k e y w o r d s ：o b j e c to r i e n t e d ：j a v a 3 d ；p r o d u c tp r e s e n t a t i o n ；p r o d u c t l a b e l i n g v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：筮硷 日期：丝韭笸：3 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版j 允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 丛盘导师签名：盘匦日期：丝丛：- l 二z 7 山东人学硕十学何论文 1 1 背景与现状 第1 章绪论 在目前日益激烈的市场竞争中，如何应用现代先进的信息技术一 改原先传统的产品展示模式，利用虚拟产品替代真实产品，通过有效 的交互手段理解顾客需求，提高顾客满意度从而刺激顾客的购买欲望， 为社会、为厂商创造更高的价值，己成为当务之急。 自1 9 8 9 年美国v p lr e s e a r c h 公司的j a r o nl a n i e r 提出虚拟现实 ( v i r t u a lr e a l i t y ，简称v r ) 的概念以来，经过十几年的发展，虚拟现 实技术已经逐步走进了我们的生活。虚拟现实是涉及计算机图形学、 人机交互、人工智能等学科的一项综合技术，它的目的是使用计算机 来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉世界在过 去的几年里，在虚拟现实系统的开发方面，国内外科研机构己经投入 了大量的人力与物力，虚拟现实技术也因此得到迅速发展并渗透到各 个领域。其中，将虚拟现实技术应用于电子商务领域及虚拟产品展示 被认为是一个重要的发展方向。 1 1 1 产品展示的商业技术 当今时代是信息化、数字化的时代，数字技术的广泛应用和产业 化将在人类历史上引起新的革命。虚拟现实技术在产品的设计、制造 等行业中已得到愈来愈广泛的应用。随着网络技术的飞速发展，虚拟 现实技术也成为今后网络多媒体发展主流方向，近年来相继出现的多 种网络虚拟现实技术，也使网络中的商业展示解决方案拥有了全新的 选择这些新技术在产品的网络展示中的应用，使商业展示方式充满 活力当前商业产品的展示所使用的虚拟现实技术分为以下几种心1 ： 1 1 1 1v r m l 技术 v r m l 技术是最早应用的网络虚拟现实技术。v r l 语言全称是t h e v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e ( 虚拟现实构造语言) 。它是一种 面向对象的网上三维语言是用来描述交互式3 d 对象的文件格式，利 用它可以在i n t e r n e t 上创建交互式三维媒体虚拟世界和动态的三维虚 l 山尔人学硕七学位论文 物体，其基本特征包括交互式、分布式、平台无关性、三维，多媒 集成、逼真性等。v r m l 对三维世界具有真实表现的强大能力，所以 电子商务、工程和科学可视化、娱乐和教育等领域都有着广泛的应 3 一】 在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以v r m l 标准为核心的技 ，术具有独特的优势。但是v r m l 技术存在很大的局跟性，如带宽不够， 需要下栽插件浏览，文件量大。真实感、交互性需要进一步加强等。 图卜i 所示为基于v r m l 技术的汽车产品的展示 1 。 图1 1 汽车产品展示( v r m l ) 1 1 1 2f i a s h 技术 ，f l a s h 技术是网络平面交互动画的三维扩展。在a c t i o n s c r i p t 的 强大支持下，f l a s h 这款在网络中二维交互方面表现优异的软件在v r 上也取得了良好的表现。f l a s h 的v r 技术是通过a c t i o n s c r i p t 控制 3 6 0 0 图片的播放，达到使物体i ；i 后旋转的效果，还可以加上放缩和鼠 标交互功能，由此可以实现全空间的3 6 0 0 视角，实现三维空间的模拟 f l a s h 提供了如下几个方面的v r 展示支持：模拟物体的三维展示、模 拟场景的三维展示 在进行三维展示时，虽然f i a s h 技术较v r m l 技术在某些方面有所 加强，但无论是模拟物体还是模拟场景的三维展示，都需要拍摄大量 的图片，工作量相对较大。当产品的更新换代较快时，这种展示技术 的局限性就表现得更为突出。如：产品信息输入量较多，浏览时需要 2 山东大学硕十学位论文 下载插件等。图卜2 所示为基于f l a s h 技术的索尼数码相机o s c t 7 产 品展示 图1 2 索尼数码相机d s c t 7 产品展不( f l a s h ) 1 1 3c u l t 3 0 技术 一 c u l t 3 d 是一种崭新3 d 网络技术，并不在新的语言上有所创新， 而是利用现有的技术。利用c u l t 3 d 技衔可以制作出3 d 立体的产品， 利用c u l t 3 d 可以以视觉的方式呈现不同的事件和功能的互动性，交互 能力强，采用流的形式，文件较小，效果较好。可以旋转，放大，缩 小，体现真实的物体属性。对于窄带网的应用，c u l t 3 d 展示产品最好 的解决方案之一，c u l t 3 d 的文件量非常小( 2 0 k - 2 0 0 k ) ，却有近乎完美 的三维质感表现。 但进行c u l t 3 d 开发时，在进行产品信息的输入时限制条件较多。 首先，制作前必须先下载插件c u l t3 de x p o r t e rf o r3 d m a x 或c u l t 3 de x p o r t e rf o r m a y a 。只有装好输出插件，3 d m a x 或m a y a 才可以将 3 d 模型输出成c u l t3 dd e s i g n 的c 3 d 格式。 其次，必须使用一个三维模型制作软件( 3 d m a x 或m a y a ) ，制作物 体的三维模型。而且在制作时必须在模型的细节、真实度上多下点工 夫，尽量用最少的面来做模型，以控制好文件的大小。太多的面不仅 会加长网络传送的时问，更是对浏览者机器的考验。 山东人学硕士学位论文 而且，消费者在进行浏览时需要下载相关的插件。如图卜3 所示 为c u l t 3 dc o m p a q 的m p 3 产品展示凹1 。 图1 3c o m p a q 的m p 3 产品展不( c u l t 3 d ) 1 1 1 4v i e w p o i n t 技术 v i e w p o i n t 技术是由真正的3 d 模型建立的，它具有完全的互动功 能，可以真实地还原现实中的物体功能。可以创建照片级的真实的3 d 影象，并且可以和其它高端媒体( r i c hm e d i a ) 综合使用。对于窄带应 用上，它使用独有的压缩技术，把复杂的3 d 信息压缩成很小的数字格 式，同时也保证我们的浏览器插件可以很快的将这些压缩的信息重新 解甏出来。在3 d 贴图上，它使用j p e g 的压缩格式，保证文件的贴图 不会使3 d 文件加大它传送给用户的方式像f l a s h 、o u i c k t i m e 、 r e a l m e d i a 等流行媒体一样，使用了流式播放方式，这就使用户不用下 载完所有的文件即可看到。 但是他的局限性也是显而易见的，比如产品信息的输入，包括产 品的表面信息及机构信息等，必须由掌握一定计算机专业知识的技术 人员来完成。且消费者浏览时还是需要下载插件，为浏览者带来了一 些不便。 如图1 4 、1 5 所示为基于v i e w p o i n t 技术的别克汽车产品展示“。 4 山东人学硕十学位论文 图1 - 4 别克汽车产品展示( v i e w p o i n t ) 图1 - 5 别克汽车产品展示( v i e w p o i n t ) 由此可见，现有的产品展示方式存在以下的局限性和不足i 首先。 对于企业用户来讲。在进行产品信息输入时，需要输入人员具有一定 水平的计算机专业知识，缺乏足够的灵活性和交互性其次，对于消 费者来讲，进行产品的网上测览时，都需要浏览者下载相关插件，否 则不能够获得所需要的信息。而且对于网速也有一定的要求 1 1 2 现有的产品展示系统 当i ；i 的产品展示系统主要进行产品价格、性能等方面的发布或展 示，可分为以下三种类型1 “。 一、二维静念图片展示：通过数码相机拍摄产品各个角度的图片， 、 5 利用图像软件对图片进行处理，从而对产品的部件进行功能的标注。 这种方式虽然可以直观的给消费者一些关于产品的具体信息，但所展 示的也只是产品的二维图像，缺乏立体感和交互性 二、视频展示：制作一段视频来展示说明产品的相关信息。这种 方式耗费大量人力物力财力，而且随着时间的推移，新产品会不断被 生产出来，所展示的产品也会随之变化，要想发布新产品又要重新拍 摄一段视频不仅耗费人力物力财力，还会在这个瞬息万变的时代错 失良好的商机 三，f i a s h 动画展示：制作一段f 1 a s h 对产品进行介绍。这种方式 虽较第一种方式节省财力节约时间，而且允许有一定的交互。但它只 能实现一些几何体的大小、方位、颜色的过渡变化，因此真实感程度 差。而且随着产品的更新换代，也会遇到第二种方式中同样的问题， 即需要重新制作f l a s h 进行新产品的展示与发布，缺乏应变能力。 由此可见，现有的产品展示方式对于企业用户来讲，缺乏足够的 灵活性和交互性，而且现有的产品展示方式不能够根据用户的需求展 示产品的部件结构。对于企业的客户来讲，无法在有限的图片或图像 上随心所欲的获得自己所感兴趣的信息。 j 1 2 本文主要工作 本文结合几何建模、纹理映射、c s 6 技术提出了一种交互式三维产 品展示方法，首先利用简单的交互构建产品的c s 6 框架模型，然后通 过纹理映射技术将产品表面细节绘制出来产品模型输入简单，产品 展示真实感程度高，交互性强，同时实现了产品结构的自动标注。 产品展示的困难在于如何输入产品的信息。包括产品的外形信息 和结构、功能信息。随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追 求完善已成为时尚人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能 的完备，同时更注重外观的美感产品在不断提高和完善其功能的同 时在外观造型上要求越来越高。因此企业生产的产品外形趋于多样 。 化在传统的产品展示系统中，同一类型同一系列但不同外形的产品 ( 如产品表面的结构，颜色等) 都需要拍摄大量照片，以进行产品的 全方位展示，使企业的客户更多地了解产品。但是这样，不仅浪费了 6 ， 山尔人学硕十学位论文 大量的人力，而且会由于照片的储存占用大量的数掘空问。视频展示 也存在同样的问题。利用f 1 a s h 动画展示产品，需要对产品外形等信 息进行输入，但目前缺乏有效的手段支持，且只能实现二维的展示效 果。 本文从企业展示产品的需求以及企业客户对产品展示的要求出 发。主要解决产品的信息输入问题和产品展示的效果以及交互手段。 c s g 技术是交互简单，表达能力强的三维建模技术，在c s g 模型中，基 本体素通常是立方体、圆柱、圆锥，球、圆环等，基本体素组合在一 起，进行3 d 布尔运算即可产生复杂的多样化的形体。 本文选择当前流行的j a v a 3 d 作为开发工具，采用面向对象的程序 设计方法，并结合纹理映射技术和c s g 模型束设计和开发一个操作方 便、功能强大、技术先进的产品的三维展示系统。展示系统针对企业 用户和企业客户分为两大部分。用户部分完成数据输入、模型建立并 保存结果；客户部分则根据存储的数据对产品进行展示。本文以手机 和笔记本电脑两种比较常见的产品模型作为实例，论述了产品三维展 示系统的研究和实现过程。 本文研究并实现的三维产品的展示系统，其目的是。仅以普通的数 字照相机和微机为硬件工具，结合纹理映射技术和c s g 模型，实现三 维产品的真实感展示和产品自动标注的生成。本文中设计的产品展示 系统可以满足大多数企业产品的需求，具备了一定的智能性，能根据 产品的具体情况，以产品的照片作为输入，即可实现产品三维真实感 展示；结合自动标注技术。还可对产品的部件结构进行功能性说明。 三维产品展示系统具有高度的交互性和灵活性，只要企业输入产 品表面的数字图像，选择相应模型。系统经过十几秒钟的运算处理。 即可得到产品的真实感展示。利用三维产品展示系统柬实现产品的发 栖和展示不仅可以降低企业产品发布人员的劳动强度，节约资金和 物力，而且能够节省时间提高效率，把握商机。 本文以两种比较常见的产品模型作为实例，论述了产品的三维展 示系统的实现过程。 7 山尔人学硕十学位论文 1 3 开发环境 j a v a 语言是1 9 9 5 年6 月由s u n 公司引进到我们这个世界的革命性 的优秀的计算机编程语言。它具有面向对象、与平台无关、安全、稳 定和多线程等优良特性，是目前软件设计中极为健壮的编程语言。j a v a 语苦不仅可以用来开发大型的应用程序，而且特别适合于i n t e r n e t 的 应用开发。j a v a 是目前使用最为广泛的网络编程语言之一平台无关 性使得只要计算机提供了j v m ( j a v av i r t u a lm a c h i n e ，j a v a 虚拟机) ， 使用j a v a 语言编写的软件就能在其上运行。 目前，j d k ( j a v ad e v e l o p m e n tk i t ，j a v a 开发工具包) 的最新版 本为j d k1 5 。j d k 具有三个发行版本：j 2 s e ，j 2 e e 、j 2 m e ，分别适用 于个人计算机的标准开发、企业级的大型开发和智能消费型电子产品 的开发。j f c ( j a v a t mf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 它提供了用于编写应用 程序和小应用程序的基础类库，使用它们可以开发出功能强大的满足 用户需求的应用软件。 本文着眼于三维产品展示系统的研究与实现，需要j a v a3 0 的支 持。j a v a3 da p i 是s u n 定义的用于实现3 d 显示的接口，它建立在j a v a 2 基础之上。j a v a3 d 把o p e n 6 l 和d i r e c t x 这些底层技术包装在j a v a 接口中。这种全新的设计使3 d 技术变得不再繁琐并且可以加入到 j 2 s e 、j 2 e e 的整套架构这些特性保证了j a v a 3 d 技术强大的扩展性。 j 2 s e 在其标准开发包中并不提供j a v a 3 d 的a p i ，j a v a 3 d 是一个独立的 可选组件，可以单独下载。 本文选用j 2 s e 的最新版本j d kl5 和j a v a 3 df o rw i n d o w s ( o p e n g l v e r s i o n ) s d kf o rj d k ( i n cj u d er u n t i m e ) 1 3 1 作为开发工具，以 j c r e a t o rp r o3 5 为集成开发环境进行三维产品展示系统的研究和开 发工作。 1 4 论文的组织 第一章在介绍三维产品展示系统应用背景的基础上，详细分析了 产品展示问题的现状，提出了问题的综合解决思路，并简耍介绍了系 统的丌发工具j a v a 2 。 山东人学硕十学位论文 第二章在对产品形体进行分析的基础上，运用c s 6 方法进行实体 ( 长方体、圆柱体、圆锥体、球体等) 的布尔运算从而得到形体各异 的产品模型，并具体实现了两种具有代表性的复杂形体的模型 第三章我们用数码相机拍摄得到产品各个表面的照片，用 p h o t o s h o p 进行适当的处理，结合纹理映射技术为场景图中的几何形体 添加纹理，以使得物体看上去更加真实。为了能更好地展示产品，我 们在场景中增加了鼠标和键盘交互行为，以便于客户对产品进行旋转、 平移、缩放等操作，客户只需进行简单的鼠标或键盘操作，即可以从 不同的角度充分地观察产品的展示情况。 第四章为了展示产品的功能信息，便于用户更好地对产品进行了 解，需要对产品功能部件进行标注和解释。本章按人们的标注习惯对 标注区域进行了划分，总结了不同类型产品的标注规则，运用模拟退 火算法寻求标注碰撞问题和布局问题的最优解。 第五章介绍了系统的使用效果，并分析了系统的不足之处，最后 对下一步的工作进行了展望。 1 5 本章小结 本章作为全文的绪论，主要综述了三维产品展示的背景和研究现 状以及重点。先介绍了三维产品展示系统应用的背景，然后详细分析 了产品展示问题的现状，提出了问题的综合解决思路，并以此思路确 定了本变拍重点研究内容，最后确定了本文的章节安排。 山东人学硕十学位论文 2 1 引言 第2 章产品的三维建模 随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时 尚人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更 注重外观的美感产品在不断提高和完善其功能的同时，在外观造型 上要求越来越高。因此，企业在保障产品功能完备的前提下，在产品 外观造型上追求多样化以适应当前市场的发展。所以，如何建立形体 复杂的产品模型是产品展示中的核心问题，也是本章的主要内容。 对于像冰箱、柜式空调以及柱状、球状、圆锥状等具有规则形体 的产品，我们可以调用j a v a 3 d 里的有关函数直接生成产品的实体模型。 而对于形体不规则的产品我们可以将最基本的实体进行布尔运算，从 而建立与产品外形相符的几何实体模型。本章在对产品形体进行分析 的基础上，运用c s g 方法进行实体( 长方体、圆柱体、圆锥体、球体 等) 的布尔运算从而得到形体各异的产品模型，并具体实现了两种具 有代表性的复杂形体的模型。 2 2 实体造型技术 实体造型技术的研究可以追到溯到六十年代初期，不过，直到六 十年代后半期，有关实体造型的报道仍然很少七十年代初期，出现 了一些实体造型系统，如英国剑桥大学的b u i l d l 系统，德国柏林工 业大学的c o m p a c 系统，同本北海道大学的t i p s 一1 系统和美国罗切斯 特大学的p a d l - l 、p a d l - 2 系统等“” 实体造型也称体素造型，主要研究如何方便地定义形状简单的几 何形体( 即体素) 以及如何经过适当的布尔集合运算造出所需的复杂 形体，并在图形设备上输出其各种试图的方法。 实体造型方法足计算机辅助设计在经历了线框模型，曲面模型的发 展后，基于已经较为系统的实体造型理论上而产生的，实体造型的目 1 0 j，7， i 山东大学硕士学何论丈 的是完整的，无二义地描述实体模型的几何信息和拓扑信息1 当前实体造型的主导方法是采用c s g 树形式的体素构造法。c s g 方 法适宜于作用户界面，而且输入的信息量少，物体的构造过程简单直 观。c s g 树的存储格式紧凑，占用存储空日】少。用基本体素进行集合运 算，比较容易从算法上自动保证物体的正确有效维护数据库的一致 性和完整性c s g 树还可以使用户方便地修改中间某一二步操作。快速 看到模型的建立结果。 考虑到产品形体的多样化，需要建立的三维几何模型较为复杂，在 展示中需要做大量的平移、旋转等变换，而c s g 法在构造复杂三位实 体模型时简洁方便，以体素为单元的各种坐标变换计算迅速，能够满 足产品展示交互性的要求，所以本文采用c s g 法构造产品的三维几何 模型。 2 3 面向对象的几何建模方法 2 3 1 面向对象技术的概念 面向对象是一种知识表示方法学，它提供了从一般到特殊的演绎手 段( 如继承等) ，提供了从特殊到一般的归纳形式( 如类等) ：面向对象 也是一种程序设计方法学，它基于信息隐蔽和抽象数据类型等概念， 把系统中所有资源( 如数据、模块以及系统) 都看作“对象”，每个对象 都封装了数据( 或属性) 和操作( 或方法) 。 面向对象技术对对象的描述和处理接近现实世界，它的数据抽象、 继承和多态机制特别适合描述内在机制复杂的对象。在面向对象技术 中，具有相同结构和处理机制的对象用类来描述，对象是类的一个实 例n ” 2 8 2 面向对象技术的基本特征 面向对象的基本方法学认为：客观世界是由各种各样的对象所组成 ，的，每种对象都有各自的内部状态和运动规律，不同对象问的相互作 用和联系就构成了各种不同的系统，构成了我们所面对的客观世界。 l t 在面向对象技术中，有如下一些主要特征： 1 、e 外屏蔽其内部细节( 称为封装) ； 4 、事物能归类，与此对应，把具有相同属性和相同方法的对象归 为一类，类是这些对象的抽象描述，每个对象是它的类的一个实例； 5 、通过在不同程度上运用抽象的原则，可以得到较一般的类( 基类) 和较特殊的类( 派生类) 。派生类继承基类的属性和方法，面向对象技 术支持对这种继承关系的描述与实现，从而简化系统的构造过程及其 文档： 6 、复杂的对象可以用简单的对象作为其构成部分( 称为聚合) ； 7 ，通过关联表达对象之间的静态关系。 通过以上特征可以看出，在面向对象技术开发的系统中，系统的基 本构成单位是类的实例对象。这些对象对应着问题域中的各个事物， 它们的内部属性与方法描述了事物的内部状态与运动规律。对象类之 间的继承关系，聚合关系，消息与关联表达了问题域中事物之间实际 存在的各种关系。 2 3 3 面向对象的建模技术 面向对象建模技术( o m t ) 是围绕真实世界的概念来建立模型的全新 开发方法。其基本结构是对象，它将数据结构和行为合并在一个单一 实体中，具有标识的唯一性、继承性，操作的多态性和数据的封装性。 面向对象建模是把系统看成相互协作的对象，对象是静态数据和动态 行为的封装，属于某个类，这些类具有某种层次化的结构。系统的所 有功能是通过对象之间相互发送消息来获得的口面向对象建模可以视 为一个包含以下元素的概念框架：抽象、封装、模块化、层次、分类、 并行、稳定，可重用及可扩展性。 面向对象建模方法与传统的面向过程方法相比，具有显著的优点： 1 2 f 山东人学硕十学何论文 1 、针对功能的改变，面向过程方法是灾难性的，而面向对象建模 方法只需对操作进行修改或扩充即可。所以面向对象建模方法设计的 系统易于修改和扩展 2 、有利于相同的对象在不同项目中的重用。 3 、有助于设计者对系统的理解。 面向对象软件建模技术具备封装的模块性、类和实例的抽象性、继 承机制提供的软件重用性、重载多态和动态约定的灵活性、所支持软 件的可扩充性，无疑是当代最成功的软件开发技术。 2 4 产品三维模型的建立 用于三维几何造型的交互式建模工具有很多，如a u t oc a d 、u g 、 p r o e 、3 d s m a x 等，它们都能很方便的建立各种复杂物体模型，但这些 软件有一个共同的问题，它们不是针对仿真应用的，它们主要是作为 三维造型和绘图之用，作为程序设计人员很难进行程序底层开发，以 实现对各实体模块的控制，完成实时动态仿真。 j a v a 3 d 作为一个图形引擎，有着无可比拟的优势j a v a 3 d 是建立 在o p e n g l 和d