李啟光

(電子科技大學(xué)中山學(xué)院，廣東 中山 528400)

0 引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械外觀設(shè)計是一個具有極大潛力的市場，精美的外觀、鮮艷的色彩可以提高拖拉機(jī)設(shè)備的市場競爭力。因此，在設(shè)計拖拉機(jī)過程中，不僅僅應(yīng)該注重于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，也應(yīng)該注意色彩搭配和環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在進(jìn)行拖拉機(jī)外觀設(shè)計時，需要考慮機(jī)械設(shè)備和自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一，只有這樣才能設(shè)計出更加人性化和智能化的現(xiàn)代拖拉機(jī)設(shè)備，使拖拉機(jī)作業(yè)者獲得更加愉快的自動化作業(yè)體驗，勞動者獲得更大的成就感?；跀?shù)字新媒體技術(shù)的3D虛擬場景仿真技術(shù)，可以將設(shè)計的產(chǎn)品以虛擬現(xiàn)實的方式展示給客戶，一方面可以讓設(shè)計者身臨其境地感受裝修裝飾的色彩和圖案等；另一方面可以將設(shè)計好的產(chǎn)品展示給客戶，以便于提出修改方案，從而提高設(shè)計效率，使設(shè)計更加完美。

1 新媒體數(shù)字化裝修裝飾的現(xiàn)代拖拉機(jī)外觀創(chuàng)新設(shè)計

數(shù)字化新媒體技術(shù)給產(chǎn)品的外觀設(shè)計以及裝修裝飾帶來了極大的便利，用戶可以利用數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對設(shè)計的作品進(jìn)行預(yù)覽，結(jié)合多媒體技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行修改，從而提高裝修裝飾和產(chǎn)品外觀設(shè)計的效率。在裝修裝飾方面，可以利用數(shù)字化建筑漫游技術(shù)，采用OpenGL構(gòu)建裝修裝飾的場景，用戶可以通過鼠標(biāo)控制各個方位和視角，如圖1所示。

圖1 基于數(shù)字化建筑漫游技術(shù)的房間裝飾Fig.1 Room decoration based on digital architecture roaming technology

拖拉機(jī)設(shè)備的外觀和圖案色彩對于拖拉機(jī)的使用及調(diào)整拖拉機(jī)作業(yè)者的疲勞感覺具有重要的意義，拖拉機(jī)外觀設(shè)計可以根據(jù)不同的民族文化背景設(shè)計個性化的需求圖案，結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，可以將拖拉機(jī)圖案設(shè)計的綠色歡快感強(qiáng)一些，從而可以平衡勞動者的心理，釋放由高強(qiáng)度勞動產(chǎn)生的壓力，緩解疲憊的感覺，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)活動增加一定的樂趣。

圖2表示基于數(shù)字化裝修技術(shù)的現(xiàn)代拖拉機(jī)外觀設(shè)計的基本流程。在完成拖拉機(jī)產(chǎn)品的初試裝修裝飾工作后，可以采用沿用室內(nèi)裝修裝飾技術(shù)的數(shù)字化漫游技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行多媒體設(shè)計效果呈現(xiàn)。通過效果展示，設(shè)計者可以整體地把握產(chǎn)品的設(shè)計效果，便于產(chǎn)品的進(jìn)一步修改；在修改完成后，利用數(shù)字化多媒體技術(shù)再將產(chǎn)品在客戶面前展示，以完成產(chǎn)品的驗收或者進(jìn)一步修改。

圖2 基于數(shù)字化裝修技術(shù)的現(xiàn)代拖拉機(jī)外觀設(shè)計流程Fig.2 The design process of modern tractor based on digital decoration technology

2 基于坐標(biāo)變換的數(shù)字化虛擬外觀裝修裝飾技術(shù)

利用坐標(biāo)變換可以將一個坐標(biāo)系中的點映射到另一個坐標(biāo)系中，從而使圖像具有3D動態(tài)效果，達(dá)到虛擬3D展示的功能。在數(shù)字化虛擬外觀裝修裝飾過程中，經(jīng)常要用到坐標(biāo)變換方法，常用的坐標(biāo)變換包括圖像平移、圖像縮放和圖像旋轉(zhuǎn)，通過一系列的圖像變換，將外觀裝修裝飾效果映射在3D虛擬空間內(nèi)，便于產(chǎn)品的設(shè)計和表達(dá)。

圖3表示在空間內(nèi)對圖像中的像素點進(jìn)行平移的示意圖。在2D空間內(nèi)，移動可以沿著X和Y向進(jìn)行移動，其移動過程可以采用變換矩陣來表示，其表達(dá)式為

(1)

其中，tx、ty、tz分別表示平移因子。和圖像平移的原理相同，圖像縮放的原理如圖4所示。

為了統(tǒng)一裝修裝飾設(shè)計圖像的效果，需要通過放大和縮放功能，將圖片處理為統(tǒng)一的尺寸，其變換矩陣的表達(dá)式為

(2)

其中，tx、ty、tz分別表示平移因子。按照相同的原理可以對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的原理可以采用左手坐標(biāo)系方法，將沿Z軸旋轉(zhuǎn)的角度α定義為傾斜角，沿X軸旋轉(zhuǎn)的角度定義為β仰視角，沿Y軸旋轉(zhuǎn)的角度定義為γ偏轉(zhuǎn)角，如圖5所示。

圖3 圖像平移示意圖Fig.3 The sketch diagram of image translation

圖4 圖像縮放原理示意圖Fig.4 The schematic diagram of image scaling

圖5 旋轉(zhuǎn)角度示意圖Fig.5 The schematic diagram of rotation angle

根據(jù)圖像坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)原理，可以通過選擇變換公式得到旋轉(zhuǎn)后的圖像，圖像的旋轉(zhuǎn)變換公式表達(dá)式為

(3)

其中，m的數(shù)值可以用α、β、γ來表示。在進(jìn)行產(chǎn)品裝修裝飾時，可以使用數(shù)字媒體技術(shù)提供的紋理貼圖的方法，將紋理映射到產(chǎn)品上，從而達(dá)到不同的裝飾效果，其流程如圖6所示。

圖6 外觀裝修裝飾紋理映射Fig.6 The texture mapping of exterior decoration

通過紋理的映射可以將產(chǎn)品的外觀設(shè)計效果展示出來，然后將產(chǎn)品放置在虛擬的作業(yè)環(huán)境中，使其和環(huán)境的色彩相協(xié)調(diào)。在虛擬展示過程中需要調(diào)用大量的數(shù)據(jù)，因此對數(shù)據(jù)初始化必須有足夠的內(nèi)部存儲，其初始化流程如圖7所示。通過讀數(shù)據(jù)的初始化，可以對每一個導(dǎo)入的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行判斷，以便初始化分區(qū)。通過對導(dǎo)入的3D文件進(jìn)行判斷和規(guī)則優(yōu)化，最后讀取數(shù)據(jù)，結(jié)束后釋放內(nèi)存，以保證程序的正常運行。

3 基于新媒體虛擬場景的數(shù)字化拖拉機(jī)外觀裝飾設(shè)計

將數(shù)字化新媒體技術(shù)使用在拖拉機(jī)外觀裝飾裝修過程中，不僅可以生動形象地虛擬顯示拖拉機(jī)的外觀，還可以將其放置在虛擬環(huán)境中，驗證其和作業(yè)環(huán)境的協(xié)調(diào)性，首先對3D虛擬場景的一些環(huán)境參數(shù)進(jìn)行定義，如表1所示。

圖7 數(shù)據(jù)初始化流程Fig.7 The data initialization process表1 虛擬環(huán)境參數(shù)定義表Table 1 The parameter definition Table of virtual environment

對拖拉機(jī)的具體作用場景進(jìn)行定義之后，便可以得到虛擬化的作業(yè)場景，包括房屋、田地、農(nóng)作物、農(nóng)田和拖拉機(jī)等。3D虛擬映射后的場景如圖8所示。

圖8 創(chuàng)設(shè)農(nóng)田虛擬場景Fig.8 Creating a virtual scene of farmland

本次設(shè)計的重點是農(nóng)歷的配色裝飾方案，配色裝飾過程在虛擬場景中可以采用紋理貼圖的方法，紋理貼圖中有各種紋理和顏色方案，其部分紋理和顏色如圖9所示。

圖9 深淺色紋理裝飾虛擬圖示例Fig.9 The examples of palm yellow textured virtual graphics

圖9所示的深淺色的紋理虛擬貼圖示例，可以通過貼圖將顏色配置在拖拉機(jī)上，本次以深紅色的配色方案為例，通過貼圖后得到了如圖10所示的虛擬效果。

圖10 拖拉機(jī)配色后的虛擬環(huán)境Fig.10 The virtual environment after tractor color matching

通過拖拉機(jī)配色后，可以將其放置在虛擬的農(nóng)田場景中。由圖10可以看出：紅色和農(nóng)田的豐收景象比較協(xié)調(diào)，滿足設(shè)計審美需要，從而驗證了數(shù)字化新媒體技術(shù)在拖拉機(jī)裝修裝飾設(shè)計中使用的可行性。

4 結(jié)論

隨著數(shù)字新媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計被使用在更多的領(lǐng)域，本次研究將其使用在拖拉機(jī)外觀裝飾設(shè)計過程中，并通過虛擬漫游技術(shù)，創(chuàng)設(shè)了拖拉機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化裝修裝飾的過程的情境。通過數(shù)字化配色方案和紋理貼圖的方法，將配色后的拖拉機(jī)置于虛擬作業(yè)環(huán)境中，通過顏色和環(huán)境的協(xié)調(diào)性，驗證了方案的可行性。將數(shù)字化新媒體技術(shù)使用在產(chǎn)品的外觀設(shè)計上具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其沉浸感、交互性與實時性的綜合效果會給產(chǎn)品設(shè)計者帶來全新的設(shè)計感受，會給客戶帶來產(chǎn)品設(shè)計效果虛擬情境的全新體驗，從而給產(chǎn)品的設(shè)計和修改提供了極大的便利，提高了產(chǎn)品外觀裝飾設(shè)計的效率。