虛擬現實技術應用下平面圖像交互系統設計研究

劉 悅

（江蘇汽車技師學院 江蘇 揚州 225003）

0 引言

我國科學技術快速發展的過程中，圖像識別、設計技術不斷更新，而虛擬現實技術的應用能進行可視化模擬，讓人們形成良好的感官體驗，是工程設計方面和圖像仿真方面最主要的選擇。同時虛擬現實技術是目前較為先進的實用性技術，是集計算機技術、模擬仿真技術和電子信息技術等為一體的三維環境技術，利用三維模型展現人體無法感知的平面圖像，通過平面圖像的交互處理，有效進行圖像的識別。但是由于傳統的虛擬現實平面圖像交互系統在應用過程中存在圖像交互效果低、不能達到行業標準的問題等，難以確保系統的良好應用和發展，需以傳統系統為基礎，全面升級和優化系統硬件，利用現代化儀器設備增強圖像識別過程中的分辨率，不斷完善系統軟件功能，解決目前計算數據值不準確而引發的圖像識別問題。

1 研究設計

1.1 硬件設計

以傳統的虛擬現實技術應用和研究結果為基礎，設計虛擬現實技術應用過程中的平面圖像交互系統的硬件設備，完善硬件框架結構，見圖1。

硬件設計的過程中需要將VR設備的應用成果作為參考來設計新的設備。為提升系統硬件應用過程中的可連接性能，應使用電壓指標相同的設定數值串聯，達到硬件的高效化設計目的。同時為有效進行計算機圖像識別方面的控制，應合理設計計算機視覺控制器的硬件部分，見圖2。

此次系統設計決定在控制器硬件的內部設計兩個像素較高、速度很快的攝像頭與5個紅外線發射器，能預防受到夜間光線不足因素或是光線過強因素帶來的影響。同時在系統進行圖像識別和控制期間，設計中央處理器設備和圖像處理器設備，配置像素高、速度快的雙核處理器硬件，能夠提升整體系統運行和圖像處理的效果，為后續圖像有效處理提供保障。另外，應為控制器設備配置不同類型的程序編程接口，一種類型的接口用作圖像信息的獲取，另外一種類型的接口用作本地信息的獲取，通過C語言的形式控制。

虛擬現實技術應用的設計，主要使用Kinect的形式配置和實現用戶界面交互的功能，將用戶界面當作是人機交互的載體。其中Kinect硬件是很多傳感器設備組合而成，底部區域的位置和電動馬達的位置互相連接，在硬件的正面配置彩色攝像機設備、紅外投影儀設備、深度攝像機設備、電動馬達設備和馬克風設備，利用USB.2.0的線路合理銜接處理，在硬件的一側位置配置供電口，為系統提供充足的電力能源。在此過程中系統能夠借助傳感器設備進行用戶動作信息的捕捉，利用控制器設備實現控制的目的，采用設備坐標系之內的三維空間保存存儲用戶動作的數據信息。而對于用戶應用和操作的硬件設計，則需要配置HCT-VIVE基站，設定4個黑盒子，形成虛擬性的空間，整體空間規格為30英寸×30英寸，其中基站部分在運行的過程中設置定時發射的標準，每秒鐘發射100脈沖，之后利用控制器硬件提取，使用一致性設計的方式，以此增強平面圖像交互系統運行和運用的廣泛性水平[1]。

1.2 軟件設計

在對系統軟件進行設計的過程中，應根據整體系統的應用特點和運行功能，完善系統的軟件部分、軟件架構，確保系統軟件的良好應用和操作。

1.2.1 平面圖像特征向量的設定

為增強此次所設計系統應用的可行性，使用樸素貝葉斯分類算法的技術措施明確平面向量特征向量。假設圖像空間坐標系XYZ，QW，屬于圖像向量w和y軸夾角，其中y軸的向量指標是Y，能夠表達成為，如果XYZ的平面向量設計成為i，在x軸中的向量設置成為X，在圖像空間坐標系之內圖像的向量投影成為j，那么j還有x軸之間所形成的夾角，可以通過公式（1）進行計算：

將所獲得的相關圖像向量角度數據值設置成為QW、Qxj，在此過程中，上一幀的角度數據值主要是Qxj1、Qw1，在運動數據值計算之后，可以將相關平面圖像具體的運動參數信息計算出來，按照公式（2）進行分析和計算：

在公式之內θrw主要就是，其實按照整體的平面圖像特點所構建的訓練數據集合，可結合公式（1）的內容和公式（2）的內容對每幀數據特征向量進行計算分析。為增強平面交互系統運行的效果，假設測試數據值是n，那么就要利用公式（3）進行分析：

利用公式（1）和公式（2）計算的方式進行特征向量數據值提取之后，將具有優化性特點、訓練良好的分類模型錄入其中，之后進行特征向量的分類處理，通過指令轉化的方式完成操作，有效提取和明確平面圖像的具體特征向量[2]。

1.2.2 構建平面圖像的物理模型

上述的平面圖像特征向量的計算和提取操作完成之后，建議設計和構建平面圖像方面的物理模型，通過此類模型使得平面圖像能夠快速、有效進行動態化模型的適應，同時還能按照外界的環境特點、條件特點等，迅速做出一系列的反應，使平面模型具備良好的自我調節功能。與此同時，還可以使用分型技術措施按照實際情況構建相應的物理模型，將具有復雜性特點、不規則性特點的圖像等有機整合，形成相似特征的集合，同時利用已經完成分類處理的圖像，構建成為相應的物理模型，主要的流程見圖3，可利用此類流程有效構建相應的物理模型、結束模型等，對虛擬現實技術所編寫出來的程序腳本等進行有機整合處理、集合處理。

1.2.3 合理編寫程序的腳本

以虛擬現實技術為基礎部分，合理使用C#語言的形式進行腳本的編寫，合理進行腳本編輯器的設定處理。為增強系統的應用效果和運行水平，本次研究主要使用MonoBehaviour的形式實現腳本編寫的目的，在這個編輯器的內部設置很多函數接口，確保整體系統運行的效率效果，同時使用Update（）函數的形式進行程序編寫和編輯處理。與此同時，在操作過程中設定New關鍵字的部分，減少計算機方面的資源占有數量，并且合理設置軟件的觸發功能，使軟件中的功能代碼能夠結合實際情況完成自我調控和調節，便于按照操作流程和系統的運行特點等及時進行函數的處理，增強代碼執行的性能[3]。

而將虛擬現實技術當作基礎部分的平面交互系統設計期間，最為關鍵性的代碼編寫主要涉及以下幾點：

pubic-class平面圖像EventMANAG ER：MonoBehavi our{

pubic-delegate-void交互形式（bool-is-END）

public-static-event

///方法初始化

woid-Start（）{

//控制不為制

ifon平面交互END!=NU!

{on-Came-End（true）;

}

}

//調/調用更新

void-Update{}

}

}

按照此類代碼的設定，可以確保整體系統的軟件具有平面圖像交互性處理的功能，同時利用計算機將代碼傳輸到Kinect傳感器之內，通過現代化的傳感器設備對整體系統的硬件進行全面控制，確保能夠達到平面交互處理的目的。與此同時，此次系統設計過程中主要根據硬件部分的情況對軟件進行設計和優化，全面實現了以虛擬現實技術為基礎部分的平面圖像交互系統運行的目的。

2 結果與分析

2.1 系統應用測試

為確保此次設計的系統具備一定的科學性和合理性，在完成軟件和硬件設計之后進行系統的測試分析，對比傳統系統和此次設計系統在應用過程中的圖像識別度，準確分析和驗證此次設計系統的優勢和應用效果。

2.1.1 測試前準備

由于此次設計的系統是基于虛擬現實技術而提出，因此在測試的過程中應設定適合采用虛擬現實技術的測試環境，見表1，應確保測試環境數據信息的有效設定。

表1 系統測試環境的數據值

在明確測試環境的各類數據值之后，構建相應的測試環境，進行圖像的識別，開展對比實驗分析活動，假設圖4為系統測試的樣本，對原始圖像識別分析，對比不同系統在圖像識別方面的結果。需要注意的是，在實際測試期間應該不將外界干擾因素或者是像素因素作為分析指標，只研究和對比圖像識別的完整度。

2.1.2 測試后結果

經過此次的測試分析，圖5是本次所設計系統的圖像識別測試結果，圖6是傳統系統圖像識別測試的結果。

2.2 系統分析

按照具體測試分析結果可以發現，原本系統在進行圖像識別的過程中，存在模糊度過高，而此次所設計的系統在圖像識別過程中沒有發生模糊問題。與此同時，此次所設計的系統在應用過程中能夠有效完成平面圖像的交互性處理，重新進行圖像建立，增強系統交互水平和性能。且原本系統在應用期間所識別圖像的模糊度過高，難以進行圖像重建處理，會對平面交互性能和效果造成非常不利的影響，因此可以確定此次所設計的系統在應用期間，平面圖像交互性能比較良好，系統的應用具有一定的優越性，值得進行推廣和普及。除此之外，在實際運行過程中能夠有效進行混合虛擬現實平面圖像的生成，按照具體的操作步驟，即可準確提取虛擬和現實平面圖像的各類特征要素，進行相關平面圖像的生成，基于整合虛擬和現實類型的平面圖像元素，結合平面圖像生成效果和交互性能。為提升整體系統的應用效果，建議對系統功能進一步優化和完善。

本次以虛擬現實技術應用為基礎設計的平面圖像交互系統具備一定的推廣應用價值，不僅能夠增強平面圖像交互性能和效果，還能豐富交互的方式，是代替傳統平面圖像交互的首選。因此在完成系統設計之后應重點結合系統的特點和實際情況，合理進行系統的推廣和運用，增強系統應用的效果和發展水平。

2.2.1 動作捕捉

以虛擬現實技術為基礎所設計的平面圖像交互系統，在實際運行的過程中可以進行動作捕捉的應用，通過系統全面捕捉平面圖像的動作，捕捉特定場景中的平面圖像，系統自動化進行圖像的校準和分析，可確保圖像捕捉的精確性、可靠性和合理性，有效預防出現平面圖像捕捉的問題，增強圖像的識別度和識別效果[4]。

2.2.2 觸覺反饋

觸覺反饋主要是按照按鈕動作和震動動作等做出相應的反饋，通過虛擬現實手柄的操作，進行觸覺的反饋，這樣不僅能夠進行高度特化和簡化的平面圖像交互，還能提升系統應用的廣泛性，使得系統可以靈活應用在不同場景內。

2.2.3 生成混合虛擬現實畫面

系統在運行的過程中通過對現實類型和虛擬類型平面圖像的混合，獲得相應的混合現實平面圖像，達到良好的圖像交互處理目的。

（1）整體系統在實際運行過程中，設置虛擬平面圖像的顯示設備，配置多個相互連接的單屏虛擬場景顯示功能模塊，各個功能模塊對應生成多個子虛擬平面圖像，多個子虛擬平面圖像生成一個虛擬平面圖像，相鄰單屏虛擬場景現實單元相互之間的夾角控制在合理范圍內。

（2）混合虛擬現實平面圖像交互功能的應用，可以通過不同的引導介質進行處理，其中部分引導介質屬于虛擬平面圖像的部分特征，另外一部分的引導介質是現實平面圖像的部分特征，兩種引導介質相互結合之后形成虛擬平面圖像的交互處理作用。在具體的平面圖像交互處理過程中，不同引導介質相互配合之后，進行多個子虛擬平面圖像和現實虛擬平面圖像的融合，之后混合成為相應的虛擬現實平面圖像[5]。

（3）系統實際運行和操作的過程中先進行草圖的規劃，利用虛擬平面圖像顯示的設備，進行虛擬平面圖像和場景的設置，多次連接單屏虛擬場景顯示的功能模塊，分別對應子虛擬平面圖像，之后多個子虛擬平面圖像整合成為虛擬性的平面圖像，包括所有虛擬平面圖像的特征。然后在操作的過程中構建現實平面圖像的場景，涉及所有現實平面圖像特征。之后進行引導介質的制作，選擇虛擬性的平面圖像內部分特征當作是部分引導介質，然后選擇現實平面圖像特征當作另外一部分引導介質，虛擬類型和現實類型的引導介質相互混合，引出虛擬性和現實性的平面圖像，混合成為虛擬現實的平面畫面圖像。在此過程中，前一部分引導介質是在虛擬性的場景之內，利用計算機軟件進行自動化生成，而現實場景則是以人工搭建的措施完成。在混合虛擬現實平面圖像生成的過程中，設定3個數量的虛擬場景顯示功能模塊，分別為第1個單屏幕、第2個單屏幕、第3個單屏幕的虛擬場景顯示功能模塊。其中第1個單屏幕虛擬現實顯示功能模塊，可以自動化生成第1個子虛擬平面圖像，而第2個功能模塊可以進行第2個子虛擬平面圖像的顯示，第3個功能模塊可以生成第3個子虛擬平面圖像，相鄰兩個功能模塊設置成為鈍角。且在系統實際設計的過程中，結合混合虛擬現實，平面圖像的生成措施，通過前一部分引導介質，分別提取不同子虛擬功能模塊的平面圖像特征，并且利用后一部分的引導介質構建現實平面圖像的特征，增強虛擬現實平面圖像的生成效果和精確性[6]。

3 結語

綜上所述，虛擬現實技術是我國較為先進的高科技產業，目前已經應用在各個行業，不同行業在使用虛擬現實技術的過程中，都能感受到技術擁有一定的平面交互優越性特點。本文所設計的虛擬現實技術應用下的平面圖像交互系統，能夠增強平面圖像的識別精確度和準確性，有效預防出現圖像識別過程中的模糊問題，同時，還能自動進行虛擬類型與現實類型圖像特征元素的提取，自動進行混合虛擬現實平面圖像的生成。