基于3ds Max的虚拟诊疗室构建.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于 d sM a x的虚拟诊疗室构建马依涵,孙会,王淋,陈宏亮,李新云(徐州医科大学 医学信息与工程学院,江苏徐州 ;徐州医科大学附属医院 骨科,江苏徐州 ;日照市中医医院 医学装备部,山东日照 )摘要:诊疗室作为医院门诊的重要组成部分,其虚拟场景的构建有着巨大的发展空间,目前应用在诊疗室的虚拟场景搭建研究仍存在欠缺.为了增强用户线上体验的直观感和真实感,亟待构建诊疗室的三维场景.首先依据医院真实场景数据,利用三维建模动画制作软件 d sM a x构建诊疗室虚拟场景;然后使用V R a y渲染器赋予物体材质,使用V R a y灯光系统调节灯光;最后在虚拟诊疗室场景基础上,利用自动关键帧制作动画,增加用户的体验感.本研究为医院建设、宣传、教学等方面提供了新思路,具有较高的应用价值.关键词:虚拟现实;d sM a x;诊疗室中图分类号:T P T P 文献标识码:A徐州医科大学附属医院博士后进站启动基金();江苏省科技厅面上项目(B K );江苏省卫健委课题项目(Z )收稿日期:;修订日期:作者简介:马依涵(),女,江苏连云港人,在读本科生,专业为计算机科学与技术.引言诊疗室作为现代化医院的重要组成部分,其虚拟场景的构建有着巨大的发展空间,目前在诊疗室虚拟场景构建方面的研究仍有不足.三维建模技术是计算机与几何设计、计算机动画以及计算机图形学等领域的核心技术,它利用物体的二维数据生成三维物体,建立和表达真实世界的虚拟现实,搭建虚拟场景.该技术对简化虚拟现实系统的构建或丰富虚拟现实系统中的场景有着重要意义.本文利用 d sM a x三维建模动画制作软件构建诊疗 室 虚 拟 场 景.使 用V R a y渲 染 器 赋 予 物 体 材质,使用V R a y灯光系统调节灯光,利用自动关键帧制作诊疗室物体的切片生长动画、旋转移动缩放动画,使用人物模型绑定B i p e d骨骼后制作病人行走、坐下以及医生问诊动画,同时结合A f t e rE f f e c t s软件将渲染出的动画序列帧合成以增加用户的体验感.本文研究在一定程度上解决了患者就诊时对医院诊疗室环境不熟悉等问题,也可为高校相关专业的日常教学提供辅助支持.基本框架本文从外部框架和内部物体两个方面建模场景.通过赋予模型材质、添加场景灯光和设置V R a y渲染三个步骤实现对诊疗室虚拟场景的渲染.最后利用自动关键帧构建建筑生长和人物问诊动画帧,通过摄影机布置、渲染动画帧、合成动画步骤完成动画制作,具体设计流程如图所示.诊疗室虚拟场景构建 整体布局及设计思想本文虚拟诊疗室的布局参考医院诊疗室真实场景.建模过程中使用多边形建模,、组合建模等常见的建模技术,以及 d sM a x提供的阵列、拓扑、布尔和超级布尔运算、弯曲、F F D等建模工具.布料模型利用M a r v e l o u sD e s i g n e r软件辅助建模,墙体、地板、天花板和踢脚线构成虚拟诊疗室的外部框架,内部构建了文件柜、桌椅、键盘等模型.诊疗室整体布局如图所示.图诊疗室虚拟场景构建流程图诊疗室整体布局 外部框架建模墙体、天花板、地板和踢脚线构成诊疗室的外部框架,考虑真实医院诊疗室的占地面积、高度,结合虚拟场景内部空间物体模型的布局对其进行合理构建,效果如图所示.()墙体模型.用样条线围出墙体轮廓,预留门窗位置.挤出墙体高度 mm,并采用编辑多边形将门窗位置准确留出.()天花板和地板模型.利用F l o o r G e n e r a t o r插件制作出不同类型地板.本文采用 mm mm的正方形地板和天花板,后续赋予不同材质.()踢脚线模型.首先围着墙体内侧描出样条线,然后用样条线画出踢脚线的剖面,最后对轮廓样条线采用扫描的方法,拾取剖面,调整扫描参数中轴对齐的位置.内部物体建模内部物体模型构建通常需要用到多种建模方法,如图所示,诊疗室内部主要物体建模方法如下:()文件柜、文件及办公桌模型.采用多边形建模技术,将简单的原始模型塌陷为可编辑多边形,便能调整层级顶点、边、面、边界,设计出所需要的模型.()垃圾桶模型.使用拓扑工具缩放圆柱体的底面,接着提高圆柱形的分段,然后选择所有的边为边添加拓扑结构,最后将边独立成图形并添加合适的封边和底.()洗手池模型.底座运用了F F D自由形式变形修改器,根据创建出来物体的分段数,利用控制点使物体产生平滑一致的编辑效果.()枕头和床帘模型.布料模型利用专门的 D服装设计软件M a r v e l o u sD e s i g n e r制作,创建板片后添加缝纫线,调整板片压力等参数后,导出O B J格式后导入 d sM a x.图诊疗室外部框架模型图诊疗室内部物体模型诊疗室虚拟场景渲染使用V R a y材质对不同材质的属性特点进行归类量化,转化为计算机可以识别操作的数据,模拟真实世界中物体的材质质感.本文采用V R a y灯光系统中的平面灯、穹顶灯和太阳灯.平面灯模拟室内人造灯光,穹顶灯则模拟环境灯光,使得场景更加明亮.在穹顶灯内添加H D R I贴图的效果比在环境中添加H D R I贴图的效果更自然.V R太阳灯选择添加V R S K Y,色温、强度都会随太阳灯高度的变化而改变,创建出对应时间下的太阳光.构建的真实灯光效果如图所示.图V R a y灯光效果三维动画生成 诊疗室建筑生长动画本文利用 d sM a x制作诊疗室建筑生长动画,如图所示,具体如下:()切片生长动画.首先为模型添加切片修改器,通过对动画的构思选择合适的切片类型,利用自动关键点制作模型生长动画.()A u t o K e y插件制作动画.使用A u t o K e y插件对物体组设置合适的生长方向、动画始末帧和动画方式,自动生成动画.机 械 工 程 与 自 动 化 年第期()通过移动、缩放、旋转制作动画.利用自动关键点为模型创建移动、旋转或缩放的关键帧制作动画.图诊疗室建筑生长动画 人物问诊动画B i p e d是新一代三维人物及动画模拟系统,利用骨骼设计出人物动作,并且可以将运动模式复制到其他人物模型,减少重复工作.本文利用B i p e d骨骼绑定人物模型控制其运动,在运动面板足迹模式下制作病人模型行走动画.在运动流模式下将行走和坐下动画合并使用,通过移动、旋转骨骼带动人物模型完成日常动作.人物问诊动画如图所示.图人物问诊动画 摄像机轨迹 d sM a x标准物理摄像机由 d sM a x和V R a y联合开发.摄像机的焦距和视野决定看到的范围,但两者不能同时使用.焦距越小,看到的范围越广同时物体变形越严重.视野越小,看到的范围越少,透视感越弱,但物体不易变形.启用景深配合光圈可以渲染出物体在光圈范围内清晰、光圈范围外模糊的效果.剪切平面设置可以排除掉遮挡视线的物体.本文建筑生长动画使用台运动的摄像机展现,利用自用关键点设置摄像机的运动轨迹,使用曲线编辑器将运动速率改为匀速.问诊动画使用了台摄像机,从不同角度展示问诊过程,包括个运动机位和个固定机位.动画帧渲染及合成在渲染参数设置中,图像纵横比为,大小为 像素,格式保存为T I F.渲染序列帧,后续再合成动画.每一帧的渲染时间不固定,渲染速度由场景复杂程度决定.本文诊疗室建筑生长动画使用了台运动的物理摄像机,共计渲染 帧,渲染效果如图所示.人物问诊动画使用了台摄像机分段渲染,共计渲染 帧,部分渲染序列帧如图所示.图建筑生长动画部分渲染序列帧图人物问诊动画部分渲染序列帧本文使用A f t e rE f f e c t s对渲染出的动画序列帧进行合成.导入序列帧后为动画添加音频素材,建筑生长动画采用温馨的钢琴纯音乐作为背景音乐;人物问诊动画采用合成的过敏性鼻炎对话音频作为声音背景.总结与展望本文基于 d sM a x完成了诊疗室虚拟场景的构建并制作出建筑生长及人物问诊动画.构建过程中注重场景真实性,模型边缘多采用切角过渡,采用V R a y 年第期马依涵,等:基于 d sM a x的虚拟诊疗室构建灯光.人物模型使用B i p e d骨骼系统,集成了正向与反向动力学系统,设置骨骼基础动作,带动人物模型运动.本文构建的诊疗室虚拟场景为虚拟现实技术应用于医院建设、宣传等方面提供了新思路.之后,课题组将构建人物模型、衣物模型,并且在绑定骨骼的同时模拟肌肉,使人物动画更加真实.参考文献:吴晓红浅谈三维建模技术的研究现状J科学技术创新,():陈兰,李婧晖数字媒体背景下三维建模的发展与应用J无线互联科技,():蔡劲 V r a y渲染器在 d sm a x中的应用J电子技术与软件工程,():王猛 V r a y渲染器在 D效果图中的应用J电脑编程技巧与维护,():王志岗浅析 D S MA X V R AY场景空间中灯光技术的应用方法J科技创新导报,():吴永慧虚拟现实三维动画技术在考古中的技术应用J科技创新导报,():,夏二林 D建模在三维动画宣传片中的应用研究J科技视界,():,文继宏基于 d s MA X的轴机器人工业动画实现方法分析J机械工程与自动化,():苏圆婷 A f t e rE f f e c t s在影视后期合成制作中的应用J数字技术与应用,():,张一玫虚拟现实中 D s m a x建模技术的应用研究J数字技术与应用,():,赵越 d sM a x在虚拟现实系统建模过程中的应用J电子元器件与信息技术,():,王金瑞石墨建模工具在室内形态设计中的应用J现代职业教育,():罗旭关于 Dm a x建模的方法分析和技巧探讨J电脑知识与技术,():,许伟探究M a r v e l o u sD e s i g n e r中的面料质感表现J陕西学前师范学院学报,():黄向伟 V r a y渲染器在 d sm a x软件中应用的方法探析J电脑知识与技术,():C o n s t r u c t i o no fV i r t u a lC o n s u l t i n gR o o mB a s e do n d sM a xMAY i h a n,S U NH u i,WA N GL i n,C H E NH o n g l i a n g,L IX i n y u n(S c h o o l o fM e d i c a l I n f o r m a t i o na n dE n g i n e e r i n g,X u z h o uM e d i c a lU n i v e r s i t y,X u z h o u ,C h i n a;D e p a r t m e n t o fO r t h o p e d i c s,t h eA f f i l i a t e dH o s p i t a lo fX u z h o uM e d i c a lU n i v e r s i t y,X u z h o u ,C h i n a;D e p a r t m e n t o fM e d i c a lE q u i p m e n t,R i z h a oT r a d i t i o n a lC h i n e s eM e d i c i n eH o s p i t a l,R i z h a o ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ed i a g n o s i sa n dt r e a t m e n t r o o mi sa n i m p o r t a n tp a r to f t h eh o s p i t a l o u t p a t i e n t c l i n i c,a n dt h ec o n s t r u c t i o no f i t sv i r t u a ls c e n eh a sah u g es p a c e f o rd e v e l o p m e n t A tp r e s e n t,t h e r ea r es t i l l s o m ed e f i c i e n c i e s i nt h er e s e a r c ho fv i r t u a l s c e n ec o n s t r u c t i o ni nt h ed i a g n o s i sa n d t r e a t m e n t r o o m I no r d e r t oe n h a n c e t h e i n t u i t i v e a n dr e a l i s t i c s e n s eo f u s e r so n l i n e e x p e r i e n c e,i t i su r g e n t t ob u i l dat h r e e d i m e n s i o n a l s c e n eo f t h ec l i n i c F i r s to f a l l,a c c o r d i n gt ot h er e a l s c e n ed a t ao f t h eh o s p i t a l,t h ev i r t u a l s c e n eo f t h ec l i n i c i sc o n s t r u c t e db yu s i n gt h e t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n ga n i m a t i o ns o f t w a r e d sM a x T h e n,u s e t h eV R a yr e n d e r e r t og i v e t h eo b j e c t am a t e r i a l,a n du s e t h eV R a yl i g h ts y s t e mt oa d j u s t t h el i g h t F i n a l l y,b a s e do nt h ev i r t u a lc l i n i cs c e n e,t h ea u t o m a t i cK e y f r a m ei su s e dt om a k ea n i m a t i o nt oi n c r e a s et h eu s e r ss e n s eo fe x p e r i e n c e T h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rp r o v i d e sn e wi d e a sf o rh o s p i t a lc o n s t r u c t i o n,p u b l i c i t ya n dt e a c h i n g,a n dh a sh i g ha p p l i c a t i o nv a l u e K e y w o r d s:v i r t u a l r e a l i t y;d sM a x;c o n s u l t i n gr o o m(上接第 页)整体加工刀路为了提高加工效率,将生成的程序进行排序,使用同一把刀的加工程序放到同一个程序组里.为了提高机床的利用率将粗加工程序和精加工程序分开.生成的拉延模下模整体加工刀路如图 所示.图 拉延模下模整体加工刀路结语使用二次开发的工具进行模具结构面编程具有以下优点:()能实现程序自动生成,使用模板做程序,能保证编程格式一致.()各种加工参数不需要人工输入,提高了工作效率、减少了出错率.()二次开发的各种小工具使用方便快捷,提高了工作效率.()生成的程序刀路没有不合理的刀路和空刀,进退刀合理.参考文献:陈攀汽车覆盖件模具数控加工方法的相关分析J内燃机与配件,():杨兴,陈龙汽车覆盖件模具的数字化制造技术J金属加工(冷加工),():陈芳汽车覆盖件模具高速切削加工优化研究J小型内燃机与车辆技术,():,A u t o m a t i cP r o g r a mm i n gB a s e do nU G A u t o m o b i l eP a n e lD i eS t r u c t u r a lP l a n eZ H A N GS o n g q i(H e b iP o l y t e c h n i c,H e b i I n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y,H e n a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,H e b i ,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h ea u t o m a t i cp r o g r a mm i n go ft h es t r u c t u r a lp l a n eo ft h ea u t o m o b i l ep a n e ld i e,t h r o u g ht h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to ft h e UG m a c h i n i n g m o d u l e,t h et r a d i t i o n a ll i n e d r i v e np r o c e s s i n g m o d eo ft h es t r u c t u r a lp l a n ep r o g r a mm i n gi sc h a n g e d T h ec o r r e s p o n d i n gp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa r eg i v e nt ot h e c o l o ro f e a c hm a c h i n i n gs u r f a c e i nt h em o l dd e s i g n,t h ep r o g r a mi sg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l y,a n dt h es p e c i f i c a t i o n i su n i f i e d,s oa s t oe n s u r e t h ep r o c e s s i n gq u a l i t yo f t h em o l d K e y w o r d s:s t r u c t u r a l p l a n e;a u t o m o b i l ep a n e l;a u t o m a t i cp r o g r a mm i n g;d i e机 械 工 程 与 自 动 化 年第期