基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统

作者:查重猫     发表时间:2021-04-08 08:50:19   浏览次数:33



  摘要:传统数字媒体艺术设计系统运行耗时长,无法同时处理大量的对象,为此提出基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统。系统硬件以双核TMS320C6657和DDR3⁃1333系列处理器为电路核心,配合高速外部存储器,扩充大数据量的图像传输路径;系统软件采用插件式架构开发图像插件、视频插件和声音插件,所有功能模块以插件形式集成于系统主框架中;软、硬件结合完成了基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统的设计。实验利用图像插件连续发送10个图像数据,分别测试两个系统运行耗时,实验结果表明,传统的数字媒体艺术设计系统出现3处错误,运行耗时更长;所建系统运行耗时短、检测任务正确。

  关键词:数字媒体;艺术设计;虚拟现实技术;图像传输;插件开发;模块集成

  0引言

  为满足人们对建筑室内外空间环境的审美需求,在艺术设计中融入数字媒体,利用传播技术满足不同受众的个性化需求。数字媒体是由数字技术支持的信息传输载体,具有较强的互动特性,能够提高艺术设计的实时处理能力。为此,本文提出基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统。

  虚拟现实技术有超越现实的虚拟性,主要用于产生立体视觉效果。在本次设计中利用三维图像生成技术和多传感交互技术实现数字媒体艺术设计的特征表达能力;综合性信息技术的融合可以有效提高数字媒体艺术设计系统匹配关键信息点的视觉表现能力。传统数字媒体艺术设计系统视觉表现能力差,为了解决这一问题,本文采用优先次序排列方法重构三维图像特征,将TMS320C6657处理器作为系统核心,处理相关算法运算。因DSP相关电路不同,在核心处理器、存储器、总线接口上做出一些改进。在软件设计上,为修复艺术设计视觉效果,在MapInfo开发平台实现数字媒体艺术设计系统的开发。

  1硬件结构设计

  考虑到系统开发周期,将多核处理器应用于设计,实现高性能的数字媒体艺术设计系统。系统硬件框架图如图1所示。

  选择双核TMS320C6657和DDR3⁃1333系列处理器应用于数字媒体艺术设计单元,片上的DDRS控制器仅支持DDR3⁃1333系列处理器,这样的组合方式将极大提升系统在艺术设计方面的能力。因输入输出接口不同,需改进核心处理器、存储器、总线接口,下面是对各个电源、存储器容量结构设计的描述。

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  电源电路设计:以电流电压的方式为系统提供能量。经过软件估计选出系统主要电路的功耗,整体功耗需控制在14W左右。选择电路时,需依据表1增加一定的余量。必需满足条件:可提供一定的余量,以备不时之需;电流纹波和噪声需要在可接受的范围内。

  为满足上述条件,需合理计算系统功耗大小。若功耗过小,会导致系统崩溃;若功耗过大,会增加电源设计难度。为此应用AC⁃DC电路,使用前需要转换输出精度和噪声的评价指标,缩短设计周期。选用MUA30⁃220S05电源模块,转换效率可高达75%,输出电压转换精度<±1%,噪声<50mV。接入220VAC后,使用TNR⁃15G241K保护器件的安全性。转换精度后,会经过MUA30⁃220S05,需要将交流转换为6V,使后级电路达到5A,满足DSP电路的需求。

  每层存储器结构应比上一层存储器容量更大,具体结构如图2所示。存储器容量共有四级,一级为片内SRAM,速度很慢、容量大;二级为片外DRAM,速度稍慢、容量更大;三级为FLASH存储器,速度最慢、容量最大;四级为Web分布式存储,是系统不可缺失的部分。芯片内部SRAM含有Cache;芯片外部DRAM含有BlockRAM。FLASH作为系统程序引导,负责将图像数据上传至上位机磁盘中。

  2软件功能设计

  将所有软件功能开发成插件形式,便于与系统主框架合并,实现数字媒体艺术设计系统的设计,各插件设计细节如下。

  图像插件基于MapInfo平台开发,功能控件含有一个OpenCV的库函数,用于实现数字媒体艺术设计相关的图像功能。实现细节:

  图像导入控件:负责导入图像文件,选用ImageLoader为图像导入控件。

  图像处理控件:负责统一模板输入、输出数据,处理控件内部的回调函数。

  图像变换:选用CVThresholdType负责提供数据,处理时可以选择不同算法。

  视频插件设计共分为三类,负责将视频显示的图像转化成3D虚拟图像。视频导入数据流程如图3所示。

  采用统一的方式处理摄像头数据和视频文件,如图3所示。使用虚拟现实技术检索图像信息,再调用视频源,创建CvCapture对象,主要包含摄像机和视频文件读取帧的信息。完成上述操作步骤后,循环调用CvQueryFrame函数,从CvCapture对象中获取帧数据,循环结束,退出程序。为保证查询结果的准确性,应用C++程序代码传送新的帧数据,激活后,才能调用新的深度帧数据,在此期间需重置摄像头函数。

  声音插件设计:选择BASS完成高效的数据采样工作。BASS支持XP和IOS等平台。实现功能如下:

  1)声音部分:选用BassLoader控件导入声音,输入参数为路径,负责提取音频数据;输出参数为句柄,负责显示归一化后的浮点数。

  2)数学部分:选择WebcamProvider负责提供摄像头的帧数据,应用Smooth控件和CvContourExtractor控件提取图像轮廓。为

  防止系统导出错误报告,需创建错误报告界面,运行状态结构图如图4所示。

  当系统出现错误报告时,会进行以下几步操作;当用户操作出现错误,系统会自动弹出对话框,中断当前错误。为能及时反馈,采用非模态对话框收集系统执行时出现的错误内容。若在模拟场景执行中出现错误信息,系统会输出错误信息;若成功,系统会一直处于运行状态;若出现错误信息,系统会跳转至停止状态;若在处理错误报告时,系统会继续执行,跳转至运行状态。

  通过软、硬件结合完成基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统的设计。

  3仿真实验

  3.1实验环境

  为使实验具有说明性,采用数值对比的方式,对比传统的数字媒体艺术设计系统与本文系统的运算耗时。实验中采用多种测量仪器得到了丰富的实验数据,为后续工作提供了参考依据。基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统的核心是TMS320C6657处理器。TMS320C6657处理器主要负责接收图像数据,汇总计算结果。当DSP控制器接收到图片后,会将图片传送至2#DSP和3#DSP,在经过拆分后,将图像数据上传至相应位置。依据上述搭建测试环境,利用图像插件连续发送10个或者10个以上的图像数据,通过数据接口转接,将测试结果上传至系统。

  3.2实验结果与分析

  实验测试两个系统在调试过程中对数字媒体艺术设计的运算耗时,测试结果见表2。

  从测试结果可以看出,采用本文系统运行耗时更短,目标检测任务正确,能够稳定的完成,满足系统高性能要求。而使用传统的数字媒体艺术设计系统检测目标时,出现3个错误,耗时更长。

  4结语

  各种输入对象是数字媒体艺术创作平台的起点,也是系统的重要组成部分。在数字媒体艺术设计系统中,输入对象主要包括输入设备和用户预置数据等,声音和视频是系统中的主要输入元素。所以在软件设计上,除了选用常用的键盘和鼠标等设备外,还设计了图像插件、声音插件和视频插件等捕捉图像信息。在硬件设计上,为有效提高系统匹配关键信息点的视觉表现能力,采用双核TMS320C6657和DDR3⁃1333系列处理器分析数据文件。软、硬件结合完成基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计系统的设计。在实验部分,为确保所建系统的实用性,采用对比实验的方式,验证所提系统运行耗时更短,更符合设计需求。——论文作者:马丹

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