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作者:葉欲 (2000-07-13),核可:徐業良 (2000-07-20)
附註:本文為八十八學年度元智大學機械工程研究所葉欲君碩士論文第四章。

三維虛擬設計環境系統整合與測試

4.1 三維虛擬設計環境系統測試流程

完成虛擬設計場景與設計者使用介面設計等兩項工作後,則進行整個系統的整合與測試。整合測試主要包含系統整合與設定、系統操作測試及測試結果評估三部份。在系統整合與設定部份,其工作流程始於設計者將其所建構之設計物件,經轉換格式後匯入虛擬場景中,接著將設計完成之設計者使用介面,於World Up中設定其物件形態,而後將所撰寫之工作程式附掛於對應之模型物件,最後在進行測試前預先調整空間感測器之靈敏度,使其具有適當之位移行為。

在系統整合與設定工作完成後,則進行空間移動與設計者與設計物件互動的測試。由於目前僅有一個空間感測器,且兩項測試皆須配合該感測器使用,因此本階段的測試採分開測試的模式。在測試過程中,為了達到虛擬場景中的位移量與真實之位移量相同,則須適當的修改空間感測試的靈敏度。最後,對於測試的結果提出評估說明。整體系統整合測試之流程圖如圖4.1所示,而以下幾節將對於測試流程之三大部份做進一步的說明。

4.1 三維虛擬設計環境系統整合測試流程圖

4.2 三維虛擬設計環境系統之整合設定

此階段工作項目分成設計物件之建構、轉檔與匯入、硬體裝置物件型態的建立、工作程式之附掛以及空間感測器靈敏度之調整等四部份,以下則針對各部份工作加以說明之。

1. 設計物件之建構、轉檔與匯入

設計者將其在CAD軟體(此處以Solid Work為例)所建立之設計物件,將匯出成IGS格式後並先匯入3D Studio MAX中進行轉檔的工作。經由3D MAX轉換成3DS格式後,最後則匯入World Up軟體中成為設計物件模型。

由於Solid Work軟體本身無法匯出3DS格式,因此必須透過其他軟體做轉換格式的工作,因此若其他繪圖軟體已可匯出3DS格式,則匯入3D MAX做轉檔的工作即可省略。圖4.2為設計物件匯入後的彩現圖。

4.2 虛擬設計物件之彩現圖

2. 硬體裝置物件型態的建立

此項工作的目的,是在World Up軟體中,將所設計完成之使用介面建立一物件型態,使該硬體可以被感測與抓取進而可以使用該項設備。

以空間追蹤器為例,在設定其物件型態前,必先確定其傳輸率與序列埠屬性使否正確。而後在型態視窗感測器型態下建立其物件型態,若其屬性設定無誤者,則會呈現一方形物件,代表空間追蹤器已被正確偵測與抓取,此時該項設備即可正常運作。圖4.3為空間追蹤器被正確偵測、抓取與使用之狀態圖。

4.3 空間追蹤器被正確偵測、抓取與使用之狀態圖

3. 工作程式之附掛

本項工作主要是將所撰寫完成之工作程式,分別附掛於所對應的物件模型屬性中,使其具有應有的行為動作。而工作程式的附掛是在物件屬性視窗內完成,一個物件模型可因應需求附掛一個以上的工作程式,圖4.4為模型物件屬性視窗,其中Tasks屬性欄為工作程式之附掛處。

4.4 模型物件屬性視窗圖

4. 空間感測器靈敏度之調整

在開始模擬前,空間感測器靈敏度之預設值為1,代表該感測器尚未具有位移量的產生,將靈敏度數值調大,使其具有位移量的產生方才進行模擬。調整空間追蹤器靈敏度值的工作,可在其屬性視窗內之Sensitivity屬性欄中做調整,圖4.5為空間追蹤器之屬性視窗。

4.5 為空間追蹤器之屬性視窗圖。

4.3 三維虛擬設計環境系統之操作測試

在完成系統整合的設定後,接著進行系統之操作測試。由於目前僅具ㄧ個空間追蹤器,而兩項測試皆須配合該感測器使用,因此本階段的測試採分開測試的模式,以下則分別說明之。

1. 設計者空間移動測試

本項測試的目的,在讓設計者於真實設計空間移動,測試真實移動量與設計環境中視點之移動量是否相符合,以及設計者能否穩定的以不同位置與角度觀看該設計物件。

有關移動量的對應與否,在測試過程中,必須不斷對空間追蹤器的靈敏度做調整。圖4.6為設計者戴上空間移動裝置遊走於真實設計空間之狀態,而圖4.7則為該設計者在頭盔所看到之虛擬場景的畫面之一,其為一動畫檔。

4.6 設計者於真實空間遊走狀態圖

4.7 設計者於頭盔顯示器所視之畫面(可點選觀看動畫)

2. 設計者與設計物件互動行為測試

本工作乃是設計者戴上互動介面裝置(資料手套與空間追蹤器的搭配),在虛擬設計環境中移動手部模型,使其與控制盤上的按鈕做接觸,引發設計物件做放大、縮小與恢復原比例的行為。

此項測試的目的,是在確認使用者的手部行為(旋轉與移動)是否正確,以及經由碰撞所以發的事件是否被正確的完成。圖4.8為設計者在真實空間的實際操作狀態,圖4.9則為真實行為反應於虛擬設計場景所呈現之畫面,其為一動畫檔。

4.8 設計者在真實空間之實際操作狀態圖

4.9 真實行為反應於虛擬設計場景所呈現之畫面(可點選觀看動畫)

4.4 三維虛擬設計環境測試結果評估

由於整合測試是採分開進行,因此在個別測試過程中皆可完成所要求的目標,如接近設計物件以各角度觀看該物件、利用手部模型碰撞控制盤按鈕完成設計物件放大、縮小與恢復原比例等。對於在測試過程中所產生較明顯的問題,分別說明如下。

1. 空間位移、旋轉量之一致性

在測試的過程中,設計者的真實位移量與虛擬場景中視點位移量的一致性不易達成。亦即空間追蹤器自A點移動至B點後,欲移回A點所需之位移量不盡相同,此外在旋轉行為方面亦有此種問題的存在。

2. 空間追蹤器之穩定度

在進行模擬時,視點有不穩定跳動的現象發生。乃因空間追蹤器為一磁場感測設備,極易受到周圍環境的影響。而在真實的設計環境中,具有相當的金屬物質及電器設備,此為影響模擬時穩定之最大因素。

對於整體模擬進行而言,除了完成行為動作與事件引發的工作外,設計者的行為是否能被正確的反應在虛擬設計環境中,將是本項研究的最重要課題。