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近年來，社會經(jīng)濟快速變革以及畜牧行業(yè)迅猛發(fā)展，使人們生活理念和消費模式發(fā)生改變[1-2]。在此背景下，寵物飼養(yǎng)者、專業(yè)養(yǎng)殖戶等消費群體在選擇飼料產(chǎn)品時也對產(chǎn)品外觀有了更高要求[3-4]。在飼料產(chǎn)品銷售中，良好的包裝能夠有效提升消費者購買欲望，刺激消費者實現(xiàn)二次購買，還可以完整詮釋和概括飼料企業(yè)品牌文化，增強企業(yè)影響力。隨著新一代信息技術迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術逐漸開始與各行各業(yè)深度交叉融合。以虛擬現(xiàn)實技術為主導的產(chǎn)品智能包裝設計成為諸多研發(fā)人員提高設計效率與質量的首要選擇[5-7]。虛擬現(xiàn)實技術早期主要應用于軍事、航空、醫(yī)療等高端領域，其技術支持主要為3D幾何建模[8-9]。目前，數(shù)字圖像處理技術的大規(guī)模普及為虛擬現(xiàn)實技術應用范圍擴大奠定了基礎，并極大提升了我國包裝設計領域研發(fā)水平。將虛擬現(xiàn)實技術與傳統(tǒng)包裝設計理念相結合，通過搭建包裝3D模型、融入虛擬環(huán)境進行的智能化飼料產(chǎn)品包裝設計主要有兩大好處：可以在虛擬環(huán)境中呈現(xiàn)飼料產(chǎn)品的功能、外形和設計理念，使消費者感受到產(chǎn)品外觀與質感，增強消費者臨場體驗感[10-11]；還可以縮減包裝成本，進一步降低飼料企業(yè)經(jīng)營成本。因此，文章對基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝設計與應用問題進行探究，以期在充分凸顯飼料產(chǎn)品功能基礎上，降低飼料產(chǎn)品包裝成本、提升消費臨場體驗感、激活市場發(fā)展?jié)摿Γ罱K推動飼料企業(yè)和行業(yè)整體發(fā)展。

1系統(tǒng)總體設計

根據(jù)目前飼料產(chǎn)品包裝實際特點、飼料企業(yè)與行業(yè)發(fā)展需要，將飼料產(chǎn)品包裝設計流程與虛擬現(xiàn)實技術相結合，設計飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)，總體設計思路見圖1。基于虛擬技術的飼料產(chǎn)品智能包裝設計涵蓋飼料產(chǎn)品智能包裝數(shù)據(jù)系統(tǒng)與分布式包裝研發(fā)小組兩個部分。飼料產(chǎn)品包裝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要為硬件裝配、3D支持、控制中心提供數(shù)據(jù)支持，保證在飼料產(chǎn)品包裝設計過程數(shù)據(jù)的精確性、完整性與統(tǒng)一性。整個設計核心主要分為3個環(huán)節(jié)：一是硬件裝配，可通過優(yōu)化整體飼料產(chǎn)品智能包裝運行流程，提升包裝效率、降低包裝成本；二是控制中心，可發(fā)起或終止研發(fā)活動，增強飼料包裝智能系統(tǒng)的統(tǒng)籌調配作用；三是3D支持，可提供多種3D軟件研發(fā)平臺與演示工具。分布式包裝研發(fā)小組的主要功能是為研發(fā)人員提供設計環(huán)境支持，助力研發(fā)人員在執(zhí)行層實現(xiàn)既定任務。考慮飼料產(chǎn)品智能包裝設計的多層次性，在分布式包裝研發(fā)小組構建過程中將研發(fā)組拆分成多個不同小組，以更好實現(xiàn)協(xié)同設計規(guī)劃。

1.1飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)流程設計

1.1.1硬件裝配流程設計

基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)硬件裝配環(huán)節(jié)，主要由耙料機、出/入庫皮帶、后包裝皮帶、裝車機、包裝機以及散貨卸貨車組成。此環(huán)節(jié)首先利用光纖通信將耙料機與皮帶控制系統(tǒng)相連接，并接入交換機，形成由以太網(wǎng)串聯(lián)、飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)控制的耙料機控制系統(tǒng)。然后在原點位置接入后包裝皮帶與裝車機，實現(xiàn)整體飼料產(chǎn)品包裝流程的輸送。在備用點位處接入包裝機和碼垛機的控制指令，散貨卸貨車接入行進指令和翻板指令，實現(xiàn)原點位與備用點位的連鎖處理。若包裝皮帶部分出現(xiàn)系統(tǒng)故障，通過上位機控制故障部分皮帶前設備，自動停止運行耙料機，減少不必要人工操作損耗。若上位機檢測到包裝機、碼垛機與卸貨車出現(xiàn)故障或停止運作，則自動發(fā)出故障或停止信號，連鎖停止后包裝皮帶和包裝機，保證不會出現(xiàn)飼料產(chǎn)品堆積現(xiàn)象。

1.1.23D支持流程設計

基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝3D支持流程首先，在虛擬現(xiàn)實技術支持下，飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)需要有明確的產(chǎn)品包裝需求分析，并根據(jù)分析結果形成整體設計思路。其次，分別用平面設計軟件與三維設計軟件對飼料包裝的平面展開圖、平面裝潢視覺效果與三維包裝模型進行設計。再次，結合平面設計結果與包裝結構設計參數(shù)，對三維模型進行貼圖并渲染。最后，將結果導入3D設計平臺完成飼料產(chǎn)品包裝虛擬設計，并對其物理屬性進行仿真分析。經(jīng)過多輪次修改后，進入設計方案評估流程，判斷所設計飼料產(chǎn)品虛擬包裝成果是否通過設計需求測試與方案預期評估。如通過設計需求測試與方案預期評估，則進行大規(guī)模量產(chǎn)。

1.2飼料產(chǎn)品智能包裝

三維模型設計三維包裝數(shù)學模型設計是飼料產(chǎn)品智能包裝從二維平面設計向三維立體圖形轉變的關鍵步驟，需從以下方面進行針對性選擇。

1.2.1開發(fā)平臺

選擇常用的三維建模軟件有3DMAX、Virtools、Pro/ENGINEER。其中，Virtools作為一款三維交互式虛擬實境編輯軟件具有可視化、交互化特征[12]，操作簡單、易上手，能夠借助內置創(chuàng)作應用程序與選擇性模塊快速設計出包裝產(chǎn)品，可廣泛應用于3D產(chǎn)品領域。因此，為實現(xiàn)飼料產(chǎn)品智能包裝設計效率的最大化，選擇Virtools進行包裝設計。但考慮到Virtools缺少三維建模功能，難以充分表達飼料產(chǎn)品智能包裝設計理念，故在考慮兼容性因素基礎上選擇3DMAX配合Virtools軟件進行設計。

1.2.2參數(shù)選擇

因飼料產(chǎn)品種類存在差異，所以對包裝尺寸的要求也需相應調整。通過參數(shù)選擇并輸入對應尺寸，能夠控制包裝體積、大小，確保在尺寸設計變動后，無須重新設計圖紙。首先，運用可擴展3D語言（X3D）建立初步包裝坯子，設置飼料產(chǎn)品包裝的基礎尺寸。其次，使用positionInterpolator節(jié)點設置，同比例放大包裝坯子尺寸的三維坐標軸參數(shù)。最后，基于用戶需求，確定KeyValue值與translation域，保證體板與對應坐標中心值實現(xiàn)更改。

1.2.33D立體成型

在設計體板時，坐標系會從組節(jié)點Transform向幾何體中心轉移。因此，需要在組節(jié)點Transform中置入體板shape節(jié)點，以便更好地通過center字段控制體板旋轉軸方向。同時，設置飼料包裝三維面板為X、Y、Z。飼料產(chǎn)品包裝盒結構展開見圖3。由圖3可知，首先固定體板1的空間位置，將體板2、3沿著Y軸向右旋轉90°；之后固定體板2空間位置，使體板3繞X=y+0.5x軸向右旋轉90°；結束旋轉后，由組節(jié)點Transform上置入體板3與體板2的shape節(jié)點，并對旋轉軸進行控制。最后，以時間傳感器節(jié)點設置時間軸，方向插補器操作控制體板旋轉，通過編程語句按順序折疊體板。

1.2.4平面畫面繪制與貼圖

在3D飼料包裝成型后，設計者可通過平面畫面繪制與貼圖對上述模型進行裝潢設計。在此過程中，所需軟件主要為Photoshop。在包裝結構上，使用Photoshop軟件依照模型長、寬、高進行等比例設計，之后借助UVMap定位為模型貼圖。

1.3飼料產(chǎn)品三維包裝展示

在Virtools軟件上百個構造塊中挑選2DPicking作為預先集成的基本單元，隨后通過鼠標點擊，將基本單元充分與三維包裝數(shù)學模型各個區(qū)域相結合，由此實現(xiàn)由平面視角到3D視角的整個場景展示功能。待完成模型制作與貼圖后，可將該模型設置成html、JSP、PHP、ASPX等靜態(tài)與動態(tài)網(wǎng)頁格式。網(wǎng)頁格式能夠將模型網(wǎng)頁集合成網(wǎng)站，以便于借助互聯(lián)網(wǎng)打破用戶與研發(fā)人員的時空限制，有效拓展相應功能。

2系統(tǒng)應用試驗分析

目前市場中飼料產(chǎn)品種類較為多樣[13-15]，其中使用包裝盒的飼料產(chǎn)品多為寵物飼料，故在此以寵物飼料產(chǎn)品為例，設計基于虛擬現(xiàn)實技術的不同規(guī)模飼料產(chǎn)品智能包裝外盒。飼料產(chǎn)品包裝在生產(chǎn)、加工、銷售等多種流通活動中，均可能發(fā)生擠壓、碰撞，或出現(xiàn)因用途不清晰、功能不明確、成本高昂等引起的問題。對此，從包裝設計清晰度、成本與適應性等3個方面，對寵物飼料產(chǎn)品的傳統(tǒng)包裝外盒與新設計外盒應用效果展開多次仿真試驗對比，以此驗證基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)設計成效。

2.1包裝設計清晰度測評結果

為研究基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)設計清晰度，需對比本文方法新設計包裝與傳統(tǒng)包裝的清晰度效果。從包裝樣本中，隨機抽取不同規(guī)模的5組試驗樣本，采用參數(shù)設定不變的Epsonexpression1680平板掃描儀，對不同寵物飼料產(chǎn)品包裝進行清晰度測評，對比結果見表1。由表1可知，5組試驗樣本中，寵物飼料產(chǎn)品傳統(tǒng)包裝的清晰度均未超過80%，最高為第1組的76.2%；基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝清晰度均超過95%，最高為第1組的99.1%。對比可知，新設計包裝的清晰度明顯高于傳統(tǒng)包裝，即基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)設計清晰度更好。主要原因是虛擬現(xiàn)實技術采用可擴展3D語言（X3D）以及positionInterpolator節(jié)點設置，設計飼料產(chǎn)品包裝結構數(shù)據(jù)參數(shù)，消除包裝坯子與飼料產(chǎn)品之間的尺寸差異，增加包裝的貼合度和清晰度。

2.2包裝設計成本測評結果

（見表2）為研究基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)設計的成本耗費情況，需對比不同產(chǎn)品包裝規(guī)模下的設計成本。從包裝樣本中，隨機抽取5組試驗樣本，采用SPSS軟件對樣本成本數(shù)據(jù)進行分析與對比。具體將包裝成本分為人工成本、原料成本和總成本等3類，得到傳統(tǒng)包裝與新設計包裝的三類成本測評結果見表2。由表2可知，5組試驗樣本中，寵物飼料產(chǎn)品傳統(tǒng)包裝的人工成本、原料成本和總成本均高于新設計包裝。其中，傳統(tǒng)包裝的第5組飼料產(chǎn)品人工成本、原料成本和總成本最高，分別為11365元、5646元、17011元，寵物飼料產(chǎn)品新設計包裝的第5組飼料產(chǎn)品人工成本、原料成本和總成本也最高，分別為9648元、3987元、13635元。對比可知，隨著寵物飼料產(chǎn)品包裝規(guī)模增大，包裝設計人工成本和原料成本均不斷增加，但在包裝規(guī)模相同情況下，基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝設計成本明顯更低。結果表明，本文方法設計的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)可有效降低飼料產(chǎn)品包裝的人工成本和原料成本，進而降低總體包裝成本。

2.3包裝設計適應性

為研究基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)適應能力，需對比不同方法設計的產(chǎn)品包裝適應性。從包裝樣本中隨機抽取5組試驗樣本，進行產(chǎn)品適應性測評。樣本包裝規(guī)模分別為2.5、8.5、12.5、16.5、20.5cm2。具體方法是：將寵物飼料產(chǎn)品分別放置于傳統(tǒng)包裝與新設計包裝中，每組包裝規(guī)模的寵物飼料產(chǎn)品放置量相同，均為包裝規(guī)模容量的98%。在每組寵物飼料產(chǎn)品運輸帶上施加同樣力度的碰撞打擊，撞擊速度為3m/s。觀察并記錄每次撞擊后，寵物飼料產(chǎn)品傳統(tǒng)包裝與新設計包裝的破損程度，利用Excel表格繪制包裝破損情況對比，見圖4。由圖4可知，在飼料產(chǎn)品包裝規(guī)模相同情況下，隨著碰撞打擊次數(shù)增多，傳統(tǒng)包裝與新設計包裝的破損程度均會提高。但新設計包裝的破損程度明顯更低，表明基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝設計適應性更高，適應能力更強。且在碰撞打擊次數(shù)達到30以上時，新設計包裝的破損程度一直維持在30%左右，表明基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)能將包裝破損程度控制在一定程度內，進一步驗證該方法的適應性能較好。

3結論

本文結合飼料企業(yè)和行業(yè)發(fā)展需求，基于虛擬現(xiàn)實技術對飼料產(chǎn)品包裝系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計與應用研究。從系統(tǒng)流程設計、智能包裝三維模型設計與飼料產(chǎn)品三維包裝展示等3個方面對基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)進行總體設計，在此基礎上通過多次仿真試驗對比，驗證基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝設計效果。本試驗結果表明，本文設計的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)可行性較高，在寵物飼料產(chǎn)品包裝方面應用效果較好。基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)能解放勞動生產(chǎn)力，提高飼料產(chǎn)品包裝清晰度、降低包裝成本、提升包裝適應性。但目前基于虛擬現(xiàn)實技術的飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)尚未大范圍落地。因此，未來飼料企業(yè)可充分借助虛擬現(xiàn)實技術，設計更多飼料產(chǎn)品智能包裝系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)在降低企業(yè)包裝成本的同時提高飼料產(chǎn)品銷售量，進而提升整體經(jīng)濟效益。

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作者：湯瑾 單位：江西應用工程職業(yè)學院