何 力

（湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430064）

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)的建設(shè)分析

何 力

（湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430064）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體及可視化技術(shù)為一體的集成技術(shù)。目前，經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展，其在工業(yè)設(shè)計(jì)中得到了比較廣泛的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)流程和方式做出了改變，推動(dòng)了工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。本文將以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為突破口，分析該技術(shù)在建設(shè)工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)中的作用，并探討其未來的發(fā)展前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；工業(yè)設(shè)計(jì)；虛擬展示平臺(tái)；建設(shè)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)需要革新觀念，創(chuàng)新工業(yè)設(shè)計(jì)方式，滿足新形勢下消費(fèi)者的需求。傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和展示方式已不能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，必須作出改變。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，恰好能夠?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)提供新思路。通過利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建設(shè)企業(yè)的工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)能夠提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，縮短設(shè)計(jì)周期，減少企業(yè)的投資成本，增加設(shè)計(jì)者和受眾群之間的交流和互動(dòng)，可幫助企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 何謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

總體而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、可視化技術(shù)等為基礎(chǔ)，結(jié)合了統(tǒng)計(jì)學(xué)、符合學(xué)等理論，營造一個(gè)高度逼真的虛擬場景，通過人的觸覺、嗅覺、視覺以及聽覺等感官功能，將置身于虛擬環(huán)境中體驗(yàn)者與場景中的實(shí)物進(jìn)行交互的可視化操作。

該技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真有著密切的關(guān)系，但在一定程度上也有著差異。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著“沉浸-交互-構(gòu)想”的特征。從沉浸的方面看，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的用戶在計(jì)算機(jī)環(huán)境中只能作為旁觀者，不能真正參與到計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中，可視化的場景不能隨著用戶視點(diǎn)的變化而做出調(diào)整，用戶無法體會(huì)到身臨其境的感覺。從交互方面看，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)用戶聽覺和視覺的感官體驗(yàn)，容易忽視計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間的交流互動(dòng)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在營造的虛擬場景中讓用戶全方位地接觸實(shí)物，增強(qiáng)了兩者之間的互動(dòng)性。從構(gòu)想方面來看，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的智能化程度不足，一般只是執(zhí)行預(yù)定好的仿真程序，無法滿足用戶多樣性的需求。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則具有更多的智能化操作功能，已成為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的未來發(fā)展方向。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)模式，以三維的設(shè)計(jì)方式展示產(chǎn)品的功能、性質(zhì)，為用戶呈現(xiàn)更加真實(shí)鮮明的產(chǎn)品效果。將這種技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中，可讓用戶對(duì)產(chǎn)品有更直接的觀察和接觸，迅速找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問題和不足，有助于企業(yè)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，也能幫助設(shè)計(jì)者更準(zhǔn)確清晰地表達(dá)其的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思維。在產(chǎn)品投入生產(chǎn)和銷售前，通過這種技術(shù)讓用戶參與工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的體驗(yàn)，可有效減少產(chǎn)品投入市場后的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)的建設(shè)， 以汽車產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)為例，需要進(jìn)行三個(gè)層次的平臺(tái)支撐，分別是整體設(shè)計(jì)方案、平臺(tái)支撐環(huán)境以及平臺(tái)的配置功能。下文將從這三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

2.1 整體設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的目的是為了優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品，將產(chǎn)品進(jìn)行全方位地展示，并實(shí)現(xiàn)用戶與產(chǎn)品的全接觸，從而達(dá)到提升用戶體驗(yàn)，提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)槠髽I(yè)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)搭建高度真實(shí)且具有高互動(dòng)性的展示平臺(tái)。以某企業(yè)的汽車產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)為例，首先要確定產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)展示平臺(tái)的整體方案，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造的支撐環(huán)境建立多個(gè)應(yīng)用服務(wù)工具系統(tǒng)，主要包括汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，汽車功能DIY設(shè)置系統(tǒng)、虛擬數(shù)字車站系統(tǒng)等，將這些系統(tǒng)進(jìn)行集成，構(gòu)建成為一個(gè)面向汽車產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)展示的虛擬平臺(tái)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)共有三層，分別是服務(wù)層、應(yīng)用工具層以及環(huán)境層。每個(gè)層次負(fù)責(zé)的內(nèi)容各不相同。服務(wù)層主要負(fù)責(zé)在以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和VR技術(shù)為支撐的環(huán)境下為用戶提供汽車配置設(shè)計(jì)體驗(yàn)、虛擬場景展示、決策支持等服務(wù)，使用戶能夠真切體驗(yàn)到汽車的全方位性能和個(gè)性化服務(wù)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。應(yīng)用工具層由四個(gè)核心的VR工具系統(tǒng)構(gòu)成，與虛擬支撐環(huán)境一起為汽車產(chǎn)品的展示和體驗(yàn)服務(wù)。環(huán)境層指的是汽車產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)展示的支撐環(huán)境，包括VR環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。VR環(huán)境包括專業(yè)的硬件設(shè)備、VR建模以及應(yīng)用開發(fā)軟件構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要包括外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)兩個(gè)部分。

2.2 平臺(tái)支撐環(huán)境

工業(yè)設(shè)計(jì)的虛擬展示平臺(tái)離不開其需要的平臺(tái)支撐環(huán)境。這個(gè)支撐環(huán)境主要依靠五大系統(tǒng)作為支撐。投影顯示系統(tǒng)能夠?yàn)楫a(chǎn)品提供更加立體和鮮明的展示效果，并具有更多的交互性。其中的設(shè)備主要包括立體投影機(jī)、投影屏幕、工作站、人體追蹤設(shè)備、數(shù)字頭盔和手套以及反饋裝置。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著VR內(nèi)容的生成和傳輸任務(wù)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)展示效果好壞的關(guān)鍵因素。人機(jī)交互系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部分，正因?yàn)槭褂昧诉@個(gè)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互體驗(yàn)，增加平臺(tái)支撐環(huán)境的真實(shí)感。其主要是對(duì)操作位置進(jìn)行跟蹤和捕捉，并提供可感知力，包括空間位置跟蹤系統(tǒng)、三維交互設(shè)備以及數(shù)據(jù)頭盔和手套等。VR軟件系統(tǒng)主要是為展示平臺(tái)提供VR軟件和輔助設(shè)備。輔助外設(shè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)的是支撐環(huán)境中為用戶增加體驗(yàn)效果，并確保各項(xiàng)設(shè)備正常運(yùn)行的部分。

2.3 平臺(tái)功能設(shè)置

虛擬現(xiàn)實(shí)展示平臺(tái)的建設(shè)中平臺(tái)功能的設(shè)置仍以汽車產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)為例，這個(gè)集成系統(tǒng)主要包括四個(gè)子系統(tǒng)，分別是數(shù)字虛擬駕駛系統(tǒng)、虛擬功能設(shè)置、虛擬汽車產(chǎn)品展示系統(tǒng)以及數(shù)字汽車產(chǎn)業(yè)員園系統(tǒng)。

數(shù)字虛擬駕駛系統(tǒng)可為用戶提供場景逼真的感官駕駛體驗(yàn)，讓用戶在真實(shí)的駕駛場景中體會(huì)到汽車駕駛的各項(xiàng)性能，并提供相應(yīng)的駕駛功能操作指示，有汽車駕駛輔助人員對(duì)汽車虛擬駕駛的情況和反饋?zhàn)龀龇治龊脱芯?，并采納用戶的體驗(yàn)意見，對(duì)汽車的駕駛功能作出改進(jìn)，使其更加完善。虛擬汽車功能設(shè)置系統(tǒng)能讓用戶根據(jù)的個(gè)人喜好和興趣對(duì)汽車的座椅顏色、高度、輪胎、儀表盤、剎車車內(nèi)裝飾等進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)置，使汽車產(chǎn)品更具個(gè)性化。并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的沉浸式特點(diǎn)，讓用戶能夠身臨其境地感受設(shè)置后的汽車改型效果。虛擬汽車展示系統(tǒng)主要是利用web系統(tǒng)將所體驗(yàn)的汽車產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)展示廳中進(jìn)行3D展示，實(shí)現(xiàn)Web系統(tǒng)與企業(yè)網(wǎng)站的無縫對(duì)接。同時(shí)也可在網(wǎng)站上對(duì)汽車產(chǎn)品模型進(jìn)行展示，起到對(duì)汽車產(chǎn)品的宣傳和推廣作用。數(shù)字汽車產(chǎn)業(yè)園系統(tǒng)可將與汽車產(chǎn)品有關(guān)的產(chǎn)業(yè)信息進(jìn)行展示，提供查詢與統(tǒng)計(jì)功能，為企業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局和項(xiàng)目咨詢提供參考。

3 工業(yè)設(shè)計(jì)展示平臺(tái)的應(yīng)用前景

如今，隨著科技水平的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在不斷發(fā)展和完善，其在工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于展示平臺(tái)的搭建，還涉及到工業(yè)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)、環(huán)保設(shè)計(jì)以及人性化設(shè)計(jì)等。未來，通過利用VR技術(shù)搭建的虛擬現(xiàn)實(shí)展示平臺(tái)不僅可用于汽車產(chǎn)品展示，還可帶動(dòng)零部件產(chǎn)品的發(fā)展，幫助形成汽車和零部件產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，為制造業(yè)形成產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，占據(jù)更大的市場份額。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)需要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、革新設(shè)計(jì)理念，滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的多樣化需求，在激烈的市場競爭中立于不敗之地。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠增加工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的交互性，讓用戶在高度逼真的虛擬環(huán)境中通過感官全方位體驗(yàn)產(chǎn)品的性能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互式操作。未來，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中還會(huì)更多地應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其應(yīng)用范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供更有效的解決方案，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

［1］戚鵬等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬展示平臺(tái)的建設(shè)研究［J］.科技展望，2015（20）∶160.

［2］陳浩磊等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展與展望［J］.中國科技論文在線，2011（01）∶1-5+14.

［3］李廣麗等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的商品展示平臺(tái)研究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（06）∶59-65.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.015