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

高元華

工業(yè)設(shè)計(jì)主要是由科學(xué)和美學(xué)、技術(shù)和藝術(shù)之間的相互滲透、相互融合而構(gòu)成的，針對(duì)機(jī)械化生產(chǎn)方式制造的工業(yè)產(chǎn)品的研究已成為當(dāng)前的新興學(xué)科之一。二十一世紀(jì)以來，伴隨著人工智能、計(jì)算機(jī)信息、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)圖形、機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)等多種技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域之中，甚至成為工業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)階段的必備工具。廣泛的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用促使工業(yè)設(shè)計(jì)朝著現(xiàn)代化與數(shù)字化的方向不斷發(fā)展，使得企業(yè)的設(shè)計(jì)相關(guān)部門與管理部門、市場(chǎng)部門、工程部門、研發(fā)部門等相互間的溝通變得更為容易，不但大幅度縮短了工業(yè)產(chǎn)品的研究與開發(fā)時(shí)間，而且為工業(yè)產(chǎn)品的大規(guī)模宣傳與營銷贏得了最佳時(shí)機(jī)，大大增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭力，推動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展步伐。

工業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵

1.工業(yè)設(shè)計(jì)的基本原理

工業(yè)設(shè)計(jì)的基本原理主要由人因、機(jī)因與形因這三個(gè)要素組成。其中，機(jī)因來源于包括工藝與材料在內(nèi)的技術(shù)，成于其所具有的功能；形因來源于所謂的藝術(shù)，成于產(chǎn)品的造型；而人因則來源于所掌握的技術(shù)，成于整體設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)，促使其更加的適應(yīng)人、環(huán)境與極其的界面互動(dòng)，從一定層面去理解，這一原理的發(fā)展成果既為人本論與人機(jī)的工程學(xué)。

2.工業(yè)設(shè)計(jì)的方法

綜合近些年有關(guān)工業(yè)設(shè)計(jì)的方法研究可以得出，工業(yè)設(shè)計(jì)的方法主要有：無法論，即認(rèn)為從古至今都無具體方法；無定法論，即指沒有一定的方法，只有跟隨心靈的想法才能得出真正的方法；還有發(fā)明設(shè)計(jì)法、現(xiàn)代設(shè)計(jì)法、程序設(shè)計(jì)法以及調(diào)查分析研究法這六種方法。

3.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

隨著新時(shí)期計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與快速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)硬件、軟件、圖形學(xué)、輔助設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，使得計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)成為當(dāng)今的熱點(diǎn)研究課題。同時(shí)，快速成型技法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的相互結(jié)合，促使現(xiàn)代化的工業(yè)設(shè)計(jì)有了巨大的發(fā)展進(jìn)步，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中更為深入的分析與研究，表明工業(yè)設(shè)計(jì)與數(shù)字化電子產(chǎn)業(yè)已緊密連接在了一起，成為一個(gè)全新的媒體行業(yè)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)的必要性

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)理念的改變

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的日益普及，將會(huì)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量評(píng)判方式與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要的影響，以往所注重的效果圖的呈現(xiàn)，在交互性、逼真性的虛擬模型技術(shù)中完全沒有任何意義，因此，這就使得工業(yè)設(shè)計(jì)的評(píng)判方式與標(biāo)準(zhǔn)更為側(cè)重設(shè)計(jì)的質(zhì)量、創(chuàng)新、審美以及科學(xué)性，這對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變具有至關(guān)重要的影響力。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的方法的完善

傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)主要以平面圖為基礎(chǔ)，這就使得設(shè)計(jì)者的本質(zhì)意圖無法徹底的展現(xiàn)出來，而以三維模型為載體的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則能夠很好的將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖完整的進(jìn)行表達(dá)。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的整體流程中通過虛擬模型技術(shù)快速簡便的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與調(diào)查，可以獲取更為真實(shí)、更為廣泛的實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提升工業(yè)設(shè)計(jì)方法的客觀性與科學(xué)性。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化

以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)結(jié)合技術(shù)的重要突破，其可以將設(shè)計(jì)師的思想與作品更為自然、易接受、易理解的形式進(jìn)行傳達(dá)，并通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息的溝通與交流，促使信息交互的速度、廣度與深度得到巨大的提升，進(jìn)而推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)更加順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展潮流，即工業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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

1.產(chǎn)品人機(jī)工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品人機(jī)工程中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面，一方面是人機(jī)工程參數(shù)的分析與采集，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的三維掃描技術(shù)與動(dòng)作撲捉技術(shù)，產(chǎn)生虛擬被試三維動(dòng)態(tài)的數(shù)字模型，并通過對(duì)這一數(shù)字模型的要點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新。另一方面則是人機(jī)工程的虛擬設(shè)計(jì)，即主要借助于虛擬樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施，設(shè)計(jì)者以及各種人群都能夠直觀的觀看到虛擬人體是哪位數(shù)字模式對(duì)產(chǎn)品的使用情況，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品的人機(jī)工程學(xué)參數(shù)進(jìn)行更為精準(zhǔn)的研究，直接與產(chǎn)品開展交互，對(duì)產(chǎn)品的性能做出最終的評(píng)價(jià)。

2.工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品校驗(yàn)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的校驗(yàn)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要從以下三方面入手：一是虛擬性的裝配，通過虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境的應(yīng)用，設(shè)計(jì)者能夠在虛擬環(huán)境中應(yīng)用各種各樣的裝配操作工具，并對(duì)設(shè)計(jì)的整體機(jī)構(gòu)實(shí)施裝配方面的檢驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的規(guī)劃、加工、制造、裝配與調(diào)試。二是虛擬性的制造，這一過程是由材料熱加工的技藝模擬、仿真的加工程序、板材的造型模擬以及模具仿真等組成，通常在所有設(shè)計(jì)結(jié)束前、零部件進(jìn)行造型后的階段進(jìn)行。三是虛擬性的實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)模式背景下，產(chǎn)品的一切性能校驗(yàn)都是通過物理模型與樣機(jī)進(jìn)行操作的，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的三維數(shù)字模型在工業(yè)設(shè)計(jì)校驗(yàn)程序中的應(yīng)用，能夠極大的減少校驗(yàn)成本，并可以反復(fù)進(jìn)行。

3.工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品展示中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

工業(yè)產(chǎn)品展示中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用包括兩個(gè)方面，一方面是VR技術(shù)的應(yīng)用，隨著近年來VR技術(shù)的快速發(fā)展，其對(duì)硬件要求較低的特性使其在商業(yè)界尤其是產(chǎn)品展示領(lǐng)域中的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。另一方面則是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與VR技術(shù)的相互結(jié)合，促使產(chǎn)品的展示實(shí)現(xiàn)了跨地域式的網(wǎng)絡(luò)化展示。這對(duì)提升工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的展示范圍、展示功能、展示效果等具有重要的推動(dòng)作用。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)很大程度上為工業(yè)設(shè)計(jì)提供了一種嶄新的現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)計(jì)操作平臺(tái)，促使工業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)方法理論產(chǎn)生了基本性的變化，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)之間的自然交互，縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了新產(chǎn)品的研發(fā)費(fèi)用，提升了新產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量與效率。盡管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)前依然處于起始階段，然而其蘊(yùn)藏了巨大的發(fā)展?jié)摿εc廣闊前景，從一定角度去看，在工業(yè)設(shè)計(jì)的未來發(fā)展過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)逐漸被應(yīng)用到其設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié)之中，并對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)方法論實(shí)施巨大的影響。

（作者單位：荊州理工職業(yè)學(xué)院）