基于逆向工程的家具產(chǎn)品虛擬展示研究

張?zhí)煊?張 帆 Zhang Tianyu & Zhang Fan

(1.2.北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

逆向工程為家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新的思維方式，在虛擬展示過(guò)程中利用逆向工程技術(shù)有助于展示模型快速準(zhǔn)確地構(gòu)建并取得更真實(shí)的展示效果。二者的合理結(jié)合不僅可以使家具產(chǎn)品取得良好的展示效果，也有助于用戶需求的搜集，為家具產(chǎn)品的改良、創(chuàng)新提供更多依據(jù)。

1 逆向工程

逆向工程也稱(chēng)反求工程，目前相關(guān)研究多集中在實(shí)物逆向[1]。它是指在只有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ偷那疤嵯?，通過(guò)測(cè)量得到實(shí)物的表征數(shù)據(jù)，從而建立CAD模型，并利用該模型進(jìn)行產(chǎn)品的分析、改良及生產(chǎn)加工的過(guò)程[2]。以此為基礎(chǔ)的逆向設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的由概念設(shè)計(jì)到模型構(gòu)建再到產(chǎn)品生產(chǎn)制造的正向設(shè)計(jì)存在明顯差異。逆向設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地構(gòu)建實(shí)物的數(shù)字化模型，并通過(guò)對(duì)模型的分析、重構(gòu)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)周期。該方法一方面為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程提供了有效的數(shù)字化信息協(xié)助，提高了產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和效率；另一方面可以通過(guò)真實(shí)的使用情況及市場(chǎng)反饋對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估，從而完成產(chǎn)品的再創(chuàng)新[3]，有利于延長(zhǎng)設(shè)計(jì)的壽命。

2 逆向工程的應(yīng)用

實(shí)物表征的測(cè)量是逆向工程的重要環(huán)節(jié)，利用高精度的現(xiàn)代化設(shè)備和測(cè)量方法，可以大幅度提高測(cè)量效率。因此，三維掃描技術(shù)作為逆向工程中實(shí)物表征測(cè)量與模型重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，已然成為逆向工程研究的核心內(nèi)容，目前運(yùn)用到測(cè)繪工程、醫(yī)療、建筑、文物保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域[4]。

家具產(chǎn)品在造型及功能上有其特殊性，三維掃描技術(shù)應(yīng)用于家具產(chǎn)品的研究比較有限，大多集中于古典家具的保護(hù)與修復(fù)及家具產(chǎn)品復(fù)雜曲面的構(gòu)建。利用三維掃描技術(shù)，能夠?qū)⒃煨蛷?fù)雜、裝飾多樣并且缺乏原始圖紙的古典家具進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，便于相關(guān)人員對(duì)古典家具做出分析、修復(fù)、評(píng)價(jià)及創(chuàng)新。與以往的保護(hù)方式相比，三維掃描技術(shù)的運(yùn)用使得古典家具的形態(tài)保護(hù)更具準(zhǔn)確性、全面性與高效性[5]。隨著科技的發(fā)展，逆向工程可以利用的先進(jìn)技術(shù)愈多，在輸出形式上不應(yīng)局限于新產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。將逆向工程的輸出方式與3D打印技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等高新技術(shù)相結(jié)合，更有助于產(chǎn)品的展示、測(cè)評(píng)。

3 關(guān)于虛擬展示

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是指利用計(jì)算機(jī)軟件生成虛擬的三維環(huán)境，并通過(guò)VR眼鏡等專(zhuān)用設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互的技術(shù)[6]。

沉浸感、交互性、構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三大特點(diǎn)。沉浸感指使用者處在虛擬世界中時(shí)不會(huì)有不真實(shí)的感覺(jué)。交互性指使用者在虛擬世界中不只是被動(dòng)地接受，還可以通過(guò)自己的行動(dòng)改變所處的環(huán)境。構(gòu)想性指虛擬環(huán)境為使用者提供了廣闊的想象空間和認(rèn)知范圍，使其可以構(gòu)建出現(xiàn)實(shí)世界中不存在的事物[7]。

基于如上特點(diǎn)，如今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被應(yīng)用于交互體驗(yàn)、工業(yè)設(shè)計(jì)、仿真訓(xùn)練等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域[8]。例如淘寶近年來(lái)提出的BUY+概念，嘗試?yán)锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)百分之百地還原購(gòu)物場(chǎng)景為消費(fèi)者帶來(lái)新的購(gòu)物體驗(yàn)（圖1）。

3.2 產(chǎn)品的虛擬展示

虛擬展示是借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和超文本技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種全新的表現(xiàn)形式[9]。與傳統(tǒng)展示手段相比，虛擬展示不僅可以節(jié)省空間、人力等資源，還能夠?qū)⑺故镜男畔⒓杏谔摂M的環(huán)境中，方便用戶通過(guò)主觀操作對(duì)所需信息進(jìn)行篩選與認(rèn)知，并且可以及時(shí)采集、反饋用戶的真實(shí)需求。

故宮博物院借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造的“端門(mén)數(shù)字館”已經(jīng)面向大眾，參觀者能夠全方位的觀察、“觸摸”數(shù)字化的藏品，與古建、文物親密交互（圖2）。在電子商務(wù)領(lǐng)域，銷(xiāo)售平臺(tái)可以利用虛擬展示對(duì)所銷(xiāo)售的產(chǎn)品進(jìn)行演示。京東商城中的部分商品已經(jīng)配置有交互功能的三維模型，可供用戶自由旋轉(zhuǎn)、縮放并觀察產(chǎn)品細(xì)節(jié)。

3.3 現(xiàn)有家居類(lèi)虛擬展示產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)及不足

目前，虛擬展示在家具行業(yè)也已經(jīng)有所應(yīng)用，例如“IKEA NOW”、“sayduck”，這種設(shè)計(jì)展示類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)使用戶能夠利用手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備自由觀察家具產(chǎn)品，同時(shí)可以根據(jù)個(gè)人喜好修改產(chǎn)品顏色、材質(zhì)等特征，增強(qiáng)互動(dòng)性、趣味性以及用戶的參與感。不過(guò)這類(lèi)程序還存在明顯不足，它們往往將關(guān)注點(diǎn)集中于家具單體，忽視以環(huán)境烘托展示效果的重要性，造成用戶體驗(yàn)過(guò)程中沉浸感不足?？針?lè)家、愛(ài)福窩這種家裝設(shè)計(jì)類(lèi)軟件則將家具產(chǎn)品與使用環(huán)境相結(jié)合，以樣板間的形式為客戶進(jìn)行三維全景展示。用戶在自由觀察產(chǎn)品及其空間展示效果的同時(shí)還可以根據(jù)頁(yè)面設(shè)置的產(chǎn)品清單了解心儀產(chǎn)品的詳細(xì)信息，或通過(guò)購(gòu)買(mǎi)鏈接直接購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)產(chǎn)品。這類(lèi)展示方式的不足之處在于場(chǎng)景設(shè)置比較單一，展示內(nèi)容相對(duì)固定，用戶只能被動(dòng)觀察預(yù)設(shè)展示效果，參與感較低（圖3）。

圖1 淘寶BUY+購(gòu)物理念

圖2 虛擬博物館

圖3 三維樣板間展示

圖4 基于逆向工程的虛擬展示流程

4 基于逆向工程的家具產(chǎn)品虛擬展示

4.1 家具設(shè)計(jì)與家具展示

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑與人類(lèi)的聯(lián)系愈加緊密，建筑空間與人類(lèi)形成了相互影響、互相依存的關(guān)系[10]。家具作為一種耐用消費(fèi)品，不僅需要滿足消費(fèi)者的使用功能，同時(shí)也是人類(lèi)居住的建筑空間中的重要組成部分，它不僅涉及材料、設(shè)備、工藝等技術(shù)領(lǐng)域，又與社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、行為學(xué)等社會(huì)科學(xué)以及藝術(shù)理論緊密相連，由此可見(jiàn)家具既具有物質(zhì)性，又具有精神性[11]。這兩種特性既是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也應(yīng)在展示過(guò)程中得到全面的體現(xiàn)。

目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，常見(jiàn)展會(huì)臨時(shí)展示，專(zhuān)賣(mài)店長(zhǎng)期展示的家具產(chǎn)品銷(xiāo)售展示方式收到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[12]。這類(lèi)展示方式雖然做到了通過(guò)展現(xiàn)家具的設(shè)計(jì)要素引導(dǎo)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生文化、審美方面的認(rèn)知，從而促使其產(chǎn)生購(gòu)買(mǎi)行為。然而由于缺乏及時(shí)有效的反饋渠道，展示過(guò)程中消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的真實(shí)訴求難以得到重視及利用，這種訴求通過(guò)合理的分析本應(yīng)成為家具改良或新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)的設(shè)計(jì)依據(jù)。因此采取新的展示方式，在進(jìn)行家具展示的同時(shí)搜集反饋真實(shí)的用戶需求，才能避免信息的浪費(fèi)，拓展展示的意義，提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

4.2 逆向工程與虛擬展示的結(jié)合

逆向工程的發(fā)展是一個(gè)不斷吸收新興技術(shù)的過(guò)程，逆向工程與虛擬展示結(jié)合的最佳方式是將三維掃描技術(shù)運(yùn)用于展示模型的構(gòu)建，并且將虛擬展示看作整個(gè)逆向過(guò)程最終進(jìn)行生產(chǎn)制造前一種成果預(yù)輸出的形式。增加虛擬展示的環(huán)節(jié)可以在節(jié)省打樣及生產(chǎn)成本的前提下與客戶進(jìn)行及時(shí)有效的溝通，便于設(shè)計(jì)師及企業(yè)獲取用戶以及市場(chǎng)的真實(shí)需求，并以此為指導(dǎo)依據(jù)對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的修改，從而保證最終產(chǎn)品更加符合預(yù)期（圖4）。

4.3 家具產(chǎn)品空間形態(tài)虛擬展示

利用三維掃描技術(shù)對(duì)用于虛擬展示的家具產(chǎn)品及其展示空間進(jìn)行快速準(zhǔn)確的模型構(gòu)建，可以在全面展現(xiàn)產(chǎn)品信息的同時(shí)再現(xiàn)其在不同空間的展示效果，增強(qiáng)用戶的沉浸感以及與家具之間的交互性。而用戶在這一過(guò)程中產(chǎn)生的行為、情感偏好等信息則可以作為信息資產(chǎn)結(jié)合數(shù)據(jù)處理技術(shù)為家具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、選購(gòu)提供指導(dǎo)從而產(chǎn)生更大的價(jià)值。

綜上，家具產(chǎn)品空間形態(tài)虛擬展示的實(shí)現(xiàn)主要包括產(chǎn)品庫(kù)構(gòu)建、場(chǎng)景庫(kù)構(gòu)建、交互功能設(shè)置、反饋信息處理四大部分。

產(chǎn)品庫(kù)構(gòu)建：產(chǎn)品庫(kù)指用于展示的家具產(chǎn)品單體數(shù)字模型庫(kù)，應(yīng)該包含家具的尺寸、材質(zhì)、顏色、裝飾部件等全面信息。對(duì)于已經(jīng)具有數(shù)字模型或者利用CAD等軟件容易繪制三維模型的家具產(chǎn)品，可以將其模型直接導(dǎo)入產(chǎn)品庫(kù)中。對(duì)于造型較為復(fù)雜，裝飾元素較多，表征測(cè)量難度較大的家具產(chǎn)品，為了保證其數(shù)字模型的真實(shí)性與準(zhǔn)確性采用三維掃描技術(shù)進(jìn)行三維模型的逆向構(gòu)建，并將所得模型導(dǎo)入產(chǎn)品庫(kù)中。

場(chǎng)景庫(kù)構(gòu)建：場(chǎng)景庫(kù)指展示空間的數(shù)字模型庫(kù)。合適的展示空間對(duì)于優(yōu)化展示效果，促進(jìn)家具文化傳播，提升用戶體驗(yàn)過(guò)程中的沉浸感具有重要作用。藝術(shù)化的展示場(chǎng)景可以突出家具產(chǎn)品，使用戶關(guān)注產(chǎn)品的相關(guān)信息。生活化的使用場(chǎng)景可以還原家具的功能，體現(xiàn)使用過(guò)程中家具與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。因此建造多種展示空間的數(shù)字模型，構(gòu)建場(chǎng)景庫(kù)能夠促進(jìn)家具產(chǎn)品的全面展示。利用3DMax等軟件進(jìn)行空間模型的構(gòu)建并不困難，但空間的測(cè)量、貼圖的選擇需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，模型渲染出來(lái)的真實(shí)性也難以得到保障。三維掃描技術(shù)的使用可以簡(jiǎn)化測(cè)量和貼圖的過(guò)程，百分之百還原真實(shí)場(chǎng)景，降低場(chǎng)景模型制作難度，縮短制作周期，利于場(chǎng)景庫(kù)的及時(shí)擴(kuò)充。

交互功能設(shè)置：交互功能設(shè)置過(guò)程中應(yīng)考慮家具產(chǎn)品本身及展示空間兩個(gè)要素。既要實(shí)現(xiàn)用戶在體驗(yàn)過(guò)程中能夠自由旋轉(zhuǎn)、縮放觀察家具，能夠自主更改家具材質(zhì)、配色等元素，還要實(shí)現(xiàn)展示空間的自由切換、產(chǎn)品在空間中的自由移動(dòng)、空間配飾變換等功能。

反饋信息處理：現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)步入信息化，信息資源是十分重要和寶貴的。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬展示的過(guò)程中用戶的交互行為將產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)信息。將這部分信息作為數(shù)據(jù)流，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行挖掘，可以幫助企業(yè)分析潛在商機(jī)，對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行精確的定位，分析用戶習(xí)慣，幫助用戶明確自己的需求，歸納市場(chǎng)需求，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、改良提供風(fēng)向標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

將逆向工程與家具產(chǎn)品的虛擬展示相結(jié)合能夠更全面、真實(shí)地展示家具，也利于減少試錯(cuò)成本促進(jìn)家具的改良與創(chuàng)新。對(duì)于家具企業(yè)而言，這種方式在保證展示質(zhì)量的同時(shí)節(jié)省了展示成本。對(duì)于用戶而言，這是一種全新了解家具的渠道，使用戶不是被動(dòng)接受既定產(chǎn)品，而是在瀏覽、挑選的過(guò)程中體現(xiàn)出自己的真實(shí)需求。對(duì)于家具設(shè)計(jì)師而言，通過(guò)虛擬展示平臺(tái)搜集到的企業(yè)的反饋、用戶的需求將會(huì)是一筆巨大的信息財(cái)富，這些資源將成為設(shè)計(jì)改良及新產(chǎn)品研發(fā)的重要依據(jù)。在信息化的時(shí)代里，家具行業(yè)不能將設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)割裂開(kāi)。充分利用現(xiàn)代科技成果，將設(shè)計(jì)、展示、用戶需求等信息進(jìn)行聯(lián)通，各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展，才能促使家具行業(yè)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。