VR虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)設計中的應用研究

蔣逸凡

(福建工程學院，福建福州，350000)

0 引言

VR 虛擬現(xiàn)實技術是通過計算機技術、信息技術、系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息在平臺終端的映射，構筑出一個具有沉浸性、虛擬性、網絡性的環(huán)境。人們在體驗虛擬現(xiàn)實技術時，其本身所呈現(xiàn)出的屬性是立足于各類輸出設備之上，通過對數(shù)據(jù)信息進行模型成像，令人們體會到相對應的場景。當此類技術應用到工業(yè)設計行業(yè)中，則可通過虛擬化平臺的模擬，分析出當前操控視域下，各類工業(yè)設計中的參數(shù)信息在具體操作環(huán)節(jié)中，應當具備的一系列加工條件，進而為設計人員提供輔助類信息，加大工業(yè)設計的完善力度。本文則是針對虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)設計中的應用進行探討，僅供參考。

1 虛擬現(xiàn)實技術的分類

虛擬現(xiàn)實技術通過搭載智能設備、各類現(xiàn)代化技術，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息在當前顯示框架內的有效整合，為人們構建一個基于虛擬與現(xiàn)實相互轉換的仿真環(huán)境，即為虛擬環(huán)境中，是針對現(xiàn)實場景中的各類參數(shù)進行同比例映射，令人們在虛擬環(huán)境中，做到現(xiàn)實世界中完成難度較大的一系列工作。從虛擬現(xiàn)實技術的創(chuàng)設初衷來看，其是以用戶為中心，以信息環(huán)境為擴散點，結合理念與意識，為人們創(chuàng)建一個虛擬仿真的數(shù)字化場景。虛擬現(xiàn)實技術按照類別可劃分為下列幾種。

基于分布屬性的技術體系。虛擬現(xiàn)實技術需要搭載相應的設備載體、技術驅動載體，才可實現(xiàn)基于體感、虛擬感于一體的操作。分布屬性則類似于一個總控集成功能，可針對虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的各個用戶，設定一個相對應的交互場所，結合網絡實時性、共享性的特點，提高整體操控的精準性。

基于增強現(xiàn)實性的技術體系。虛擬現(xiàn)實技術是采用數(shù)據(jù)映射的模式，依據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)構筑出一個高精度的虛擬仿真空間，其可有效提高用戶的感知力。此類增強現(xiàn)實的屬性作用于終端顯示界面，則可更為精準的查證出當前操控視域下的各類虛擬環(huán)境，為操控人員提供空間定位服務。

基于沉浸性的技術體系。人們在體驗虛擬現(xiàn)實技術時，需要穿戴具有感應功能的頭盔、手套、眼睛以及各類手控設備等。在具體體驗過程中，各類設備通過無線、有線裝置，實現(xiàn)基于主操控系統(tǒng)的關聯(lián)設定，這樣用戶在操作過程中，可針對視覺、觸覺等，實現(xiàn)對虛擬場景的全過程確認。此外，通過定位功能的實現(xiàn)，可令用戶當前操作在虛擬空間中呈現(xiàn)出的位置進行定位，這樣便可將此類數(shù)據(jù)全過程顯示到基于數(shù)據(jù)模型的虛擬空間中，令用戶的各項操作行為，對整個操控環(huán)境產生一定的影響。

基于桌面虛擬的技術體系。虛擬現(xiàn)實技術可以將各類數(shù)據(jù)信息進行可視化的一種呈現(xiàn)，其也可通過搭載電腦設備實現(xiàn)相對應的操作，即為電腦設備可通過操作，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)信息的有效確認，且電腦終端可通過對數(shù)據(jù)參數(shù)的修改，完成對虛擬空間的優(yōu)化與對接。但是在此過程中，電腦設備缺乏動態(tài)特征，將令數(shù)據(jù)信息在空間操作中產生相對獨立的屬性，缺乏體驗感。

2 工業(yè)設計中應用虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢

工業(yè)設計具有一定的創(chuàng)造性與服務性，其是針對用戶或市場的訴求，實現(xiàn)對相關事物的科學規(guī)劃。傳統(tǒng)工業(yè)設計中，大多是以二維平面設計為主，通過多次數(shù)據(jù)演算與比對，分析出當前設計方案是否能夠滿足實際加工與具體應用訴求。但是從實際設計效果來看，二維平面設計缺乏相應的立體感與空間感，這就使得成型產品在實際運用過程中，無法發(fā)揮出應用的價值效用。在虛擬現(xiàn)實技術的應用下，以計算機平臺實現(xiàn)對工業(yè)設計的立體化成像，則可通過三維立體、四維動態(tài)的數(shù)字模型建設，全方位的掌握出當前工業(yè)產品的各類屬性，令設計者更為精準的分析出產品應用性能。從具體實現(xiàn)模式來看，虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)設計中呈現(xiàn)出的優(yōu)勢如下。

首先，搭載虛擬現(xiàn)實技術運行的計算機設備，其可通過數(shù)據(jù)信息的全過程映射，將數(shù)據(jù)信息進行可視化呈現(xiàn)，此過程中設計交互界面，則是以三維圖像進行數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)?，且在網絡平臺的數(shù)據(jù)共享下，可進一步強化數(shù)據(jù)信息的可操控性。

其次，搭載虛擬現(xiàn)實技術的設計體系可脫離傳統(tǒng)實體模型。在終端操控系統(tǒng)的支撐下，虛擬現(xiàn)實技術的實現(xiàn)，則可在終端操控平臺，對各類數(shù)據(jù)信息進行立體化轉變，且工業(yè)設計中，各類參數(shù)信息可同步顯示到設備中，并可實時顯示出相對應的各類功能，這對于設計人員來講，則可進一步查證出自身在設計中存在的一系列問題，并及時解決，在一定程度上，降低前期設計成本。

再次，虛擬現(xiàn)實技術搭載的計算機平臺，可真正突破設計時間、空間的局限，通過云端存儲實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的實時調取，且通過數(shù)據(jù)信息的空間模擬，極大縮減設計周期，降低設計人員的投入量。此類搭載模式，可拓展虛擬現(xiàn)實技術的應用面，實現(xiàn)技術與現(xiàn)實操作之間的整合，進而真實反映出相對應的操控模式，并通過信息反饋提高檢測精度。

最后，虛擬現(xiàn)實技術可針對部分高危險性、高消耗性的產品體系，設計出一個相對獨立的環(huán)境，例如，城市規(guī)劃、道路布局、園林建造、工業(yè)設計等，設計者無需步入現(xiàn)場，便可通過空間參數(shù)的正確規(guī)劃，實時映射出待設計區(qū)域的各類參數(shù)，并通過數(shù)字模型，全面將此類信息成像到主系統(tǒng)中。這對于整個設計工作而言，則是通過數(shù)據(jù)信息在空間模型上的有效替代，簡化設計人員對整個設計環(huán)境的理解度，提高實際設計精度。

3 VR 虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)設計中的應用

3.1 需求分析

基于虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)的需求分析，可搭載網絡平臺分析出用戶及市場對于工業(yè)設計的各類需求。例如，將網站構筑出虛擬化場景，通過多種方案的擬定，令用戶在選定過程中，可以通過虛擬多變場景，激發(fā)出自身對各類設計場景的興趣，且通過虛擬場景的互動，可提高用戶的參與度，更為深度的分析出產品在適中的應用力度及空間。與此同時，虛擬現(xiàn)實技術搭載的網絡平臺，能夠將各類數(shù)據(jù)信息進行全景映射，將產品的各類參數(shù)與使用范疇，同步映射到虛擬環(huán)境中，令用戶在查證過程中，可實現(xiàn)自身訴求與產品功能認證的精準對接。此外，計算機網絡平臺還可直接為設計者與用戶構筑一個交流渠道，通過網絡平臺可實時分析出當前操控視域下，各類數(shù)據(jù)在模擬過程中，應當遵循的原則，令用戶了解到產品的工業(yè)設計理念，而對于設計人員來講，則可通過交流，了解到用戶對產品的需求。在不同用戶群體的需求分析下，可以正確歸納設計方向，為后續(xù)設計工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐，保證工業(yè)產品滿足社會市場訴求。

3.2 概念設計

在工業(yè)設計的概念層面，通過虛擬現(xiàn)實技術，可進一步深化概念設計的創(chuàng)新理念，通過虛擬場景的建設，可拓展設計人員的想象空間，并且可將其通過虛擬環(huán)境進行仿真實體的展示。當概念設計通過虛擬場景進行呈現(xiàn)時，則可將產品形態(tài)進行“實體化”，輔助設計人員捕捉到產品形體及各類功能特征。在工業(yè)設計體系中，概念設計的實現(xiàn)可保障工業(yè)產品多功能拓展的基本，因為概念設計本身屬于虛擬化的一種，其是設計人員通過對產品性能、市場需求的分析，模擬創(chuàng)造出的一種可能在市場中大力推廣與使用的產品，進而為后續(xù)實體產品的設計與加工提供數(shù)據(jù)支撐。虛擬現(xiàn)實技術在實際應用過程中，可以通過虛擬場景將用戶的各類設計理念與產品呈現(xiàn)出的各類工況狀態(tài)相關聯(lián)，設計人員在實際操作過程中，則可通過計算機設備調整相應的數(shù)據(jù)參數(shù)，并在虛擬環(huán)境中，對改變參數(shù)后的產品信息進行逐一羅列，深度解析出產品的各類性能。如果虛擬環(huán)境中概念設計產品與設計人員的預期不符時，則可利用計算機設備或者是虛擬設備進行相對應的修整，直至產品達到預期設定需求。此外，在虛擬環(huán)境的建設下，設計人員可優(yōu)先體驗工業(yè)產品，設計人員站在用戶的角度來看待產品功能及屬性，恰恰滿足產品使用者的應用訴求，進而充分解析出概念產品設計及使用中存在的不足之處，并進行細節(jié)調整，提高產品設計質量，增強市場占有度。

3.3 細節(jié)規(guī)劃設計

細節(jié)規(guī)劃設計，是針對工業(yè)產品各類屬性及功能完善的一項重要工序，例如，工業(yè)產品的制造工藝、裝配工藝等，通過虛擬現(xiàn)實技術的應用，則可將各類復雜結構進行簡化處理與分析，并可通過虛擬場景四維動態(tài)展示出各類裝配細節(jié)，有效規(guī)避設計與加工過程中產生的碰撞問題。依托于虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)的設計與裝配，可針對各類數(shù)據(jù)參數(shù)進行仿真處理與決策分析，此過程無需進過實體操作，依托于虛擬處理，則可依據(jù)不同操控工序實現(xiàn)精度確認，這樣便可進一步實現(xiàn)產品各類參數(shù)信息的精度化確認，此類工序可降低實際設計成本，并可分析出工業(yè)產品在裝配過程中產生的問題。此類虛擬現(xiàn)實場景支撐下的模擬實驗，可有效降低產品設計缺陷問題，同時也可通過數(shù)據(jù)校驗，對設計參數(shù)進行實時調整，提高實際操控性能。

3.4 虛擬制造與評測

虛擬現(xiàn)實技術所搭載的虛擬環(huán)境，可有效降低前期產品加工調試所消耗的時間。例如，搭載虛擬現(xiàn)實平臺，對設計好的產品，將各類參數(shù)信息映射到虛擬環(huán)境中，對于設計人員而言，則可通過相對應的數(shù)據(jù)模擬工序，深度分析出不同加工視域下，產品生產及制造所具備的各類屬性。虛擬環(huán)境的支撐下，各類操控模式也不再受到時間與空間的局限，可搭載網絡平臺實現(xiàn)全天候的運作，令設計人員及時了解到產品在加工過程中呈現(xiàn)出的各類問題，這樣通過相關問題的探查，可逐漸比對出產品設計及制造過程中存在的各類問題，然后經過多方調試，設計出最終成型的方案，進而有效降低因為操作工序轉變所帶來的一系列操控誤差。從資源消耗來看，虛擬環(huán)境是通過軟件設備與硬件設備的融合，便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的多維確認，此過程消耗的資源相對較少，且不會對產品實際生產造成任何消耗影響，進而提高實際制造質量。

此外，虛擬現(xiàn)實技術還可為設計方案提供評測功能，即為產品在虛擬環(huán)境中加工時，可通過內部傳感器實現(xiàn)對虛擬加工中產品參數(shù)的逐一比對，例如，尺寸參數(shù)、匹配系數(shù)等，并結合材料屬性，在模擬工作環(huán)境中，預測出產品的實際使用壽命，這對于整個產品應用而言，則可強化產品屬性與用戶訴求之間的對接度，解析出當前成本支出下，其能產生的最大經濟效益。