Cult3D在机电产品交互设计中的研究

牛 敏， 陈锦昌

（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510640）

随着网络信息化、科技化的高速发展，交互设计正以惊人的发展速度，不断渗透到产品设计、界面设计、动画设计、广告传媒设计等各种设计领域中，并慢慢地融入到人们的生活中，被人们所接受。交互设计着重从用户角度考虑，是一种如何让产品易用，有效而让人愉悦的技术。通过对产品的界面和行为进行交互设计，让产品和其使用者之间建立一种有机关系，从而达到使用者充分了解产品功能特性与操作方法的目的，进而提高产品可用性。因此，交互设计致力于了解目标用户和他们的期望，了解用户在同产品交互时彼此的行为，了解人本身的心理和行为特点。产品交互设计涉及到多个学科，以及多领域多背景的人员沟通，是一门综合性很强的研究。

然而如何实现交互设计，怎样满足设计的最终需求，虚拟现实技术、Web3D技术的产生与发展使交互设计的实现成为了可能。利用虚拟现实技术，通过 Web3D技术可以使计算机生成一个逼真的三维感觉世界，用户可以在其中实现简单的漫游活动，因而出现了许多的 Web3D技术，如VRML、Viewpoint、Cult3D、Shockwave3D、Atmosphere等。在众多的Web3D技术中，Cult3D具有良好的交互性、灵活性以及扩展性等优势，将其作为产品交互设计的开发工具就突出了它的优势所在。

因此，在产品设计中，特别是在机电产品的设计中引入交互设计，以突出设计的作用，体现产品可用性的目的。本文就是通过 Cult3D对机电产品进行交互设计，进一步说明在虚拟现实技术中，Cult3D在机电产品交互设计中的现实意义。

1 Cult3D

Cult3D是由瑞典Cycore公司推出的一款跨平台的网络应用程序，可以在网页上或者各种文档格式中建立交互的3D对象，其最大的特点就是文件小，而且可以保留漂亮的贴图以及强大的交互功能，让用户的3D模型作品可以完整显示在网页中，因而Cult3D广泛应用到了电子商务和电子交易、产品服务和培训、产品和销售展示以及娱乐游戏等领域中[1]。

此外，Cult3D还具有跨平台性、交互性好、渲染快等特点，它的内核是基于JAVA，甚至可以嵌入JAVA类，利用JAVA来增强交互和扩展，它的开发环境也更趋向人性化和条理化，开发效率也要高得多[2]。因此，在虚拟现实技术中，利用Cult3D技术对产品进行交互设计的研究就显示出了其优势所在。

对于Cult3D，主要由3个部分组成：

（1）Cult3D Designer 这主要是Cult3D的核心技术。在Cult3D Designer中可以建立具有交互的Cult3D对象。

（2）Cult3D Player插件 这个插件是给Netscape和Explorer等浏览器使用的，它的功能是让浏览器可以播放Cult3D对象并展示交互其交互性能。

（3）Cult3D Exporter 插件 这个插件是给3D建模软件如3DMAX或者MAYA使用的。利用这个插件就可以从3DMAX或者MAYA中把文件导出到Cult3D Designer来制作[3]。

因此，在进行交互设计之前，需要在相应的软件中安装对应的插件，以保证设计工作的正常进行。

在信息技术飞速发展的当代，产品设计与计算机、网络相结合已成为今后发展的一个重要方向，通过虚拟形式的互动设计，设计师能更好地理解和感受产品的功能、形态、空间、色彩、人机关系及所构成的环境情景，它能以最直观的方式向消费者表达设计创意，而消费者可获得最直观的体验，它是传统方式无法比拟的设计辅助方式[4]。由此可知，研究机电产品的交互设计成为产品设计领域中不可或缺的一部分，也是未来的发展趋势。

2 利用 Cult3D对高亮洁打蜡机进行交互设计

交互设计是综合性较强的研究，在对产品进行交互设计的整个过程中，不仅需要选择合适的交互平台，同时要准确掌握产品与人之间是如何进行交互的过程，将使用人群的特性，产品的功能特征等因素结合起来进行设计。通过交互设计，用户可以借助平台从各个角度观察、体验产品的不同特性，也可以根据用户的需求，对产品进行参数调整，使用户更好的了解产品，从而增强产品与用户之间的沟通能力，体现交互设计的重要作用。因此，对产品来说，如何设计好的交互设计是非常重要的。下面以瓷砖生产线中的高亮洁打蜡机为例研究机电产品的交互设计。

所谓机电产品，就是指机械设备、电气设备、交通运输工具、电子产品、电器产品和仪器仪表等及其零部件、元器件。结合上述分析，对于机电设备中的高亮洁打蜡机来说，其交互设计主要由4部分组成：三维建模、模型渲染、交互设计 以及产品发布，其流程图如图1所示。

图1 交互设计流程图

2.1 高亮洁打蜡机的三维建模

在三维建模技术中，有许多计算机辅助设计软件可以实现三维建模，其中主要包括工程类的三维建模软件（即机械设计软件）UG、Pro/E、SoliWorks等，以及美术类三维建模软件（即工业设计软件)3DSMax、Rhino、Maya、Sketch等。选择第二类软件进行工业设计的三维建模，可以使模型更加直观化、可操作性强，能满足建模需求。3DSMax 的三角建模较强、一般经常用在室内以及建筑等方面，而Rhino是Nurbs曲面建模，具有精确性、相容性、高效性、易用性、经济性等特点，可以创建任何想象中的造型，被广泛应用于工业设计的三维造型设计中。本文采用Rhino软件进行高亮洁打蜡机的三维建模。

图2为高亮洁打蜡机的视图展示，4部分图分别展示了整个机电设备的顶视图、左视图、前视图以及透视图，其中透视图展现了整体的三维模型效果，为下一步的模型渲染做好准备。

图2 高亮洁打蜡机的模型视图展示

2.2 高亮洁打蜡机的模型渲染

对三维模型进行渲染，可以使模型产生更加逼真的效果，能让用户看到产品的最终效果。逼真的效果使用户在进行交互操作时，用户可以更加直观的了解目标产品的整体情况，包括材质、色彩、整体尺寸等因素。因此，优质的渲染效果是交互设计中必不可少的环节，同时也体现出了其在交互设计中的重要性。

首先，根据模型特点以及需要的渲染特效，将建好的模型从Rhino软件中通过.obj格式的文件导入到3DSMax软件中。为了使渲染能产生更好的效果，在导出文件时一定要对曲面进行优化处理，通过参数调节，减少曲面数量，保证曲面的光滑度等特性。

其次，根据设计需求，通过调整材质球的参数，将设置好的材质、贴图添加到材质球上，并将这些材质、贴图按照要求添加到相应的模型部件中。同时通过多次局部渲染，以观察是否获得满意的渲染效果。

最后，对于环境的设置，可以在场景中的不同位置打上灯光，来增强模型不同部位的明暗效果，同时配合使用摄像机，从不同角度观察模型，得到多角度的可视效果。

这样渲染后的三维模型效果图才能呈现出比较逼真的产品视图，而模型的材质、色彩在整体环境的影响下，充分展示了高亮洁打蜡机整体造型特点。图3为最终的高亮洁打蜡机渲染效果图。

图3 高亮洁打蜡机的渲染效果图

2.3 高亮洁打蜡机的交互设计

通过上述步骤，确定了产品最终的效果，但是三维效果图的表现却不能产生动态的交互性效果，体现不出产品与用户之间的交互关系以及产品本身的特点，因此需要将三维模型转化为可交互的动态设计。而这样的交互设计可以增强用户和产品的互动关系，仅仅通过计算机以及网络这些平台，就可以让用户全方位掌握产品特性，并可以根据用户需求来自行搭配产品的色彩、材质等，进行最终方案的确定。

因此，利用 Cult3D来实现机电产品交互设计的相关操作，需要从下面5方面来研究。

2.3.1 动画设计

在3DS Max环境中进行关键帧动画的设置，制作简单动画，因此要对高亮洁打蜡机需要实现动画的部分进行设计。由于要通过交互动作使用户参与到产品的操作中，所以将设备主体部分的观察窗作为设计动画的一部分，即窗户开与关的动画实现。这样，当用户进行相关操作时，这些简单的动画就可以使用户对产品有大致了解，这一步也为接下来的交互设计做好准备。

2.3.2 导出文件

要导出 Cult3D能载入的文件格式，需要在3DSMax 中安装相应版本的 Cult3D Exporter插件，本例采用 3DSMax 8.0对应版本的 Cult3D Exporter。在3DSMax程序窗口中点击文件菜单中的 Export 命令，选择保存类型为 Cult3D Designer(*.c3d)，在弹出的对话框中的Notes节点中选择 Animation动画属性，选定 Matrix animation矩阵动画，设置参数完毕，点击保存即可。保存后的文件就可以通过 Cult3D Designer软件打开，进一步设计具体的交互动作。

2.3.3 交互设计

根据 2.3.2节内容，将保存好的文件导入到Cult3D Designer 中。单击File 中的Add Cult3D Designer File，文件添加成功，此时就可以进行交互设计了。经分析可知，作为机电设备的高亮洁打蜡机，在设计交互动作时，用户需要知道产品各个部分的具体造型特点，同时了解相关操作部分的设计情况。因此，根据需求，可以设计出让用户只通过鼠标与键盘的配合操作即可实现的交互功能。

图4则为在Cult3D Designer 中进行交互操作的窗口，激活菜单栏上的黑色小三角，通过鼠标与键盘的操作，简单的交互动作就可以实现了。

下面就从鼠标与键盘操作两方面对设计好的交互操作进行分析。

对于鼠标的操作，用户可以通过鼠标左键对设备前窗户部分进行打开与关闭的演示操作，同时可以通过鼠标右键对设备后窗户部分进行打开与关闭的演示操作，方便用户了解内部结构的大致情况，如图5所示；此外，如果按住鼠标左键不放可使产品围绕中心轴旋转，按住鼠标右键不放可实现放大和缩小，同时按住鼠标左键和右键可实现平移功能，如图6所示。

图4 交互操作的窗口

图5 配合鼠标开窗操作

图6 配合鼠标平移缩放旋转操作

对于键盘的操作，可以根据要求设置相关的数字键实现功能。例如，设置数字键“1”，每执行一次，产品就会按照要求逆时针旋转 90°，总共旋转4次，回到初始状态，这样用户就可以了解产品各个部位的造型情况；当然也可以根据要求设置不同角度的参数，从而进行不同角度的旋转。图7分别展示了不同旋转角度的交互情况。

图7 配合键盘旋转操作

2.4 高亮洁打蜡机的产品发布

设计完成的作品需要通过相关的途径进行产品发布，才能充分展示产品交互设计的特性，进而能让用户实现交互操作功能。在 Cult3D Designer中，可通过HTML网页、PDF文件以及Office文档进行产品发布。对于高亮洁打蜡机，服务的对象主要是企业与用户，需要通过网络的方式实现企业、用户与产品之间的交流，而Cult3D最后生成的.co格式文件非常适用于网络上传输，可以很好的嵌入到网页中，这样可以让用户在浏览企业产品网站的过程中直接体验产品与人之间的交互关系，进一步拉近产品与用户之间的距离，体现产品可用性的特点。基于此采用网页的方式进行发布。图8为产品发布后通过网页进行交互的图，用户只需根据预定操作方式进行操作，即可实现交互功能，体验交互设计的优势。

图8 发布产品交互图

2.5 高亮洁打蜡机的功能扩展

为了使用户能更加全方位的了解产品状况，扩大其功能的交互性是必要的。因此，结合上文研究思路，利用JAVA来增强交互效果，这时就需要掌握相关的编程知识，通过添加触发事件以及配合动作，对产品进行外观色彩选择，设备环境选择，以及模拟设备工作环境的声音等，丰富产品与用户之间的交互关系。然而更多的交互功能就需要有合适的用户界面来对用户进行引导，使之形成交互性更强的平台，利用Dreamweaver以及相关插件 Cult3D.mxp就可以实现这方面的要求。在Dreamwaver中结合平面设计知识以及用户界面知识，设计出符合实际需求的界面，将其作为发布产品的平台，这些将更能丰富交互与互动的内容，使机电产品具有更强的互动功能，从而达到一定的市场效应。

3 结束语

利用 Cult3D对机电产品进行交互设计，使得设计在互动层面上体现出产品的发展趋势：注重产品与用户之间的互动关系，提高产品的可用性，这进一步说明了交互设计对产品的重要性。原先只能通过不同角度效果图来表现产品，或者通过Flash影片播放来表现产品，在一定程度上能展示产品的外观或者内部结构，但是却未增强用户与产品的互动关系，用户只能看，却不能参与。交互设计的引入改变了产品与用户的关系，使得用户对产品能够有更加全面、深入的了解。这样不仅提高了设计、质量、速度、提高了产品市场的竞争力，降低了成本，更为企业带来翻倍的利润。因此，利用 Cult3D技术来对机电产品进行交互设计体现了其优势所在。

随着国际互联网的普及、网络技术和硬件设施的飞速发展以及网络带宽的增加，网络化三维产品必将成为今后产品交互的发展主流，交互设计也必将占据产品设计的主流，而交互设计思想的不断成熟以及 Web3D技术的不断发展将使得Cult3D技术的功能更加强大与完善，进而在产品的交互设计中，完成更加丰富、更加真实的交互效果。

[1]邓定华, 颜 武, 等. 基于Cult3D 实现交互式虚拟现实网页[J]. 计算机与现代化, 2006, (8): 116-121.

[2]翟 彤. 基于Web3D的Cult3D的应用与实践[J]. 武汉工业学院学报, 2005, 24(1): 41-43.

[3]苏威洲, 童仲豪, 叶翰鸿. 实现网络三维互动——Cult3D应用指南[M]. 北京: 清华大学出版社, 2001.1-3.

[4]范劲松, 羊 健. 产品虚拟展示环境设计技术[J].包装工程, 2004, 25(3): 89-91.