基于虚拟现实技术的工业设计研究概述

2011-08-15潘春玲桑瑞芹

科学之友 2011年22期

潘春玲，桑瑞芹，2，张莹

（1.潍坊科技学院，山东潍坊 262700；2.青岛大学，山东青岛 266071）

工业设计是在产业革命之后艺术、经济和技术相互结合的产物。20世纪四五十年代，为了解决工业产品的审美性和实用性的相互融合，逐渐发展成了一门以工业产品设计开发为主要对象的多学科知识交叉融合、新兴起来的设计类综合学科。特别是随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计、计算机图形学应用的深入以及计算机辅助设计的发展，虚拟现实技术设计方法成为现代工业设计的重要手段。

1 工业设计的概念

随着社会的发展和科学技术的进步，人类进入到现代社会而发展起来的一门多学科交叉融合的新兴学科——工业设计。因为人们在工业设计学科研究的侧重点不完全相同，所以对工业设计学科含义的理解则有广义的和狭义的两种定义方法。一般来讲，广义的定义主要是指：工业产品设计；作业环境设计；视觉传达设计。狭义的定义主要是指以工业产品为主要研究内容的系统设计，它主要包括产品的色彩、形态、人机关系等方面。国际工业设计协会曾为工业设计学科做过以下定义：“就批量生产的工业品而言，凭借训练、技术、知识、经验及视觉感受而赋予材料、构造、形态、色彩、表面加工及装饰以新的品质和资格。”

2 虚拟产品设计的过程

虚拟产品设计是在计算机中仿真并展现出一件真实产品的全过程，主要包括从需求分析、概念设计、详细设计、虚拟制造、评价测试、广告宣传和市场销售等过程，它是虚拟现实技术在工业产品设计中的应用。产品的概念设计包括了从产品的需求分析到进行详细设计之前的设计过程。它包含功能设计、形状设计、原理设计、布局设计和初步结构设计。而计算机辅助概念设计涉及设计方法学、人机工程学、人工智能技术、CAD技术以及认知与思维科学等多个学科。在对产品进行概念设计后就要对产品进行详细设计。虚拟产品是一个数字化的产品，具备现实产品的一切完整的特征。通过对设计产品实时功能的仿真研究，研究设计人员或用户就可以像使用现实中的产品那样使用虚拟产品。完成了产品的前期设计之后，在计算机中就形成了待制造的虚拟产品。在虚拟产品真实生产之前，必须在虚拟制造系统中模拟出产品将来的制造过程。为了满足市场的激烈竞争，设计厂家积极把研发的产品推向市场。把虚拟现实技术制造、虚拟产品动画广告与现代计算机网络技术融合起来，使用户能通过网络来浏览设计厂家的产品设计，并直接能在计算机虚拟环境中对产品的结构、功能、色彩、外形等方面进行广泛的了解、观察，同时，还可以通过电子邮件等方式对产品提出建议和意见，让厂家参照各方面的意见优化和修改所设计的产品，从而提高产品的市场竞争能力。

3 虚拟现实技术在工业设计各阶段的应用

3.1 需求分析阶段

市场调研是需求分析阶段的主要任务，可以利用虚拟现实技术的Web页面开展上述工作，通过积极提高被调查者的兴趣，来保证获取的产品信息更加准确、全面和更具针对性，这样可以让设计出来的产品更符合市场客户的需要。在市场调查阶段可以通过虚拟设计环境把设计产品的功能与特点生动的展现在客户面前，让客户对产品有个直观的认识，能够获取更多的客户反馈意见。

3.2 概念设计阶段

在概念设计中采用虚拟现实技术，可以更多关注产品使用者的感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让客户亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的色彩、装饰风格、造型等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。还可以结合客户的意见，邀请专业技术人员和客户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程直到大部分人员满意。

3.3 详细设计阶段

概念设计之后的一个重要阶段是详细设计阶段，包涵工艺详细设计、零件详细设计和可制造装配性详细分析等内容，其中特别重要的是可制造装配性详细分析。在进行产品复杂结构设计时，虚拟现实技术可以非常直观地进行装配研究，可以尽可能的减少运动机构干涉或其他一些不合理的情况，并进行虚拟装配演示。

3.4 虚拟制造阶段

通过虚拟制造可以提前发现在实际制造中潜在的问题，可以在产品实际生产前就采取相应措施，达到产品一次制造成功的目的，可以大大降低成本，减少产品开发周期，提高产品的竞争力。利于虚拟制造技术基本上不消耗能源和资源，也不生产实际的产品，而是采用计算机模拟现实中的产品进行产品设计、开发与制造过程，它将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。