虚拟现实技术与物理模型制作在汽车造型设计中的关系浅析

张伟剑

摘 要：文章首先论述了虚拟现实技术发展及特点，物理模型制作的重要性，以及它们在汽车造型设计中的重要性，主要阐述了它们各自的优缺点，提出了二者在汽车造型设计中的相互关系，以提高产品开发的制作水平及高效性。

关键词：虚拟现实技术；物理模型制作

中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-234-03

Abstract： This paper first discusses the development and characteristics of virtual reality technology. The importance ot the production of physical models， and their importance in car modeling， The paper mainly espounds their respective advantages and disadvantages， and puts forward the relationship between the two in automobile modeling， so as to improve the production level and efficiency of product development.

Keywords： Virtual Reality Technology； Physical model making

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-234-03

引言

随着科技的飞速发展，市场的变化不断加快，汽车制作业间的竞争日趋激烈，汽车开发种类也如雨后春笋越来越多，随之也出现了一些新的特点，如何及时高效地开发出适应市场需求的高品质，高性能及低成本汽车产品已然成为企业占领市场并保持竞争力的关键因素。、这时不断发展和应用先进的汽车造型设计技术虚拟现实技术更能适应这一变化。那么，传统的汽车设计方法物理模型制作与新型技术二者又有一个什么样的关系呢？怎样来理解分析他们之间的融合与发展方向是值得我们每一個汽车人来研究分析的。

首先，我们要知道什么是虚拟现实技术。

虚拟现实技术（Virtual Reality Technology，VRT）是以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术，模拟技术，传感技术，人机界面技术，显示技术，多媒体技术及人工智能技术等经过交叉与综合而发展起来的新兴仿真技术。美国，英国，德国，日本等国的政府机构和许多大公司特别重视虚拟现实技术。应用虚拟现实技术，可降低新车型的研发成本，缩短研发周期，提高企业研发水平，效率和市场竞争力，避免实际产品研发所带来的风险，在社会实践的许多方面有着非常美好的发展前景。

20世纪90年代，我国在原吉林工业大学建设了一个国家重点实验室――汽车动态模拟实验室，当时该实验室在技术上是十分先进的，基本与世界同步，但是这一技术没有被广泛使用，时到今日，国内汽车生产企业逐渐进入计算机仿真阶段，采用三维设计软件进行产品设计及改进工作。从趋势来看，虚拟现实技术将成为汽车研发技术的主流，应该充分消化和吸收此技术，结合传统物理模型制作工艺，从而开发出完全具有自主知识产权的汽车产品。

1 虚拟现实技术的特征

虚拟现实是一种人工创建和体验虚拟世界的计算机系统，该技术具有以下四个特点：

1.1 沉浸感

是指人沉浸在虚拟环境中，具有在真实环境中一样的感觉。理想的模拟环境应该使用户难以分清真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切如同在现实世界中的感觉一样。

1.2 交互性

是指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容。如用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动

1.3 构想性

是指虚拟的环境是人构想出来的，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

1.4 实时性

是指当体验者发出一定的指令，虚拟环境会立即有所反应。这咱实时性不仅仅在显示方面，而且包括设计方面及设计人员可以通过对某些设计指标的修改立即观察到这些改变带来的后果。输入不周的参数而得到不同的方案，可进行对比分析，寻求最佳方案。

2 虚拟现实系统在汽车造型设计中的应用

虚拟现实系统的沉浸式特点在汽车造型设计中应用较为广泛，大体分为静态与动态两种表现方法。静态表现方法是通过对三维数据的渲染，将虚拟样车1：1模拟真实环境对内、外饰进行造型评审，包括不同场景、不同方案、不同材质、不同纹理方案的实时模型评审，同时可以记录不同版本的数据。将标杆、竞品车型定位明确，多视图与虚拟样车进行对比、评审，对问题点进行梳理、记录；将阴影效果、立体感不强的三维数据与真实光影、逼真材质的虚拟样车进行对比、评审，对问题点进行梳理、记录；将颜色、材质单一的物理模型与真实光影、逼真材质的虚拟样车进行对比、评审，对问题点进行梳理、记录；根据项目静态评审的需要，制作广场、楼顶、评审室、纪念馆、大桥、湖边夕阳HDR场景；根据三维数据静态渲染的需求和专业的扫描设备及软件的制作，制作纹理、材质、颜色等属性的材质贴图。

动态表现方法主要是：

（1）摄像机动画：将所有需要展示的镜头进行摄像机位置编辑，记录摄像机位置，通过动画编辑器对所有镜头进行编辑，最终得到摄像机动画。

（2）Flash动画：将虚拟现实渲染的数据依照展示要求进行角度设置，输出Flash格式的全景图。

（3）实景动画：将摄像机的機位设计好，借助高端摄像设备对场景进行拍摄，拍摄完成后将所要展示的渲染数据进行实景合成，得到实景动画。

（4）虚拟场景动画：选择需要搭建的场景，借助高端摄像设备对场景进行拍摄和实地的测量，运用三维软件进行实体建模和景观建模，将渲染数据结合搭建的场景进行渲染输出，得到虚拟场景动画。

虚拟现实系统在汽车造型设计中的应用的优势在于通过虚拟现实动态演示，可看到造型车在行驶中的光影变化，在样车还没有出来之前可以进行光影面调节，对车的姿态，比例，特征线走势等细节进行调整，大大节约了前期的设计开发时间。

3 物理模型制作在汽车造型设计中的应用

说了这么多关于虚拟现实的好处与优势，那么它的缺点也是显而易见的，比如说它没有办法给人真实的存在感，光影在自然光的反馈下是不全面也是不真实的，设计师要修改点线面的关系也没有一个真实的实体来进行修改，客户在评审时提出的意见也没有办法直观的再现出来。这时候，制作物理模型就显得尤为重要，设计师在二维设计时更加注重透视及角度，往往在三维数据制作时对关键性的一些转折点，线，面处理的不是很好，这时候就要通过三维立体实物模型来进行推敲，物理模型是设计草图转换实体的重要阶段和手段。一些好的物理模型师更能让设计师的设计锦上添花，推动设计的理性发展。油泥模型制作是十分重要也是必须经历的一个环节。它将平面图形立体化，呈现出了一个十分逼真的立体汽车形态。这些模型带给我们的感受和虚拟现实展现的效果是截然不同的，物理模型更加真实觰手可及，能让我们体会到汽车每一个细节设计，或结实饱满，或端庄优雅，或动感十足。

物理模型制作是上世纪末二十一初从欧美国家传来的一个新兴职业，是伴随着中国的汽车工业和自主研发设计发展而发展起来的，当然这是所指的模型主要是指汽车模型，制作模型的主要材料是油泥，加热到五六十度会软化，可塑性强，可反复切削，质量稳定可靠。由于汽车模型是个直观立体的实体，是每次客户评审的焦点，最有效最具视觉冲击力的展示，是一个创意最终能不能实现，到底能不能得到客户满意认可的关键一环，所以模型制作在整个设计流程环节中所起的作用是至关重要的。客户不会盯着效果图提过多的意见，更不会盯着电脑里的数字模型看，虚拟现实表现出来的再接近真实，还是与实物存在一定的差异的。

到了更直观的模型这里，不管是专业不专业都能充分的发表自己的意见，美丑比例风格一目了然，以实体模型为基础的评审是最稳定可靠的，最能反映问题和体现出二维设计师设计思维的。同样能体现出制作物理模型的价值所在。

4 虚拟现实技术与物理模型制作在汽车造型设计中的关系

综上所述，我总结出虚拟现实系统与物理模型制作在汽车造型设计中的几点关系：

（1）虚拟现实在汽车造型设计中的前期应用开展，有效的将虚拟现实评审运用到新产品的研发中，快速的将不同设计方案进行渲染评审，选出相对优秀的造型方案，减少了制作多个物理模型的制作时间与费用。

（2）由于虚拟现实在汽车造型设计中缺少真实感，HDR场景、动画素材拍摄需要大量的重复工作，前期效果评定后选择有价值的一到两种方案制作物理模型进行造型推敲，辅助造型设计推进工作。

（3）在物理模型制作过程中，虚拟现实系统可以模拟出汽车外形数据场景，进行一些功能性实验分析（如：风洞实验，工程数据分析等），通过分析报告，我们设计师可以根据报告内容有效地规避设计风险，提高工作效率。

（4）在物理模型制作完成对造型设计推敲工作后，虚拟现实系统可以根据新的模型数据制作出新的评审场景，可以对车身颜色，车处环境等相关因素设定，进行动态与静态演示，更好地展现出设计产品色彩的多面性。

5 结论

总的来说，我个人认为，虚拟现实技术与物理模型制作在汽车造型设计中的关系是非常密切的，二者之间相辅相成，相互促进。在汽车造型设计中二者都是不可缺少的，无论离开了哪一方，汽车造型设计都会受到一定的影响，二者互渗互补，在汽车造型设计中我们要把虚拟现实技术与物理模型制作有机地结合起来，从而迅速高效地完成汽车造型设计工作。