VR交互技术下的产品设计评价系统研究

张敏 黄华

摘  要： 由于传统产品评价方式具有较高的主观随意性，评价指标较为简单，产品评价结果与设计者和生产者要求相违背。研发VR交互技术下的产品设计评价系统，用户通过人机交互模块将评价需求反馈到系统主控制器中，主控制器将制定用户需求传输到评价指标体系管理子系统中，该子系统先通过信息查询子系统查询相关需求信息，再采用三层分类评价模型建立和更改产品评价指标体系，依照强制判断法与专家法更改评价指标权值，依照指标权重排序评价指标。综合评价和分析子系统根据排序后的评价指标综合评价产品设计效果，浏览者可在评价结果输出模块查看评价效果。经过实验分析发现，该系统评价产品设计方案时间最短为4.9 ms，能量消耗最低为0.498 kJ，且人机交互效果佳。

关键词： VR交互技术; 产品设计; 评价系统; 强制判断法; 评价指标; 权重

中图分类号： TN99?34; TP311                     文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2019）19?0173?05

Abstract： The evaluation results got by the traditional product evaluation method are against the requirements of designers and producers due to its high subjectivity， high arbitrariness and simple evaluation index. The product design evaluation system based on VR interaction technology is designed. In the system， the users feed evaluation demands back to the main controller of the system through the human?computer interaction module， the controller transmits the fixed user demands to the management subsystem of evaluation index system， the subsystem queries the related requirements information through the information query subsystem， the three?layer classification evaluation model is adopted to establish and change the products evaluation index system， the weights of evaluation indexes are modified in accordance with the mandatory judgment method and expert method， and the evaluation indexes are ranked according to the index weight. The product design effect are evaluated and analyzed comprehensively according to the ranked evaluation indexes. The visitors can view the evaluation effect by means of the evaluation result output module. The experimental analysis results indicate that the shortest time taken by the system for evaluating the product design scheme is 4.9 ms， the lowest energy consumption of the system is 0.498 kJ， and the man?machine interaction effect of the system is good.

Keywords： VR interaction technology; product design; evaluation system; mandatory judgment method; evaluation index; weight

0  引  言

产品设计是个较为繁杂的问题，在整个产品设计中设计评价是较为重要的步骤[1]。在面对产品设计这个复杂问题时，应探析设计产品特征和约束条件，在综合多种方案的情况下，通过设计产品评价做出相关决策。通过产品评价可测量产品属性，将属性转化成效用行为[2]。产品设计评价通过比较、评价解决设计方案，判断不同产品设计方案的价值，从中筛选出最优产品设计方案，产品设计评价过程等同于优化过程[3]。在传统产品设计评价过程中，通常采用产品生产者将专家聚集在一起，专家打分评价产品，由此选出最优产品设计方案。传统产品评价具有较高的主观随意性，同时评价指标较为简单，评价时间较长，与设计者和生产者要求相违背[4]。

随着社会发展和科技进步，计算机产业正在日渐完善，虚拟现实技术提供了崭新的产品评价设计方式，采用VR设备和数学模型可生成产品虚拟世界，浏览者通过视觉、听觉等感观，让人仿佛置身在场景之中，通过数学模型及时体现浏览者对产品设计的修改，实现人机交互。因此，本文采用VR交互技术设计产品评价系统，在保障设计质量的同时降低设计盲目性，改善产品设计效率[5]。

1  产品设计评价系统研究

1.1  VR交互技术下的产品设计评价系统总体结构

VR交互技术下的产品设计评价系统关键是保障浏览者在虚拟现实环境中获取感官认知。为使用户产生真实感，在增强浏览者的视觉感知时，应采用VR技术中经常使用的显示设备，例如立体眼镜、大屏幕投影、阴极摄像馆显示器等，在考虑浏览者视觉和触觉感知的情况下，应使浏览者在控制虚拟物体时，感知虚拟物体对浏览者的反作用力[6]。在此基础上设计VR交互技术下的产品设计评价系统，该系统主要包含综合评价与分析子系统、人机交互模块、信息查询子系统等六个部分。用户通过人机交互模块将评价需求反馈到系统主控制器中，主控制器在制定目标需求后，将目标需求传输到评价指标体系管理子系统中，该子系统通过信息查询子系统查询所需信息后，采用三层分类评价模型构建产品设计评价指标体系，通过评价指标权值判定模块确定评价体系中评价指标的权重，根据权重值排序评价指标，将评价指标输入指标库中，评价指标体系管理子系统将得到的评价指标传输到综合评价与分析子系统中，在综合评价与分析子系统中根据排序评价指标综合评价产品设计效果，在评价结果输出模块中显示评价效果。VR交互技术下的产品设计评价系统总体结构如图1所示。

1） 人机交互模块。整个VR交互技术下的产品设计评价系统和浏览者之间主要通过人机交互模块连接在一起。人机交互模块的主要功能是传递和交互浏览者和系统之间的信息，该模块对浏览者工作效率产生深远影响，通常采用人机对话、人机接触等方式实现人机交互，在该模块中浏览者主要采用菜单和提示对话框发送指令。

2） 评价指标体系管理子系统。该子系统由多个模块构成，包括指标体系构建模块、内部接口、评价指标库系统等。指标体系构建模块的主要功能是建立和更改多种产品设计评价方案指标体系结构，采用三层分类评价模型设计产品，通过产品设计评价方案要求，浏览者可更改产品设计评价指标。评价指标权值判定模块主要是将权值计算工具提供给浏览者，计算工具包括强制判断法与专家法，浏览者可通过计算工具及时更改权值。通过评价指标提取模块获取产品设计评价对象和属性值[7]。浏览者可将评价指标体系和属性值存储在评价指标库系统中，采用涵蓋模式识别和轮廓提取等图像处理技术后，内部接口可获取产品设计特征数据，预处理产品特征数据后，将特征数据应用到评价系统中，实现系统及时评价导向功能，有助于浏览产品设计。

3） 主控制器。通过主控制器浏览者能确定产品设计评价对象，同时将评价目标制作出来，根据评价目标构建评价指标体系，协调控制子模块处理程序，改善子模块处理程序的运行过程。

4） 信息查询子系统。该子系统内主要包含文本库、协调模块和信息查询模块。信息查询模块主要向浏览者提供查询方式，例如目录、搜索和索引等，通过不同形式将查询结果显示出来，包括表格、曲线和直方图等。文本库中包含输入的文本信息，内部含有描述评价方案和保存专家信息等存储的文字描述信息，评价结果输出模块和信息查询子系统主要通过协调模块调用需要方法程序，通过协调模块实时存储结果。

5） 综合评价和分析子系统。该子系统主要组成部分包括综合评价模块和评价结果分析模块。综合评价模块由多个子模块构成，主要包含技术经济评价子模块和名次计分法评价子模块等。通过综合评价模块指导浏览者选取评价模块，采用人机交互方式赋予不同评价指标权系数值，筛选相应隶属函数量化指标属性值，综合评价产品设计[8]。评价结果分析模块采用多种量化模型和知识库中的知识分析评价结果，提出相应参考意见。通过数据库存储参考意见和评价结果，通过知识库获取人机评价知识、量化模型和环境评价等知识。

6） 评价结果输出模块。该模块可通过多种表达形式输出浏览者需求信息，例如报表、直方图和曲线图等表达方式，将需求信息输出到打印机或者显示屏上。

1.2  VR交互技术下的产品设计评价流程

在采用VR交互技术设计产品评价系统时，需要设计合理的产品设计评价流程，通过合理流程能实现高效、精准评价产品设计的目的，产品设计评价流程主要包含人机交互模块、产品设计方案、选择产品设计评价指标和数据积累等步骤，产品设计评价流程如图2所示。

从图2中可以看出，整个产品设计评价流程中较为重要的是选择产品设计评价指标、分配指标权重、数据库积累和更新以及最终评价结果的显示。通过选择产品设计评价指标，浏览者可选取自身需要的评价指标，通过评价指标评价产品设计方案[9]。采用评价指标分配权值，选择浏览者自身需设计的产品包装目标，合理建立分配指标权重。依据显示的最终评价结果可筛选出最优产品设计方案。在评价产品设计后，应及时训练数据库中的样本，学习和总结评价指标体系、指标权重等评价方式，不断改进和完善数据库，使数据库中的数据更加丰富。

1.2.1  选择评价指标

经过调查研究发现，产品设计评价过程较为繁琐，不同评价产品结构层次有所区别，结构层次中包括多种评价因素，应在产品设计评价系统内部构建多层分类评价模型，实现对产品设计的评价[10]。本文系统在产品设计评价指标体系中采用三层分类评价模型，产品设计评价指标体系详细结构如图3所示。

从图3中可以看出，产品设计评价指标体系中包含形态、色彩和人机等五种因素，在VR交互技术下的产品设计评价系统中，浏览者可使用产品设计评价指标体系中自身所需的评价指标，评价设计方案，减少浏览者查询评价指标的过程，提高评价效率。

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