论交互式产品设计表现的优势

李晓瑞,卢 建

（1.四川传媒学院 数字媒体与创意设计学院,四川 成都611745;2.四川师范大学 影视与传媒学院,四川 成都610068）

设计表现就是通过各种方式把设计师的设计思想准确地呈现出来.［1］是设计师感悟生活、发现问题、解决问题的具象表现,是设计师创意灵感的具体体现.

设计表现能够帮助设计师更形象地思考、更深入地设计,具有语言文字无法企及的作用.对于设计方案的艺术性、科学性、经济性等方面的论证都需要设计表现的支持.在设计活动中很难将“表现”与“设计”截然分开,可以说,离开视觉形象“表现”的“设计”是不存在的.［2］

1 常规产品设计表现

1.1 手绘设计表现

徒手绘制效果图是传统的设计表现方式,具有较强的艺术性.从达芬奇的设计手稿中可以看出手绘表现的朴素线条之下蕴含着丰富的意境.手绘效果图尤其是构思草图可以快速捕捉设计师瞬间的灵感,伴随着抽象灵活的线条展开自由的思考和创新.手绘效果图的主要作用是设计师之间的交流和自我交流,多采用简单概括的快速手绘方式.虽然也有精细的手绘效果图可以达到细腻甚至逼真的程度,但这种效果图费时费力且难以修改,故设计师很少采用.

在设计初始阶段的手绘表现具有快速性和灵活性,但要详细完整地表达设计就力不从心了.复杂的产品结构、产品细节、材料质感等难以靠手绘表现清楚,而且工作效率低下.

1.2 平面设计软件表现

产品设计是一门综合性学科,它不断吸收着最新的科学技术,这是面向批量生产制造的产品设计与其他艺术设计不同的一面.大量的新技术、新材料、新工艺会被不断地吸收运用到设计中,作为设计重要一环的表现也是如此.随着计算机硬件性能的不断提高和软件技术的快速发展,计算机辅助设计于上世纪80年代逐步普及并承担了大部分的设计制图工作,是技术与艺术的又一次融合.与手绘相比,计算机辅助设计不仅表现力更强,也使设计工作变得更加高效.

设计师常用Photoshop、CorelDRAW、illustrator等平面设计软件来表现产品设计.平面设计软件善于运用三视图的形式进行设计表达,设计图具有更明确的产品结构关系和更真实的质感.运用平面设计软件分层次进行绘制的效果图细节丰富、质感细腻且可控性非常高,修改时不会影响其他层次.产品绘图中通用的部分可复制使用或直接调用,如设计手机时如果每次都绘制摄像头则是一项繁重的重复劳动,直接调用之前存好的摄像头部分会大大提高效率.对于不同颜色的系列产品设计方案表现,平面设计软件也可以快速实现.

1.3 三维设计软件表现

平面设计软件更适合表现诸如手机、U盘、热水器等造型相对简单的产品,对于造型更复杂的产品而言则表现力不足,难以从多角度正确地表现产品的透视关系、复杂造型和细节.于是,表现力更强的3ds Max 、Rhino、Pro/Engineer 等三维设计软件进入了设计师的工作.三维设计软件不但善于构建复杂模型,而且可以轻松呈现多角度的渲染图.除了造型表现上的优势外,在材料、肌理、质感、环境影响方面的模拟也有了质的飞跃,十分接近于真实世界.从此,“效果图”一词在没有特指的情况下就指由三维设计软件建模并渲染出的设计表现效果图.

三维设计最基本的两项工作是三维数字模型和材质.在设计软件中建立三维的产品模型,可以在X、Y、Z三个维度上移动、旋转选择角度.这种工作方式和原理使设计师不再需要花费大量时间来推敲产品效果图的透视是否正确,提高了设计的效率.通过材质和贴图的功能模块可以模拟金属、石材、塑料、织物等各种材料的属性.三维模型+材质的工作方式使设计图具有准确的空间关系、真实的立体感以及逼真的材料质感,再经过恰当的渲染设置便可输出照片级的效果图.

1.4 动画技术表现

静态的产品效果图不能灵活地表达、生动地说明设计,人的注意力更容易被动态的事物所吸引.利用动画技术来表现产品设计可使作品的表现力提升到一个新的层次.使用Flash、After Effects、3ds Max等软件可以通过关键帧构建动画,制作出二维或三维的产品展示动画.加以文字、图像和音频的辅助能够更清晰地突出设计重点,更有效地表现设计.利用动画技术在产品设计方案展示、产品工作方式展示、产品原理展示、能量传递展示等方面具有更好的效果,显著提升设计的表现力.

2 交互式设计表现概述

在设计发展的过程中从未停止过新思潮的涌现,“设计以人为本”“交互设计”等新的设计理念越来越引起产品设计师的重视.

2.1 虚拟现实技术

上世纪90年代虚拟现实技术进入高速发展阶段,产品设计也应吸收利用这门新技术.虚拟现实技术(Virtual Reality)是一种先进的人机交互方式,采用以计算机技术为核心的高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉等一体化的虚拟环境.用户可以借助一些特殊的输入/输出设备,采用自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互,相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验.［3］

近年来计算机技术飞速发展使得虚拟现实的研究应用不再仅仅局限于少数科研机构和大企业,逐步走进了中小型企业和各院校,尤其是桌面虚拟现实系统迅速普及.用一台普通图形工作站或PC 通过鼠标、键盘进行交互的虚拟现实系统称为桌面虚拟现实系统,它最大的优势在于成本低,缺点则是交互性和沉浸感较弱.虚拟现实系统的人机接口应是完全面向用户来设计的,用户可以通过在真实世界中的行为参与到虚拟环境中.［4］沉浸式虚拟现实系统通过专业的传感设备代替传统的键盘、鼠标、屏幕进行交互,在体验上更加接近真实.如借助数据手套和三维空间跟踪定位器等配套的VR 设备不仅可以实现自由“抓取”虚拟世界中的物体进行移动、旋转、安装等操作,甚至还可以感觉到抓取虚拟世界中物体时的触感,感受到物体的重力等.立体眼镜、头盔显示器、CAVE 投影系统等设备则会从视觉上给观察者带来前所未有的沉浸体验.

2.2 交互式设计表现

交互设计的目的是使产品实现“可用性目标”和“用户体验目标”［5］,同样,交互式设计表现也应实现这两个目标.

虚拟现实技术目前在场景漫游、工业仿真、军事等领域进行了较多的应用,而把它当成产品设计表现的手段还没有引起业内足够关注.产品设计过程中引入虚拟现实技术会带来更具沉浸感的体验,是更深层次的交互.利用虚拟现实技术制作的产品设计表现可以实现全方位地展示,用户可用鼠标、键盘或其他设备自由地移动、旋转、操控,自主观察产品的每个角度、每个部分,如同把真实产品把玩在手中一样的自如.

交互式设计表现涵盖了模型、动画、文字、图像、声音等元素并且将众多元素有机地结合起来形成一个交互体验系统,表现力超过任何一种常规形式.产品设计表现历经多个阶段发展到交互式是由单一到综合、由感性到理性、由抽象到具象的过程.

借助交互式表现系统讨论设计仿佛进入了虚拟的真实世界,是引导受众从物境到情境的情感体验升华.这样高度沉浸的仿真世界为分析产品设计的创新性、科学性、艺术性提供更加直观的途径.能对产品进行物理仿真、动力学仿真,还可以在虚拟环境中测试产品性能的可靠性,［6］从而帮助降低产品的开发成本,缩短开发周期.

3 交互式产品设计表现的价值

3.1 全新的体验

自由地操控方便设计师之间或与客户进行深入交流.操作者可以用鼠标、键盘等设备控制实现产品各个角度的自由查看,用鼠标滚轮放大缩小查看产品的整体和细节等.

交互式产品设计表现可以将同系列的设计对比查看,如更换颜色、材质或者零部件的样式,进行灵活地对比观察.如汽车装配DIY 体验系统可以一键操作改变座椅、轮毂、仪表盘、刹车钳等车辆部件和内饰的颜色来验证设计和体验汽车改型效果.

产品使用状态的模拟是交互式表现的一大特色,可以让观看者自行控制,清楚地了解产品的使用方法、工作状态、机构的运转方式,以及观察产品与所处环境的协调程度.

产品外观设计与内部构造具有一定的关联性,交互式表现不仅可以全方位展现产品外观,还可以呈现产品内部构造.虚拟拆装操作可以一步步地拆卸螺丝、打开机壳、移除零部件,形象地研究产品内部构造与外观造型的关联.

3.2 虚拟数字样机

交互式产品设计表现具有虚拟设计的功能,虚拟设计（virtual design）是现实产品开发在计算机上的数字化映射,它使现实产品开发全过程的一切活动及产品演变过程都基于数字化模型,并对产品质量和工作性能进行预测评价,实时地修改和优化设计结果.［7］交互式产品设计表现具有集成化、数字化、直观可视和交互性等特点,可在一定程度上代替物理样机,发挥数字样机的功能.

通过交互式表现可以充分感知产品的多种信息,帮助企业做出重要决策.如:产品设计是否达到既定的目标和要求;外观造型设计能否得到消费者的青睐;产品功能的配备是否正是消费者所需要的;产品的外部造型和内部构造之间是否形成有机的关联;产品内部功能模块的分布能否在保证机能的同时集约化地安排;产品零部件的性能、所用材料、制造工艺能否达到各项技术指标;产品的安全性能否达到要求;产品是否适合批量化生产;产品投入资金和回报状况如何.这些信息都可以通过交互式产品设计表现直观地传递出来.

3.3 虚拟展示与员工培训

产品设计开发过程中的效果图在产品推向市场时便失去价值,而交互式产品设计表现作品不仅在新产品开发阶段有更多优势,而且在产品开发完成后并不会随着产品的量产而尘封.可以在产品展示宣传、企业内训、售后服务培训等活动中继续发挥价值.

据统计企业通过展览来寻找客户的成本约比常规渠道低85%,各厂商越来越重视通过展览宣传自己的产品.鉴于传统展览展示有场地和时间等诸多的限制性,蓬勃发展到今天的展示设计业已经把目光投向多媒体和互联网.交互式的作品发布到互联网,让消费者在购买之前以他们感兴趣的方式去操作了解,成为吸引消费者深入了解产品的“网上体验店”,具有优秀的客户体验.厂商通过这一方式与消费者互动使产品信息的传递效果更好,另一方面也体现出企业开发产品的严谨态度和先进的方法.

交互式产品设计表现作品还可作为企业培训和售后服务培训的教学工具,相比于传统的PPT 或产品实物更具优势.对新员工和其他非产品开发岗位的员工进行培训,可以使其快速而深入地了解公司开发的新产品,了解企业设计开发和生产等流程.有利于增强员工的业务水平和集体意识.交互式产品设计表现作品可用于对售后服务人员的培训,能通过简单易懂的方式让受训人员快速掌握产品的拆卸方式、模块构造等维修知识,有助于进一步摆脱对实地和实物培训的依赖,减少场地、设备等方面的开支.

4 交互式产品设计表现技术

要实现交互式产品设计表现,首先要在3ds Max、Maya、CATIA 等三维设计软件中建立三维模型,赋予材质和贴图,再将模型导入到如Unity3D、Virtools、VR-Platform 等虚拟现实软件中进行交互设置.

建模软件3ds Max 有多边形建模、NURBS建模和面片建模三大建模方式,其中前两者是产品设计中常用的方式.NURBS 建模原理是使用数学函数来定义曲线和曲面,可产生平滑连续的曲面且表面精度可调,适用于工业造型的创建.多边形建模则是目前发展最完善,也是应用最为广泛的建模方法.交互式产品设计表现在三维设计软件中的建模工作与三维效果图工序大致类似,不同的是,虚拟现实技术要求三维模型在达到视觉要求的前提下按一定的规则优化模型、精简数据量;在建模过程中按照预先设计的模块和零部件分别建模,以便在后期的交互中实现相对的位移、旋转等变换.

大部分模型的材质或贴图需在前期三维设计软件中完成,部分需要实时反射和折射的材质则需要在虚拟现实软件中设置,如玻璃材质、金属材质、水面材质等.在三维设计软件中,设置灯光和渲染器参数模拟出真实自然的光效后对模型进行烘焙操作,可将逼真的光影效果赋予到模型上,从而把在非实时环境中渲染完成的灯光材质等效果转换到实时交互的环境中去.［8］对于一些不宜烘焙的模型,可在虚拟现实软件中开启动态光照和阴影效果,这种效果虽不及前期烘焙来得自然,但它是实时的.

交互式产品设计表现中的动画包括摄影机动画、模型变换动画和其他动画.镜头语言的恰当使用可使动态艺术作品具有灵性.与影视中的镜头不同,交互式表现中虚拟摄影机的推、拉、摇、移更侧重的是叙事性,有节奏地说明设计.模型变换动画包括位移动画、旋转动画、缩放动画、变形动画等,用于表现产品操作方式、工作状态、拆装零件等过程.其他动画则包括粒子动画、骨骼动画、交互界面动画等,对交互式表现整体效果的提升起着重要作用.以上多种动画除界面动画需在虚拟现实软件中制作外,其余动画在三维设计软件和虚拟现实软件中均可实现.

在虚拟现实软件中按照场景的交互要求设置碰撞,将需要有碰撞属性的模型开启碰撞.若模型面数较多,则可用形状相近、面数极少的简单模型代替进行碰撞计算,以减少计算量.

在虚拟现实软件中制作开关、按钮等控件,通过事件或脚本实现各控件的功能.可以实现的常用功能有音频操作、材质操作、动画命令、模型操作、二维面板操作、物理系统操作、数据库操作、特效等.

最后编译出的可执行文件就可用鼠标键盘或数据手套等专业VR 设备控制观看使用.或者输出为可网络发布的文件,实现网上协同工作和分享.

结 语

交互式设计表现依赖于虚拟现实技术,而虚拟现实技术目前还存在着功能不够丰富,VR 设备不够成熟等问题,这些问题会随着研究的深入而一一解决.交互式产品设计表现是科技发展的产物,也是产品设计学科发展的产物,体现了人性化的设计理念.交互式产品设计表现不仅能让受众交互地、自主地、全面地了解产品设计信息,而且还具备多方面的价值.可以预见这种新表现形式的普及,会像计算机效果图的普及一样,快速而广泛.