潘春玲 ，桑瑞芹 ，2，張 瑩

（1.濰坊科技學(xué)院，山東 濰坊 262700；2.青島大學(xué)，山東 青島 266071）

工業(yè)設(shè)計(jì)是在產(chǎn)業(yè)革命之后藝術(shù)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)四五十年代，為了解決工業(yè)產(chǎn)品的審美性和實(shí)用性的相互融合，逐漸發(fā)展成了一門(mén)以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)為主要對(duì)象的多學(xué)科知識(shí)交叉融合、新興起來(lái)的設(shè)計(jì)類(lèi)綜合學(xué)科。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用的深入以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)方法成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的重要手段。

1 工業(yè)設(shè)計(jì)的概念

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)進(jìn)入到現(xiàn)代社會(huì)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科——工業(yè)設(shè)計(jì)。因?yàn)槿藗冊(cè)诠I(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科研究的側(cè)重點(diǎn)不完全相同，所以對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科含義的理解則有廣義的和狹義的兩種定義方法。一般來(lái)講，廣義的定義主要是指：工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；作業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)；視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)。狹義的定義主要是指以工業(yè)產(chǎn)品為主要研究?jī)?nèi)容的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它主要包括產(chǎn)品的色彩、形態(tài)、人機(jī)關(guān)系等方面。國(guó)際工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)曾為工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科做過(guò)以下定義：“就批量生產(chǎn)的工業(yè)品而言，憑借訓(xùn)練、技術(shù)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及視覺(jué)感受而賦予材料、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面加工及裝飾以新的品質(zhì)和資格。”

2 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程

虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)中仿真并展現(xiàn)出一件真實(shí)產(chǎn)品的全過(guò)程，主要包括從需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、虛擬制造、評(píng)價(jià)測(cè)試、廣告宣傳和市場(chǎng)銷(xiāo)售等過(guò)程，它是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)包括了從產(chǎn)品的需求分析到進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之前的設(shè)計(jì)過(guò)程。它包含功能設(shè)計(jì)、形狀設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)和初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)涉及設(shè)計(jì)方法學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、人工智能技術(shù)、CAD技術(shù)以及認(rèn)知與思維科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行概念設(shè)計(jì)后就要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。虛擬產(chǎn)品是一個(gè)數(shù)字化的產(chǎn)品，具備現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的一切完整的特征。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)功能的仿真研究，研究設(shè)計(jì)人員或用戶(hù)就可以像使用現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品那樣使用虛擬產(chǎn)品。完成了產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)之后，在計(jì)算機(jī)中就形成了待制造的虛擬產(chǎn)品。在虛擬產(chǎn)品真實(shí)生產(chǎn)之前，必須在虛擬制造系統(tǒng)中模擬出產(chǎn)品將來(lái)的制造過(guò)程。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)廠家積極把研發(fā)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制造、虛擬產(chǎn)品動(dòng)畫(huà)廣告與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合起來(lái)，使用戶(hù)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)瀏覽設(shè)計(jì)廠家的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并直接能在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、色彩、外形等方面進(jìn)行廣泛的了解、觀察，同時(shí)，還可以通過(guò)電子郵件等方式對(duì)產(chǎn)品提出建議和意見(jiàn)，讓廠家參照各方面的意見(jiàn)優(yōu)化和修改所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)各階段的應(yīng)用

3.1 需求分析階段

市場(chǎng)調(diào)研是需求分析階段的主要任務(wù)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的Web頁(yè)面開(kāi)展上述工作，通過(guò)積極提高被調(diào)查者的興趣，來(lái)保證獲取的產(chǎn)品信息更加準(zhǔn)確、全面和更具針對(duì)性，這樣可以讓設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品更符合市場(chǎng)客戶(hù)的需要。在市場(chǎng)調(diào)查階段可以通過(guò)虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境把設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能與特點(diǎn)生動(dòng)的展現(xiàn)在客戶(hù)面前，讓客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，能夠獲取更多的客戶(hù)反饋意見(jiàn)。

3.2 概念設(shè)計(jì)階段

在概念設(shè)計(jì)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以更多關(guān)注產(chǎn)品使用者的感受，而非產(chǎn)品本身。在不同的虛擬環(huán)境中，讓客戶(hù)親自體驗(yàn)修改模型的感受；利用觸摸屏來(lái)選擇產(chǎn)品的色彩、裝飾風(fēng)格、造型等許多可選部件，在渲染和生成十分逼真的三維模型時(shí)，充分感受自己所喜愛(ài)的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實(shí)”情況。還可以結(jié)合客戶(hù)的意見(jiàn)，邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和客戶(hù)一起對(duì)模型提出修改意見(jiàn)，觀察設(shè)計(jì)和修改過(guò)程直到大部分人員滿(mǎn)意。

3.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

概念設(shè)計(jì)之后的一個(gè)重要階段是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，包涵工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)、零件詳細(xì)設(shè)計(jì)和可制造裝配性詳細(xì)分析等內(nèi)容，其中特別重要的是可制造裝配性詳細(xì)分析。在進(jìn)行產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以非常直觀地進(jìn)行裝配研究，可以盡可能的減少運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)干涉或其他一些不合理的情況，并進(jìn)行虛擬裝配演示。

3.4 虛擬制造階段

通過(guò)虛擬制造可以提前發(fā)現(xiàn)在實(shí)際制造中潛在的問(wèn)題，可以在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取相應(yīng)措施，達(dá)到產(chǎn)品一次制造成功的目的，可以大大降低成本，減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。利于虛擬制造技術(shù)基本上不消耗能源和資源，也不生產(chǎn)實(shí)際的產(chǎn)品，而是采用計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與制造過(guò)程，它將會(huì)對(duì)未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。

3.5 虛擬測(cè)試和評(píng)價(jià)階段

虛擬測(cè)試和評(píng)價(jià)是工業(yè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)虛擬評(píng)價(jià)技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)與性能進(jìn)行虛擬條件下的綜合評(píng)判，從而獲取產(chǎn)品進(jìn)一步完善或修改的依據(jù)，為在產(chǎn)品制造過(guò)程中減少產(chǎn)品修改，節(jié)約設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本提供保證。

4 結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅大大降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，而且極大改善了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，極大提高了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一次性成功率，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，使用戶(hù)、設(shè)計(jì)者能融為一體設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足客戶(hù)需要的產(chǎn)品，同時(shí)極大地豐富了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)方法和理論。

1 魯曉波、覃京燕.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2007