邵景峰++劉優(yōu)中++喻志強(qiáng)++唐明星

摘 要：介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成、分類和特征，闡述了頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并通過和汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相比較，分析頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的優(yōu)勢以及不足，并針對相應(yīng)問題，提出相應(yīng)解決方案。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；頭戴式虛擬系統(tǒng)；汽車設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0022-02

Abstract：This paper introduces the composition， classification and characteristics of virtual reality technology and head mounted virtual reality system， described the application of head mounted virtual reality system in automobile design， compared with the traditional virtual reality techniques in the area of automotive design， the head-mounted virtual reality system has both advantages and disadvantages. According to the corresponding problems， the corresponding solutions are put forward.

Key words：Virtual Reality； head-mounted virtual reality system； automotive design； adhibition

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各個汽車制造公司的競爭也日趨激烈，這就要求在汽車研發(fā)及生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都能夠保持高效快速應(yīng)變，以適應(yīng)市場環(huán)境的快速變化。汽車造型設(shè)計(jì)作為汽車研發(fā)的重要一環(huán)，面對外部市場環(huán)境快速變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對新科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用就更為迫切。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近年來發(fā)展最為迅猛的技術(shù)手段，將可能成為改變?nèi)祟惿罘绞降囊环N新技術(shù)，而作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的其中一種形式存在的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自然是重中之重。

1 概述

虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)是“造個世界任我行”，它是以現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)為發(fā)展核心，融合相關(guān)學(xué)科技術(shù)，生成在視覺、聽覺、觸覺等方面逼近人類在真實(shí)世界中的感官感觸的數(shù)字化虛擬世界，使用者借助相應(yīng)設(shè)備，可以走進(jìn)生成的數(shù)字化虛擬世界，并且可以與虛擬世界中的對象進(jìn)行交互作用，產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)和感受。

（1）桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)，這類型的虛擬技術(shù)要求相對較低，他只需要利用工作站作為運(yùn)行設(shè)備，將計(jì)算機(jī)顯示器作為用戶觀看虛擬數(shù)字世界的一個窗口，再通過鼠標(biāo)等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬數(shù)字世界的交互，用戶可以通過輸入設(shè)備對虛擬世界進(jìn)行指令操作，通過顯示設(shè)備進(jìn)行對虛擬世界的觀察。

（2）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備的要求較高，他是利用一種中間設(shè)備，例如頭戴顯示器，觸覺手套等，將用戶的視覺、聽覺、觸覺等感官感覺封鎖起來，并通過中間傳輸設(shè)備，給用戶提供一種全新的虛擬感覺，讓用戶沉浸其中。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型的虛擬現(xiàn)實(shí)能給用戶提供平時或者是正常情況下難以觀察到難以感受到的狀態(tài)給呈現(xiàn)出來，是真實(shí)世界和虛擬世界的疊加，即“實(shí)中有虛”。

（4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，他需要通過多個計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起，共同建立一個虛擬世界，這時候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個真正意義上的多元世界，多個使用者可以對同一個虛擬世界進(jìn)行操作。

1.1 什么是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)是將數(shù)字化虛擬世界呈現(xiàn)給用戶的一個窗口，用戶可以通過頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備將其對現(xiàn)實(shí)世界的視覺、聽覺隔離起來，這時候就完全置身于虛擬世界了。頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示根據(jù)人眼視覺原理左右眼成像不同，分別顯示相應(yīng)的左右眼圖像，能讓人感覺到虛擬世界的物體時有立體有深度信息的，從而傳遞給大腦一個真實(shí)的信息，在視覺層面上達(dá)到以假亂真的目的。

1.2 構(gòu)成

一套完整的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常由以下幾方面組成[1～2]：

（1）計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，它必須能承載龐大的數(shù)據(jù)量運(yùn)轉(zhuǎn)，快速生成圖形圖像并且能支持實(shí)時高速處理，高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)也是關(guān)鍵。

（2）頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，它是人機(jī)交互的接口，使用者通過它可以對虛擬世界進(jìn)行操作，虛擬世界也可以根據(jù)使用者的各項(xiàng)指令進(jìn)行反饋，借助頭戴式虛擬顯示器，使用者可以看得見虛擬世界，并且頭戴虛擬顯示器中安裝有定位器，當(dāng)使用者行走的位置或者方向進(jìn)行改變的時候，虛擬世界會相應(yīng)變化。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件，它是虛擬世界得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，你可以利用它構(gòu)建真實(shí)世界場景的再現(xiàn)或是你所構(gòu)想的虛擬世界，現(xiàn)階段相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件游戲領(lǐng)域運(yùn)用的比較多的是Virtools、Quest 3D等，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域用的比較多的有Alias、RTT等。

（4）虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)字模型。它是虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容也是載體，他可以是現(xiàn)實(shí)世界的再造，也可以是人們虛構(gòu)的世界，它的狀態(tài)決定是使用者所看到的內(nèi)容。

1.3 成像原理

人們在觀察周邊世界的時候，能感受到物體的立體、遠(yuǎn)近、景深等效果主要是依靠于人眼強(qiáng)大的成像原理，人們由于兩只眼睛的不同位置而產(chǎn)生眼距，在看同一件物體的時候得到兩幅略微不同的圖像，這兩幅圖像經(jīng)過人的大腦的融合，形成一幅帶有空間立體、距離遠(yuǎn)近等信息的景象，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器正是模仿人眼雙目立體成像原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，頭戴顯示器有兩個顯示鏡分別用來模擬人的左右眼，工作站根據(jù)后臺數(shù)據(jù)輸入指令，分別將左右眼畫面輸送給左右眼顯示器，用戶佩戴上頭戴式虛擬顯示器，就可以體驗(yàn)到虛擬的真實(shí)。

2 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)汽車造型設(shè)計(jì)、加快汽車研發(fā)進(jìn)程的一種有效手段，自誕生以來就受到了各大主流汽車公司的廣泛關(guān)注與應(yīng)用，并且其帶來的巨大效益也得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可[3]。放眼國外主流的汽車廠商像奔馳、保時捷等，都建立有自己的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室。在近兩年頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)風(fēng)潮瘋狂席卷全球態(tài)勢下，很多汽車公司都紛紛加入了頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，在美國通用公司的虛擬現(xiàn)實(shí)中心的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)用戶進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室，佩戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器，預(yù)先設(shè)置好的虛擬現(xiàn)實(shí)世界就會呈現(xiàn)在用戶身邊，用戶可以看到和真實(shí)汽車一樣的包括尺寸大小、顏色、紋理一樣的虛擬汽車，用戶可以像實(shí)際觀察汽車一樣前后來回觀察，可以查看車體的造型輪廓及線條流暢性，也可以坐到汽車座椅上觀察儀表、方向盤、娛樂面板等細(xì)節(jié)的效果，以及模擬駕駛員視野的觀察。

3 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，對汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的原有設(shè)計(jì)流程及驗(yàn)證方法有了很大改進(jìn)，在汽車研發(fā)過程中，汽車造型設(shè)計(jì)是很重要一環(huán)，汽車設(shè)計(jì)師的造型構(gòu)想如何快速的讓用戶看得見并且喜愛是決定造型設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。一個產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程往往需要經(jīng)過幾輪甚至十幾輪反復(fù)推敲，時間成本比較高，難以跟上快速變化的市場環(huán)境，因此在設(shè)計(jì)過程中如何簡化設(shè)計(jì)流程并且客觀真實(shí)的反應(yīng)汽車造型狀態(tài)尤為重要，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠在造型效果圖之后就迅速加入設(shè)計(jì)流程，并且用虛擬的環(huán)境客觀真實(shí)的還原實(shí)際狀態(tài)，讓用戶所看即所得，而完成一套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅需要硬件系統(tǒng)的支持，也需要軟件的配合，而所觀察到的內(nèi)容則需要設(shè)計(jì)師前期虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的制作。

4 面臨的問題與發(fā)展方向

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的運(yùn)用，讓使用者能夠以比較真實(shí)自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，提高了人機(jī)交互的真實(shí)性，但受限于當(dāng)下科技水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等各方面的影響，仍存在一定程度上的虛擬世界不真實(shí)、人機(jī)交互程度不夠以及用戶共享性不足等問題[4]。目前來看，一套頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備同時只能支持一位用戶觀察使用，因此在用戶共享體驗(yàn)上不夠。

在將來科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等各方面技術(shù)發(fā)展越來越成熟的時候，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以朝分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，通過多個計(jì)算機(jī)設(shè)備共同建立一個虛擬現(xiàn)實(shí)世界，多個使用者可以對同一個虛擬世界進(jìn)行操作，這時候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個真正意義上的多元世界。

5 結(jié)語

隨著科技水平的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也隨之日漸成熟，并且由于其為人類生活生產(chǎn)方面帶來的巨大效益越來越被接受，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用作為即Powerwall桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)之后的另一先進(jìn)技術(shù)，能極大的優(yōu)化汽車設(shè)計(jì)流程、縮短研發(fā)時間、有效提高汽車設(shè)計(jì)水平 ，給使用者提供真實(shí)的用戶反饋，也越來越被汽車設(shè)計(jì)公司所青睞，雖然受限于當(dāng)下科技發(fā)展水平等各方面因素的影響，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在使用體驗(yàn)上仍有些不足，但隨著科技的進(jìn)步以及巨大市場資金的投入必定能推動這一技術(shù)的長足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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