趙兵兵　李贊

[摘 要]為解決目前創(chuàng)新型展品在研發(fā)設(shè)計(jì)、溝通交流、資料管理、推廣制作、產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面存在的問題和困難，需探索開發(fā)適用于科技館展品研發(fā)的協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入了多人實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)的概念，綜合利用了互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)通訊、三維仿真等信息技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]科技館 展品研發(fā) 協(xié)同設(shè)計(jì) 三維仿真

在互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代背景下，以國(guó)家、社會(huì)、公眾對(duì)科普教育的需求及科技館行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要為依據(jù)，基于互聯(lián)網(wǎng)多人實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)的需求，綜合利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)通訊、遠(yuǎn)程會(huì)議、圖形圖像、三維仿真等現(xiàn)代信息技術(shù)，研究一套適用于科技館展品研發(fā)的協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，希望能夠解決目前在科技館展品研發(fā)過程中遇到的一些問題，如獨(dú)立完成創(chuàng)新型展品研發(fā)的難度過高，展品研發(fā)的工作包括展品創(chuàng)意、原理解析、互動(dòng)形式設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及展覽安全設(shè)計(jì)等。

從展品創(chuàng)意到可以正常展覽的科技館展品，設(shè)計(jì)人員需要不斷地實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，所以設(shè)計(jì)人員獨(dú)立研發(fā)一個(gè)創(chuàng)新型展品的難度很高。在展品研發(fā)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的溝通效率較低，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組成一般包括科普工作者和美術(shù)、機(jī)械、電路、軟件等專業(yè)設(shè)計(jì)制作人員。在展品研發(fā)過程中，科普工作者提出一個(gè)展品創(chuàng)意，并根據(jù)科技館展覽經(jīng)驗(yàn)提出展品互動(dòng)形式設(shè)計(jì)和展覽安全設(shè)計(jì)等一系列要求，在設(shè)計(jì)和制作期間需要與專業(yè)設(shè)計(jì)人員頻繁溝通和交流。由于展品研發(fā)具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的特性，簡(jiǎn)單的語(yǔ)言和文字交流很難明確表達(dá)全部的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，往往會(huì)出現(xiàn)由于需求不明確，造成在設(shè)計(jì)過程中頻繁返工的情況。

科技館的展品研發(fā)沒有標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字資源庫(kù)，目前基于展品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)每個(gè)展品都是從零件開始建模，展品之間不能共享已有的數(shù)字資源，造成重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量很大。

在沒有展品管理系統(tǒng)的情況下，展品研發(fā)的共建共享機(jī)制無(wú)法建立，創(chuàng)新展品的推廣效果受到限制，展品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)很難明確。

一、展品研發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能描述

科技館展品協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的展品資源共享和多人協(xié)作設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)針對(duì)展品及零件數(shù)字化資源的共享和管理。協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的服務(wù)端可以架設(shè)在科技館的云平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)頁(yè)方式提供基本的數(shù)據(jù)和文件共享服務(wù)，并通過客戶端的方式實(shí)現(xiàn)多人實(shí)時(shí)在線協(xié)同設(shè)計(jì)。協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能包括以下幾項(xiàng)。

（一）客戶端登錄

展品設(shè)計(jì)人員使用客戶端軟件登錄系統(tǒng)后，可以新建和管理自己創(chuàng)建的展品并發(fā)起協(xié)同設(shè)計(jì)的邀請(qǐng)，或者參與其他人員創(chuàng)建的展品項(xiàng)目以及瀏覽所有已經(jīng)發(fā)布的展品項(xiàng)目。

（二）展品項(xiàng)目管理

設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建新的展品項(xiàng)目，設(shè)定展品的基本屬性并開始進(jìn)行虛擬拼裝。另外，也可以接收其他人員參與展品設(shè)計(jì)的申請(qǐng)，與其他人員進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和分享。

（三）數(shù)字化展品的構(gòu)件編輯

構(gòu)件編輯是指客戶端產(chǎn)生構(gòu)件并上傳相應(yīng)構(gòu)件的過程。構(gòu)件作為基本的展品拼裝零件，不但包括模型數(shù)據(jù)、相應(yīng)的繪制材質(zhì)設(shè)置數(shù)據(jù)，還包括在拼裝過程中的一些特殊定義，如每個(gè)構(gòu)件可以添加幾個(gè)拼裝接口，拼裝接口在構(gòu)件作為零件構(gòu)造展品時(shí)如何處理構(gòu)件之間的連接，以及用戶交互處理方面的功能。根據(jù)構(gòu)件在展品中的作用，不同的構(gòu)件還需要參與不同的仿真模塊計(jì)算，例如激光光束的反射以及投射等路徑計(jì)算。因此，需要在構(gòu)件編輯中添加構(gòu)件的仿真解算注冊(cè)信息。

構(gòu)件在場(chǎng)景中還會(huì)隨仿真的推演產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，因此還需要定義構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)模式以及相關(guān)的參數(shù)，這樣在仿真過程中會(huì)根據(jù)各種事件觸發(fā)的情況調(diào)用構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)定義包括運(yùn)動(dòng)的自由度、相應(yīng)的方向和運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。

對(duì)于一些參與物理仿真運(yùn)算的構(gòu)件，還需要定義其相應(yīng)的物理模型，這里主要是碰撞包圍盒以及相應(yīng)的物理模型，根據(jù)構(gòu)件幾何模型尺寸大小、形狀，要求建立近似的幾何形狀作為物理模型。

（四）展品拼裝

展品拼裝的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建并分享的展品構(gòu)件庫(kù)。設(shè)計(jì)人員從構(gòu)件庫(kù)中選擇展品研發(fā)所需的全部構(gòu)件，在三維虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行拼裝搭建。拼裝過程可以邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)其他成員進(jìn)入同一個(gè)虛擬場(chǎng)景，實(shí)時(shí)分享展品搭建過程，并可以進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，所有參與者均可以操作虛擬展品、標(biāo)注信息，并通過遠(yuǎn)程會(huì)議的形式進(jìn)行交流和討論。

（五）展品仿真

在展品拼裝和構(gòu)件設(shè)置完成后，就可以進(jìn)入仿真狀態(tài)。三維仿真可實(shí)現(xiàn)聲、光、電展品的展示效果和物理運(yùn)動(dòng)和碰撞仿真效果。在仿真過程中，所有參與者可以觀看同一演示場(chǎng)景并實(shí)時(shí)討論。

（六）網(wǎng)絡(luò)展覽展示

設(shè)計(jì)完成的展品可以通過網(wǎng)頁(yè)形式進(jìn)行分享和展示。

二、展品研發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶研究

（一）科技館參觀者

增強(qiáng)科技館設(shè)計(jì)研發(fā)工作的可參與性，使更多的團(tuán)體和個(gè)人有機(jī)會(huì)充分表達(dá)對(duì)科技的看法、對(duì)科普的需求，并可參與到展品研發(fā)工作中。

（二）科技館展品設(shè)計(jì)研發(fā)人員

提升科技館展品設(shè)計(jì)研發(fā)工作的協(xié)同效率，促進(jìn)科技館展品開發(fā)行業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，提升創(chuàng)新展品研發(fā)的效率和成功率。

（三）科技館管理人員

深化科技館管理人員的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)，研究并提出相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)及創(chuàng)新成果的推廣和保護(hù)機(jī)制。

（四）科技館儲(chǔ)備人才

通過課題實(shí)際工作的鍛煉，建立一支具備互聯(lián)網(wǎng)思維方式、掌握并熟練使用最新信息技術(shù)，同時(shí)具備較強(qiáng)展品研發(fā)設(shè)計(jì)能力，高素質(zhì)的科技館展品開發(fā)專業(yè)人才隊(duì)伍。

因此，平臺(tái)需要為科技館管理人員提供展品的管理、展品的搜索、身份驗(yàn)證等多種系統(tǒng)管理功能，為參觀者提供展品的在線瀏覽、展品的查詢、展品的協(xié)同設(shè)計(jì)等多種系統(tǒng)展示以及協(xié)同研發(fā)功能，將不同類型用戶組織起來，共同完成科技館展品的協(xié)同設(shè)計(jì)。

三、相關(guān)系統(tǒng)的對(duì)比分析

目前，市場(chǎng)上類似于科技館展品協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件很多，表1對(duì)其中的典型軟件功能和產(chǎn)品定位進(jìn)行對(duì)比分析，將每個(gè)軟件的優(yōu)缺點(diǎn)匯總?cè)缦隆?/p>

四、結(jié)論

目前還沒有一款成熟的軟件系統(tǒng)可以滿足科技館展品研發(fā)設(shè)計(jì)這種定制化協(xié)同設(shè)計(jì)的需求，協(xié)同設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員都可以通過網(wǎng)絡(luò)共享同一個(gè)三維展品的設(shè)計(jì)界面，實(shí)時(shí)進(jìn)行展品拼裝、效果演示，并可以交流討論，在科技館展品的設(shè)計(jì)過程中提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和溝通效率，實(shí)現(xiàn)展品設(shè)計(jì)資料的共享和管理?；诳萍拣^展品研發(fā)的協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)。

（一）增強(qiáng)科技館展品設(shè)計(jì)和研發(fā)工作的可參與性

采用以“用戶創(chuàng)造內(nèi)容”（user-generated content）為代表的“眾包”（crowdsourcing）創(chuàng)新模式，充分利用社會(huì)資源，延伸創(chuàng)新邊界，使更多的團(tuán)體和個(gè)人有機(jī)會(huì)充分表達(dá)對(duì)科技館展品的看法以及對(duì)科普傳播的需求，并可參與到展品研發(fā)工作中，充分體現(xiàn)“攜手用戶協(xié)同創(chuàng)新”的理念。

（二）提升科技館展品設(shè)計(jì)研發(fā)工作的效率

利用協(xié)同設(shè)計(jì)（Co-Design）理念，加強(qiáng)信息交換和相互協(xié)同機(jī)制，加強(qiáng)科技館展品研發(fā)行業(yè)間的相互合作，提升創(chuàng)新展品研發(fā)的效率和成功率。

（三）科技館展品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

構(gòu)建基于協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的科技館展品資源庫(kù)和數(shù)字零件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)科技館展品設(shè)計(jì)和研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和規(guī)模化。

（四）增強(qiáng)科技館展品設(shè)計(jì)人員的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)

由設(shè)計(jì)及研發(fā)人員研究并提出的相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)及創(chuàng)新成果，應(yīng)得到很好的推廣和產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

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