龐世俊，張春曄，胡亞鋒

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

作為高速列車車型研發(fā)過(guò)程中的重要管控節(jié)點(diǎn)，高速列車造型評(píng)審?fù)七M(jìn)設(shè)計(jì)流程并解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，其進(jìn)度和質(zhì)量影響整個(gè)車型研發(fā)進(jìn)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近年來(lái)快速發(fā)展的一門(mén)新技術(shù)，能夠?yàn)楦咚倭熊嚨脑煨驮O(shè)計(jì)評(píng)審提供有效且多樣化的解決方案。自上世紀(jì)九十年代至今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從硬件設(shè)備、創(chuàng)作平臺(tái)的軟件技術(shù)易用性、虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的視覺(jué)化仿真效果及水平都有了長(zhǎng)足的發(fā)展[1]。如何在現(xiàn)階段技術(shù)水平條件下創(chuàng)造出更具真實(shí)效果的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容，讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更高效地輔助高速列車設(shè)計(jì)、支撐快速評(píng)審和縮短研發(fā)周期是當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高速列車造型評(píng)審的一個(gè)重要研究課題。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是基于計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)生成的一種模擬環(huán)境[2]。其集成計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、心理學(xué)和人工智能等多方面前沿技術(shù)的發(fā)展成果，通過(guò)實(shí)時(shí)立體的三維圖形與聲音、自然的人機(jī)交互界面模擬現(xiàn)實(shí)世界中的事件或場(chǎng)景，使用戶產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)感覺(jué)[3]。隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事、醫(yī)療、教育、藝術(shù)和娛樂(lè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4]。

1.1 CAVE 虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)

CAVE（Cave Automatic Virtual Environment）即“洞穴狀自動(dòng)虛擬系統(tǒng)”，是一種基于投影的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)，具有畫(huà)面完整、分辨率高、沉浸式互動(dòng)體驗(yàn)和多通道技術(shù)沉浸感等優(yōu)點(diǎn)[5]。如圖1 所示，CAVE 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，將高分辨率的立體投影顯示技術(shù)、多通道視景同步技術(shù)、視角動(dòng)態(tài)跟蹤及捕捉技術(shù)、音響技術(shù)和傳感器技術(shù)等完美融合，可多方位覆蓋用戶視野，消除用戶視覺(jué)盲點(diǎn)，為用戶帶來(lái)更真實(shí)的體驗(yàn)感[6]。從投影平面數(shù)量上可將CAVE 系統(tǒng)分為4 個(gè)投影平面（3 個(gè)墻面和1個(gè)地板）、5 個(gè)投影平面和全封閉式的6 個(gè)投影平面3 類。

圖1 CAVE 系統(tǒng)示意圖

建立包含4 個(gè)投影面的CAVE 虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)，如圖2 所示。該系統(tǒng)是由4 個(gè)硬質(zhì)背投影墻組成的、基于多通道視景同步技術(shù)和立體顯示技術(shù)的房間式投影可視協(xié)同環(huán)境，其中3 個(gè)墻面采用背投方式，地面采用正投方式。該CAVE 系統(tǒng)提供了1 個(gè)立方體投影顯示空間，供多人參與，所有參與者均完全沉浸在1 個(gè)被立體投影畫(huà)面包圍的高級(jí)虛擬仿真環(huán)境中，借助相應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器等），獲得一種身臨其境的三維立體視聽(tīng)影像和交互感受。觀察者戴上液晶立體眼鏡和一種有6 個(gè)自由度的頭部跟蹤設(shè)備后，其視點(diǎn)位置可實(shí)時(shí)反饋到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)觀察者在CAVE 中走動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算每個(gè)投影面正確的立體透視影像，為觀察者提供身臨其境的體驗(yàn)感。

圖2 CAVE 系統(tǒng)實(shí)物圖

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在造型評(píng)審中的應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可應(yīng)用于產(chǎn)品造型評(píng)審階段[7]。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能幫助瀏覽者在虛擬場(chǎng)景中實(shí)時(shí)查看造型設(shè)計(jì)整體和細(xì)節(jié)，并給出可靠評(píng)價(jià)，從而有效消除產(chǎn)品設(shè)計(jì)溝通障礙，降低設(shè)計(jì)盲目性，改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率[8]。目前造型虛擬沉浸式評(píng)審在汽車領(lǐng)域得到了良好應(yīng)用。中國(guó)一汽在國(guó)內(nèi)建成了第一個(gè)VR 中心，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成1∶1 虛擬汽車造型模型，供設(shè)計(jì)師和主管人員檢驗(yàn)評(píng)審[9]。有研究提出利用VR 技術(shù)可對(duì)汽車三維虛擬造型進(jìn)行多角度全面觀察，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而使評(píng)審過(guò)程簡(jiǎn)單明了[10]。還有研究指出通過(guò)虛擬樣車評(píng)審，能有效減少模具更改次數(shù)及耗材，提高產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力，從而提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[11]。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也常應(yīng)用于其他大型產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)評(píng)審階段。南京康尼機(jī)電股份有限公司建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，集成三維模型庫(kù)、材質(zhì)處理渲染模塊、動(dòng)畫(huà)模塊和操作模塊等功能，在技術(shù)評(píng)審、產(chǎn)品展示等方面發(fā)揮著重要作用[12]。有研究將VR 仿真技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)器人造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)階段，并結(jié)合熵權(quán)理論完成量化評(píng)價(jià)，篩選出最優(yōu)方案[13]。還有研究將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入感性工學(xué)理論，提出一種農(nóng)業(yè)裝備形態(tài)設(shè)計(jì)方法，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，減少了人力物力投入，提高了企業(yè)研發(fā)進(jìn)度和效率[14]。

高速列車作為一種大型交通裝備，具有研發(fā)周期長(zhǎng)，研發(fā)成本巨大等特點(diǎn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)高速列車造型方案進(jìn)行虛擬沉浸式評(píng)審，可有效縮短研發(fā)周期，降低列車研發(fā)成本，提升整車研發(fā)進(jìn)度和效率。

2 高速列車造型虛擬評(píng)審系統(tǒng)

2.1 面向高速列車設(shè)計(jì)評(píng)估的虛擬評(píng)審

高速列車開(kāi)發(fā)流程主要可分為概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)和試制驗(yàn)證共5 個(gè)階段，造型設(shè)計(jì)在每個(gè)階段都有階段對(duì)應(yīng)的評(píng)審。在傳統(tǒng)的高速列車設(shè)計(jì)評(píng)審中，前期概念階段方案評(píng)審主要借助二維效果圖進(jìn)行，完成施工設(shè)計(jì)則需要通過(guò)模型車制造來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案評(píng)審，通常需要三四個(gè)月完成模型車制造工作，時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本高且效率偏低。采用虛擬CAVE 顯示系統(tǒng)評(píng)審后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以直觀三維的方式展示產(chǎn)品的造型、色彩，為用戶呈現(xiàn)更加真實(shí)立體的產(chǎn)品效果，使用戶對(duì)產(chǎn)品有更直接地觀察和更好地理解，對(duì)設(shè)計(jì)方案會(huì)有更多的思考，更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題和不足，有助于為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提出可靠意見(jiàn)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，也能幫助設(shè)計(jì)者更準(zhǔn)確清晰地表達(dá)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思想。在產(chǎn)品投入生產(chǎn)和交付前，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓業(yè)主參與列車造型評(píng)審，可有效消除雙方設(shè)計(jì)溝通障礙，減少模型車的制作投入，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 高速列車采用虛擬現(xiàn)實(shí)造型評(píng)審的功能

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的造型評(píng)審可應(yīng)用于高速列車開(kāi)發(fā)全流程，根據(jù)各階段開(kāi)發(fā)進(jìn)度的不同，其具體功能有所不同。

（1）工業(yè)設(shè)計(jì)方案評(píng)審。真實(shí)再現(xiàn)車輛物理視覺(jué)狀態(tài)，提供沉浸式的人機(jī)交互體驗(yàn)和身臨其境的視覺(jué)仿真效果。通過(guò)CAVE 系統(tǒng)對(duì)造型方案進(jìn)行虛擬展示評(píng)價(jià)，工業(yè)設(shè)計(jì)師和工程設(shè)計(jì)人員可以對(duì)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)方案細(xì)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)探討，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的錯(cuò)誤和缺陷，部分設(shè)計(jì)問(wèn)題可以現(xiàn)場(chǎng)修改、比對(duì)，更快地確認(rèn)最終設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)高自由度的設(shè)計(jì)評(píng)審。

（2）工程設(shè)計(jì)方案評(píng)審。工程師對(duì)其負(fù)責(zé)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案成果有清晰明確地了解和認(rèn)識(shí)，通過(guò)將工程設(shè)計(jì)方案三維立體化、視覺(jué)真實(shí)化，更直觀地對(duì)三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行校驗(yàn)，并對(duì)零部件及其系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)審，從而避免后續(xù)施工過(guò)程出現(xiàn)缺漏和偏差。

（3）部件功能動(dòng)態(tài)演示。動(dòng)態(tài)演示數(shù)字化效果樣車中的部件，可使技術(shù)人員提前得知所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能效果，更直觀地進(jìn)行部件功能人機(jī)分析和空間分析，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)性及可靠性驗(yàn)證。

（4）降低開(kāi)發(fā)成本。引入虛擬現(xiàn)實(shí)評(píng)審后，可極大減少樣車生產(chǎn)數(shù)量，縮短開(kāi)發(fā)周期。此外，虛擬數(shù)字化效果樣車可以持續(xù)更新修改，對(duì)于所有數(shù)據(jù)均可進(jìn)行回溯跟蹤，有效降低高速列車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本。

（5）跨界溝通橋梁。為設(shè)計(jì)師、工程師、市場(chǎng)部門(mén)及最終客戶進(jìn)行方案及設(shè)計(jì)思想交流提供了一種全新、直觀和動(dòng)態(tài)的方式，全面直觀展現(xiàn)解決方案，有效消除不同角色之間的設(shè)計(jì)溝通障礙。

（6）輔助項(xiàng)目投標(biāo)及產(chǎn)品交付評(píng)審。一方面運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶高自由度的實(shí)時(shí)交互體驗(yàn)，通過(guò)逼真的虛擬環(huán)境，讓用戶“身臨其境”地體驗(yàn)公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，塑造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)；另一方面利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向用戶形象地、高品質(zhì)地展示公司高速列車造型設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)公司產(chǎn)品進(jìn)行高水平宣傳及呈現(xiàn)，讓業(yè)主直觀感受施工進(jìn)展及下階段施工概況，給公司科技品牌、商務(wù)關(guān)系帶來(lái)直接效益。

3 數(shù)字化虛擬樣車開(kāi)發(fā)流程

對(duì)高速列車造型進(jìn)行虛擬評(píng)審之前，需要進(jìn)行高速列車數(shù)字化虛擬樣車開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)流程包括模型優(yōu)化、光影關(guān)系烘焙、材質(zhì)編輯、整體場(chǎng)景優(yōu)化和動(dòng)態(tài)展示制作6 個(gè)階段，如圖3 所示。

圖3 數(shù)字化虛擬樣車開(kāi)發(fā)流程

3.1 模型優(yōu)化

將高速列車三維模型原始數(shù)據(jù)在AliasTM 軟件中進(jìn)行模型檢查、修補(bǔ)和刪除重面等操作，再導(dǎo)入RTT虛擬軟件中進(jìn)行模型整理優(yōu)化，模型優(yōu)化共包括5 個(gè)步驟。①反轉(zhuǎn)法線。所有可視面的法線統(tǒng)一翻轉(zhuǎn)為正向法線，即朝向視角的方向；②曲面分組。為使模型輕量化并提高烘焙質(zhì)量，需要進(jìn)行面的分組，以設(shè)備部件為單元將相同材質(zhì)的面進(jìn)行合并整理；③分層處理。將合并后的面按照設(shè)備部件分類并分層處理，形成條理清晰的樹(shù)狀層級(jí)關(guān)系；④細(xì)分、拓?fù)?。將整理后的模型進(jìn)行細(xì)分優(yōu)化，使模型無(wú)缺損、無(wú)漏縫，達(dá)到最佳質(zhì)量；⑤整車模型搭建。將優(yōu)化后的各部件進(jìn)行整車模型搭建，最終形成完整的車輛外觀及內(nèi)裝場(chǎng)景模型。

3.2 光影關(guān)系烘焙

光影關(guān)系烘焙分為燈光設(shè)置、光影烘焙2 個(gè)階段。外觀及內(nèi)裝因場(chǎng)景特點(diǎn)不同，需分別以不同文件進(jìn)行燈光設(shè)置、光影烘焙。

3.2.1 燈光設(shè)置

在進(jìn)行外觀場(chǎng)景燈光設(shè)置時(shí)，遵循照明原理設(shè)置主燈、輔助燈和背光燈等，合理設(shè)置燈光參數(shù)，使光影關(guān)系自然真實(shí)，柔和不生硬，如圖4 所示。①主燈。應(yīng)設(shè)置在車輛主體正前方左側(cè)，由上向下大約45°角傾斜照向車輛主體，模擬陽(yáng)光；②輔助燈。從頂視圖角度應(yīng)與主體光相反方向布置，且略低于主燈，主要作用為模擬環(huán)境光，補(bǔ)充車輛側(cè)面方向光照；③背光燈（輪廓燈）。應(yīng)位于車輛主體的背面，由下向上適當(dāng)角度射向車輛，主要作用為勾勒出車輛輪廓，使車輛從背景中分離出來(lái)。

圖4 外觀場(chǎng)景燈光設(shè)置

在進(jìn)行內(nèi)裝場(chǎng)景燈光設(shè)置時(shí)，遵循照明原理設(shè)置太陽(yáng)光、室內(nèi)主光源和室內(nèi)輔助燈光等。①太陽(yáng)光。應(yīng)放置在內(nèi)裝模型外側(cè)左上方（以車頭方向?yàn)闇?zhǔn)），呈45°~60°向下照射模型，以模擬上午9 點(diǎn)至11 點(diǎn)的光照效果；②室內(nèi)主光源。將頂部主照明燈模型作為主光源以模擬實(shí)際頂燈效果。為減少文件大小，提高烘焙速度，縮短烘焙時(shí)間，通常將頂部主照明燈模型設(shè)置為自發(fā)光材質(zhì)；③室內(nèi)輔助燈光。將客室模型中除頂燈外的全部頂板模型設(shè)置為自發(fā)光材質(zhì)，作為輔助光源輔助主光源照亮整個(gè)室內(nèi)空間，并將全部顯示屏、電子地圖和TV 電視等實(shí)際能發(fā)光的設(shè)備模型設(shè)置成自發(fā)光材質(zhì)，模擬人造環(huán)境光照作為補(bǔ)光。

3.2.2 光影烘焙

烘焙是指把光照信息渲染成貼圖，然后將貼圖重新貼回到場(chǎng)景中的技術(shù)。由于烘焙技術(shù)把光照計(jì)算的結(jié)果提前寫(xiě)入到了貼圖中，因此在實(shí)時(shí)渲染時(shí)無(wú)須進(jìn)行耗時(shí)的光照計(jì)算，提高了實(shí)時(shí)渲染效率[15]。烘焙分為臨時(shí)烘焙和最終烘焙。臨時(shí)烘焙是在燈光設(shè)置過(guò)程中烘焙出陰影關(guān)系，模型以白模呈現(xiàn)，便于查看陰影效果和燈光布置情況。在調(diào)整好燈光參數(shù)后可進(jìn)行最終烘焙，烘焙參數(shù)通常選擇高質(zhì)量，值越大烘焙質(zhì)量越高，但烘焙速度越慢。可進(jìn)行全場(chǎng)景烘焙，也可選擇某一模型物體單獨(dú)進(jìn)行烘焙。在烘焙過(guò)程中，場(chǎng)景中如有隱藏的物體，這一物體將不被烘焙，不產(chǎn)生陰影關(guān)系，對(duì)周圍物體沒(méi)有影響。

3.3 材質(zhì)編輯

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的材質(zhì)貼圖文件、效果圖及相關(guān)圖片資料，對(duì)烘焙好光影關(guān)系的模型進(jìn)行材質(zhì)賦予。根據(jù)部件表面特征設(shè)置材質(zhì)參數(shù)，將提供的材質(zhì)貼圖賦到相應(yīng)部件模型中，調(diào)節(jié)UV 坐標(biāo)及比例，使貼圖紋理和物體表面實(shí)際紋理相匹配，材質(zhì)設(shè)置符合設(shè)計(jì)方案的CMF 設(shè)計(jì)要求。

3.4 整體場(chǎng)景優(yōu)化

如圖5 所示，為使高速列車模型表現(xiàn)更為真實(shí)，提升視覺(jué)效果，需要進(jìn)行整體場(chǎng)景優(yōu)化，共包括4 個(gè)步驟。①合并模型。將制作完成的外觀模型和內(nèi)裝模型進(jìn)行合并，合并在同一文件場(chǎng)景內(nèi)，按平面編組圖對(duì)準(zhǔn)并調(diào)整外觀及內(nèi)裝各部分模型位置；②環(huán)境場(chǎng)景添加。在完成高速列車虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字樣車數(shù)據(jù)后，還需要制作高速列車虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)。虛擬環(huán)境主要為與高速列車主題相關(guān)的車站場(chǎng)景、城市場(chǎng)景或鐵路線路場(chǎng)景等，環(huán)境場(chǎng)景搭建可以使虛擬樣車展示更真實(shí)，提高視覺(jué)效果，烘托環(huán)境氣氛。在選擇合適虛擬環(huán)境場(chǎng)景后，將場(chǎng)景復(fù)制到合并后的模型文件中，并將其與車輛模型位置相匹配；③HDR 設(shè)置。HDR 即高動(dòng)態(tài)范圍貼圖，其超越普通光照顏色和強(qiáng)度的光照，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景照明和模擬反射折射，從而使物體表現(xiàn)更加真實(shí)。外觀及內(nèi)裝因場(chǎng)景環(huán)境不同需分別設(shè)置相應(yīng)HDR 貼圖；④燈光效果設(shè)置。模擬真實(shí)環(huán)境中燈光的發(fā)光、光暈和眩光效果，使燈光效果更逼真，烘托場(chǎng)景真實(shí)氛圍。

圖5 虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字樣車的整體場(chǎng)景優(yōu)化

3.5 動(dòng)態(tài)展示制作

動(dòng)態(tài)展示制作包括邏輯變量設(shè)置和動(dòng)畫(huà)制作2 個(gè)步驟。邏輯變量設(shè)置主要包含外觀視角的切換、外觀配色方案的切換、外觀模型方案的切換、內(nèi)裝視角的切換、內(nèi)裝配色的切換、內(nèi)飾模型方案的切換和內(nèi)飾電子地圖及電視智能車窗交互顯示的切換等；動(dòng)畫(huà)制作包含外觀預(yù)覽動(dòng)畫(huà)、開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)畫(huà)、動(dòng)態(tài)智能屏動(dòng)畫(huà)、內(nèi)部預(yù)覽動(dòng)畫(huà)、電視動(dòng)態(tài)展示、燈光顏色變化的動(dòng)態(tài)展示、桌椅及其他內(nèi)部設(shè)施的動(dòng)態(tài)展示等。通過(guò)動(dòng)態(tài)展示，可以形象展示各方案，方便專家全面清晰了解各方案優(yōu)缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策，提升評(píng)審效率，加快設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)程。

此外，在虛擬現(xiàn)實(shí)造型評(píng)審中，還需對(duì)場(chǎng)景中相機(jī)的視角高度、遠(yuǎn)近距離等進(jìn)行初始化設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體模型的真實(shí)模擬。通過(guò)對(duì)大量造型評(píng)審中評(píng)審人員觀看方式及綜合平均視點(diǎn)高度統(tǒng)計(jì)分析得出，視點(diǎn)高度在1.6 m 左右時(shí)，可得到同實(shí)體模型評(píng)審更為相近的視覺(jué)感受。

4 高速列車造型虛擬現(xiàn)實(shí)評(píng)審流程

目前高速列車領(lǐng)域的造型評(píng)審主要用于展示整體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)為外觀及內(nèi)飾造型的評(píng)審。通過(guò)將設(shè)計(jì)師的理念轉(zhuǎn)變?yōu)榫呦蟮?、身臨其境的和可供現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)的對(duì)象，來(lái)模擬真實(shí)的看車體驗(yàn)，如圖6 所示。

圖6 CAVE 系統(tǒng)列車外觀評(píng)審現(xiàn)場(chǎng)

為更好地進(jìn)行高速列車造型虛擬評(píng)審，首先需要根據(jù)高速列車的造型尺寸，以高清晰1∶1 比例進(jìn)行建模。并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)模型材質(zhì)、燈光、場(chǎng)景、噴涂、整潔和穩(wěn)定性等進(jìn)行渲染，真實(shí)重現(xiàn)高速列車設(shè)計(jì)方案的造型特點(diǎn)，方便專家依據(jù)產(chǎn)品要求對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)審，通過(guò)CAVE 環(huán)境投射，實(shí)現(xiàn)沉浸式的“真實(shí)樣機(jī)”般的評(píng)價(jià)。由于高速列車造型設(shè)計(jì)既要滿足技術(shù)及功能尺寸需求，還要具備一定審美與外在精神風(fēng)貌[16]。因此評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括2 方面：①對(duì)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)造型、涂裝方案、內(nèi)飾造型和色彩等及人機(jī)關(guān)系、總體結(jié)構(gòu)、功能原理和接口等進(jìn)行評(píng)價(jià)；②對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)評(píng)審，主要包括零件尺寸、裝配連接和工藝等。高速列車設(shè)計(jì)方案的評(píng)審環(huán)節(jié)包括以下6 個(gè)步驟。

（1）對(duì)造型設(shè)計(jì)方案的評(píng)審。設(shè)計(jì)師通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件展示高鐵設(shè)計(jì)方案的數(shù)字化效果樣車，整體講解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)構(gòu)思、外觀、內(nèi)飾造型及配色等，通過(guò)造型方案切換、角度切換、配色切換和功能演示等操作，對(duì)方案進(jìn)行全方位展示。

（2）對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的評(píng)審。工程師講解系統(tǒng)或零部件三維模型，使用交互手柄互動(dòng)操作，通過(guò)剖切、測(cè)量、縮放、顯隱和透明等操作，進(jìn)行功能、尺寸、結(jié)構(gòu)組成和裝配關(guān)系等的講解。

（3）專家提問(wèn)。專家指出存在疑問(wèn)的設(shè)計(jì)方案或工程零部件，設(shè)計(jì)師通過(guò)快捷菜單對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、剖切和移動(dòng)等操作，充分形象展示方案細(xì)節(jié)，便于專家再結(jié)合討論給出審核意見(jiàn)。

（4）疑問(wèn)解答。設(shè)計(jì)師對(duì)專家的問(wèn)題進(jìn)行答復(fù)，通過(guò)三維軟件操作，結(jié)合仿真分析等進(jìn)行解答。

（5）模型修改。專家的部分意見(jiàn)若可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，可現(xiàn)場(chǎng)直接修改模型，以替換現(xiàn)有方案，便于后續(xù)探討。

（6）評(píng)審結(jié)果總結(jié)。設(shè)計(jì)師、工程師對(duì)專家的意見(jiàn)進(jìn)行匯總、記錄，評(píng)審會(huì)后進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)并修改方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

造型評(píng)審是高速列車研發(fā)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高速列車造型評(píng)審過(guò)程中，可免去實(shí)體模型樣車的制作過(guò)程，有效降低人力物力成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)能夠幫助設(shè)計(jì)師與業(yè)主之間更好溝通，有效提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本文闡釋了基于CAVE 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的高速列車數(shù)字化虛擬樣車的開(kāi)發(fā)及造型評(píng)審流程，可為軌道列車進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)評(píng)估提供參考。