工業(yè)設(shè)計中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用探討

呂欽

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.115

摘 要：工業(yè)設(shè)計是現(xiàn)代工業(yè)制造中的核心環(huán)節(jié)，新時代背景下，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計模式已經(jīng)不能適應(yīng)時代發(fā)展的需求和市場需求，市場對工業(yè)設(shè)計的水平和效率提出了更為嚴(yán)格的要求。為促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計必須突破傳統(tǒng)設(shè)計模式下的技術(shù)限制，走專業(yè)化、智能化和信息化的道路，不斷提升設(shè)計水平和設(shè)計效率。近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，大大提升了工業(yè)設(shè)計的效率化和專業(yè)化。本文首先就虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的特點及發(fā)展趨勢做了簡要闡述，然后就虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的優(yōu)勢及具體應(yīng)用做了詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 工業(yè)設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：TN248 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0115-02

工業(yè)是現(xiàn)代社會第二產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。而工業(yè)設(shè)計作為現(xiàn)代工業(yè)制造中的核心環(huán)節(jié)，其設(shè)計水平和效率直接影響現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。隨著市場競爭的不斷激烈，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計更加注重產(chǎn)品的造型設(shè)計、功能、性能、質(zhì)量，且要求現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品實現(xiàn)綠色化生產(chǎn)。為確保工業(yè)產(chǎn)品在激烈的市場競爭中脫穎而出，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計必須提升其設(shè)計水平和效率，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將為這一目標(biāo)的實現(xiàn)提供有力的條件。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）最初是由美國人拉尼爾于1980年提出，自主性、多感知性和交互性是這一技術(shù)的主要特征，其本質(zhì)上是一種計算機(jī)仿真系統(tǒng)，可創(chuàng)建和體驗虛擬世界，借助計算機(jī)生成模擬空間，從而創(chuàng)設(shè)一種三維動態(tài)仿真環(huán)境，從而讓人實現(xiàn)聽覺、視覺等多感官體驗[1]。這一技術(shù)的實現(xiàn)，運用了多種現(xiàn)代高新技術(shù)，如人工智能技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、遙感技術(shù)、三維立體技術(shù)、感官反饋技術(shù)、廣角立體顯示技術(shù)等。簡單而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了人們運用計算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)的可視化操作，其與傳統(tǒng)視窗操作更具震撼力，實現(xiàn)了技術(shù)上的新突破。隨著時代的不斷進(jìn)步和發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如軍事、醫(yī)學(xué)、文體娛樂、工業(yè)設(shè)計、建筑施工、教育、汽車制造等。

2 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的特點及發(fā)展趨勢

工業(yè)設(shè)計（Industrial Design）是指以工學(xué)、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)對工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計，其專業(yè)性要求較高，涉及的領(lǐng)域也較為廣泛[2]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，工業(yè)設(shè)計對于創(chuàng)新性的要求也愈為迫切，要求設(shè)計出的工業(yè)產(chǎn)品具有融合性，注重藝術(shù)和品質(zhì)的提升，符合環(huán)保的要求，可以回收利用，實現(xiàn)對環(huán)保的綠色化表達(dá)。同時要求設(shè)計出的工業(yè)產(chǎn)品具有較高的性能和質(zhì)量，以滿足市場的多樣化需求。總而言之，新時代背景下，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計要求以市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一般規(guī)律為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計，確保設(shè)計出的工業(yè)產(chǎn)品符合供需規(guī)律，提高經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計與科學(xué)技術(shù)相融合，以提高產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)性，也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然選擇。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為高新技術(shù)的典型代表應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，是對傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計的新突破，其必將大大提升工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的效率化和專業(yè)化。

3 工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢

工業(yè)設(shè)計是工業(yè)制造的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計主要采用二維平面設(shè)計方法，這種設(shè)計方法立體感較為缺乏，難以對產(chǎn)品的造型和產(chǎn)品性能準(zhǔn)確把握。而在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用計算機(jī)仿真等現(xiàn)代高新技術(shù)，可實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品的三維展示，有利于設(shè)計者準(zhǔn)確把握產(chǎn)品性能，及時整改設(shè)計存在的問題，使產(chǎn)品設(shè)計的周期大大縮短，產(chǎn)品制造效率提高。具體而言，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)屬于可視化設(shè)計界面，圖文并茂，更易于理解，而且可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸和共享[3]。（2）傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計大多需要制作實體模型，產(chǎn)品每次進(jìn)行修改都需重新制作實體模型，且需要寄送給不同地區(qū)的客戶，等到客戶反饋再進(jìn)行修改，不僅浪費時間和成本，而且影響研發(fā)進(jìn)度。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助計算機(jī)仿真技術(shù)，不需要制作實體模型和實體儀器，可節(jié)約設(shè)計成本。（3）設(shè)計過程中所涉及到的信息、數(shù)據(jù)及圖像等都可在計算機(jī)硬盤上保存，可進(jìn)行備份，且不易損壞和丟失，而且便于對多種設(shè)計方案進(jìn)行對比和分析。（4）虛擬現(xiàn)實技術(shù)不受地域和空間的限制，產(chǎn)品設(shè)計修改更加快速便捷，使設(shè)計流程和時間減少，可提高研發(fā)效率，使產(chǎn)品研發(fā)周期大大縮短，設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度大大減輕。（5）在工業(yè)設(shè)計中，部分工業(yè)產(chǎn)品的測試場景可能具有一定危險性，或者搭建測試環(huán)境的成本非常高昂，在這種情況下，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將有效解決這些問題。如交通信號系統(tǒng)設(shè)計完成后，大多需要客戶到其他已經(jīng)安裝完成的城市進(jìn)行參觀，路途耗時較長，且客戶反映沒有針對性。而借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可實現(xiàn)對當(dāng)?shù)氐缆坊蛘叱菂^(qū)交通情況的模擬，產(chǎn)品的設(shè)計將更具有針對性。又如部分涉密軍用產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計測試時不具備使用坦克吊裝車輛、導(dǎo)彈運輸車輛等軍用運輸設(shè)備搭建測試環(huán)境的條件，而使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可最大程度控制涉密人員范圍。

4 工業(yè)設(shè)計中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在需求分析階段的應(yīng)用

在產(chǎn)品設(shè)計的需求分析階段，可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的Web頁面進(jìn)行市場調(diào)查，這種方式可以提升被調(diào)查者的興趣，使獲取的信息更加全面和準(zhǔn)確，有利于對市場需求狀況的全面把握。同時，借助Web的虛擬設(shè)計環(huán)境可向用戶展示產(chǎn)品的特點及功能，用戶可及時給予反饋，從而可獲取多樣化的需求信息，有利于提升產(chǎn)品設(shè)計的合理性[4]。

4.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在概念設(shè)計中的應(yīng)用

在概念設(shè)計中，可借助多樣的虛擬環(huán)境，讓用戶親自修改模型，或者借助觸摸屏對產(chǎn)品的造型、風(fēng)格及色彩等可選部件進(jìn)行選擇，再渲染和生成較為逼真的三維模型，以獲得對產(chǎn)品的親身體驗，綜合專家及部分用戶提出的合理化建議，對產(chǎn)品進(jìn)行修改。

4.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在詳細(xì)設(shè)計中的應(yīng)用

詳細(xì)設(shè)計是工業(yè)設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)，其中可制造裝配性詳細(xì)分析尤為關(guān)鍵。在對復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)可進(jìn)行虛擬裝配，實現(xiàn)裝配的直觀性演示，從而及時發(fā)現(xiàn)其中存在的不合理之處，及時修改。

4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬制造中的應(yīng)用

虛擬制造系統(tǒng)為產(chǎn)品的模擬制造提供了便利的技術(shù)條件，其運用計算機(jī)模擬產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和制造過程，不會造成能源和資源的浪費，同時通過虛擬制造環(huán)境，可以及時發(fā)現(xiàn)制造過程中可能存在的問題，以確保在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取有針對性的預(yù)防措施消除潛在隱患。

4.5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在產(chǎn)品評價和測試中的應(yīng)用

對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行評價和測試是工業(yè)設(shè)計的重要組成部分，而借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)可在虛擬條件下對產(chǎn)品的運行狀態(tài)和性能加以評價，并根據(jù)評價和測試結(jié)果進(jìn)行有針對性的修改。

總之，在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)有重要的現(xiàn)實意義，但目前仍存在部分尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙，因此應(yīng)積極致力于相關(guān)研究，不斷促進(jìn)相應(yīng)技術(shù)的完善，以為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用提供更為堅實的技術(shù)保障，并最終提升工業(yè)設(shè)計水平的提升與整體工業(yè)制造業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 戚鵬，辛獻(xiàn)杰，郭艷，等.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計虛擬展示平臺的建設(shè)研究[J].科技展望，2015（20）：160.

[2] 白娟.計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計發(fā)展?fàn)顩r與趨勢城市[J].建設(shè)理論研究：電子版，2016（9）.

[3] 楊茜.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（16）：48-49.

[4] 衷文.基于虛擬現(xiàn)實VR-Platform平臺的展示研究[J].通訊世界，2016（18）：218.endprint