概念設計中的虛擬現實技術
-- 楊冬梅 高炳學 石小濱摘要: 結合工業設計的新方法與新觀念，闡述將虛擬現實技術應用于產品概念設計中，加快產品開發的進程，更好地滿足市場需求。關鍵詞:概念設計 虛擬現實技術 產品市場一、產品概念設計與市場概念設計是工業設計領域中的一個重要方面。國外大公司的產品設計部門包括:1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產品的概念設計的主導地位和重要性。1 概念設計的內涵概念的設想是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創意出現了形形色色的座椅開發設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養院、醫院、不能自理的老人家庭等。這是傳統的產品概念設計。當然，產品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創造性行為活動中，產品概念的構思是豐富的，人的創作智慧是無窮的。概念產品的類型更是多種多樣。2 概念設計與產品市場完成概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發商或企業帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發設計的許許多多產品中，只要一百件產品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。3 虛擬現實技術促使概念設計的市場化為了更好地接近產品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發的產品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業設計的發展，尤其是虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發設計的產品與傳統相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業決策人尋找商機、判斷概念產品能否進一步開發生產，提供更好的依據。虛擬現實技術能模擬整個產品開發過程，保證產品開發一次性成功，加快開發進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產品。 二、虛擬現實技術與虛擬產品1 虛擬現實系統(VirtualReality，VR)虛擬現實系統又稱為虛擬現實環境，是指計算機生成的一個實時三維環境。使用者可以在這環境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環境所反饋的作用力，從而讓使用者產生一種身臨其境的感覺。產生虛擬現實環境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod， MM)這種方法產生虛擬環境的步驟為:
①用放置在不同地點的多個攝像機將某環境或事物記錄下來;
②利用計算機的視頻技術抽取出環境或事物的三維模型;
③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數據→標度攝像頭→分離對象→建立模型→嵌入顏色→交互回放。
2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod， IM)一般做法是:
用攝像頭連續掃描周圍空間來獲取某一區域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環境。2 虛擬現實系統的常用設備及要求虛擬現實系統常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數據手套、數據衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現實系統的要求除了應具有高性能的計算機系統(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產生力學反饋。3 虛擬產品(VirtualProduct，VP)虛擬產品是虛擬現實技術應用于產品設計的產物，是一個數字化的產品。它具有真實產品所必須具有的特征。通過對產品實時性功能的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。由于產品的設計過程是數字化的，因此節省了傳統方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統的繪圖工作量大大減少。 三、虛擬現實技術在概念設計中應用前景 在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產品使用者的感受，而非產品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。甚至還可根據用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數人滿意為止。為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產品，而應該主動把自己廠家的產品推向市場。利用虛擬現實技術做出虛擬產品的動畫廣告，再與計算機網絡技術結合起來，使用戶能夠通過網絡來游覽設計廠家的設計產品，并能直接在虛擬環境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。若用戶對廠家設計的產品引起購買的欲望，通過網上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯系，網上定貨，使廠家的產品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現實技術及其在工業設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產力，這是產品迅速占領市場的關鍵。參 考 文 獻
1 陳軍等 虛擬現實中虛擬景象產生的技術初探 計算機應用研究，1999，6
2 熊曼辰等 數字化與概念化工業設計 ICME2000論文集
3 孫守遷等 計算機輔助概念設計研究現狀和發展趨勢 中國機械工程，1999(10)
4 王玉新等 三維虛擬設計環境下機械產品的概念設計 第一屆國際機械工程學術會議論文，2000作者通訊地址: 北京機械工業學院機械系工業設計教研室 (100085)文章發表于《現代制造工程》2003(5)
論文出處(作者):
公共空間移動用信息支援工具的設計概要
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