基于虚拟现实技术的工业设计方法论的探寻

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1、基于虚拟现实技术的工业设计方法论的探寻论文关键词：工业设计虚拟现实方法论论文摘要：论述了基于虚拟产品设计模式和虚拟环境的产品创新设计、人机工程分析、形态组构、设计管理等产品造型设计方法的应用，认为在现代工业设计中运用虚拟现实技术，将极大地加快产品设计周期，降低产品开发的成本，对工业设计方法的创新有着巨大影响。0引言虚拟现实VR(VirtualReality)是一种高度逼真的模拟人在自然环境中的视、听、动等行为的人机界面。简单地说，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟现实技术是20世纪末兴起的一门新的综合性信息技术，它融合了计算

2、机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、数字图像处理、网络技术、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术而且还包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术和方法，它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。工业设计是建立在科学技术基础之上，以赋予工业产品艺术性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法、人机工程学法、形态组构法、系统

3、设计方法、CAID方法、价值工程与价值创新法、设计管理法等。将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论以新的理念。1虚拟现实技术在国内外研究的现状1.1国外的研究情况随着虚拟技术的不断成熟与发展，一些发达国家己经在很多领域中应用了虚拟设计，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美国贝卡罗来那大学(UNC)的计算机系，其主要的研究课题是物理建模与仿真项

4、目和建筑漫游项目，此外还有美国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究VR在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境(CollatorativeVirturalEnvironment)等。美国宇航局(NASA)的Ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。1.2国内的研宄现状相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应

5、用还比较落后。自20世纪80年代VR技术开始起步以来，至今我国在VR的基础图形技术领域已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国己有34家科研机构、高等院校和企业正在开展虚拟制造技术的研宄、开发及初步的示范应用工作，有4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：①产品的虚拟设计；②热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数是在原先的CAD/CAM及仿真技术的基础上进行，而系统、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际

6、开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域己成为当前国内产品开发的重要环节。2基于虚拟现实技术的工业设计方法2.1创新设计法创新是工业设计的灵魂所在。当代社会经济条件下，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如1、2所示，

7、在传统的工业设计中，人们一直沿用着平面图来表达设计思想。即使应用计算机三维软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达出设计者的意而基于虚拟现实技术的工业设计方法将以字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型，主动索取信息，从而实现工业设计由面表达向体表达的突破使设计师有更充裕的时间来考虑设计的细节问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图3所示。此外，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体，全面表达设

8、计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计、开发人员的良好沟通和互动。2.2基于虚拟现实技术的产品人机工程分析（1）人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量、测