虛擬現實技術輔助產品設計教學的應用研究

張家祺　任鵬　劉曉龍

摘 要：如今在產品設計教學當中，傳統教學手段很難滿足現代教學任務的需求，本文從虛擬現實的特點和應用出發，分析了虛擬現實的狀況以及當今高校產品設計教學的特點和不足，提出了虛擬現實在產品設計教學當中的技術實現。

關鍵詞：虛擬現實；產品設計教學；交互設計；教學優勢

0 引言

現如今，產品設計教育既要求學生們擁有十分豐富的知識面，又要求學生們的實踐動手能力要強，這樣全方面地發展必定為院校帶來一定的負擔，比如教學設備緊缺或者型號上來不及更新或者在進行市場調研階段的時候所得到的數據并不準確。那么，將虛擬現實技術引進產品設計的教學當中來，輔助教師為學生們講解，必定成為一種新的趨勢，它作為一門新的技術，將在產品設計教育領域的發展當中為之注入新的活力。

1 虛擬現實技術特點

虛擬現實 （Virtual Reality），簡稱VR，又譯作靈境、幻真，[1]是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實技術運用計算機對現實世界進行全面仿真，通過視覺、聽覺、觸覺以及味覺等多種感知體驗，使瀏覽者感知虛擬世界，產生身臨其境的動態感知交互視景效果。[2]

而虛擬現實技術（VR）最為突出的三個特點即：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction） 和想象性 （Imagination）。[3]

虛擬現實技術已經越來越成為我們生活當中的一部分，在平時的生活當中，一般的用戶會選擇在消遣娛樂上使用虛擬現實裝置，如在經歷了一天的勞累工作，回到家中打開虛擬現實裝置，感受來自大自然的清新，以此來放松身體。其實虛擬現實技術也被應用到很多領域，就連醫療當中病人的康復有時候也會用到該項技術，這已經成為一種主流形式，是未來設計領域的一種趨勢。

2 當今高校產品設計教學現狀

經過近30年的發展，中國的工業設計教育雖然取得了長足的進步，但是同西方相比，仍然很落后。目前國內只有個別幾個院校的設計專業辦出了自己的特色，而大多數院校的工業設計教育水平依舊停留在十幾年前的水準上，絲毫沒有質的飛躍。

通過總結，可以了解到目前國內工業設計教育中幾個比較突出的問題：

2.1 認識不夠，定位不清

通過對工業社會以及工業設計的發展歷史我們可以了解西方工業設計的昨天和今天。國內工業設計教育首先應該認清西方工業設計發展的客觀環境，不能盲目借鑒，而且要拋棄教學管理者的主觀認識，從客觀的角度分析自身的辦學條件以及學校所處地域的經濟環境，然后再進行專業定位，循序漸進，逐步提高教育水平。

2.2 追求完整，忽略綜合

工業設計教育追求知識結構的完整性，忽略了設計學科綜合性的特色，工業設計專業主要在工科院校開設，而工科院校的工業設計教育沿襲了工科專業教學的所謂學科體系教育，為了追求知識結構的完整性，忽略了設計學科綜合性的特色。

3 虛擬現實技術在輔助課堂教學中的實現意義

3.1 虛擬現實技術開創了全新的學習場景

利用虛擬現實的技術，可以徹底讓學生突破傳統空間上的限制，學生可以身臨其近的進行觀察，在教授產品材料學的時候，學生們甚至可以進入到產品材料的內部進行觀察，看看到底聚氯乙烯是什么樣，看看各種材料的分子結構。也可以進入到產品內部觀察產品的運作規律以及內部結構，如學生們在一開始雖然知道汽車的外形，但有些同學卻并不知道汽車的工作流程，如何啟動。虛擬現實技術甚至可以突破時間上的限制，一些十幾年亦或者是幾十年才能完成的一些變化過程，可以在很短的時間內呈現給學生們。最重要的是，虛擬現實技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建出一個虛擬的生產環境，使學生能如同身臨制造廠一般，以此來進行自由交流。這些，構造出一個開放的學習環境，讓同學們能夠更好地學習專業知識，更加清晰和明了。

3.2 虛擬現實技術變革了傳統的學習方式

運用虛擬現實技術，突破傳統教科書的限制，使每一位學習者都可以根據自己的學習特點，在自己方便的時間從互聯網上自由地選擇適合的學習資源，按照適合于自己的方式和速度進行學習，這種探索性的學習，有利于激發學生的創造性思維，使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識，從而提高學習者的動力。

3.3 虛擬現實技術節約了有限的教育成本

虛擬各種實驗設備、金工實習環境和操作過程，使大多數課程可以在虛擬實驗室中進行，大多數的技能可以在虛擬實訓車間中進行訓練，從而不必購置昂貴的實驗實訓設備。可以在節約大量昂貴的儀器設備費用的前提下，解決在教學中，因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的原因而無法進行的教學實驗，虛擬訓練又可避免實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節約教育成本。[4]

4 虛擬現實技術輔助產品設計教學設計的實現方案

眾所周知，典型的產品設計過程包含四個階段：概念開發和產品規劃階段、詳細設計階段、小規模生產階段、增量生產階段。而在產品設計教學當中，最為困難的也便是這樣幾個階段。實現方案如下：

4.1 虛擬場景的漫游

為了幫助用戶較快熟悉產品的結構、各種產品的特征和產品的加工環境，可以設計虛擬場景漫游系統，包括自動路徑漫游和自由路徑漫游兩種漫游方式。自動路徑漫游方式適合還不熟悉系統具體環境的用戶，通過這種漫游方式，用戶可以根據系統設置好的路徑對虛擬場景進行游覽。自由路徑漫游方式適合對系統有了一定了解的用戶，用戶可以自由選擇游覽路徑。

4.2 交互模塊的設計

虛擬教學系統具有操作簡單、方便的特點，用戶只需要使用鼠標和鍵盤即可完成全部交互操作。

4.3 友好的系統界面

對系統界面進行明顯的分層劃分，包括主界面和次界面兩部分，并對界面之間的跳轉鏈接，進行了優化處理。

5 結語

虛擬現實技術的應用對于產品設計專業教學具有重要的意義和作用，不僅能夠有效提升產品設計教學的成效，還能夠降低在金工實習環節的成本投入。高校應當給予虛擬現實技術的應用充分的重視，進而實現教學成效的提升。相信這種基于虛擬現實技術去輔助教學的教學模式能為學生們帶來交互式與體驗式的課堂，并且其具有廣泛的應用前景，對學生的創新能力和實踐操作應用能力的培養起到了重要的作用，未來需要進一步加強其深度和廣度，以取得更好的教學效果。

參考文獻：

[1] 郭鳳英.虛擬現實技術在網絡教學中的應用[J].北京聯合大學學報（自然科學版），2004，18（3）：77-79.

[2] 申蔚.虛擬現實技術[M].清華大學出版社，2009：20-24，1-5.

[3] 張金釗，張金銳，張金鏑.虛擬現實與游戲設計[M]. 2007：2-5.

[4] 周德福，李金祥.虛擬現實技術在高職實踐實訓中的應用[J].繼續教育研究，2012：65-67.

[5] 李剛.虛擬現實的藝術理論研究[D].武漢：武漢理工大學，2008.

[6] 白雪飛，趙文深，崔巖松，等.基于現代智能實驗室的三維場景用戶界面設計[J].軟件，2013，34（7）：41-45.