工業設計中虛擬現實技術的應用探討

呂欽

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

摘 要：工業設計是現代工業制造中的核心環節，新時代背景下，傳統的工業設計模式已經不能適應時代發展的需求和市場需求，市場對工業設計的水平和效率提出了更為嚴格的要求。為促進現代工業的可持續發展，現代工業設計必須突破傳統設計模式下的技術限制，走專業化、智能化和信息化的道路，不斷提升設計水平和設計效率。近年來，隨著信息技術的不斷發展，虛擬現實技術被逐漸應用于現代工業設計中，大大提升了工業設計的效率化和專業化。本文首先就虛擬現實技術的概念、現代工業設計的特點及發展趨勢做了簡要闡述，然后就虛擬現實技術在工業設計中的優勢及具體應用做了詳細探討。

關鍵詞：虛擬現實技術 工業設計 應用

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

工業是現代社會第二產業的重要組成部分，科學技術的發展，推動著現代工業的進一步發展。而工業設計作為現代工業制造中的核心環節，其設計水平和效率直接影響現代工業的發展。隨著市場競爭的不斷激烈，現代工業設計更加注重產品的造型設計、功能、性能、質量，且要求現代工業產品實現綠色化生產。為確保工業產品在激烈的市場競爭中脫穎而出，現代工業設計必須提升其設計水平和效率，而虛擬現實技術的應用將為這一目標的實現提供有力的條件。

1 虛擬現實技術概念

虛擬現實技術（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的主要特征，其本質上是一種計算機仿真系統，可創建和體驗虛擬世界，借助計算機生成模擬空間，從而創設一種三維動態仿真環境，從而讓人實現聽覺、視覺等多感官體驗[1]。這一技術的實現，運用了多種現代高新技術，如人工智能技術、計算機仿真技術、遙感技術、三維立體技術、感官反饋技術、廣角立體顯示技術等。簡單而言，虛擬現實技術實現了人們運用計算機對復雜數據的可視化操作，其與傳統視窗操作更具震撼力，實現了技術上的新突破。隨著時代的不斷進步和發展，虛擬現實技術被廣泛應用于各個領域，如軍事、醫學、文體娛樂、工業設計、建筑施工、教育、汽車制造等。

2 現代工業設計的特點及發展趨勢

工業設計（Industrial Design）是指以工學、美學、經濟學為基礎對工業產品進行設計，其專業性要求較高，涉及的領域也較為廣泛[2]。近年來，隨著經濟全球化的發展，工業設計對于創新性的要求也愈為迫切，要求設計出的工業產品具有融合性，注重藝術和品質的提升，符合環保的要求，可以回收利用，實現對環保的綠色化表達。同時要求設計出的工業產品具有較高的性能和質量，以滿足市場的多樣化需求。總而言之，新時代背景下，現代工業設計要求以市場經濟發展的一般規律為基礎，對產品進行科學規劃和設計，確保設計出的工業產品符合供需規律，提高經濟效益。隨著現代信息技術的不斷進步和發展，現代工業設計與科學技術相融合，以提高產品設計的技術性，也是現代工業發展的必然選擇。而虛擬現實技術作為高新技術的典型代表應用于現代工業設計中，是對傳統工業設計的新突破，其必將大大提升工業產品設計的效率化和專業化。

3 工業設計中應用虛擬現實技術的優勢

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

4 工業設計中虛擬現實技術的具體應用

4.1 虛擬現實技術在需求分析階段的應用

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

4.2 虛擬現實技術在概念設計中的應用

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

4.3 虛擬現實技術在詳細設計中的應用

詳細設計是工業設計過程中的重要環節，其中可制造裝配性詳細分析尤為關鍵。在對復雜產品結構進行設計時，借助虛擬現實技術可進行虛擬裝配，實現裝配的直觀性演示，從而及時發現其中存在的不合理之處，及時修改。

4.4 虛擬現實技術在虛擬制造中的應用

虛擬制造系統為產品的模擬制造提供了便利的技術條件，其運用計算機模擬產品的設計、開發和制造過程，不會造成能源和資源的浪費，同時通過虛擬制造環境，可以及時發現制造過程中可能存在的問題，以確保在產品實際生產前就采取有針對性的預防措施消除潛在隱患。

4.5 虛擬現實技術在產品評價和測試中的應用

對設計產品進行評價和測試是工業設計的重要組成部分，而借助虛擬現實技術可在虛擬條件下對產品的運行狀態和性能加以評價，并根據評價和測試結果進行有針對性的修改。

總之，在工業設計中應用虛擬現實技術有重要的現實意義，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障礙，因此應積極致力于相關研究，不斷促進相應技術的完善，以為虛擬現實技術在工業設計中的應用提供更為堅實的技術保障，并最終提升工業設計水平的提升與整體工業制造業的可持續健康發展。

參考文獻

[1] 戚鵬，辛獻杰，郭艷，等.基于虛擬現實技術的工業設計虛擬展示平臺的建設研究[J].科技展望，2015（20）：160.

[2] 白娟.計算機輔助工業設計發展狀況與趨勢城市[J].建設理論研究：電子版，2016（9）.

[3] 楊茜.虛擬現實技術在工業設計中的應用現狀與發展趨勢[J].中國高新技術企業，2015（16）：48-49.

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