淺析虛擬現(xiàn)實技術(shù)對產(chǎn)品設(shè)計的影響

【摘要】：傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法由于缺少先進技術(shù)的支持，導致整個設(shè)計過程缺乏必要的信息反饋，設(shè)計意圖不能得到全面展示。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用使得產(chǎn)品設(shè)計方法發(fā)生了重大變化，設(shè)計效率得到大幅提高。

【關(guān)鍵詞】：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 產(chǎn)品設(shè)計 產(chǎn)品展示

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于革新傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法的重要意義

國際工業(yè)設(shè)計協(xié)會聯(lián)合會（ICSID）1980年對工業(yè)設(shè)計的定義是：就批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言，憑藉訓練、技術(shù)、知識、經(jīng)驗以及視覺感受而賦予材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面加工及裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格的設(shè)計活動。由此可見，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計是一個多因素、多環(huán)節(jié)循環(huán)復雜的決策過程。從橫向設(shè)計目標來講，產(chǎn)品設(shè)計涵蓋產(chǎn)品的功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、形態(tài)設(shè)計、色彩設(shè)計、材料設(shè)計以及人機工程等多個方面；從縱向設(shè)計流程來講，產(chǎn)品設(shè)計包括設(shè)計立項、設(shè)計調(diào)研、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、樣機試驗、批量生產(chǎn)和銷售支持等環(huán)節(jié)。

在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法中，整個設(shè)計流程由于缺少先進計算機平臺的支持，無法滿足協(xié)同化產(chǎn)品開發(fā)的要求，因而導致設(shè)計中信息流動的單向性，整個過程缺乏必要及時的信息反饋，這種信息共享障礙使得設(shè)計早期不能全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素，直到后期才發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，造成大量返工。同時，基于圖紙的手工設(shè)計方式也導致了設(shè)計表達存在二義性，傳統(tǒng)的產(chǎn)品草圖、效果圖乃至于計算機模型圖都僅能從某個方面展現(xiàn)設(shè)計師意圖，全方位的產(chǎn)品展示很難通過有效手段得以滿足，設(shè)計意圖難以獲得共享和良好的交流，設(shè)計概念也不能得到很好的完善。此外，傳統(tǒng)的設(shè)計方式在設(shè)計資料和用戶信息的獲取上顯得效率低下，一手資料的獲得往往耗費大量的人力物力，需要極長的時間，這就使得資料和信息的有效性急劇降低。

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于產(chǎn)品設(shè)計能革新傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法、提升產(chǎn)品設(shè)計能力、增強產(chǎn)品生命力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用為設(shè)計人員提供了具有高度真實感和交互性的虛擬模型，有別于傳統(tǒng)的產(chǎn)品效果圖和一般的數(shù)字化模型，這種虛擬樣機具備很強的物理特性。

采用這種虛擬樣機，并配合一定的硬件設(shè)備，可以為設(shè)計師營造出十分逼真的產(chǎn)品環(huán)境：

利用這種仿真環(huán)境，可以通過讓用戶進行逼真的操作體驗來獲取相關(guān)的用戶信息：可以是設(shè)計師在高度真實的環(huán)境下探討設(shè)計方案，并可以迅速修改設(shè)計以觀察和評估設(shè)計的劣，比如色彩的變化、材料的選擇等等；配合網(wǎng)絡技術(shù)的使用，設(shè)計師還可以和工程師實時討論產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和加工工藝等問題，高交互性的虛擬樣機可以使工程師觀察到產(chǎn)品的各個結(jié)構(gòu)細部，并可以檢查產(chǎn)品功能能否正常實現(xiàn)；利用這種仿真環(huán)境還可以對產(chǎn)品進行預配、物理實驗和人機試驗，以檢測其性能和尺寸是否符合要求。另外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用還增強了產(chǎn)品設(shè)計各環(huán)節(jié)的信息反饋速度和深度，讓設(shè)計師在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，增強市場競爭能力。

總的來說，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計無論是在產(chǎn)品設(shè)計的具體環(huán)節(jié)上還是在整個流程上都發(fā)生了重大變化，相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法來說優(yōu)勢明顯。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計方法是人機接口技術(shù)的重大突破，它將設(shè)計師的理念和作品以人們所習慣的方式傳達，并且通過網(wǎng)絡交流設(shè)計師、制造者和使用者的信息，使信息交互的深度、廣度和速度得到了很大提高，符合現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)發(fā)展的大趨勢。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對產(chǎn)品設(shè)計的影響

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了產(chǎn)品設(shè)計的觀念

自從工業(yè)革命以來，產(chǎn)品設(shè)計理念就在不斷的發(fā)生著變化。影響產(chǎn)品設(shè)計理念變化的因素有很多，但最根本的因素是制造技術(shù)的進步。產(chǎn)品設(shè)計的大前提是工業(yè)，一切設(shè)計活動都是建立在工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，每一歷史時期設(shè)計所呈現(xiàn)出來的特性和所應用的技術(shù)手段都是當時工業(yè)技術(shù)水平尤其是制造業(yè)水平的體現(xiàn)，科技進步一方面會改變產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)手段，改變設(shè)計的程序和方法：另一方面會為工業(yè)設(shè)計開辟新的領(lǐng)域，并最終使得產(chǎn)品設(shè)計的理念不斷發(fā)生變化。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是面向第二代網(wǎng)絡技術(shù)的高新技術(shù)，是數(shù)字化技術(shù)的集大成者，它的引入對產(chǎn)品設(shè)計的觀念必將產(chǎn)生重大影響。受其影響，產(chǎn)品設(shè)計觀念將呈現(xiàn)出以下兩大發(fā)展趨勢：

一是產(chǎn)品設(shè)計將更加追求創(chuàng)新性。這種創(chuàng)新性體現(xiàn)在設(shè)計過程的創(chuàng)新性、產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)新性和產(chǎn)品技術(shù)的創(chuàng)新性上。虛擬產(chǎn)品設(shè)計方法為設(shè)計師提供了高度可視化的設(shè)計環(huán)境，設(shè)計師可直接對虛擬原型以人類所習慣的方式進行操作，產(chǎn)生身臨其境的感受，使人的創(chuàng)造性思維得到充分、自由的發(fā)揮，體現(xiàn)了設(shè)計過程的創(chuàng)新性；上面提到設(shè)計過程的創(chuàng)新性可以激發(fā)設(shè)計師的創(chuàng)造性思維，這種創(chuàng)造性思維這在很大程度上將落實在產(chǎn)品的形態(tài)上，同時，將設(shè)計方案以虛擬模型的方式進行小組討論，產(chǎn)品的造型、色彩、材質(zhì)和涂飾等信息將更為直觀的得到展現(xiàn)，最終方案將更具創(chuàng)意；虛擬樣機技術(shù)還可以取代物理樣機支持產(chǎn)品的開發(fā)，由于其信息表達的完整性和一致性，設(shè)計人員和工程人員可以在虛擬環(huán)境下對其進行裝配仿真和性能分析，實現(xiàn)邊設(shè)計，邊修改，提高了產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新性。

二是產(chǎn)品設(shè)計將更追求人性化。以往的產(chǎn)品開發(fā)更多的是從技術(shù)、市場和生產(chǎn)加工等方面決定產(chǎn)品的設(shè)計方向，對用戶研究的認識和方法都十分缺乏，導致產(chǎn)品與人之間缺乏情感和交流。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實質(zhì)上來講是一種先進的人機交互技術(shù)，目的在于加強人與產(chǎn)品和環(huán)境的交流。它的引入，使設(shè)計師能夠使用虛擬樣機和虛擬環(huán)境去獲取用戶的心理信息和行為習慣，這對于傳統(tǒng)方法來講是很難實現(xiàn)的。因而，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域中的逐步普及，設(shè)計師將在設(shè)計中更加追求用戶的感受，設(shè)計將更具人性化。

此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用使虛擬樣機在產(chǎn)品設(shè)計的全過程中扮演了重要的角色，減少了設(shè)計資源的浪費，在降低設(shè)計成本的同時也響應了環(huán)境保護的呼聲。不僅如此，它對產(chǎn)品設(shè)計全程的支持也使得設(shè)計師可以對產(chǎn)品全生命周期進行充分的考慮，注重模塊化和循環(huán)化設(shè)計，追求產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高了設(shè)計的直觀性和真實性

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計中，設(shè)計師需要掌握良好的繪圖技能和表達技能，然后圖紙的表達僅能從某個角度展現(xiàn)產(chǎn)品的特點，產(chǎn)品的全方位信息得不到有效的展示，同時由于設(shè)計師表達技能和表達風格的差異，在進行設(shè)計交流時也影響了其它人員對設(shè)計方案的理解。即便是應用計算機來輔助設(shè)計也并沒有從根本上、理念上改變原來的設(shè)計方式，只是用顯示器、鼠標和鍵盤取代了紙筆的設(shè)計。而采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)計人員，則不必受到這些外界設(shè)備的各種約束，可以在虛擬空間內(nèi)發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本質(zhì)上是一種交互技術(shù)，提供給人們?nèi)粘Ｋ晳T的交流手段，這在產(chǎn)品設(shè)計中十分重要：對于一個設(shè)計方案，傳統(tǒng)的方法需要召集相關(guān)人員面對圖紙進行小組討論，而引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的討論可以將方案做成虛擬樣機放在分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境下進行討論，相比傳統(tǒng)方法它具有兩個主要的特點：直觀、真實。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了產(chǎn)品設(shè)計的流程

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計的串行化設(shè)計程序和工作流程并行化。設(shè)計師在進行設(shè)計的同時就可以通過虛擬現(xiàn)實設(shè)計系統(tǒng)將產(chǎn)品模型多角度、多方位地在計算機上動態(tài)顯示出來，表現(xiàn)出物體的各個側(cè)面及細部，對設(shè)計進行實際環(huán)境的模擬與仿真，用屏幕仿真代替實物實驗，使各個設(shè)計過程可以同步并行地進行。比如按照傳統(tǒng)的設(shè)計流程，產(chǎn)品的裝配問題只能在設(shè)計的后期階段才能被檢查出來，如果零件裝配存在問題，這需要重新返回方案設(shè)計階段重新進行設(shè)計，這樣中間進行的大量工作就失去意義了，而且考察零件裝配需要進行生產(chǎn)加工，成本和風險都很高。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以將設(shè)計方案發(fā)展下去，在虛擬環(huán)境下進行裝配，以檢測是否存在問題，如果存在問題則可迅速修改方案，反之則可進行深入設(shè)計直至生產(chǎn)加工。

4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了產(chǎn)品設(shè)計的工具

在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，實物模型和物理樣機是進行產(chǎn)品設(shè)計的重要工具，特別是在設(shè)計的用戶調(diào)研、檢測評估、人機分析、產(chǎn)品試驗中，其作用更是不可替代。但是，實物模型和物理樣機的制作需要耗費大量的人力物力，且嚴重增加了產(chǎn)品設(shè)計周期，成為了制約產(chǎn)品設(shè)計迅速發(fā)展的一大障礙。虛擬樣機的制作流程簡單、經(jīng)濟適用，而且可以迅速進行設(shè)計和修改。隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機已經(jīng)廣泛地被用于進行產(chǎn)品調(diào)研、人機分析、動態(tài)仿真和產(chǎn)品裝配之中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入使產(chǎn)品虛擬樣機成功取代了傳統(tǒng)實物模型和物理樣機，成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的重要工具。

三、虛擬技術(shù)對產(chǎn)品展示方面發(fā)生了很大的優(yōu)勢

1.展示的實時交互性

展示的實時交互性實時交互就是指用戶在觀賞虛擬展示活動的過程中可以對虛擬展示環(huán)境和展示產(chǎn)品傳遞的有效信息主動的進行接收、認知、分析和反饋。在觀看機械產(chǎn)品虛擬展示的過程中，觀展者可以通過控制鼠標、鍵盤等輸入設(shè)備控制視角的變換和展出的機械產(chǎn)品的虛擬操作，可以更全面的了解到產(chǎn)品的功能，技術(shù)指標、工作狀態(tài)等各種屬性，同時虛擬展示環(huán)境也會對用戶的操作進行反饋，模擬真實的展示場景進行畫面變換。

2.展示的可體驗性

產(chǎn)品虛擬展示設(shè)計是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，依托計算機的軟件平臺，為用戶人為得營造出一個更為真實的產(chǎn)品虛擬展示環(huán)境，在這個虛擬環(huán)境中用戶可以自己控制參觀路線，改變產(chǎn)品外觀、色彩，可以控制機床等大型機械產(chǎn)品進行工作，觀看產(chǎn)品的工作狀態(tài)、技術(shù)指標等等，使用戶在這種逼真的虛擬展示環(huán)境中視覺、聽覺、觸覺等多種感受器官得到全方位的體驗，可以對展示和展品都留下深刻的印象。同時，與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品展示設(shè)計相比，產(chǎn)品虛擬展示設(shè)計不是一個封閉的虛擬環(huán)境，而是一個開放的、可以互動的虛擬展示系統(tǒng)。

3.展示的全面性

傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示設(shè)計為了提高展示的效果，給用戶傳遞更多的產(chǎn)品信息，不僅要進行產(chǎn)品實物展示，還要散發(fā)與產(chǎn)品相關(guān)的傳單和宣傳冊。而基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以數(shù)字化為展示手段的產(chǎn)品虛擬展示設(shè)計，利用計算機軟件平臺構(gòu)建產(chǎn)品的三維虛擬數(shù)字模型，可以準確的表現(xiàn)出產(chǎn)品的外觀造型、性能特征、功能特點、工作狀態(tài)、技術(shù)指標等，同時還能及時的通過網(wǎng)絡傳遞給用戶，使得用戶可以全面準確的掌握產(chǎn)品的各種性能。

4.展示的高效性

機械行業(yè)是一個重工行業(yè)，它與很多輕工行業(yè)不同，為了提高企業(yè)效益和知名度、宣傳新產(chǎn)品，很多機械企業(yè)需要花費大量的人力、物力、財力去參加各種機械展示會、博覽會，布置大型展臺，而所取得的宣傳效果和目標群體反饋信息的實效性都很不理想。

機械產(chǎn)品虛擬展示設(shè)計利用高速發(fā)展的網(wǎng)絡信息技術(shù)和低廉的網(wǎng)絡平臺達到更快更好的宣傳和展示效果，節(jié)省了產(chǎn)品宣傳的資金投入，節(jié)約了投資者的資本，減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本。

總結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷史，也可以說是一個信息環(huán)境多維化的歷史。創(chuàng)建多維信息環(huán)境、突破數(shù)字及文字的單維表現(xiàn)力的局限，這是人類的共同追求，也是全世界的文化、藝術(shù)和科技工作者代代相繼的奮斗目標。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人們世世代代所追求的人機和諧的信息處理環(huán)境的繼續(xù)。只有在計算機及其它科學技術(shù)高度發(fā)達的今天，這樣的信息處理環(huán)境才能夠被實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的吸引力，不僅在于它是高技術(shù)，它能提高我們的工作效率或幫助我們?nèi)ネ瓿梢郧白霾坏降氖虑椋乃囆g(shù)魅力也是不可忽視的。