虛擬現實技術與物理模型制作在汽車造型設計中的關系淺析

張偉劍

摘 要：文章首先論述了虛擬現實技術發展及特點，物理模型制作的重要性，以及它們在汽車造型設計中的重要性，主要闡述了它們各自的優缺點，提出了二者在汽車造型設計中的相互關系，以提高產品開發的制作水平及高效性。

關鍵詞：虛擬現實技術；物理模型制作

中圖分類號：U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-234-03

Abstract： This paper first discusses the development and characteristics of virtual reality technology. The importance ot the production of physical models， and their importance in car modeling， The paper mainly espounds their respective advantages and disadvantages， and puts forward the relationship between the two in automobile modeling， so as to improve the production level and efficiency of product development.

Keywords： Virtual Reality Technology； Physical model making

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-234-03

引言

隨著科技的飛速發展，市場的變化不斷加快，汽車制作業間的競爭日趨激烈，汽車開發種類也如雨后春筍越來越多，隨之也出現了一些新的特點，如何及時高效地開發出適應市場需求的高品質，高性能及低成本汽車產品已然成為企業占領市場并保持競爭力的關鍵因素。、這時不斷發展和應用先進的汽車造型設計技術虛擬現實技術更能適應這一變化。那么，傳統的汽車設計方法物理模型制作與新型技術二者又有一個什么樣的關系呢？怎樣來理解分析他們之間的融合與發展方向是值得我們每一個汽車人來研究分析的。

首先，我們要知道什么是虛擬現實技術。

虛擬現實技術（Virtual Reality Technology，VRT）是以計算機技術為主，綜合利用計算機三維圖形技術，模擬技術，傳感技術，人機界面技術，顯示技術，多媒體技術及人工智能技術等經過交叉與綜合而發展起來的新興仿真技術。美國，英國，德國，日本等國的政府機構和許多大公司特別重視虛擬現實技術。應用虛擬現實技術，可降低新車型的研發成本，縮短研發周期，提高企業研發水平，效率和市場競爭力，避免實際產品研發所帶來的風險，在社會實踐的許多方面有著非常美好的發展前景。

20世紀90年代，我國在原吉林工業大學建設了一個國家重點實驗室――汽車動態模擬實驗室，當時該實驗室在技術上是十分先進的，基本與世界同步，但是這一技術沒有被廣泛使用，時到今日，國內汽車生產企業逐漸進入計算機仿真階段，采用三維設計軟件進行產品設計及改進工作。從趨勢來看，虛擬現實技術將成為汽車研發技術的主流，應該充分消化和吸收此技術，結合傳統物理模型制作工藝，從而開發出完全具有自主知識產權的汽車產品。

1 虛擬現實技術的特征

虛擬現實是一種人工創建和體驗虛擬世界的計算機系統，該技術具有以下四個特點：

1.1 沉浸感

是指人沉浸在虛擬環境中，具有在真實環境中一樣的感覺。理想的模擬環境應該使用戶難以分清真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環境中的一切如同在現實世界中的感覺一樣。

1.2 交互性

是指在虛擬環境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內容。如用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動

1.3 構想性

是指虛擬的環境是人構想出來的，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。

1.4 實時性

是指當體驗者發出一定的指令，虛擬環境會立即有所反應。這咱實時性不僅僅在顯示方面，而且包括設計方面及設計人員可以通過對某些設計指標的修改立即觀察到這些改變帶來的后果。輸入不周的參數而得到不同的方案，可進行對比分析，尋求最佳方案。

2 虛擬現實系統在汽車造型設計中的應用

虛擬現實系統的沉浸式特點在汽車造型設計中應用較為廣泛，大體分為靜態與動態兩種表現方法。靜態表現方法是通過對三維數據的渲染，將虛擬樣車1：1模擬真實環境對內、外飾進行造型評審，包括不同場景、不同方案、不同材質、不同紋理方案的實時模型評審，同時可以記錄不同版本的數據。將標桿、競品車型定位明確，多視圖與虛擬樣車進行對比、評審，對問題點進行梳理、記錄；將陰影效果、立體感不強的三維數據與真實光影、逼真材質的虛擬樣車進行對比、評審，對問題點進行梳理、記錄；將顏色、材質單一的物理模型與真實光影、逼真材質的虛擬樣車進行對比、評審，對問題點進行梳理、記錄；根據項目靜態評審的需要，制作廣場、樓頂、評審室、紀念館、大橋、湖邊夕陽HDR場景；根據三維數據靜態渲染的需求和專業的掃描設備及軟件的制作，制作紋理、材質、顏色等屬性的材質貼圖。

動態表現方法主要是：

（1）攝像機動畫：將所有需要展示的鏡頭進行攝像機位置編輯，記錄攝像機位置，通過動畫編輯器對所有鏡頭進行編輯，最終得到攝像機動畫。

（2）Flash動畫：將虛擬現實渲染的數據依照展示要求進行角度設置，輸出Flash格式的全景圖。

（3）實景動畫：將攝像機的機位設計好，借助高端攝像設備對場景進行拍攝，拍攝完成后將所要展示的渲染數據進行實景合成，得到實景動畫。

（4）虛擬場景動畫：選擇需要搭建的場景，借助高端攝像設備對場景進行拍攝和實地的測量，運用三維軟件進行實體建模和景觀建模，將渲染數據結合搭建的場景進行渲染輸出，得到虛擬場景動畫。

虛擬現實系統在汽車造型設計中的應用的優勢在于通過虛擬現實動態演示，可看到造型車在行駛中的光影變化，在樣車還沒有出來之前可以進行光影面調節，對車的姿態，比例，特征線走勢等細節進行調整，大大節約了前期的設計開發時間。

3 物理模型制作在汽車造型設計中的應用

說了這么多關于虛擬現實的好處與優勢，那么它的缺點也是顯而易見的，比如說它沒有辦法給人真實的存在感，光影在自然光的反饋下是不全面也是不真實的，設計師要修改點線面的關系也沒有一個真實的實體來進行修改，客戶在評審時提出的意見也沒有辦法直觀的再現出來。這時候，制作物理模型就顯得尤為重要，設計師在二維設計時更加注重透視及角度，往往在三維數據制作時對關鍵性的一些轉折點，線，面處理的不是很好，這時候就要通過三維立體實物模型來進行推敲，物理模型是設計草圖轉換實體的重要階段和手段。一些好的物理模型師更能讓設計師的設計錦上添花，推動設計的理性發展。油泥模型制作是十分重要也是必須經歷的一個環節。它將平面圖形立體化，呈現出了一個十分逼真的立體汽車形態。這些模型帶給我們的感受和虛擬現實展現的效果是截然不同的，物理模型更加真實觰手可及，能讓我們體會到汽車每一個細節設計，或結實飽滿，或端莊優雅，或動感十足。

物理模型制作是上世紀末二十一初從歐美國家傳來的一個新興職業，是伴隨著中國的汽車工業和自主研發設計發展而發展起來的，當然這是所指的模型主要是指汽車模型，制作模型的主要材料是油泥，加熱到五六十度會軟化，可塑性強，可反復切削，質量穩定可靠。由于汽車模型是個直觀立體的實體，是每次客戶評審的焦點，最有效最具視覺沖擊力的展示，是一個創意最終能不能實現，到底能不能得到客戶滿意認可的關鍵一環，所以模型制作在整個設計流程環節中所起的作用是至關重要的。客戶不會盯著效果圖提過多的意見，更不會盯著電腦里的數字模型看，虛擬現實表現出來的再接近真實，還是與實物存在一定的差異的。

到了更直觀的模型這里，不管是專業不專業都能充分的發表自己的意見，美丑比例風格一目了然，以實體模型為基礎的評審是最穩定可靠的，最能反映問題和體現出二維設計師設計思維的。同樣能體現出制作物理模型的價值所在。

4 虛擬現實技術與物理模型制作在汽車造型設計中的關系

綜上所述，我總結出虛擬現實系統與物理模型制作在汽車造型設計中的幾點關系：

（1）虛擬現實在汽車造型設計中的前期應用開展，有效的將虛擬現實評審運用到新產品的研發中，快速的將不同設計方案進行渲染評審，選出相對優秀的造型方案，減少了制作多個物理模型的制作時間與費用。

（2）由于虛擬現實在汽車造型設計中缺少真實感，HDR場景、動畫素材拍攝需要大量的重復工作，前期效果評定后選擇有價值的一到兩種方案制作物理模型進行造型推敲，輔助造型設計推進工作。

（3）在物理模型制作過程中，虛擬現實系統可以模擬出汽車外形數據場景，進行一些功能性實驗分析（如：風洞實驗，工程數據分析等），通過分析報告，我們設計師可以根據報告內容有效地規避設計風險，提高工作效率。

（4）在物理模型制作完成對造型設計推敲工作后，虛擬現實系統可以根據新的模型數據制作出新的評審場景，可以對車身顏色，車處環境等相關因素設定，進行動態與靜態演示，更好地展現出設計產品色彩的多面性。

5 結論

總的來說，我個人認為，虛擬現實技術與物理模型制作在汽車造型設計中的關系是非常密切的，二者之間相輔相成，相互促進。在汽車造型設計中二者都是不可缺少的，無論離開了哪一方，汽車造型設計都會受到一定的影響，二者互滲互補，在汽車造型設計中我們要把虛擬現實技術與物理模型制作有機地結合起來，從而迅速高效地完成汽車造型設計工作。