基于逆向工程的家具產品虛擬展示研究

張天雨 張 帆 Zhang Tianyu & Zhang Fan

(1.2.北京林業大學材料科學與技術學院，北京 100083）

逆向工程為家具產品的設計提供了新的思維方式，在虛擬展示過程中利用逆向工程技術有助于展示模型快速準確地構建并取得更真實的展示效果。二者的合理結合不僅可以使家具產品取得良好的展示效果，也有助于用戶需求的搜集，為家具產品的改良、創新提供更多依據。

1 逆向工程

逆向工程也稱反求工程，目前相關研究多集中在實物逆向[1]。它是指在只有產品或實物模型的前提下，通過測量得到實物的表征數據，從而建立CAD模型，并利用該模型進行產品的分析、改良及生產加工的過程[2]。以此為基礎的逆向設計與傳統的由概念設計到模型構建再到產品生產制造的正向設計存在明顯差異。逆向設計可以實現快速準確地構建實物的數字化模型，并通過對模型的分析、重構縮短產品設計研發周期。該方法一方面為產品開發過程提供了有效的數字化信息協助，提高了產品研發的質量和效率；另一方面可以通過真實的使用情況及市場反饋對已有產品進行評估，從而完成產品的再創新[3]，有利于延長設計的壽命。

2 逆向工程的應用

實物表征的測量是逆向工程的重要環節，利用高精度的現代化設備和測量方法，可以大幅度提高測量效率。因此，三維掃描技術作為逆向工程中實物表征測量與模型重構的關鍵技術，已然成為逆向工程研究的核心內容，目前運用到測繪工程、醫療、建筑、文物保護等多個領域[4]。

家具產品在造型及功能上有其特殊性，三維掃描技術應用于家具產品的研究比較有限，大多集中于古典家具的保護與修復及家具產品復雜曲面的構建。利用三維掃描技術，能夠將造型復雜、裝飾多樣并且缺乏原始圖紙的古典家具進行準確的數字化轉換，便于相關人員對古典家具做出分析、修復、評價及創新。與以往的保護方式相比，三維掃描技術的運用使得古典家具的形態保護更具準確性、全面性與高效性[5]。隨著科技的發展，逆向工程可以利用的先進技術愈多，在輸出形式上不應局限于新產品的生產制造。將逆向工程的輸出方式與3D打印技術、數據庫技術、虛擬現實技術等高新技術相結合，更有助于產品的展示、測評。

3 關于虛擬展示

3.1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是指利用計算機軟件生成虛擬的三維環境，并通過VR眼鏡等專用設備使用戶“投入”到該環境中，從而實現用戶與虛擬環境進行交互的技術[6]。

沉浸感、交互性、構想性是虛擬現實技術的三大特點。沉浸感指使用者處在虛擬世界中時不會有不真實的感覺。交互性指使用者在虛擬世界中不只是被動地接受，還可以通過自己的行動改變所處的環境。構想性指虛擬環境為使用者提供了廣闊的想象空間和認知范圍，使其可以構建出現實世界中不存在的事物[7]。

基于如上特點，如今虛擬現實技術已被應用于交互體驗、工業設計、仿真訓練等多個應用領域[8]。例如淘寶近年來提出的BUY+概念，嘗試利用虛擬現實技術百分之百地還原購物場景為消費者帶來新的購物體驗（圖1）。

3.2 產品的虛擬展示

虛擬展示是借助于虛擬現實技術、網絡技術、多媒體技術、數據庫技術和超文本技術發展起來的一種全新的表現形式[9]。與傳統展示手段相比，虛擬展示不僅可以節省空間、人力等資源，還能夠將所要展示的信息集中于虛擬的環境中，方便用戶通過主觀操作對所需信息進行篩選與認知，并且可以及時采集、反饋用戶的真實需求。

故宮博物院借助虛擬現實技術打造的“端門數字館”已經面向大眾，參觀者能夠全方位的觀察、“觸摸”數字化的藏品，與古建、文物親密交互（圖2）。在電子商務領域，銷售平臺可以利用虛擬展示對所銷售的產品進行演示。京東商城中的部分商品已經配置有交互功能的三維模型，可供用戶自由旋轉、縮放并觀察產品細節。

3.3 現有家居類虛擬展示產品優勢及不足

目前，虛擬展示在家具行業也已經有所應用，例如“IKEA NOW”、“sayduck”，這種設計展示類軟件的開發使用戶能夠利用手機、平板電腦等移動設備自由觀察家具產品，同時可以根據個人喜好修改產品顏色、材質等特征，增強互動性、趣味性以及用戶的參與感。不過這類程序還存在明顯不足，它們往往將關注點集中于家具單體，忽視以環境烘托展示效果的重要性，造成用戶體驗過程中沉浸感不足。酷樂家、愛福窩這種家裝設計類軟件則將家具產品與使用環境相結合，以樣板間的形式為客戶進行三維全景展示。用戶在自由觀察產品及其空間展示效果的同時還可以根據頁面設置的產品清單了解心儀產品的詳細信息，或通過購買鏈接直接購買相應產品。這類展示方式的不足之處在于場景設置比較單一，展示內容相對固定，用戶只能被動觀察預設展示效果，參與感較低（圖3）。

圖1 淘寶BUY+購物理念

圖2 虛擬博物館

圖3 三維樣板間展示

圖4 基于逆向工程的虛擬展示流程

4 基于逆向工程的家具產品虛擬展示

4.1 家具設計與家具展示

隨著社會的發展，建筑與人類的聯系愈加緊密，建筑空間與人類形成了相互影響、互相依存的關系[10]。家具作為一種耐用消費品，不僅需要滿足消費者的使用功能，同時也是人類居住的建筑空間中的重要組成部分，它不僅涉及材料、設備、工藝等技術領域，又與社會學、心理學、行為學等社會科學以及藝術理論緊密相連，由此可見家具既具有物質性，又具有精神性[11]。這兩種特性既是設計的重點，也應在展示過程中得到全面的體現。

目前，隨著互聯網技術的興起，常見展會臨時展示，專賣店長期展示的家具產品銷售展示方式收到了嚴峻的挑戰[12]。這類展示方式雖然做到了通過展現家具的設計要素引導消費者對產品產生文化、審美方面的認知，從而促使其產生購買行為。然而由于缺乏及時有效的反饋渠道，展示過程中消費者對于產品的真實訴求難以得到重視及利用，這種訴求通過合理的分析本應成為家具改良或新產品開發時的設計依據。因此采取新的展示方式，在進行家具展示的同時搜集反饋真實的用戶需求，才能避免信息的浪費，拓展展示的意義，提升設計的科學性。

4.2 逆向工程與虛擬展示的結合

逆向工程的發展是一個不斷吸收新興技術的過程，逆向工程與虛擬展示結合的最佳方式是將三維掃描技術運用于展示模型的構建，并且將虛擬展示看作整個逆向過程最終進行生產制造前一種成果預輸出的形式。增加虛擬展示的環節可以在節省打樣及生產成本的前提下與客戶進行及時有效的溝通，便于設計師及企業獲取用戶以及市場的真實需求，并以此為指導依據對模型進行相應的修改，從而保證最終產品更加符合預期（圖4）。

4.3 家具產品空間形態虛擬展示

利用三維掃描技術對用于虛擬展示的家具產品及其展示空間進行快速準確的模型構建，可以在全面展現產品信息的同時再現其在不同空間的展示效果，增強用戶的沉浸感以及與家具之間的交互性。而用戶在這一過程中產生的行為、情感偏好等信息則可以作為信息資產結合數據處理技術為家具的設計、生產、選購提供指導從而產生更大的價值。

綜上，家具產品空間形態虛擬展示的實現主要包括產品庫構建、場景庫構建、交互功能設置、反饋信息處理四大部分。

產品庫構建：產品庫指用于展示的家具產品單體數字模型庫，應該包含家具的尺寸、材質、顏色、裝飾部件等全面信息。對于已經具有數字模型或者利用CAD等軟件容易繪制三維模型的家具產品，可以將其模型直接導入產品庫中。對于造型較為復雜，裝飾元素較多，表征測量難度較大的家具產品，為了保證其數字模型的真實性與準確性采用三維掃描技術進行三維模型的逆向構建，并將所得模型導入產品庫中。

場景庫構建：場景庫指展示空間的數字模型庫。合適的展示空間對于優化展示效果，促進家具文化傳播，提升用戶體驗過程中的沉浸感具有重要作用。藝術化的展示場景可以突出家具產品，使用戶關注產品的相關信息。生活化的使用場景可以還原家具的功能，體現使用過程中家具與環境的協調性。因此建造多種展示空間的數字模型，構建場景庫能夠促進家具產品的全面展示。利用3DMax等軟件進行空間模型的構建并不困難，但空間的測量、貼圖的選擇需要耗費大量時間和精力，模型渲染出來的真實性也難以得到保障。三維掃描技術的使用可以簡化測量和貼圖的過程，百分之百還原真實場景，降低場景模型制作難度，縮短制作周期，利于場景庫的及時擴充。

交互功能設置：交互功能設置過程中應考慮家具產品本身及展示空間兩個要素。既要實現用戶在體驗過程中能夠自由旋轉、縮放觀察家具，能夠自主更改家具材質、配色等元素，還要實現展示空間的自由切換、產品在空間中的自由移動、空間配飾變換等功能。

反饋信息處理：現代社會已經步入信息化，信息資源是十分重要和寶貴的。對產品進行虛擬展示的過程中用戶的交互行為將產生龐大的數據信息。將這部分信息作為數據流，利用大數據技術對其進行挖掘，可以幫助企業分析潛在商機，對自己的產品進行精確的定位，分析用戶習慣，幫助用戶明確自己的需求，歸納市場需求，為產品的設計、改良提供風向標。

5 結語

將逆向工程與家具產品的虛擬展示相結合能夠更全面、真實地展示家具，也利于減少試錯成本促進家具的改良與創新。對于家具企業而言，這種方式在保證展示質量的同時節省了展示成本。對于用戶而言，這是一種全新了解家具的渠道，使用戶不是被動接受既定產品，而是在瀏覽、挑選的過程中體現出自己的真實需求。對于家具設計師而言，通過虛擬展示平臺搜集到的企業的反饋、用戶的需求將會是一筆巨大的信息財富，這些資源將成為設計改良及新產品研發的重要依據。在信息化的時代里，家具行業不能將設計、制造、銷售等環節割裂開。充分利用現代科技成果，將設計、展示、用戶需求等信息進行聯通，各環節協同發展，才能促使家具行業取得長足的進步。