概念設計實現(xiàn)計算機虛擬現(xiàn)實技術

目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將要開發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產(chǎn)品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，虛擬現(xiàn)實技術的應用，使設計思路和設計表達如虎添翼。讓人多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設計的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，大大減少了投放市場的風險性，也為企業(yè)決策人尋找商機、判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。
　　一、虛擬現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術
　　（一）虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）及虛擬設計（Virtual Design，VD）
　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是利用計算機省城一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進自然交互的技術。這里所謂模擬環(huán)境就是計算機生成的具有色彩的立體圖形，它可以是某特定現(xiàn)實世界的真實體現(xiàn)，也可以是純粹構想的世界。傳感設備包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等穿戴于用戶身上的裝置和設置現(xiàn)實環(huán)境中的傳感裝置。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內的武體進行操作并得到實時立體反饋。虛擬現(xiàn)實是一種全新的人機交互系統(tǒng)，它能對介入者產(chǎn)生各種感官刺激，如聽覺、視覺、嗅覺、觸覺，給人身臨其境的感覺，人能以自然的方式與計算機生成的環(huán)境進行交互操作。
　　虛擬設計是以“虛擬現(xiàn)實技術為基礎，以機械產(chǎn)品為對象的設計手段”，借助這樣的設計手段，設計人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進行自然地交互，實現(xiàn)從定性和定量綜合集成環(huán)境得到感性和理性的認識，從而幫助深化概念和萌發(fā)新意。
　　（二）虛擬現(xiàn)實技術
　　虛擬現(xiàn)實技術是人的想象力和電子學等相結合而產(chǎn)生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進行自然的交互，從而體驗比現(xiàn)實世界更加豐富的感受。
　　二、概念設計的定義及內涵
　　Pahl和Beitz在《Engineering Design》一書中提出“概念設計”這一名詞以來，人們對概念設計進行了十幾年的研究。他們將其定義為：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷順O其組合等，確定出基本求解途徑，得到求解方案，這部分設計工作叫做概念設計。
　　國內的學者也對概念設計進行了大量的研究，其中鄧家褆在《產(chǎn)品概念設計》一書中將“產(chǎn)品概念設計”定義為“由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的，可組織的，有目標的設計活動，它表現(xiàn)為一個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進化的過程。”
　　在幾十年的時間里，人們對概念設計的研究日益增加、不斷深入，使概念設計的內涵更加廣泛和深刻。主要體現(xiàn)在:根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個階段的要求進行市場需求分析、功能分析、功能的工作原理、動作行為的構思、行為載體的選擇和方案的組成的等?？梢?，確定方案是概念設計的最終結果，產(chǎn)品生命周期全過程的滿足才是概念設計的關鍵。設計方法上更加全面融合各種方法，尋求綜合最優(yōu)方案，同時使設計更具創(chuàng)造性。

　概念設計是對產(chǎn)品或部件的構思，目的是捕捉產(chǎn)品的基本形狀。這個階段，產(chǎn)品的形狀和精確尺寸尚未確定，設計人員有一定變更自由，所以盡可能考察設計方案，以便選出生產(chǎn)成本最低、創(chuàng)意良好的方案。利用傳統(tǒng)的計算機輔助設計，往往多是二維交互工具，缺乏三維或者多維的功能，但是產(chǎn)品卻是三維的部件，這樣必然導致人機交互效率低?，F(xiàn)行的計算機輔助設計系統(tǒng)要求定義零件的尺寸，而在產(chǎn)品的概念設計階段這樣的尺寸可能無法精確得到或者根本沒必要精確定義，這樣必然影響設計效率和周期。傳統(tǒng)的計算機輔助設計需要兩類人員配合，即產(chǎn)品的設計人員和電腦繪圖員，產(chǎn)品設計人員有關產(chǎn)品的概念信息通過草圖或者口述的方法傳達給電腦人員，這樣導致信息的丟失或者繪圖者的曲解，而如果設計者本人直接參與電腦輔助設計建模的話，由于現(xiàn)行的電腦輔助設計系統(tǒng)的操作復雜和交互能力若，大大分散了設計者的精力，限制了思路。為了克服這樣的限制，充分發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性，人們開始把虛擬現(xiàn)實技術引入計算機輔助設計系統(tǒng)進行概念設計，將虛擬現(xiàn)實技術和概念設計有效結合，利用豐富直觀的交互手段，在虛擬環(huán)境中進行概念設計，從而節(jié)省產(chǎn)品精確描繪和尺寸定義的時間，這就是基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計，即虛擬概念設計。
　　三、虛擬概念設計的研究方向和應用前景
　?。ㄒ唬└拍钤O計中應注意的兩個問題
　　1.  虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的概念可視化。概念可視化是指設計師透過畫面或者模型，將市場的需求轉換成可視化的具體形態(tài)。概念設計是否能符合目標用戶的要求，“眼見為實”的圖面或者模型是最具有說服力的。
　　2.  虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的人機交互界面。想實現(xiàn)人機互動，必須解決一系列技術問題，形成和諧的人機環(huán)境。虛擬現(xiàn)實就是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技省城逼真的視聽觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、互相影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真環(huán)境的感受和體驗。
　?。ǘ┨摂M現(xiàn)實技術在概念設計中的前景
　　在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，進行產(chǎn)品的概念設計是虛擬現(xiàn)實技術的基本內容。在電腦虛擬現(xiàn)實提供的良好的可視化條件下，對電腦輔助設計建立的三維模型在幾何、功能、加工與裝配等方面進行交互性的修改，利用虛擬現(xiàn)實給用戶提供諸如視聽觸覺等各種感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔、提高整個系統(tǒng)的工作效率。相關人員可以對原型的各方面包括視覺效果、部件間比率進行評價。針對不同用戶的愛好要求，在不同的虛擬環(huán)境中，親自體驗修改模型；選擇產(chǎn)品的可選部件，觀察設計和修改過程。
　　概念設計是設計過程的初步階段，它的目的是獲得做夠多的有關產(chǎn)品式樣和形狀的信息，同時它又是設計過程中的重要階段，因為產(chǎn)品成本的60%～70%是由這個階段決定的。面對日益加劇的產(chǎn)品市場競爭的挑戰(zhàn)，可以預見，基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計必有長足發(fā)展，最終將與現(xiàn)有計算機輔助設計系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。激烈的全球市場競爭，各國投入大量的資金對虛擬現(xiàn)實技術及其在工業(yè)設計領域中的應用進行深入研究。將研究的成果及時轉化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領市場的關鍵。