Cult3D在機電產品交互設計中的研究

牛 敏， 陳錦昌

（華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510640）

隨著網絡信息化、科技化的高速發展，交互設計正以驚人的發展速度，不斷滲透到產品設計、界面設計、動畫設計、廣告傳媒設計等各種設計領域中，并慢慢地融入到人們的生活中，被人們所接受。交互設計著重從用戶角度考慮，是一種如何讓產品易用，有效而讓人愉悅的技術。通過對產品的界面和行為進行交互設計，讓產品和其使用者之間建立一種有機關系，從而達到使用者充分了解產品功能特性與操作方法的目的，進而提高產品可用性。因此，交互設計致力于了解目標用戶和他們的期望，了解用戶在同產品交互時彼此的行為，了解人本身的心理和行為特點。產品交互設計涉及到多個學科，以及多領域多背景的人員溝通，是一門綜合性很強的研究。

然而如何實現交互設計，怎樣滿足設計的最終需求，虛擬現實技術、Web3D技術的產生與發展使交互設計的實現成為了可能。利用虛擬現實技術，通過 Web3D技術可以使計算機生成一個逼真的三維感覺世界，用戶可以在其中實現簡單的漫游活動，因而出現了許多的 Web3D技術，如VRML、Viewpoint、Cult3D、Shockwave3D、Atmosphere等。在眾多的Web3D技術中，Cult3D具有良好的交互性、靈活性以及擴展性等優勢，將其作為產品交互設計的開發工具就突出了它的優勢所在。

因此，在產品設計中，特別是在機電產品的設計中引入交互設計，以突出設計的作用，體現產品可用性的目的。本文就是通過 Cult3D對機電產品進行交互設計，進一步說明在虛擬現實技術中，Cult3D在機電產品交互設計中的現實意義。

1 Cult3D

Cult3D是由瑞典Cycore公司推出的一款跨平臺的網絡應用程序，可以在網頁上或者各種文檔格式中建立交互的3D對象，其最大的特點就是文件小，而且可以保留漂亮的貼圖以及強大的交互功能，讓用戶的3D模型作品可以完整顯示在網頁中，因而Cult3D廣泛應用到了電子商務和電子交易、產品服務和培訓、產品和銷售展示以及娛樂游戲等領域中[1]。

此外，Cult3D還具有跨平臺性、交互性好、渲染快等特點，它的內核是基于JAVA，甚至可以嵌入JAVA類，利用JAVA來增強交互和擴展，它的開發環境也更趨向人性化和條理化，開發效率也要高得多[2]。因此，在虛擬現實技術中，利用Cult3D技術對產品進行交互設計的研究就顯示出了其優勢所在。

對于Cult3D，主要由3個部分組成：

（1）Cult3D Designer 這主要是Cult3D的核心技術。在Cult3D Designer中可以建立具有交互的Cult3D對象。

（2）Cult3D Player插件 這個插件是給Netscape和Explorer等瀏覽器使用的，它的功能是讓瀏覽器可以播放Cult3D對象并展示交互其交互性能。

（3）Cult3D Exporter 插件 這個插件是給3D建模軟件如3DMAX或者MAYA使用的。利用這個插件就可以從3DMAX或者MAYA中把文件導出到Cult3D Designer來制作[3]。

因此，在進行交互設計之前，需要在相應的軟件中安裝對應的插件，以保證設計工作的正常進行。

在信息技術飛速發展的當代，產品設計與計算機、網絡相結合已成為今后發展的一個重要方向，通過虛擬形式的互動設計，設計師能更好地理解和感受產品的功能、形態、空間、色彩、人機關系及所構成的環境情景，它能以最直觀的方式向消費者表達設計創意，而消費者可獲得最直觀的體驗，它是傳統方式無法比擬的設計輔助方式[4]。由此可知，研究機電產品的交互設計成為產品設計領域中不可或缺的一部分，也是未來的發展趨勢。

2 利用 Cult3D對高亮潔打蠟機進行交互設計

交互設計是綜合性較強的研究，在對產品進行交互設計的整個過程中，不僅需要選擇合適的交互平臺，同時要準確掌握產品與人之間是如何進行交互的過程，將使用人群的特性，產品的功能特征等因素結合起來進行設計。通過交互設計，用戶可以借助平臺從各個角度觀察、體驗產品的不同特性，也可以根據用戶的需求，對產品進行參數調整，使用戶更好的了解產品，從而增強產品與用戶之間的溝通能力，體現交互設計的重要作用。因此，對產品來說，如何設計好的交互設計是非常重要的。下面以瓷磚生產線中的高亮潔打蠟機為例研究機電產品的交互設計。

所謂機電產品，就是指機械設備、電氣設備、交通運輸工具、電子產品、電器產品和儀器儀表等及其零部件、元器件。結合上述分析，對于機電設備中的高亮潔打蠟機來說，其交互設計主要由4部分組成：三維建模、模型渲染、交互設計 以及產品發布，其流程圖如圖1所示。

圖1 交互設計流程圖

2.1 高亮潔打蠟機的三維建模

在三維建模技術中，有許多計算機輔助設計軟件可以實現三維建模，其中主要包括工程類的三維建模軟件（即機械設計軟件）UG、Pro/E、SoliWorks等，以及美術類三維建模軟件（即工業設計軟件)3DSMax、Rhino、Maya、Sketch等。選擇第二類軟件進行工業設計的三維建模，可以使模型更加直觀化、可操作性強，能滿足建模需求。3DSMax 的三角建模較強、一般經常用在室內以及建筑等方面，而Rhino是Nurbs曲面建模，具有精確性、相容性、高效性、易用性、經濟性等特點，可以創建任何想象中的造型，被廣泛應用于工業設計的三維造型設計中。本文采用Rhino軟件進行高亮潔打蠟機的三維建模。

圖2為高亮潔打蠟機的視圖展示，4部分圖分別展示了整個機電設備的頂視圖、左視圖、前視圖以及透視圖，其中透視圖展現了整體的三維模型效果，為下一步的模型渲染做好準備。

圖2 高亮潔打蠟機的模型視圖展示

2.2 高亮潔打蠟機的模型渲染

對三維模型進行渲染，可以使模型產生更加逼真的效果，能讓用戶看到產品的最終效果。逼真的效果使用戶在進行交互操作時，用戶可以更加直觀的了解目標產品的整體情況，包括材質、色彩、整體尺寸等因素。因此，優質的渲染效果是交互設計中必不可少的環節，同時也體現出了其在交互設計中的重要性。

首先，根據模型特點以及需要的渲染特效，將建好的模型從Rhino軟件中通過.obj格式的文件導入到3DSMax軟件中。為了使渲染能產生更好的效果，在導出文件時一定要對曲面進行優化處理，通過參數調節，減少曲面數量，保證曲面的光滑度等特性。

其次，根據設計需求，通過調整材質球的參數，將設置好的材質、貼圖添加到材質球上，并將這些材質、貼圖按照要求添加到相應的模型部件中。同時通過多次局部渲染，以觀察是否獲得滿意的渲染效果。

最后，對于環境的設置，可以在場景中的不同位置打上燈光，來增強模型不同部位的明暗效果，同時配合使用攝像機，從不同角度觀察模型，得到多角度的可視效果。

這樣渲染后的三維模型效果圖才能呈現出比較逼真的產品視圖，而模型的材質、色彩在整體環境的影響下，充分展示了高亮潔打蠟機整體造型特點。圖3為最終的高亮潔打蠟機渲染效果圖。

圖3 高亮潔打蠟機的渲染效果圖

2.3 高亮潔打蠟機的交互設計

通過上述步驟，確定了產品最終的效果，但是三維效果圖的表現卻不能產生動態的交互性效果，體現不出產品與用戶之間的交互關系以及產品本身的特點，因此需要將三維模型轉化為可交互的動態設計。而這樣的交互設計可以增強用戶和產品的互動關系，僅僅通過計算機以及網絡這些平臺，就可以讓用戶全方位掌握產品特性，并可以根據用戶需求來自行搭配產品的色彩、材質等，進行最終方案的確定。

因此，利用 Cult3D來實現機電產品交互設計的相關操作，需要從下面5方面來研究。

2.3.1 動畫設計

在3DS Max環境中進行關鍵幀動畫的設置，制作簡單動畫，因此要對高亮潔打蠟機需要實現動畫的部分進行設計。由于要通過交互動作使用戶參與到產品的操作中，所以將設備主體部分的觀察窗作為設計動畫的一部分，即窗戶開與關的動畫實現。這樣，當用戶進行相關操作時，這些簡單的動畫就可以使用戶對產品有大致了解，這一步也為接下來的交互設計做好準備。

2.3.2 導出文件

要導出 Cult3D能載入的文件格式，需要在3DSMax 中安裝相應版本的 Cult3D Exporter插件，本例采用 3DSMax 8.0對應版本的 Cult3D Exporter。在3DSMax程序窗口中點擊文件菜單中的 Export 命令，選擇保存類型為 Cult3D Designer(*.c3d)，在彈出的對話框中的Notes節點中選擇 Animation動畫屬性，選定 Matrix animation矩陣動畫，設置參數完畢，點擊保存即可。保存后的文件就可以通過 Cult3D Designer軟件打開，進一步設計具體的交互動作。

2.3.3 交互設計

根據 2.3.2節內容，將保存好的文件導入到Cult3D Designer 中。單擊File 中的Add Cult3D Designer File，文件添加成功，此時就可以進行交互設計了。經分析可知，作為機電設備的高亮潔打蠟機，在設計交互動作時，用戶需要知道產品各個部分的具體造型特點，同時了解相關操作部分的設計情況。因此，根據需求，可以設計出讓用戶只通過鼠標與鍵盤的配合操作即可實現的交互功能。

圖4則為在Cult3D Designer 中進行交互操作的窗口，激活菜單欄上的黑色小三角，通過鼠標與鍵盤的操作，簡單的交互動作就可以實現了。

下面就從鼠標與鍵盤操作兩方面對設計好的交互操作進行分析。

對于鼠標的操作，用戶可以通過鼠標左鍵對設備前窗戶部分進行打開與關閉的演示操作，同時可以通過鼠標右鍵對設備后窗戶部分進行打開與關閉的演示操作，方便用戶了解內部結構的大致情況，如圖5所示；此外，如果按住鼠標左鍵不放可使產品圍繞中心軸旋轉，按住鼠標右鍵不放可實現放大和縮小，同時按住鼠標左鍵和右鍵可實現平移功能，如圖6所示。

圖4 交互操作的窗口

圖5 配合鼠標開窗操作

圖6 配合鼠標平移縮放旋轉操作

對于鍵盤的操作，可以根據要求設置相關的數字鍵實現功能。例如，設置數字鍵“1”，每執行一次，產品就會按照要求逆時針旋轉 90°，總共旋轉4次，回到初始狀態，這樣用戶就可以了解產品各個部位的造型情況；當然也可以根據要求設置不同角度的參數，從而進行不同角度的旋轉。圖7分別展示了不同旋轉角度的交互情況。

圖7 配合鍵盤旋轉操作

2.4 高亮潔打蠟機的產品發布

設計完成的作品需要通過相關的途徑進行產品發布，才能充分展示產品交互設計的特性，進而能讓用戶實現交互操作功能。在 Cult3D Designer中，可通過HTML網頁、PDF文件以及Office文檔進行產品發布。對于高亮潔打蠟機，服務的對象主要是企業與用戶，需要通過網絡的方式實現企業、用戶與產品之間的交流，而Cult3D最后生成的.co格式文件非常適用于網絡上傳輸，可以很好的嵌入到網頁中，這樣可以讓用戶在瀏覽企業產品網站的過程中直接體驗產品與人之間的交互關系，進一步拉近產品與用戶之間的距離，體現產品可用性的特點。基于此采用網頁的方式進行發布。圖8為產品發布后通過網頁進行交互的圖，用戶只需根據預定操作方式進行操作，即可實現交互功能，體驗交互設計的優勢。

圖8 發布產品交互圖

2.5 高亮潔打蠟機的功能擴展

為了使用戶能更加全方位的了解產品狀況，擴大其功能的交互性是必要的。因此，結合上文研究思路，利用JAVA來增強交互效果，這時就需要掌握相關的編程知識，通過添加觸發事件以及配合動作，對產品進行外觀色彩選擇，設備環境選擇，以及模擬設備工作環境的聲音等，豐富產品與用戶之間的交互關系。然而更多的交互功能就需要有合適的用戶界面來對用戶進行引導，使之形成交互性更強的平臺，利用Dreamweaver以及相關插件 Cult3D.mxp就可以實現這方面的要求。在Dreamwaver中結合平面設計知識以及用戶界面知識，設計出符合實際需求的界面，將其作為發布產品的平臺，這些將更能豐富交互與互動的內容，使機電產品具有更強的互動功能，從而達到一定的市場效應。

3 結束語

利用 Cult3D對機電產品進行交互設計，使得設計在互動層面上體現出產品的發展趨勢：注重產品與用戶之間的互動關系，提高產品的可用性，這進一步說明了交互設計對產品的重要性。原先只能通過不同角度效果圖來表現產品，或者通過Flash影片播放來表現產品，在一定程度上能展示產品的外觀或者內部結構，但是卻未增強用戶與產品的互動關系，用戶只能看，卻不能參與。交互設計的引入改變了產品與用戶的關系，使得用戶對產品能夠有更加全面、深入的了解。這樣不僅提高了設計、質量、速度、提高了產品市場的競爭力，降低了成本，更為企業帶來翻倍的利潤。因此，利用 Cult3D技術來對機電產品進行交互設計體現了其優勢所在。

隨著國際互聯網的普及、網絡技術和硬件設施的飛速發展以及網絡帶寬的增加，網絡化三維產品必將成為今后產品交互的發展主流，交互設計也必將占據產品設計的主流，而交互設計思想的不斷成熟以及 Web3D技術的不斷發展將使得Cult3D技術的功能更加強大與完善，進而在產品的交互設計中，完成更加豐富、更加真實的交互效果。

[1]鄧定華, 顏 武, 等. 基于Cult3D 實現交互式虛擬現實網頁[J]. 計算機與現代化, 2006, (8): 116-121.

[2]翟 彤. 基于Web3D的Cult3D的應用與實踐[J]. 武漢工業學院學報, 2005, 24(1): 41-43.

[3]蘇威洲, 童仲豪, 葉翰鴻. 實現網絡三維互動——Cult3D應用指南[M]. 北京: 清華大學出版社, 2001.1-3.

[4]范勁松, 羊 健. 產品虛擬展示環境設計技術[J].包裝工程, 2004, 25(3): 89-91.