虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計中的應用

黃瑩，唐丹鳳，黎明

（1.三一重工，長沙410006；2.長沙天恒測控技術(shù)有限公司，長沙410100）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的快速發(fā)展，人類開始進入了信息化和數(shù)字化時代，在這個大背景下，要想更好地順應社會的發(fā)展趨勢，滿足社會發(fā)展過程中產(chǎn)生的各種新的需求，我們需要加強虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計中的應用，從而促使工業(yè)設計向著現(xiàn)代化和智能化的方向發(fā)展，并且有利于工業(yè)設計與各部門之間更順暢的交流溝通，從而創(chuàng)造出更多的高質(zhì)量產(chǎn)品。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)和信息技術(shù)之間有著密切的聯(lián)系。具體來說，主要是通過電腦模擬出一個三維空間的虛擬世界，并促使這項技術(shù)使用者的聽覺、視覺、觸覺等感官可以和虛擬現(xiàn)實環(huán)境密切聯(lián)系起來，然后也就能夠讓使用者置身于虛擬世界中，并從近距離上來觀察三維空間存在的各種事物。此外，在觀察過程中，虛擬技術(shù)的使用者不會受到時間的約束，可以充分地感受人機交互技術(shù)的魅力，因此其體驗感也就會隨之大幅度提升。最后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用也可以有效提高產(chǎn)品的競爭力，并能夠給二次創(chuàng)新提供更多的先進經(jīng)驗[1]。

3 現(xiàn)代工業(yè)設計的特點及發(fā)展趨勢

工業(yè)設計主要指的就是以工學、美學、經(jīng)濟學為基礎對工業(yè)產(chǎn)品進行設計，在整個設計過程中的專業(yè)性要求都是相對較高的，涉及的內(nèi)容也比較廣泛。近年來，在經(jīng)濟全球化的發(fā)展過程中，工業(yè)設計在創(chuàng)新性方面的要求也越來越高，要求最終設計的產(chǎn)品與環(huán)保要求一致、能夠回收利用、有較高的性能和質(zhì)量等。總的來說，在新的社會背景下，現(xiàn)代工業(yè)設計的要求以市場經(jīng)濟發(fā)展的一般規(guī)律為前提，在此基礎上對產(chǎn)品進行科學的規(guī)劃設計，以此來保證最終的設計產(chǎn)品和供需規(guī)律一致，從而也就可以提高工業(yè)設計的經(jīng)濟效益。此外，在現(xiàn)代信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，將現(xiàn)代工業(yè)設計和科學技術(shù)結(jié)合起來，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于工業(yè)設計的必要性

4.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對工業(yè)設計方法的完善

在傳統(tǒng)的工業(yè)設計中，通常是將平面圖作為主要載體，從而導致設計者的實際想法難以得到整體和有效體現(xiàn)。但是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是以三維模型載體，因此，這項技術(shù)在工業(yè)設計中的應用可以更加整體地表達設計者的設計意圖。通過虛擬模型技術(shù)能夠快速和簡便地對設計輸出物進行感知的測試，從而得到更多準確有意義的測試數(shù)據(jù)，進一步提高工業(yè)設計方法的客觀性和真實性。

4.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)設計理念的改變

在工業(yè)設計中廣泛應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠影響工業(yè)設計的質(zhì)量評判形式及指標評價標準。在傳統(tǒng)設計過程中產(chǎn)生的效果圖，在交互性與逼真性的虛擬模型技術(shù)中沒有太多的現(xiàn)實意義。而在虛擬現(xiàn)實技術(shù)投入使用以后，工業(yè)設計的評判形式和標準過程中會更加重視對設計質(zhì)量、創(chuàng)新性、科學性等方面的評價，從而也就可以轉(zhuǎn)變工業(yè)設計的理念。

4.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)推動工業(yè)設計的現(xiàn)代化

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在工業(yè)設計中，有效實現(xiàn)了人機結(jié)合技術(shù)，它能夠把設計者的思想和設計作品以更自然、更容易理解的方式表達出來，并通過計算機網(wǎng)絡信息的溝通和交流進一步提高了信息的傳遞速度、擴大了信息的廣度和深度，從而可以使工業(yè)設計朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展[2]。

5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計中的應用

5.1 在需求分析階段的應用

在工業(yè)設計的需求分析過程中，通過使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的Web頁面開展市場調(diào)查，能夠提高被調(diào)查對象的興趣，最終得到的調(diào)查信息也更具全面性與準確性。對于調(diào)查者來說，也就能夠更加準確地把握市場需求的實際情況。此外，通過使用Web 的虛擬設計環(huán)境能夠向用戶更好地展現(xiàn)產(chǎn)品的特征與功能，用戶也可以及時進行信息的反饋，從而也就能夠得到更加多樣化的需求信息，促使產(chǎn)品的合理性得到進一步提高。

5.2 在概念設計中的應用

在進行概念設計的過程中，通過多樣的虛擬環(huán)境，能夠讓用戶親自參與到模型修改過程中，或者通過觸摸屏來選擇產(chǎn)品的造型、風格、顏色等多方面的內(nèi)容，并形成更加逼真的三維模型。設計者可以在獲得的用戶產(chǎn)品體驗的基礎上，通過和專家意見的有效結(jié)合來修改產(chǎn)品的對應內(nèi)容。

5.3 在詳細設計中的應用

根據(jù)工業(yè)發(fā)展中的技術(shù)應用需求，有效地把相關的技術(shù)應用控制與工業(yè)設計中的詳細設計結(jié)合起來，可以更有效地發(fā)揮出整體設計的實踐效果，整體設計應用的實踐性也可以隨之得到進一步提高。例如，在工業(yè)設計技術(shù)的應用過程中，及時根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用來開展裝配設計技術(shù)、人機交互應用的實踐分析，在詳細設計階段完成的設計越詳細、越貼近實際，在樣機制作及測試階段出現(xiàn)問題的幾率就越小，從而提升產(chǎn)品研發(fā)效率。

5.4 在虛擬制造中的應用

虛擬制造系統(tǒng)給產(chǎn)品的模擬制造創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件，它使用計算機模擬產(chǎn)品的設計、開發(fā)以及制造過程，不會導致資源與能源的浪費。此外，通過虛擬制造環(huán)境，能夠及時找出制造過程中可能產(chǎn)生的問題，從而也就能夠保證在進行產(chǎn)品生產(chǎn)以前就可以消除潛在的隱患。

5.5 在產(chǎn)品評價中的應用

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為工業(yè)設計方案的評價及評審的全新手段，對現(xiàn)代設計評審的高效開展起著至關重要的作用。特別是針對重工行業(yè)，由于其產(chǎn)品體量較大，樣機開發(fā)周期較長，傳統(tǒng)的設計評審方式通常是采用二維效果圖評審或等比例模型評審，這種方式的弊端在于，二維效果或縮小版模型，很難直觀感受到設計輸出物的實際效果，而對設計的驗證需要等到樣機制作完成，如果實物評審后再進行設計更改，中間需要耗費大量的時間、物料和人力成本。并且，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還廣泛應用于汽車及工程機械駕駛室內(nèi)飾的評審，可以通過虛擬模型感知內(nèi)飾的舒適度、操控性等。總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在產(chǎn)品評價中的應用，可以及早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的問題，解決問題，防范于未然。

6 結(jié)語

總而言之，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在工業(yè)設計中具有非常重要的意義。但是，從目前來看，在其實際的應用過程中尚且存在很多需要解決的問題和克服的技術(shù)難題。所以，相關的研究人員必須要加大這方面的研究力度，以此來促使相關技術(shù)的進一步完善，從而為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計中的應用提供更加有效的技術(shù)保證，在此基礎上進一步提高工業(yè)設計水平，促使工業(yè)制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。