论虚拟现实技术在工业设计中的应用

高元华

工业设计主要是由科学和美学、技术和艺术之间的相互渗透、相互融合而构成的，针对机械化生产方式制造的工业产品的研究已成为当前的新兴学科之一。二十一世纪以来，伴随着人工智能、计算机信息、计算机设计图形、机械制造、机械设计等多种技术的迅猛发展，虚拟现实技术已被广泛应用于工业设计领域之中，甚至成为工业设计整个阶段的必备工具。广泛的虚拟现实技术应用促使工业设计朝着现代化与数字化的方向不断发展，使得企业的设计相关部门与管理部门、市场部门、工程部门、研发部门等相互间的沟通变得更为容易，不但大幅度缩短了工业产品的研究与开发时间，而且为工业产品的大规模宣传与营销赢得了最佳时机，大大增强了企业的市场竞争力，推动了企业的发展步伐。

工业设计的基本内涵

1.工业设计的基本原理

工业设计的基本原理主要由人因、机因与形因这三个要素组成。其中，机因来源于包括工艺与材料在内的技术，成于其所具有的功能；形因来源于所谓的艺术，成于产品的造型；而人因则来源于所掌握的技术，成于整体设计的不断改进，促使其更加的适应人、环境与极其的界面互动，从一定层面去理解，这一原理的发展成果既为人本论与人机的工程学。

2.工业设计的方法

综合近些年有关工业设计的方法研究可以得出，工业设计的方法主要有：无法论，即认为从古至今都无具体方法；无定法论，即指没有一定的方法，只有跟随心灵的想法才能得出真正的方法；还有发明设计法、现代设计法、程序设计法以及调查分析研究法这六种方法。

3.计算机辅助工业设计

随着新时期计算机技术的广泛应用与快速发展，尤其是计算机硬件、软件、图形学、辅助设计、虚拟现实等多种技术的持续推进，使得计算机辅助工业设计技术成为当今的热点研究课题。同时，快速成型技法与计算机辅助设计、计算机辅助工业设计的相互结合，促使现代化的工业设计有了巨大的发展进步，特别是虚拟现实技术在计算机辅助工业设计中更为深入的分析与研究，表明工业设计与数字化电子产业已紧密连接在了一起，成为一个全新的媒体行业。

虚拟现实技术应用于工业设计的必要性

1.虚拟现实技术对传统工业设计理念的改变

虚拟现实技术在工业设计中的日益普及，将会对工业设计的质量评判方式与标准产生重要的影响，以往所注重的效果图的呈现，在交互性、逼真性的虚拟模型技术中完全没有任何意义，因此，这就使得工业设计的评判方式与标准更为侧重设计的质量、创新、审美以及科学性，这对工业设计理念的转变具有至关重要的影响力。

2.虚拟现实技术对工业设计的方法的完善

传统工业设计主要以平面图为基础，这就使得设计者的本质意图无法彻底的展现出来，而以三维模型为载体的虚拟现实技术则能够很好的将设计者的设计意图完整的进行表达。因此，将虚拟现实技术应用于工业设计，在设计的整体流程中通过虚拟模型技术快速简便的进行实验与调查，可以获取更为真实、更为广泛的实验性数据。虚拟现实技术能够提升工业设计方法的客观性与科学性。

3.虚拟现实技术推动工业设计的现代化

以虚拟现实技术为基础的工业设计，实现了人机结合技术的重要突破，其可以将设计师的思想与作品更为自然、易接受、易理解的形式进行传达，并通过计算机网络信息的沟通与交流，促使信息交互的速度、广度与深度得到巨大的提升，进而推动工业设计更加顺应时代的发展潮流，即工业设计的现代化发展。

虚拟现实技术在工业设计中的应用途径

1.产品人机工程中的虚拟现实技术应用

虚拟现实技术在产品人机工程中的应用主要包括两个方面，一方面是人机工程参数的分析与采集，通过虚拟现实技术中的三维扫描技术与动作扑捉技术，产生虚拟被试三维动态的数字模型，并通过对这一数字模型的要点控制，实现对实时数据的更新。另一方面则是人机工程的虚拟设计，即主要借助于虚拟样机系统进行实施，设计者以及各种人群都能够直观的观看到虚拟人体是哪位数字模式对产品的使用情况，进而对产品的人机工程学参数进行更为精准的研究，直接与产品开展交互，对产品的性能做出最终的评价。

2.工业设计产品校验中的虚拟现实技术应用

在工业设计产品的校验中使用虚拟现实技术主要从以下三方面入手：一是虚拟性的装配，通过虚拟装配设计环境的应用，设计者能够在虚拟环境中应用各种各样的装配操作工具，并对设计的整体机构实施装配方面的检验，进而实现工业设计产品的规划、加工、制造、装配与调试。二是虚拟性的制造，这一过程是由材料热加工的技艺模拟、仿真的加工程序、板材的造型模拟以及模具仿真等组成，通常在所有设计结束前、零部件进行造型后的阶段进行。三是虚拟性的实验，在传统产品的研发模式背景下，产品的一切性能校验都是通过物理模型与样机进行操作的，而虚拟现实技术中的三维数字模型在工业设计校验程序中的应用，能够极大的减少校验成本，并可以反复进行。

3.工业设计产品展示中的虚拟现实技术应用

工业产品展示中的虚拟现实技术应用包括两个方面，一方面是VR技术的应用，随着近年来VR技术的快速发展，其对硬件要求较低的特性使其在商业界尤其是产品展示领域中的应用得以实现。另一方面则是网络技术与VR技术的相互结合，促使产品的展示实现了跨地域式的网络化展示。这对提升工业设计产品的展示范围、展示功能、展示效果等具有重要的推动作用。

综上所述，虚拟现实技术很大程度上为工业设计提供了一种崭新的现代化数字设计操作平台，促使工业设计的相关方法理论产生了基本性的变化，实现了人机之间的自然交互，缩短了新产品的研发周期，降低了新产品的研发费用，提升了新产品的研发质量与效率。尽管虚拟现实技术当前依然处于起始阶段，然而其蕴藏了巨大的发展潜力与广阔前景，从一定角度去看，在工业设计的未来发展过程中，虚拟现实技术会逐渐被应用到其设计的每一环节之中，并对工业设计的整个方法论实施巨大的影响。

（作者单位：荆州理工职业学院）