适用于科技馆展品研发的协同设计系统

赵兵兵　李赞

[摘 要]为解决目前创新型展品在研发设计、沟通交流、资料管理、推广制作、产权保护等方面存在的问题和困难，需探索开发适用于科技馆展品研发的协同设计系统，该系统引入了多人实时协同设计的概念，综合利用了互联网、实时通讯、三维仿真等信息技术。

[关键词]科技馆 展品研发 协同设计 三维仿真

在互联网的时代背景下，以国家、社会、公众对科普教育的需求及科技馆行业可持续发展的需要为依据，基于互联网多人实时协同设计的需求，综合利用云计算、大数据、实时通讯、远程会议、图形图像、三维仿真等现代信息技术，研究一套适用于科技馆展品研发的协同设计系统，希望能够解决目前在科技馆展品研发过程中遇到的一些问题，如独立完成创新型展品研发的难度过高，展品研发的工作包括展品创意、原理解析、互动形式设计、机械结构设计、电路设计、软件设计及展览安全设计等。

从展品创意到可以正常展览的科技馆展品，设计人员需要不断地实验和改进，所以设计人员独立研发一个创新型展品的难度很高。在展品研发过程中，设计团队的沟通效率较低，设计团队的组成一般包括科普工作者和美术、机械、电路、软件等专业设计制作人员。在展品研发过程中，科普工作者提出一个展品创意，并根据科技馆展览经验提出展品互动形式设计和展览安全设计等一系列要求，在设计和制作期间需要与专业设计人员频繁沟通和交流。由于展品研发具有实验性质的特性，简单的语言和文字交流很难明确表达全部的设计细节，往往会出现由于需求不明确，造成在设计过程中频繁返工的情况。

科技馆的展品研发没有标准化的数字资源库，目前基于展品的计算机辅助设计每个展品都是从零件开始建模，展品之间不能共享已有的数字资源，造成重复设计的工作量很大。

在没有展品管理系统的情况下，展品研发的共建共享机制无法建立，创新展品的推广效果受到限制，展品的知识产权很难明确。

一、展品研发协同设计系统的功能描述

科技馆展品协同设计系统要求实现基于互联网的展品资源共享和多人协作设计，并在此基础上实现针对展品及零件数字化资源的共享和管理。协同设计系统的服务端可以架设在科技馆的云平台基础上，通过网页方式提供基本的数据和文件共享服务，并通过客户端的方式实现多人实时在线协同设计。协同设计系统功能包括以下几项。

（一）客户端登录

展品设计人员使用客户端软件登录系统后，可以新建和管理自己创建的展品并发起协同设计的邀请，或者参与其他人员创建的展品项目以及浏览所有已经发布的展品项目。

（二）展品项目管理

设计人员可以创建新的展品项目，设定展品的基本属性并开始进行虚拟拼装。另外，也可以接收其他人员参与展品设计的申请，与其他人员进行协同设计和分享。

（三）数字化展品的构件编辑

构件编辑是指客户端产生构件并上传相应构件的过程。构件作为基本的展品拼装零件，不但包括模型数据、相应的绘制材质设置数据，还包括在拼装过程中的一些特殊定义，如每个构件可以添加几个拼装接口，拼装接口在构件作为零件构造展品时如何处理构件之间的连接，以及用户交互处理方面的功能。根据构件在展品中的作用，不同的构件还需要参与不同的仿真模块计算，例如激光光束的反射以及投射等路径计算。因此，需要在构件编辑中添加构件的仿真解算注册信息。

构件在场景中还会随仿真的推演产生相应的运动，因此还需要定义构件的运動模式以及相关的参数，这样在仿真过程中会根据各种事件触发的情况调用构件进行相应的运动。构件的运动定义包括运动的自由度、相应的方向和运动参数等。

对于一些参与物理仿真运算的构件，还需要定义其相应的物理模型，这里主要是碰撞包围盒以及相应的物理模型，根据构件几何模型尺寸大小、形状，要求建立近似的几何形状作为物理模型。

（四）展品拼装

展品拼装的基础是设计人员创建并分享的展品构件库。设计人员从构件库中选择展品研发所需的全部构件，在三维虚拟场景中进行拼装搭建。拼装过程可以邀请设计团队其他成员进入同一个虚拟场景，实时分享展品搭建过程，并可以进行协同设计。在协同设计过程中，所有参与者均可以操作虚拟展品、标注信息，并通过远程会议的形式进行交流和讨论。

（五）展品仿真

在展品拼装和构件设置完成后，就可以进入仿真状态。三维仿真可实现声、光、电展品的展示效果和物理运动和碰撞仿真效果。在仿真过程中，所有参与者可以观看同一演示场景并实时讨论。

（六）网络展览展示

设计完成的展品可以通过网页形式进行分享和展示。

二、展品研发协同设计系统的用户研究

（一）科技馆参观者

增强科技馆设计研发工作的可参与性，使更多的团体和个人有机会充分表达对科技的看法、对科普的需求，并可参与到展品研发工作中。

（二）科技馆展品设计研发人员

提升科技馆展品设计研发工作的协同效率，促进科技馆展品开发行业间的协同设计，提升创新展品研发的效率和成功率。

（三）科技馆管理人员

深化科技馆管理人员的知识产权保护意识，研究并提出相关的知识产权及创新成果的推广和保护机制。

（四）科技馆储备人才

通过课题实际工作的锻炼，建立一支具备互联网思维方式、掌握并熟练使用最新信息技术，同时具备较强展品研发设计能力，高素质的科技馆展品开发专业人才队伍。

因此，平台需要为科技馆管理人员提供展品的管理、展品的搜索、身份验证等多种系统管理功能，为参观者提供展品的在线浏览、展品的查询、展品的协同设计等多种系统展示以及协同研发功能，将不同类型用户组织起来，共同完成科技馆展品的协同设计。

三、相关系统的对比分析

目前，市场上类似于科技馆展品协同设计系统的软件很多，表1对其中的典型软件功能和产品定位进行对比分析，将每个软件的优缺点汇总如下。

四、结论

目前还没有一款成熟的软件系统可以满足科技馆展品研发设计这种定制化协同设计的需求，协同设计团队的每个成员都可以通过网络共享同一个三维展品的设计界面，实时进行展品拼装、效果演示，并可以交流讨论，在科技馆展品的设计过程中提高设计质量和沟通效率，实现展品设计资料的共享和管理。基于科技馆展品研发的协同设计系统应实现如下目标。

（一）增强科技馆展品设计和研发工作的可参与性

采用以“用户创造内容”（user-generated content）为代表的“众包”（crowdsourcing）创新模式，充分利用社会资源，延伸创新边界，使更多的团体和个人有机会充分表达对科技馆展品的看法以及对科普传播的需求，并可参与到展品研发工作中，充分体现“携手用户协同创新”的理念。

（二）提升科技馆展品设计研发工作的效率

利用协同设计（Co-Design）理念，加强信息交换和相互协同机制，加强科技馆展品研发行业间的相互合作，提升创新展品研发的效率和成功率。

（三）科技馆展品设计的标准化

构建基于协同设计系统的科技馆展品资源库和数字零件库，实现科技馆展品设计和研发的标准化、规范化和规模化。

（四）增强科技馆展品设计人员的知识产权保护意识

由设计及研发人员研究并提出的相关知识产权及创新成果，应得到很好的推广和产权保护。

参考文献

[1]储家琪.协同设计软件在设计院的应用[J].探索智能建筑与城市信息，2014（2）：109-111.

[2]李自力.协同设计软件及其面向对象实现架构[J].舰船电子工程，2005（2）：255-260.

[3]解维兴.基于协同软件开发的可视化平台的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2016（19）：66-69.