基于逆向工程的家具产品虚拟展示研究

张天雨 张 帆 Zhang Tianyu & Zhang Fan

(1.2.北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083）

逆向工程为家具产品的设计提供了新的思维方式，在虚拟展示过程中利用逆向工程技术有助于展示模型快速准确地构建并取得更真实的展示效果。二者的合理结合不仅可以使家具产品取得良好的展示效果，也有助于用户需求的搜集，为家具产品的改良、创新提供更多依据。

1 逆向工程

逆向工程也称反求工程，目前相关研究多集中在实物逆向[1]。它是指在只有产品或实物模型的前提下，通过测量得到实物的表征数据，从而建立CAD模型，并利用该模型进行产品的分析、改良及生产加工的过程[2]。以此为基础的逆向设计与传统的由概念设计到模型构建再到产品生产制造的正向设计存在明显差异。逆向设计可以实现快速准确地构建实物的数字化模型，并通过对模型的分析、重构缩短产品设计研发周期。该方法一方面为产品开发过程提供了有效的数字化信息协助，提高了产品研发的质量和效率；另一方面可以通过真实的使用情况及市场反馈对已有产品进行评估，从而完成产品的再创新[3]，有利于延长设计的寿命。

2 逆向工程的应用

实物表征的测量是逆向工程的重要环节，利用高精度的现代化设备和测量方法，可以大幅度提高测量效率。因此，三维扫描技术作为逆向工程中实物表征测量与模型重构的关键技术，已然成为逆向工程研究的核心内容，目前运用到测绘工程、医疗、建筑、文物保护等多个领域[4]。

家具产品在造型及功能上有其特殊性，三维扫描技术应用于家具产品的研究比较有限，大多集中于古典家具的保护与修复及家具产品复杂曲面的构建。利用三维扫描技术，能够将造型复杂、装饰多样并且缺乏原始图纸的古典家具进行准确的数字化转换，便于相关人员对古典家具做出分析、修复、评价及创新。与以往的保护方式相比，三维扫描技术的运用使得古典家具的形态保护更具准确性、全面性与高效性[5]。随着科技的发展，逆向工程可以利用的先进技术愈多，在输出形式上不应局限于新产品的生产制造。将逆向工程的输出方式与3D打印技术、数据库技术、虚拟现实技术等高新技术相结合，更有助于产品的展示、测评。

3 关于虚拟展示

3.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是指利用计算机软件生成虚拟的三维环境，并通过VR眼镜等专用设备使用户“投入”到该环境中，从而实现用户与虚拟环境进行交互的技术[6]。

沉浸感、交互性、构想性是虚拟现实技术的三大特点。沉浸感指使用者处在虚拟世界中时不会有不真实的感觉。交互性指使用者在虚拟世界中不只是被动地接受，还可以通过自己的行动改变所处的环境。构想性指虚拟环境为使用者提供了广阔的想象空间和认知范围，使其可以构建出现实世界中不存在的事物[7]。

基于如上特点，如今虚拟现实技术已被应用于交互体验、工业设计、仿真训练等多个应用领域[8]。例如淘宝近年来提出的BUY+概念，尝试利用虚拟现实技术百分之百地还原购物场景为消费者带来新的购物体验（图1）。

3.2 产品的虚拟展示

虚拟展示是借助于虚拟现实技术、网络技术、多媒体技术、数据库技术和超文本技术发展起来的一种全新的表现形式[9]。与传统展示手段相比，虚拟展示不仅可以节省空间、人力等资源，还能够将所要展示的信息集中于虚拟的环境中，方便用户通过主观操作对所需信息进行筛选与认知，并且可以及时采集、反馈用户的真实需求。

故宫博物院借助虚拟现实技术打造的“端门数字馆”已经面向大众，参观者能够全方位的观察、“触摸”数字化的藏品，与古建、文物亲密交互（图2）。在电子商务领域，销售平台可以利用虚拟展示对所销售的产品进行演示。京东商城中的部分商品已经配置有交互功能的三维模型，可供用户自由旋转、缩放并观察产品细节。

3.3 现有家居类虚拟展示产品优势及不足

目前，虚拟展示在家具行业也已经有所应用，例如“IKEA NOW”、“sayduck”，这种设计展示类软件的开发使用户能够利用手机、平板电脑等移动设备自由观察家具产品，同时可以根据个人喜好修改产品颜色、材质等特征，增强互动性、趣味性以及用户的参与感。不过这类程序还存在明显不足，它们往往将关注点集中于家具单体，忽视以环境烘托展示效果的重要性，造成用户体验过程中沉浸感不足。酷乐家、爱福窝这种家装设计类软件则将家具产品与使用环境相结合，以样板间的形式为客户进行三维全景展示。用户在自由观察产品及其空间展示效果的同时还可以根据页面设置的产品清单了解心仪产品的详细信息，或通过购买链接直接购买相应产品。这类展示方式的不足之处在于场景设置比较单一，展示内容相对固定，用户只能被动观察预设展示效果，参与感较低（图3）。

图1 淘宝BUY+购物理念

图2 虚拟博物馆

图3 三维样板间展示

图4 基于逆向工程的虚拟展示流程

4 基于逆向工程的家具产品虚拟展示

4.1 家具设计与家具展示

随着社会的发展，建筑与人类的联系愈加紧密，建筑空间与人类形成了相互影响、互相依存的关系[10]。家具作为一种耐用消费品，不仅需要满足消费者的使用功能，同时也是人类居住的建筑空间中的重要组成部分，它不仅涉及材料、设备、工艺等技术领域，又与社会学、心理学、行为学等社会科学以及艺术理论紧密相连，由此可见家具既具有物质性，又具有精神性[11]。这两种特性既是设计的重点，也应在展示过程中得到全面的体现。

目前，随着互联网技术的兴起，常见展会临时展示，专卖店长期展示的家具产品销售展示方式收到了严峻的挑战[12]。这类展示方式虽然做到了通过展现家具的设计要素引导消费者对产品产生文化、审美方面的认知，从而促使其产生购买行为。然而由于缺乏及时有效的反馈渠道，展示过程中消费者对于产品的真实诉求难以得到重视及利用，这种诉求通过合理的分析本应成为家具改良或新产品开发时的设计依据。因此采取新的展示方式，在进行家具展示的同时搜集反馈真实的用户需求，才能避免信息的浪费，拓展展示的意义，提升设计的科学性。

4.2 逆向工程与虚拟展示的结合

逆向工程的发展是一个不断吸收新兴技术的过程，逆向工程与虚拟展示结合的最佳方式是将三维扫描技术运用于展示模型的构建，并且将虚拟展示看作整个逆向过程最终进行生产制造前一种成果预输出的形式。增加虚拟展示的环节可以在节省打样及生产成本的前提下与客户进行及时有效的沟通，便于设计师及企业获取用户以及市场的真实需求，并以此为指导依据对模型进行相应的修改，从而保证最终产品更加符合预期（图4）。

4.3 家具产品空间形态虚拟展示

利用三维扫描技术对用于虚拟展示的家具产品及其展示空间进行快速准确的模型构建，可以在全面展现产品信息的同时再现其在不同空间的展示效果，增强用户的沉浸感以及与家具之间的交互性。而用户在这一过程中产生的行为、情感偏好等信息则可以作为信息资产结合数据处理技术为家具的设计、生产、选购提供指导从而产生更大的价值。

综上，家具产品空间形态虚拟展示的实现主要包括产品库构建、场景库构建、交互功能设置、反馈信息处理四大部分。

产品库构建：产品库指用于展示的家具产品单体数字模型库，应该包含家具的尺寸、材质、颜色、装饰部件等全面信息。对于已经具有数字模型或者利用CAD等软件容易绘制三维模型的家具产品，可以将其模型直接导入产品库中。对于造型较为复杂，装饰元素较多，表征测量难度较大的家具产品，为了保证其数字模型的真实性与准确性采用三维扫描技术进行三维模型的逆向构建，并将所得模型导入产品库中。

场景库构建：场景库指展示空间的数字模型库。合适的展示空间对于优化展示效果，促进家具文化传播，提升用户体验过程中的沉浸感具有重要作用。艺术化的展示场景可以突出家具产品，使用户关注产品的相关信息。生活化的使用场景可以还原家具的功能，体现使用过程中家具与环境的协调性。因此建造多种展示空间的数字模型，构建场景库能够促进家具产品的全面展示。利用3DMax等软件进行空间模型的构建并不困难，但空间的测量、贴图的选择需要耗费大量时间和精力，模型渲染出来的真实性也难以得到保障。三维扫描技术的使用可以简化测量和贴图的过程，百分之百还原真实场景，降低场景模型制作难度，缩短制作周期，利于场景库的及时扩充。

交互功能设置：交互功能设置过程中应考虑家具产品本身及展示空间两个要素。既要实现用户在体验过程中能够自由旋转、缩放观察家具，能够自主更改家具材质、配色等元素，还要实现展示空间的自由切换、产品在空间中的自由移动、空间配饰变换等功能。

反馈信息处理：现代社会已经步入信息化，信息资源是十分重要和宝贵的。对产品进行虚拟展示的过程中用户的交互行为将产生庞大的数据信息。将这部分信息作为数据流，利用大数据技术对其进行挖掘，可以帮助企业分析潜在商机，对自己的产品进行精确的定位，分析用户习惯，帮助用户明确自己的需求，归纳市场需求，为产品的设计、改良提供风向标。

5 结语

将逆向工程与家具产品的虚拟展示相结合能够更全面、真实地展示家具，也利于减少试错成本促进家具的改良与创新。对于家具企业而言，这种方式在保证展示质量的同时节省了展示成本。对于用户而言，这是一种全新了解家具的渠道，使用户不是被动接受既定产品，而是在浏览、挑选的过程中体现出自己的真实需求。对于家具设计师而言，通过虚拟展示平台搜集到的企业的反馈、用户的需求将会是一笔巨大的信息财富，这些资源将成为设计改良及新产品研发的重要依据。在信息化的时代里，家具行业不能将设计、制造、销售等环节割裂开。充分利用现代科技成果，将设计、展示、用户需求等信息进行联通，各环节协同发展，才能促使家具行业取得长足的进步。