傳感器與多維信息環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術的淺析

　　摘要：設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，虛擬現(xiàn)實技術的應用，使設計思路和設計表達如虎添翼。本文介紹了多種傳感器與多維信息環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術，供大家了解。
　　
　　設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，虛擬現(xiàn)實技術的應用，使設計思路和設計表達如虎添翼。讓人多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設計的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，大大減少了投放市場的風險性，也為企業(yè)決策人尋找商機、判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。
　　
　　一、虛擬現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術
　　
　　（一）虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）及虛擬設計（Virtual Design，VD）
　　
　　虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是利用計算機省城一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進自然交互的技術。這里所謂模擬環(huán)境就是計算機生成的具有色彩的立體圖形，它可以是某特定現(xiàn)實世界的真實體現(xiàn)，也可以是純粹構想的世界。傳感設備包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等穿戴于用戶身上的裝置和設置現(xiàn)實環(huán)境中的傳感裝置。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內(nèi)的武體進行操作并得到實時立體反饋。虛擬現(xiàn)實是一種全新的人機交互系統(tǒng)，它能對介入者產(chǎn)生各種感官刺激，如聽覺、視覺、嗅覺、觸覺，給人身臨其境的感覺，人能以自然的方式與計算機生成的環(huán)境進行交互操作。
　　
　　虛擬設計是以“虛擬現(xiàn)實技術為基礎，以機械產(chǎn)品為對象的設計手段”，借助這樣的設計手段，設計人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進行自然地交互，實現(xiàn)從定性和定量綜合集成環(huán)境得到感性和理性的認識，從而幫助深化概念和萌發(fā)新意。
　　
　　（二）虛擬現(xiàn)實技術
　　
　　虛擬現(xiàn)實技術是人的想象力和電子學等相結合而產(chǎn)生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進行自然的交互，從而體驗比現(xiàn)實世界更加豐富的感受。
　　
　　二、概念設計的定義及內(nèi)涵
　　
　　Pahl和Beitz在《Engineering Design》一書中提出“概念設計”這一名詞以來，人們對概念設計進行了十幾年的研究。他們將其定義為：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷順O其組合等，確定出基本求解途徑，得到求解方案，這部分設計工作叫做概念設計。
　　
　　國內(nèi)的學者也對概念設計進行了大量的研究，其中鄧家褆在《產(chǎn)品概念設計》一書中將“產(chǎn)品概念設計”定義為“由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的，可組織的，有目標的設計活動，它表現(xiàn)為一個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進化的過程。”
　　
　　在幾十年的時間里，人們對概念設計的研究日益增加、不斷深入，使概念設計的內(nèi)涵更加廣泛和深刻。主要體現(xiàn)在:根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個階段的要求進行市場需求分析、功能分析、功能的工作原理、動作行為的構思、行為載體的選擇和方案的組成的等?？梢?，確定方案是概念設計的zui終結果，產(chǎn)品生命周期全過程的滿足才是概念設計的關鍵。設計方法上更加全面融合各種方法，尋求綜合*方案，同時使設計更具創(chuàng)造性。
　　
　　概念設計是對產(chǎn)品或部件的構思，目的是捕捉產(chǎn)品的基本形狀。這個階段，產(chǎn)品的形狀和尺寸尚未確定，設計人員有一定變更自由，所以盡可能考察設計方案，以便選出生產(chǎn)成本zui低、創(chuàng)意良好的方案。利用傳統(tǒng)的計算機輔助設計，往往多是二維交互工具，缺乏三維或者多維的功能，但是產(chǎn)品卻是三維的部件，這樣必然導致人機交互效率低?，F(xiàn)行的計算機輔助設計系統(tǒng)要求定義零件的尺寸，而在產(chǎn)品的概念設計階段這樣的尺寸可能無法得到或者根本沒必要定義，這樣必然影響設計效率和周期。傳統(tǒng)的計算機輔助設計需要兩類人員配合，即產(chǎn)品的設計人員和電腦繪圖員，產(chǎn)品設計人員有關產(chǎn)品的概念信息通過草圖或者口述的方法傳達給電腦人員，這樣導致信息的丟失或者繪圖者的曲解，而如果設計者本人直接參與電腦輔助設計建模的話，由于現(xiàn)行的電腦輔助設計系統(tǒng)的操作復雜和交互能力若，大大分散了設計者的精力，限制了思路。為了克服這樣的限制，充分發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性，人們開始把虛擬現(xiàn)實技術引入計算機輔助設計系統(tǒng)進行概念設計，將虛擬現(xiàn)實技術和概念設計有效結合，利用豐富直觀的交互手段，在虛擬環(huán)境中進行概念設計，從而節(jié)省產(chǎn)品描繪和尺寸定義的時間，這就是基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計，即虛擬概念設計。
　　
　　三、虛擬概念設計的研究方向和應用前景
　　
　?。ㄒ唬└拍钤O計中應注意的兩個問題
　　
　　1.虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的概念可視化。概念可視化是指設計師透過畫面或者模型，將市場的需求轉換成可視化的具體形態(tài)。概念設計是否能符合目標用戶的要求，“眼見為實”的圖面或者模型是有說服力的。
　　
　　2.虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的人機交互界面。想實現(xiàn)人機互動，必須解決一系列技術問題，形成和諧的人機環(huán)境。虛擬現(xiàn)實就是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技省城逼真的視聽觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、互相影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真環(huán)境的感受和體驗。
　　
　　（二）虛擬現(xiàn)實技術在概念設計中的前景
　　
　　在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，進行產(chǎn)品的概念設計是虛擬現(xiàn)實技術的基本內(nèi)容。在電腦虛擬現(xiàn)實提供的良好的可視化條件下，對電腦輔助設計建立的三維模型在幾何、功能、加工與裝配等方面進行交互性的修改，利用虛擬現(xiàn)實給用戶提供諸如視聽觸覺等各種感知交互手段，zui大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔、提高整個系統(tǒng)的工作效率。相關人員可以對原型的各方面包括視覺效果、部件間比率進行評價。針對不同用戶的愛好要求，在不同的虛擬環(huán)境中，親自體驗修改模型;選擇產(chǎn)品的可選部件，觀察設計和修改過程。
　　
　　面對日益加劇的產(chǎn)品市場競爭的挑戰(zhàn)，可以預見，基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計必有長足發(fā)展，zui終將與現(xiàn)有計算機輔助設計系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。