虚拟现实技术论文范文
时间：2023-03-17 18:12:48
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一、产品概念设计与市场
概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
完成概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct，VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
篇2
近年来，随着经济的快速发展，我国的城市化进程越来越快，许多公共环境需要进行设计，虚拟现实技术的运用能够形成逼真的虚拟环境，以刺激公众的听觉、视觉、触觉等感官，使公众享受身临其境的感觉，也能够集中公众的注意力，加深记忆和印象，增强环境艺术设计的画面感。
2.虚拟现实技术可以减少费用损失
在建设一个重大工程之前，人们可以通过虚拟现实技术构建建筑的结构和图形，为建设项目提供框架引导。设计人员根据虚拟图的引导能够更精确地设计图纸、进行材料预算，从而减少不必要的损失，节省资金。
二、虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用
1.应用虚拟现实技术弥补环境艺术设计的缺陷
在环境艺术设计的过程中常常会出现现实条件限制的情况，如场地缺乏、经费不足等，导致环境艺术设计不能正常进行。而虚拟现实技术可以模拟各种场景，弥补了环境艺术设计中的缺陷。
2.应用虚拟现实技术避免实际操作潜在的危险
在环境艺术设计中因为各种现实条件的限制和危险情况的存在，人们为了保障生命和健康安全往往不直接参与现实情境，进而不能亲身体验。虚拟现实技术的应用可以帮助人们模拟这些无法亲自参与的情境，人们可以在这种模拟的环境下进行作业，既避免了潜在的危险，又得到了切实的感受。
3.应用虚拟现实技术打破空间和时间的限制
虚拟现实技术是一种超空间、超时间的技术，它可以打破空间和时间的限制，模拟任何一种场景，从巨大的宇宙天体到渺小的微尘粒子，从几亿年前到当今，设计人员都可以在模拟的环境中探索研究，打破了空间和时间的限制。如在研究恐龙时代时，由于恐龙在地球上已经销声匿迹，人们无从考证与研究，但是通过虚拟现实技术，人们可以模拟出恐龙生存的时代。人们置身其中，与恐龙零距离接触，加快了对恐龙时代的研究进程。这种场景的模拟就是打破了时间和空间的限制，模拟出了人们想要的真实场景。
4.应用虚拟现实技术模拟环境艺术设计中需要的现实体系
因为现实条件的各种限制，环境艺术设计不能全部采用真实的环境来试验和操作，它需要虚拟现实技术模拟出环境艺术需要的真实场景。虚拟现实技术可以模拟人物、动物、植物等，使设计者在一个人性化的环境中自然地交流和工作。如世界著名的西安天幕广场，利用虚拟现实技术给观者创造了一个大型天幕，人们在天幕之下仿佛置身在浩瀚的星空中，非常具有震撼力。这一场景的模拟淋漓尽致地发挥了虚拟现实技术的功能。
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2VR技术对产品工业设计的影响
典型的工业设计过程通常都是基于物理样机，在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中，这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量，通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化，可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性，则可对其进行实时修改和评估，使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅，从而简化设计流程，提高设计效率，给产品设计带来全新的理念和方式。
2.1工业设计方案展示与评估
在传统的工业设计中，设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式，在沉浸式的虚拟现实环境下，交互展示设计方案，更关注用户的体验感，而非产品本身。在进行设计评估时，在虚拟环境中利用专业设备（3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等）进行交互，从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示，甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来，通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配，亲自体验产品的最终效果，并对模型提出修改意见，实时观察设计和修改过程。
2.2人机工程分析
产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往，对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行，再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中，通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成，可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案，及时发现设计方案中人机工效方面的不足，避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险，缩短设计周期，使交付评审的设计方案更为准确，更具说服力，并给予设计方案理论以及数据方面的支撑，各种评估参数也可以输出成分析报告，并可以根据模型的修改实时更新。
2.3虚拟装配
在虚拟装配系统中，工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备（立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套）直观地实现人与虚拟产品的交互操作，对设计的机构进行装配检验，实现产品的虚拟装配和调试，并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。
2.4虚拟试验及制造
车辆交付使用之前，都要进行试验，传统的产品开发模式下，产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用，物理试验模型已逐步被数字模型代替，基于数字模型，不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价，还可以在虚拟场景中，结合分析软件对数字样机进行分析计算，并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整，而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程，即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真，按照设计精度等的要求，通过模拟加工，选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造，对产品性能和可制造性进行预测和评价，可以在生产之前发现潜在的工艺问题，进而采取相应的措施，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本。
3基于VR技术的工业设计流程
相比现有的工业设计流程，引入虚拟现实技术后，带来的改善主要在以下三个方面：
1）在产品方案设计阶段，应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面，用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。
2）在方案评估及验证时，虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。
3）可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃，三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。
4应用VR技术的优势
1）增强工业设计手段：利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示，将未来产品三维立体真实地呈现出来，让参与者身临其境的在车内外漫游，还能实时改变造型、颜色、材质，满足不同业主的个性化需求。
2）提高产品设计质量：在产品设计阶段，利用VR技术模拟产品开发全过程，预测产品性能，产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。
3）降低样车试制成本：利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估，减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造，缩短产品开发周期、降低成本，提升设计质量与生产效率。
4）利于售后检修维护：利用VR技术真实展现设备的维修过程，制作虚拟样机电子检修维护手册，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等，以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。
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2应用中的特点
2.1设计空间展示的全面性
传统的表现形式只可以传输一种空间信息，而且无法做到完整性。虚拟现实技术利用三维立体的表现形式，可以完整地把每一个细节予以呈现，让人有一种身临其境的真实感，不再只是看着图纸来想象，而是身临其境进行感受。
2.2浏览的快捷性
利用发达的计算机网络，设计者和施工单位可以联系的更为快捷。设计者的“想法”不必亲手送到施工单位，立体的设计样品利用远程浏览便可商榷，不但节省了时间，而且提高了工作效率。另外，浏览的快捷性还可以让大部分群众参与到决策中来，让群众在享受虚拟的园林设计活动中，可以提出自己的建议，有助于施工单位和设计者的工作。
2.3设计趋于完美性
虚拟现实技术具有很强的可操作性，设计者在整个风景园林的设计过程中能够随意进入任何一个设计阶段进行切身的体验，从而客观地审查自己的作品，如果发现不足，可及时进行修改。此外，在虚拟的现实环境中审视自己的作品，有利于提高设计者的水平。
2.4决策的准确性
风景园林设计的实施过程中受到的影响因素较多，因为风景园林设计与周遭环境氛围以及和大众审美趣味是息息相关的。人们利用虚拟现实技术对园林设计的整体过程知晓的越来越多，越来越具体，就越能提出建设性的建议及意见。简而言之，虚拟现实技术是连接大众和设计者的纽带。只有前期人们对园林设计进行了整体的了解，施工方的后期施工过程才能得到人们的宽容和见谅，此种人性化、大众化的园林设计才能获得双赢。
3应用的展望
3.1不断进行创新
首先要加快计算机技术的创新和革新，不断发展现代虚拟技术系统，制造出高性能、低成本的计算机设备，要在技术层面为虚拟现实技术的发展提供有力的支持。此外，在运用过程中，要根据风景园林设置的理念进行再创新，使其具备风景园林设计的特色。技术的创新是风景园林设计的内核动力，是虚拟现实技术进步发展的源泉。
3.2加强参与的大众化程度
要充分利用虚拟现实技术的自身优越性，让更多的人们参与到风景园林设计中来。利用虚拟现实技术可以通过网络传播，利用各种网络、电视等新媒体进行更大、更广范围内的网络虚拟活动，使园林设计有更多的大众参与，这样将有助于决策者的科学准确决策，最终得出既科学准确而又人性化的风景园林设计方案。
3.3充分利用其他科学技术发展自身
例如，与环境和空间技术的结合，便能够应用到城市的规划、修复与重建、城市的绿化等各个方面，这不但可以使虚拟现实技术的应用更加科学化，而且更加人性化、更加环保。
