[摘要] 本文主要論述了虛擬現(xiàn)實技術的概念、特征和實現(xiàn)方法，提出虛擬現(xiàn)實技術在新產品開發(fā)設計中的應用，從而為縮短新產品開發(fā)設計流程，提高產品的優(yōu)化設計，降低設計開發(fā)的風險和成本提供新的理念和方式。

[關鍵詞] 虛擬現(xiàn)實新產品開發(fā)設計產品設計

隨著計算機圖形學、可視化技術、軟件工程、硬件設計及控制工程的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術已經應用到了制造、醫(yī)學、建筑等領域。將虛擬技術應用到新產品開發(fā)設計中，實現(xiàn)草圖—效果圖—結構圖—模型全過程的交互和可逆，更會體現(xiàn)出它的很多優(yōu)勢，給設計業(yè)帶來新的理念和方式，極大地加快產品開發(fā)的進程，使設計者、消費者融為一體設計出滿足市場需要的產品。

一、虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實是利用計算機技術產生一個高度逼真，具有視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等感覺的虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人通過使用各種專用的傳感交互設備對虛擬環(huán)境中的實體進行相互作用，達到交互考察與控制，融為一體的程度。將虛擬技術應用于產品的開發(fā)設計，本質上講它是將產品從概念設計到投入使用的全過程在計算機上構造的虛擬環(huán)境中虛擬地實現(xiàn)，其目標不僅是對產品的物質形態(tài)和制造過程進行模擬和可視化，而且對產品的性能、行為和功能以及在產品實現(xiàn)的各個階段中的實施方案進行預測、評價和優(yōu)化。

二、虛擬現(xiàn)實技術在新產品開發(fā)設計中的實現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實技術在產品設計中的實現(xiàn)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。

1.虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)。簡單的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)并不需要太多復雜的設備來實現(xiàn)，只要能夠滿足具有輸入、輸出功能的設備即可。但要充分實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術帶來的沉浸感、交互性、想象性三個特征就需要專業(yè)的信息輸入設備和信息輸出設備。信息輸入設備包括鍵盤、鼠標、數(shù)據手套、手柄等，信息輸出設備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影儀、立體眼鏡等。

2.虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)。要想讓設計者和用戶或者其他人員真正體驗到虛擬現(xiàn)實技術所帶來的臨場感和沉浸感，首要的是建立一個與客觀世界相符合或者與設計者頭腦預想的設計方案相符合的虛擬三維模型，而且需要較真實的反映出產品的色彩、材質、光照等方面。要建立可視化三維模型從技術實現(xiàn)上可分為幾何建模、形象建模和行為建模。

其中幾何建模是可視化三維模型的基礎，主要建立所需三維場景的幾何構形。形象建模主要對幾何建模的結果進行材質、顏色、光照等處理。行為模型主要處理物體的運動和行為描述，體現(xiàn)了虛擬環(huán)境的動態(tài)特征。

三、虛擬現(xiàn)實技術在新產品開發(fā)設計中的應用

1.產品的造形設計。采用虛擬現(xiàn)實技術的造形設計，可隨時修改、評測、方案確定后的建模數(shù)據，可直接用于沖壓模具設計、仿真和加工，甚至用于廣告和宣傳。

2.產品的色彩及材質設計。在產品的色彩及材質設計中，通過虛擬現(xiàn)實技術可以直觀地進行色彩和材質的選擇與搭配，確定主調色和輔助色以及進行材質的確定。

3.產品的結構設計。設計者通過虛擬現(xiàn)實技術可直觀地進行產品結構設計，使用虛擬現(xiàn)實硬件和軟件裝備在虛擬環(huán)境中可直接指導操縱模型，在產品開發(fā)的各個階段，對虛擬產品原形的結構、功能、加工工藝、裝配、生產組織等各個方面進行虛擬環(huán)境下的仿真，從而保證設計的可靠、高效。

4.產品的運動和動力學仿真，產品設計必須解決運動物件工作時的運動協(xié)調關系，運動范圍設計，產品動力學性能、強度等，例如，生產線上各個環(huán)節(jié)的動作協(xié)調和配合是比較復雜的，采用仿真技術，可以直觀地進行配置和設計，保證工作的協(xié)調。

5.產品的展示。用虛擬現(xiàn)實技術制作的產品廣告具有逼真的效果，不僅可顯示產品的形態(tài)，還可顯示產品的內部結構，裝配和維修過程、使用方法、工作性能等，尤其是利用網絡進行的產品介紹，生動、直觀，廣告效果好，使人們能在城市、工廠、機器內部乃至圖樣和零部件之間直觀地獲取信息。

四、虛擬現(xiàn)實技術在新產品開發(fā)設計中的作用

1.縮短產品開發(fā)設計流程，提高產品的成功率。將虛擬現(xiàn)實技術應用到產品開發(fā)后，由于產品設計過程是數(shù)字化的，所以節(jié)省了傳統(tǒng)設計中制造物理模型所需要的物質，時間也會大大縮短，而且通過使用虛擬技術讓使用者直接參與設計，從而使產品在生產之前獲得各方面的鑒定，這就為設計師改進設計、完善設計提供了極大的便利，從而縮短產品的開發(fā)周期，提高產品的成功率。如Mercedes—Benz公司根據用戶要求設計出具有個性的汽車。用戶可按照自己的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，親身體驗修改汽車模型的感受。

2.降低產品設計開發(fā)的風險和成本。通過使用者的直接參與，可以與設計師進行更好的交流互動，使用者與產品之間多了一些親切的感覺，這就避免了產品只刻上某一個設計師的烙印。例如通用公司的新型電力機車。設計人員為用戶提供的是三維數(shù)字化機車模型，若用戶需要修改，可直接與設計人員一起對機車模型提出修改意見，使設計繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量減少一半以上。

五、結論

社會的進步和科技的發(fā)展，使人們對產品的要求越來越高，這就迫使各生產企業(yè)在降低生產成本的同時更要使產品的設計周期大大縮短以增多商機，在新產品開發(fā)設計中虛擬現(xiàn)實技術的引入，可以實現(xiàn)產品的完全數(shù)字化?？梢灶A見，在未來的產品設計中，從產品的外觀造型、色彩及材質，到動力學仿真，甚至于產品設計管理、產品展示等，虛擬技術將會發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

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