李曉瑞,盧 建

（1.四川傳媒學院 數字媒體與創(chuàng)意設計學院,四川 成都611745;2.四川師范大學 影視與傳媒學院,四川 成都610068）

設計表現就是通過各種方式把設計師的設計思想準確地呈現出來.［1］是設計師感悟生活、發(fā)現問題、解決問題的具象表現,是設計師創(chuàng)意靈感的具體體現.

設計表現能夠幫助設計師更形象地思考、更深入地設計,具有語言文字無法企及的作用.對于設計方案的藝術性、科學性、經濟性等方面的論證都需要設計表現的支持.在設計活動中很難將“表現”與“設計”截然分開,可以說,離開視覺形象“表現”的“設計”是不存在的.［2］

1 常規(guī)產品設計表現

1.1 手繪設計表現

徒手繪制效果圖是傳統(tǒng)的設計表現方式,具有較強的藝術性.從達芬奇的設計手稿中可以看出手繪表現的樸素線條之下蘊含著豐富的意境.手繪效果圖尤其是構思草圖可以快速捕捉設計師瞬間的靈感,伴隨著抽象靈活的線條展開自由的思考和創(chuàng)新.手繪效果圖的主要作用是設計師之間的交流和自我交流,多采用簡單概括的快速手繪方式.雖然也有精細的手繪效果圖可以達到細膩甚至逼真的程度,但這種效果圖費時費力且難以修改,故設計師很少采用.

在設計初始階段的手繪表現具有快速性和靈活性,但要詳細完整地表達設計就力不從心了.復雜的產品結構、產品細節(jié)、材料質感等難以靠手繪表現清楚,而且工作效率低下.

1.2 平面設計軟件表現

產品設計是一門綜合性學科,它不斷吸收著最新的科學技術,這是面向批量生產制造的產品設計與其他藝術設計不同的一面.大量的新技術、新材料、新工藝會被不斷地吸收運用到設計中,作為設計重要一環(huán)的表現也是如此.隨著計算機硬件性能的不斷提高和軟件技術的快速發(fā)展,計算機輔助設計于上世紀80年代逐步普及并承擔了大部分的設計制圖工作,是技術與藝術的又一次融合.與手繪相比,計算機輔助設計不僅表現力更強,也使設計工作變得更加高效.

設計師常用Photoshop、CorelDRAW、illustrator等平面設計軟件來表現產品設計.平面設計軟件善于運用三視圖的形式進行設計表達,設計圖具有更明確的產品結構關系和更真實的質感.運用平面設計軟件分層次進行繪制的效果圖細節(jié)豐富、質感細膩且可控性非常高,修改時不會影響其他層次.產品繪圖中通用的部分可復制使用或直接調用,如設計手機時如果每次都繪制攝像頭則是一項繁重的重復勞動,直接調用之前存好的攝像頭部分會大大提高效率.對于不同顏色的系列產品設計方案表現,平面設計軟件也可以快速實現.

1.3 三維設計軟件表現

平面設計軟件更適合表現諸如手機、U盤、熱水器等造型相對簡單的產品,對于造型更復雜的產品而言則表現力不足,難以從多角度正確地表現產品的透視關系、復雜造型和細節(jié).于是,表現力更強的3ds Max 、Rhino、Pro/Engineer 等三維設計軟件進入了設計師的工作.三維設計軟件不但善于構建復雜模型,而且可以輕松呈現多角度的渲染圖.除了造型表現上的優(yōu)勢外,在材料、肌理、質感、環(huán)境影響方面的模擬也有了質的飛躍,十分接近于真實世界.從此,“效果圖”一詞在沒有特指的情況下就指由三維設計軟件建模并渲染出的設計表現效果圖.

三維設計最基本的兩項工作是三維數字模型和材質.在設計軟件中建立三維的產品模型,可以在X、Y、Z三個維度上移動、旋轉選擇角度.這種工作方式和原理使設計師不再需要花費大量時間來推敲產品效果圖的透視是否正確,提高了設計的效率.通過材質和貼圖的功能模塊可以模擬金屬、石材、塑料、織物等各種材料的屬性.三維模型+材質的工作方式使設計圖具有準確的空間關系、真實的立體感以及逼真的材料質感,再經過恰當的渲染設置便可輸出照片級的效果圖.

1.4 動畫技術表現

靜態(tài)的產品效果圖不能靈活地表達、生動地說明設計,人的注意力更容易被動態(tài)的事物所吸引.利用動畫技術來表現產品設計可使作品的表現力提升到一個新的層次.使用Flash、After Effects、3ds Max等軟件可以通過關鍵幀構建動畫,制作出二維或三維的產品展示動畫.加以文字、圖像和音頻的輔助能夠更清晰地突出設計重點,更有效地表現設計.利用動畫技術在產品設計方案展示、產品工作方式展示、產品原理展示、能量傳遞展示等方面具有更好的效果,顯著提升設計的表現力.

2 交互式設計表現概述

在設計發(fā)展的過程中從未停止過新思潮的涌現,“設計以人為本”“交互設計”等新的設計理念越來越引起產品設計師的重視.

2.1 虛擬現實技術

上世紀90年代虛擬現實技術進入高速發(fā)展階段,產品設計也應吸收利用這門新技術.虛擬現實技術(Virtual Reality)是一種先進的人機交互方式,采用以計算機技術為核心的高科技手段生成逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等一體化的虛擬環(huán)境.用戶可以借助一些特殊的輸入/輸出設備,采用自然的方式與虛擬世界中的物體進行交互,相互影響,從而產生親臨真實環(huán)境的感受和體驗.［3］

近年來計算機技術飛速發(fā)展使得虛擬現實的研究應用不再僅僅局限于少數科研機構和大企業(yè),逐步走進了中小型企業(yè)和各院校,尤其是桌面虛擬現實系統(tǒng)迅速普及.用一臺普通圖形工作站或PC 通過鼠標、鍵盤進行交互的虛擬現實系統(tǒng)稱為桌面虛擬現實系統(tǒng),它最大的優(yōu)勢在于成本低,缺點則是交互性和沉浸感較弱.虛擬現實系統(tǒng)的人機接口應是完全面向用戶來設計的,用戶可以通過在真實世界中的行為參與到虛擬環(huán)境中.［4］沉浸式虛擬現實系統(tǒng)通過專業(yè)的傳感設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍵盤、鼠標、屏幕進行交互,在體驗上更加接近真實.如借助數據手套和三維空間跟蹤定位器等配套的VR 設備不僅可以實現自由“抓取”虛擬世界中的物體進行移動、旋轉、安裝等操作,甚至還可以感覺到抓取虛擬世界中物體時的觸感,感受到物體的重力等.立體眼鏡、頭盔顯示器、CAVE 投影系統(tǒng)等設備則會從視覺上給觀察者帶來前所未有的沉浸體驗.

2.2 交互式設計表現

交互設計的目的是使產品實現“可用性目標”和“用戶體驗目標”［5］,同樣,交互式設計表現也應實現這兩個目標.

虛擬現實技術目前在場景漫游、工業(yè)仿真、軍事等領域進行了較多的應用,而把它當成產品設計表現的手段還沒有引起業(yè)內足夠關注.產品設計過程中引入虛擬現實技術會帶來更具沉浸感的體驗,是更深層次的交互.利用虛擬現實技術制作的產品設計表現可以實現全方位地展示,用戶可用鼠標、鍵盤或其他設備自由地移動、旋轉、操控,自主觀察產品的每個角度、每個部分,如同把真實產品把玩在手中一樣的自如.

交互式設計表現涵蓋了模型、動畫、文字、圖像、聲音等元素并且將眾多元素有機地結合起來形成一個交互體驗系統(tǒng),表現力超過任何一種常規(guī)形式.產品設計表現歷經多個階段發(fā)展到交互式是由單一到綜合、由感性到理性、由抽象到具象的過程.

借助交互式表現系統(tǒng)討論設計仿佛進入了虛擬的真實世界,是引導受眾從物境到情境的情感體驗升華.這樣高度沉浸的仿真世界為分析產品設計的創(chuàng)新性、科學性、藝術性提供更加直觀的途徑.能對產品進行物理仿真、動力學仿真,還可以在虛擬環(huán)境中測試產品性能的可靠性,［6］從而幫助降低產品的開發(fā)成本,縮短開發(fā)周期.

3 交互式產品設計表現的價值

3.1 全新的體驗

自由地操控方便設計師之間或與客戶進行深入交流.操作者可以用鼠標、鍵盤等設備控制實現產品各個角度的自由查看,用鼠標滾輪放大縮小查看產品的整體和細節(jié)等.

交互式產品設計表現可以將同系列的設計對比查看,如更換顏色、材質或者零部件的樣式,進行靈活地對比觀察.如汽車裝配DIY 體驗系統(tǒng)可以一鍵操作改變座椅、輪轂、儀表盤、剎車鉗等車輛部件和內飾的顏色來驗證設計和體驗汽車改型效果.

產品使用狀態(tài)的模擬是交互式表現的一大特色,可以讓觀看者自行控制,清楚地了解產品的使用方法、工作狀態(tài)、機構的運轉方式,以及觀察產品與所處環(huán)境的協調程度.

產品外觀設計與內部構造具有一定的關聯性,交互式表現不僅可以全方位展現產品外觀,還可以呈現產品內部構造.虛擬拆裝操作可以一步步地拆卸螺絲、打開機殼、移除零部件,形象地研究產品內部構造與外觀造型的關聯.

3.2 虛擬數字樣機

交互式產品設計表現具有虛擬設計的功能,虛擬設計（virtual design）是現實產品開發(fā)在計算機上的數字化映射,它使現實產品開發(fā)全過程的一切活動及產品演變過程都基于數字化模型,并對產品質量和工作性能進行預測評價,實時地修改和優(yōu)化設計結果.［7］交互式產品設計表現具有集成化、數字化、直觀可視和交互性等特點,可在一定程度上代替物理樣機,發(fā)揮數字樣機的功能.

通過交互式表現可以充分感知產品的多種信息,幫助企業(yè)做出重要決策.如:產品設計是否達到既定的目標和要求;外觀造型設計能否得到消費者的青睞;產品功能的配備是否正是消費者所需要的;產品的外部造型和內部構造之間是否形成有機的關聯;產品內部功能模塊的分布能否在保證機能的同時集約化地安排;產品零部件的性能、所用材料、制造工藝能否達到各項技術指標;產品的安全性能否達到要求;產品是否適合批量化生產;產品投入資金和回報狀況如何.這些信息都可以通過交互式產品設計表現直觀地傳遞出來.

3.3 虛擬展示與員工培訓

產品設計開發(fā)過程中的效果圖在產品推向市場時便失去價值,而交互式產品設計表現作品不僅在新產品開發(fā)階段有更多優(yōu)勢,而且在產品開發(fā)完成后并不會隨著產品的量產而塵封.可以在產品展示宣傳、企業(yè)內訓、售后服務培訓等活動中繼續(xù)發(fā)揮價值.

據統(tǒng)計企業(yè)通過展覽來尋找客戶的成本約比常規(guī)渠道低85%,各廠商越來越重視通過展覽宣傳自己的產品.鑒于傳統(tǒng)展覽展示有場地和時間等諸多的限制性,蓬勃發(fā)展到今天的展示設計業(yè)已經把目光投向多媒體和互聯網.交互式的作品發(fā)布到互聯網,讓消費者在購買之前以他們感興趣的方式去操作了解,成為吸引消費者深入了解產品的“網上體驗店”,具有優(yōu)秀的客戶體驗.廠商通過這一方式與消費者互動使產品信息的傳遞效果更好,另一方面也體現出企業(yè)開發(fā)產品的嚴謹態(tài)度和先進的方法.

交互式產品設計表現作品還可作為企業(yè)培訓和售后服務培訓的教學工具,相比于傳統(tǒng)的PPT 或產品實物更具優(yōu)勢.對新員工和其他非產品開發(fā)崗位的員工進行培訓,可以使其快速而深入地了解公司開發(fā)的新產品,了解企業(yè)設計開發(fā)和生產等流程.有利于增強員工的業(yè)務水平和集體意識.交互式產品設計表現作品可用于對售后服務人員的培訓,能通過簡單易懂的方式讓受訓人員快速掌握產品的拆卸方式、模塊構造等維修知識,有助于進一步擺脫對實地和實物培訓的依賴,減少場地、設備等方面的開支.

4 交互式產品設計表現技術

要實現交互式產品設計表現,首先要在3ds Max、Maya、CATIA 等三維設計軟件中建立三維模型,賦予材質和貼圖,再將模型導入到如Unity3D、Virtools、VR-Platform 等虛擬現實軟件中進行交互設置.

建模軟件3ds Max 有多邊形建模、NURBS建模和面片建模三大建模方式,其中前兩者是產品設計中常用的方式.NURBS 建模原理是使用數學函數來定義曲線和曲面,可產生平滑連續(xù)的曲面且表面精度可調,適用于工業(yè)造型的創(chuàng)建.多邊形建模則是目前發(fā)展最完善,也是應用最為廣泛的建模方法.交互式產品設計表現在三維設計軟件中的建模工作與三維效果圖工序大致類似,不同的是,虛擬現實技術要求三維模型在達到視覺要求的前提下按一定的規(guī)則優(yōu)化模型、精簡數據量;在建模過程中按照預先設計的模塊和零部件分別建模,以便在后期的交互中實現相對的位移、旋轉等變換.

大部分模型的材質或貼圖需在前期三維設計軟件中完成,部分需要實時反射和折射的材質則需要在虛擬現實軟件中設置,如玻璃材質、金屬材質、水面材質等.在三維設計軟件中,設置燈光和渲染器參數模擬出真實自然的光效后對模型進行烘焙操作,可將逼真的光影效果賦予到模型上,從而把在非實時環(huán)境中渲染完成的燈光材質等效果轉換到實時交互的環(huán)境中去.［8］對于一些不宜烘焙的模型,可在虛擬現實軟件中開啟動態(tài)光照和陰影效果,這種效果雖不及前期烘焙來得自然,但它是實時的.

交互式產品設計表現中的動畫包括攝影機動畫、模型變換動畫和其他動畫.鏡頭語言的恰當使用可使動態(tài)藝術作品具有靈性.與影視中的鏡頭不同,交互式表現中虛擬攝影機的推、拉、搖、移更側重的是敘事性,有節(jié)奏地說明設計.模型變換動畫包括位移動畫、旋轉動畫、縮放動畫、變形動畫等,用于表現產品操作方式、工作狀態(tài)、拆裝零件等過程.其他動畫則包括粒子動畫、骨骼動畫、交互界面動畫等,對交互式表現整體效果的提升起著重要作用.以上多種動畫除界面動畫需在虛擬現實軟件中制作外,其余動畫在三維設計軟件和虛擬現實軟件中均可實現.

在虛擬現實軟件中按照場景的交互要求設置碰撞,將需要有碰撞屬性的模型開啟碰撞.若模型面數較多,則可用形狀相近、面數極少的簡單模型代替進行碰撞計算,以減少計算量.

在虛擬現實軟件中制作開關、按鈕等控件,通過事件或腳本實現各控件的功能.可以實現的常用功能有音頻操作、材質操作、動畫命令、模型操作、二維面板操作、物理系統(tǒng)操作、數據庫操作、特效等.

最后編譯出的可執(zhí)行文件就可用鼠標鍵盤或數據手套等專業(yè)VR 設備控制觀看使用.或者輸出為可網絡發(fā)布的文件,實現網上協同工作和分享.

結 語

交互式設計表現依賴于虛擬現實技術,而虛擬現實技術目前還存在著功能不夠豐富,VR 設備不夠成熟等問題,這些問題會隨著研究的深入而一一解決.交互式產品設計表現是科技發(fā)展的產物,也是產品設計學科發(fā)展的產物,體現了人性化的設計理念.交互式產品設計表現不僅能讓受眾交互地、自主地、全面地了解產品設計信息,而且還具備多方面的價值.可以預見這種新表現形式的普及,會像計算機效果圖的普及一樣,快速而廣泛.