“虚拟现实”在工业设计中的应用——基于汽车造型设计的研究 -pg电子娱乐平台

同济大学建筑与城市规划学院博士学位论文“虚拟现实”在工业设计中的应用——基于汽车造型设计的研姓名：****请学位级别：博士专业：建筑历史与理论指导教师：**声20090101摘要摘要全球化、网络化、数字化已经成为工业设计领域的重要特征。虚拟现实作为一门新兴的、跨学科的技术，以其“沉浸性’’、“交－瓦性＂和“构想性＂成为了避免设计缺陷、降低设计成本、缩短产品设计开发周期的有效的辅助工具。文章就虚拟现实在工业设计领域的应用加以论述。整个论述采用提出问题、系统论述、总结论点的方式。首先，文章对虚拟现实的基本概念、系统组成、历史发展，以及虚拟现实在工业设计中应用的关键技术作阐述。然后，以汽车造型设计为例，比较传统的汽车设计流程以及计算机辅助汽车造型设计流程，发现设计过程中所存在的“二维到三维＂、“小比例到全尺寸”的衔接问题，并提出文章的论点：通过多模态交互的三维方案构思、全尺寸造型建模、沉浸式的设计评估以及分布式的协同合作，建构虚拟现实下的汽车造型设计各阶段数字化无缝连接的新系统。随后，文章分别对虚拟现实在汽车方案构思阶段、造型深入设计阶段、设计评估阶段以及设计协作上的应用作详细分析。最后，对虚拟现实下的汽车造型设计的特点以及影响予以归纳，并总结强调论文。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：计算机辅助造型设计，虚拟现实，工业设计，汽车造型设计ａｂｓｔｒａｃｔｇｌｏｂａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｍｅｔａｎｄｄｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｏｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｇｎ．ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙａｎｅｗａｎｄｉｎｔｅｒ－ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｔｅｃｈｎ０１０９ｙｃａｎｈｅｌｐｄｅｓｉｇｎｅｒｓｔｏａｖｏｉｄｍｉｓｔａｋｅｓ，ｒｅｄｕｃｅｃｏｓｔｓ，ａｎｄｓａｖｅｔｉｍｅ，ｔｈａｎｋｓｔｏｉｔｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｉ衄ｅｒｓｉｏｎ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｉｍａｇｉｎａｔｉｏｎ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘａｍｉｎｅｓｔｈｅａｐｐ“ｃａｔｌｏｎｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｇｎ．ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒｉｆｉｒｓｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｑｕｅｓｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｇｉｖｅｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｌｏｎ，ａｎｄｃｏｎｃｌｕｄｅｉｎｔｈｅｅｎｄ．ｔｏｂｅｇｉｎｗｉｔｈ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｓｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｆｒｏｍｖ跗ｏｕｓａｓｐｅｃｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｈｉｓｔｏｒｙｋｅｙ印ｐ１１ｃａｎｏｎｓ１ｎｉｉｌｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｇｎ．ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｕｔｌｉｎｅｓｆｏｒｃａｒｓ，ｉｃｏｍｐａｒｅ圩ａｄｌｔｌｏｎａｌｄｅｓｉ凹ｍｅｔｈｏｄｓｔｏｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｂａｓｅｄｏｎｅａｎｄａｄｖａｎｃｅｔｈｅ“ｔｗｏｄｉｍｅｎ８１０ｎｓｔｏｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，，锄ｄ“ｓｍａｌｌｓｃａｌｅｔｏｒｅａｌｓｃａｌｅ”ｉｓｓｕｅｓ．ｔｈｅｐａｐｅｒ’ｓｍａｉｎｉｄｅａｉｓｔｏｂｕｉｌｄａｎｅｗｓｖｓｔｅｍｆｏｒｃａｒｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ．ｉｇｉｖｅｄｅｔａｌｌｅｄａｎａｌｙｓｌｓａｐｐｌｙｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎ，ｄｅｔａｉｌｄｅｓｉｇｎ，ｅｖａｉｕａｔｌｏｎｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｓｔｙｌｅ．ｆｉｎａｌｌｙｉｃｏｎｃｌｕｄｅｔｈｅｍａｊｏｒｂｒｅａｋ＿ｔｈｒｏｕｇｈａｐｐｉｙｉｎｇｒｔｌｊａｌｉ沁ａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｓｔｙｌｅｄｅｓｉｇｎ．ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｅｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｓｔｙｌｉｎｇ，ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ，ｉｎｄｕｓｔｒｙｄｅｓｉｇｎ，ｃａｒｓｔｙｌｅｄｅｓｉｇｎ同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：ｅ１学位论文pg电子平台的版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：第一章绪论１．１研究的背景第１章绪论１．１．１信息时代工业设计的变化信息技术的发展与工业设计的关系是非常广泛而深刻的。计算机的应用极大地改变了工业设计的技术手段，改变了工业设计的程序与方法。与此相适应，设计师的观念和思维方式也有了很大的转变。“计算机、网络作为新的劳动资料，被从事智力工作的设计师所利用，整合知识运用于信息产品的创造，逐渐从工具性的使用转变到变革设计的方式，它们对工业设计的影响是非常深远的”（王明旨，２００７）。１．设计对象的“非物质化”马克第亚尼在《非物质社会一一后工业世界的设计》一书所言：许多后现代的设计，重心已经不再是一种有形的物质产品，而越来越转移到一套抽象的关系，其中最基本的是人与机器的对话关系。在智能产品中，传统产品的形式与功能在语言中合并为一体，使产品的范围从一种可见的、有形的东西，延伸到无形的、人与机器的语言对话中（马克第亚尼，１９９８）。“大量与信息有关的新产品开始涌现，而传统产品中信息含量不断增大。例如，汽车不再是单纯的运载工具，它有可能是卫星导航系统的一个接受终端，也可能是一间活动的电子办公室。计算机和网络使大部分产品智能化，使产品更接近于人，这也成为了新的设计准则。这种组合更迭，不仅创造出新的产品，也将改变人的生活方式”（付志勇，１９９６）。传统的设计方法注重成形的状态研究，而信息时代的设计要注意信息形成过程的研究，这种过程性主要体现在用户中心、并列和迭代式的开发过程中，并通过叙述、情景化的方法来具体实现。“设计方法的转变与科学自身发生的变化是紧密相关的，新的科学理论放弃了传统科学静止的、纯客观的世界观，转而强调动态过程的重要性，观察者的态度也成为科学结构不可分割的因素。同第一章绪论样，在设计中，静态的‘物体’和‘产品’的观念被放弃，代之以新的过程定向、基于用户的设计方法”。（ｍｉｔｃｈｅｌｄ，１９９８）在信息时代，工业设计的对象，不再是单纯的形态与功能之间的关系，而 是人透过信息环境与他人交互的过程与意义。设计的过程中，常用情景 （ｓｃｅｎａｒｉｏ）和角色（ｐｅｒｓｏｎａｌ）定义的方式，描述目标用户的行为或任务， 从中可以发掘出任务的上下文环境、用户需要。设计师从开始强调外形的传统 方式转换到强调产品与用户更灵活的关系上，用户和产品的认识和情感上。 ２．设计工具的“数字化” 设计工具正由传统的铅笔、直尺、圆规向计算机辅工业设计（ｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙｄｅｓｉｇｎ，ｃａｉｄ）系统过渡。 １９６２年，美国麻省理工学院的伊凡 萨瑟兰德（ｉｖａｎｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ）发表 了他的博士学位论文《画板：一个人机通信的图形系统（ｓｋｅｔｃｈｐａｄ－ａｍａｎ ｍａｃｈｉｎｅｇｒａｐｈｉｃａｌｃｏｗ珈ｎｕｎｉｃａｔｉｏｎ）》，从而奠定了计算机辅助设计（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｃａｄ）的核心——计算机图形学（ｃｏｍｐｕｔｅｒｇｒａｐｈｉｃｓ）的理论 基础。ｃａｄ技术在７０年代快速发展，计算机软件系统相继出现，如ｐａｄｌ几何造 型系统，用于飞机设计的ｃａｄａｍ、用于汽车外型设计的ｄａｃ—ｌ、ｉｂｍ公司的ｓｍｓ 软件等。计算机辅助设计技术的发展，为其引入信息时代的工业设计领域打下 了基础。 计算机已承担起设计过程中的大部分事务性，重复性的工作，而只把机器 难以做到的事——思维和创造留给设计师，从而改变了技术密集型人才从事劳 动密集型工作的局面。这已成为信息时代的鲜明特点。 在现代设计向多学科集合的趋势中，工程师、设计师、经济师紧密地合作 起来，把整个设计项目的策划、设计、工艺、施工、预算及营销等生产前后的 活动整合在一个互动的体系中，极大地缩短了设计周期，提高了工作效率。计 算机对设计的变革已丰富了我们的思维与作业，使整个设计领域产生前所未有 的跳跃式的变化。 ３．设计环境的“网络化” 网络空间是设计新环境，它是人的行为环境的虚拟映射，也是人与信息环 境作用的综合体。使用者的参与是虚拟空间得以建构的前提，这是不同于真实 第一章绪论空间的特质。虚拟空间是使用者可以进入的场所，若没有使用者的感知和想象， 虚拟空间就无法形成，可以说，它存在于使用者的头脑和体验之中。虚拟性和 交互性的网络空间构建了信息交流的场所，并成为信息产品、信息内容存在和 传播的环境。不仅仅使工作场所的位置发生了变化，它们的性质也发生变化。 人们熟系的工作场所类型正在被打破，并重新组合新的类型。 正如波尔（ｉｔｈｉｅｌｄｅｓｏｌａ ｐ００１）所观察到的那样，“公司办公室搬离了 工厂，因为只需给受雇的经理打一个电话就足以对工厂进行控制；公司总裁则 搬到了商业区，在那里他可以和银行家、供应商和客户进行面对面的交谈。” （ｉｔｈｉｅｌｄｅ ｓｏｌａｐｏｏｌ，１９９０） 麻省理工学院建筑与设计学院院长，威廉 米切尔（ｗｉｌｌｉａｍｊ．ｍｉｔｃｈｅｌｌ） 教授在他的《伊托邦一一数字时代的城市生活》一书深入地探究了数字网络对 我们未来城市的影响，描绘了数字时代的新型城市一一伊托邦。其中他提出“２１ 世纪在重组、分散、交叠的社会结构中，生产、销售和消费将在何处进行？企 业和工作又会在哪里？”（威廉，２００５） 如今的生产现场，由网络支持的远程监控意味着工人们不必再像工业时代 早期的风格那样照看机器。这些功能被转移到了中央控制室。控制室并不需要 与所监控的设备非常接近，而且所需的工作人员也更少。 在零售场所，传统商店的组成要素一一销售场地、仓库和后面的管理空间 ——在电子互联引入下都可以分离。销售场地可以是一个能维护网上商品目录， 回复电子函件和电话的远程服务系统，也可以是人流量很大的即看即买的展示 室，仓库可以是一个集中仓储和配送中心。至于开账单、订货和其他的管理功 能则可以由远程工作中心（ｔｅｌｅｗｏｒｋｃｅｎｔｅｒ）来完成。 办公室也随着电子互联瓦解了传统上的紧密空间联系，手提电脑和无线网 络（ｗｉｆｉ）使马路、咖啡馆都可以成为“紧急的办公室”；视频会议（ｎｅｔｍｅｅｔｉｎｇ） 和群件（ｇｒｏｕｐｗａｒｅ）取消了会议空间的限止；局域网（１０ｃａｌａｒｅａｎｅｔ ｌａｎ） 和远程控制协议（如ｅｔｂｅｕｉ、ｎｅｔｂｉｏｓ、ｉｐｘ／ｓｐｘ、ｔｃｐ／ｉｐ等）使的复印机、打 印机等办公设备被共享，节约了办公资源……办公室工作的个人部分可能更具 流动性，也更为分散，但团队部分则保持“无形的”更紧密的联系。 随着这些优势的日益明显以及许多公司开始考虑这方面的问题，我们会越 第一章绪论 来越多地听到关于“虚拟公司（ｖｉｒｔｕａｌｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｓ）协“虚拟社区（ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ）２”等新名词。 １．１．２计算机辅助工业设计的应用 工业设计的主体是人，因为人的创新思维是产品设计的决定因素， 计算机 对工业设计的支持有两个目的：一方面，计算机使得设计者从繁复的设计工作 中解脱出来， 把主要的精力放在创新思维上；另一方面，通过计算机的支持， 能够启发和激励设计者创新思维的广度和深度，提高人的整体的创新水平。因 而，计算机支持的产品设计过程是一个“人机互动”的耦合过程，其中涉及到