14次 摘要：本文通過數字技術虛擬性的方式、方法、途徑的理論性研究，基于數字化技術的多感知性、交互操作性、對現實事物關系、活動、認知的實際模擬性，通過數字技術（如：VR技術、AR技術、3D成像技術等）虛擬工業設計在設計流程、設計管理、制造加工、設計體驗 --> 摘要：本文通過數字技術虛擬性的方式、方法、途徑的理論性研究，基于數字化技術的多感知性、交互操作性、對現實事物關系、活動、認知的實際模擬性，通過數字技術（如：VR技術、AR技術、3D成像技術等）虛擬工業設計在設計流程、設計管理、制造加工、設計體驗、設計服務等事件的實際情景，實現工業設計的設計與制造的多樣化信息交互，提高產品設計方案的合理性和可行性，為工業設計設計、制造、研發的創新開辟一種新型的理念與模式。 關鍵詞：工業設計；數字虛擬；創新模式 1 國內外數字虛擬技術下工業設計模式研究現狀 信息時代下的數字技術已成為西方各個國家工業設計的主要設計與制造模式的創新驅動力之一，并已形成了較為充實的理論依據與指導。美國和德國這些工業信息化、工業設計產業經濟發達國家最早開展了數字化的現代設計與制造模式，例如：美國的哈佛大學設計學院運用數字虛擬技術在工業設計領域展開了動態雕塑設計、交互空間設計數字參數化建筑設計、動態視覺信息設計等多種類型的數字設計與制造創新形式。與此同時，歐洲各國不僅將數字虛擬技術運用到了工業設計領域，還運用到了醫療、軍事、工業制造等各個行業領域。我國數字虛擬技術與國外相比，雖然我國在數字技術方面制定了相關的政策扶持、發展規劃、研究計劃，尤其在數字虛擬技術方面受到了多家國家自然科學基金委、九五規劃、國家高新技術研究發展計劃的高度重視，并將其置于學科研究的重點，并逐步在各行各業進行試驗性的實施。但是在數字虛擬技術的應用方面呈現出起步晚，發展較為緩慢，資金注入不滿足需求，理論指導不強，形式單一，系統性弱，技術受限等問題與薄弱環節。 2 工業設計與數字虛擬技術應用的功能關系 工業設計是人類以滿足物質功能需求和審美情感需求為目的，進行設計要素的構思和策劃，通過借助材料媒介及制作工藝，采用創新的藝術表現手法，將設計構想實體化，將技術與藝術完美融合，創造實用與美感于一體的產品，更好地滿足使用者與社會的需求。然而由于專業涉及內容范圍廣，受影響因素多，設計與制造的環境復雜。因此，在我國工業設計設計、制造、流程等方面發展受到了一定環境、人力、財力、安全性等方面的限制。數字虛擬技術主要通過計算機、軟件等設備，設定創建一種模擬現實的四維人環境或者四維的物環境，以視覺、聽覺、觸覺等方面的信息交互設計，讓參與者獲得真實的體驗、經歷與感受。數字化虛擬技術實現了人類對復雜事物的認知性，幫助人類更為直觀、科學的分析復雜事物之間的邏輯關系與原由，實現了人類與空間、實踐、事物的四維辯證關系的認知，為人類認知、探索、掌握客觀世界的規律提供了一種新型的方式。通過以上分析可得出工業設計與數字虛擬技術的基本功能關系：數字虛擬技術對于工業設計來說是一種補充與創新驅動劑。應用數字虛擬技術于工業設計設計、制造、管理、流程、服務等各個環節之中，可真實地創造表現出各種工業設計的設計流程、制造加工技術、材料分析、設計服務、產品體驗等實際設計、生產加工的仿真情景，提供多種途徑的實踐設計體驗，使工業設計在設計、制造、流程管理等方面的前期研發、實驗或者后期服務、驗證、體驗等方面，彌補人力、物力、財力、環境、安全等方面因素的不足，對于提高工業設計研發與制造的成效性、自主能動性、有著較好的實踐意義。 3 實施數字虛擬下的工業設計創新模式的構建形式 3.1 建立數字虛擬化工業設計造型要素設計模式 工業設計造型設計是產品形態的美學藝術表現。產品的造型形態表現出產品的使用功能以及用戶特征、環境特征、行業特征，同時表達了人們在滿足自身物質生活的基礎上，更加追求精神世界的訴求。從經濟角度看分析，一個具有美學內涵的產品形態更容易創造出產品的經濟附加值。在數字化技術高速發展的時代，將數字虛擬技術運用于工業設計造型形態的設計、制造中，具體內容方式可通過以下方式：數字虛擬技術按照形態的分類虛擬各類產品形態設計的出模和裝配原理，如：“直線型”產品形態、“曲線型”產品形態、“特異性”產品形態等。通過此各類產品形態設計出模和裝配原理的數字模擬，再融入到三維工程軟件（如：PRO/E、RHINO等）之中，在工業設計形態設計中，可利用三維工程軟件對產品的形態進行參數化建模，在軟件中可對“直線型”、“曲線型”、“特異性”等各類產品形態中的各個點、線、面、體設計組構模塊進行參數化的形式美設計、修改與法則驗證，同時結合虛擬出模和裝配技術對各類產品的形態進行模擬的出模與裝配實驗。最后輸出到參數化工程設計軟件Rhino中，或者3D打印機中形成最終數字或實物模型，便于后期工業設計制造加工的測試與驗證。 3.2 建立數字虛擬化工業設計結構要素設計模式 工業設計結構設計的數字化虛擬設計制造可利用數字虛擬Unity3D、Cult3D軟件，在產品結構實踐設計的流程、技術、方法的基礎，實施虛擬三維動態分析與設計、研究、實驗。在工業結構設計實踐教學的過程中，可以利用Unity3D或Cult3D數字虛擬軟件，在虛擬的三維可視化空間中建立工業產品結構的虛擬數據模型，通過IGES格式虛擬數字模型的三維可視化呈現，對模型進行結構上分析與實驗，例如：結構出模分析與實驗、結構裝備解析與實驗、結構溫度變形分析與實驗、結構動力學分析與實驗等，最終通過學科分析與反復試驗總結、歸納相關工程數據，并存儲數據，形成大數據模塊，以圖形或者圖像的三維可視化形式呈現出來。 3.3 建立數字虛擬化工業設計材料要素設計模式 工業設計材料涵蓋了金屬材料、塑料材料、硅膠材料、納米材料等等形式繁多，屬性各異的材料類別，且每類材料都有著各自的設計、加工、成型等特性各異，材料與材料之間的設計結合與運用方式各異。數字化虛擬技術在工業設計材料設計、研發、應用過程中可通過以下方式實現：運用VR數字化虛擬3D技術，在VR虛擬軟件平臺上（如：Keyshot、3Dmax等）形成三維的模型信息，設計者通過VR虛擬軟件平臺所提供的三維數據模型信息可進行材料應用的虛擬設計與實驗。例如：在塑料材料的設計、研發、應用中，運用Keyshot三維VR虛擬軟件平臺進行塑料材料的虛擬設計、應用，在虛擬平臺系統中對于塑料材料虛擬模型實施在不同空間環境、光照、造型形態、工藝、時間等因素下的木質材料自身相關表象、數據、特質的交互表現與四維動態分析，分析究塑料材料各種數據與屬性，研究、梳理出各材料特性要素的關系，并綜合處理、總結相關數據，并再次通過Keyshot三維VR虛擬軟件平臺虛擬應用于具體工業設計產品塑料材料的實踐、實驗與創新設計中。 3.4 建立數字虛擬化工業設計制造工藝模式 設計制造與加工工藝是實現產品由概念圖紙模型轉變為市場商品的重要環節之一，同時也是產品批量化生產，實施商業化市場運作與銷售的重要影響因素。制造方式與加工工藝的選擇適當與否，決定了產品設計的最終表現效果，以及產品質量的優劣。通過借助數字虛擬技術，如：VR、AR等技術，發揮數字虛擬技術模擬現實的特性，并充分應用于各類工業設計制造、加工的實踐教學之中，按照工業設計各類生產加工及工藝的要求，虛擬表現出實際生產加工一線場景及相關設備操作、工藝流程展示等環節，對復雜性工業設計制造加工、工藝進行實驗性的分析、研究，總結設計實施的可行性方案，從而大大降低了設計制造內容的難度，提升了設計制造加工實踐能力培養的實效性。 4 總結 數字虛擬技術在工業設計模式創新中的應用，順應了科學技術發展觀的現代數字信息化的設計、制造、研發、服務理念。數字虛擬技術可突破、改變現有傳統式的工業設計模式，同時，工業設計的設計流程、制造加工技術、材料分析、設計服務、產品體驗等環節較好地解決解決其在人力、物力、財力、環境、安全等方面因素的弊端與不足，對于提高工業設計研發設計、制造、體驗、服務的成效性與經濟性具有較高的創新實踐意義。 參考文獻 [1]戚鵬等.基于虛擬現實技術的工業設計虛擬展示平臺的建設研究[J].科技展望,2015(20):160. [2]周濟,李培根.走向新一代智能制造[J].中國工程院院刊,2018.10. [3]喻曉和.虛擬現實技術基礎教程[M].第2版.北京:清華大學出版社,2017.
