混合现实技术在工业设计中的应用研究

摘 要：在工业生产当中离不开对工业产品的设计，工业产品设计不仅是企业价值增值的手段，而且还是产品创新的关键途径。受到陈旧技术的影响，传统的工业产品设计禁锢了部分设计人员的思维，其在设计过程中只能够依靠设计师的发散思维，对于多种产品设计理念的反复应用与迭代，也无法实现产品的创新。在现当代随着虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）以及混合现实技术（MR）的出现极大地拓宽了工业产品设计师的设计思路，尤其是混合现实技术的出现将设计师带入了虚拟与现实相交互的环境当中，帮助设计人员更好地完成设计任务以及表达出设计思想。目前混合现实技术已经开始普及到各个领域当中，本文将从混合现实技术在工业中的应用入手，探究混合现实技术与虚拟现实技术、增强现实技术之间的联系，分析混合现实技术在工业设计中的应用价值与应用方式，希望能够进一步推动混合现实技术与工业设计之间的融合。

关键词：混合现实技术；工业设计；价值与应用

随着科技的飞速发展，虚拟现实技术也在不断进步，尤其是当前各领域都非常重视虚拟现实技术的研发，这就使得虚拟现实技术不断迎来新一波的发展契机。虚拟现实以及增强现实涉及多类复杂技术，而作为该技术的结合体，混合现实技术同样涉及多门类技术，如计算机图形、多媒体技术、软件工程以及可视化技术等，随着计算机技术的不断发展，各类高新技术都开始融入虚拟现实技术以及混合现实技术当中，同时人际交互在混合现实技术的支持下也得到了极大的改善，这为包括工业设计在内的众多工作的展开提供了诸多便利条件。

1 虚拟现实技术与混合现实技术简介

虚拟现实技术以计算机技术为基础，能够为使用人员提供一种沉浸式的交互环境，在虚拟技术应用过程中用户不仅能够感受到一个真实的虚拟环境，同时还能够获得触觉、嗅觉以及味觉等方面的感官体验。在虚拟技术应用过程中，用户可以通过各类传感器与虚拟世界建立联系，最终为用户提供一种身临其境的感受，虚拟现实技术最大的特点在于虚拟性，除此之外还具备极强的交互性和沉浸性特征，虚拟现实技术之所以能够使得用户产生身临其境的感觉，这是由于虚拟现实技术运用了计算机图形学、仿真技术以及多媒体技术等，是一种计算机高级人机界面，而后再借助于多种类型传感器使得用户获取到触觉、视觉以及嗅觉上的感受。此外，虚拟现实技术并非只能够为用户提供虚拟环境，在该环境中用户可以通过语言或者动作等与虚拟世界中的物质建立起联系并展开实时交互。

混合现实技术是虚拟现实技术的一种升级，属于增强现实技术的范畴，混合现实技术同样需要以计算机图形技术以及可视化技术为载体，而后向用户提供现实生活中并不存在的物质，在传感设备的支持下通过混合现实技术能够在真实的环境中放置虚拟的物品，并将现实生活中的真实物品与虚拟物品同时处于一个空间当中，而使用人员则需要借助于混合现实技术显示器观察由虚拟和现实产生的新环境，这同样会为使用人员提供一个全新的感官世界。与虚拟现实技术相比较，用户能够同时感受到虚拟与现实的世界，这些可以是虚拟世界中的真实信息，同时也可以是真实世界中的虚拟信息，通过两种信息的融合与叠加，便能够为用户提供一种超越虚拟信息技术的使用体验。

2 混合现实技术的应用分析

混合现实技术是虚拟现实技术与超越现实技术的结合，所以混合现实技术一方面能够结合这两种技术的优势，另一方面还能够弥补两种技术中的不足，因而得到了广大用户的认可。当前混合现实技术已经广泛地应用到工业制造业、教育培训业以及医疗健康等行业，同时为各领域的工作模式创新给予了支持。首先，在建筑行业当中借助于混合现实技术能够实现各工程施工的实时协同与合作，并进一步强化施工单位、设计单位以及采购部门三者的联系，有效地避免了部门之间工作不协调问题。同时在建筑设计过程中，借助于混合现实技术所设计的建筑物呈现方式将更为直观，相对于传统图纸，相关人员在混合现实技术支持下的全息图中将会获得更多直观信息，且通过环境模拟等技术将会最大程度上还原设计师的设计理念，这为提升施工效率以及控制施工成本等产生了重要意义。其次，混合现实技术也开始应用到教育教学方面，比如以工业设计专业教育为例，其体现在产品的外形设计上。混合现实技术可被运用于产品外形设计，可根据对产品的研发要求，多次评测和修改产品的外形，此类修改方式对产品方案修改效率的提高具有积极意义，在很大程度上减少了产品研发风险，有利于建模数据的构建，而冲压模具的基础设计和仿真加工等环节，也可直接运用系统生成的建模数据。

再次，混合现实技术在军事领域中的应用主要有模拟战场、军事项目测试等，尤其是该技术能够最大程度上还原真实战场，这对于提升军队的实战能力具有很大帮助，同时借助于该技术还能够降低军事项目测试产生的成本，并有效降低训练过程中的风险因素。最后，在工业设计中新型工业产品的研发需要大量的人力和物力投资，但是通过混合现实技术，则能够对多种工业产品的设计方案、产品投入材料等进行试验检测，此外，由于混合现实技术还具有虚拟性和直观性的特点，所以在该技术支持下的工业产品同样能够以全息图形式呈现出来，设计人员以及广大用户将会更为直观地的观察设计产品，而设计师也能够高效完成产品的设计工作。

3 混合现实技术在工业设计中的价值分析

3.1 优化工业产品设计师的设计流程

目前设计师与顾客之间的交互性越來越明显，尤其是一些特殊工业产品，在整个设计过程中都需要与客户保持密切联系。目前混合现实技术已经成熟地运用到工业产品的设计研发当中，在该技术的帮助下，客户将会更为直接地感受到产品设计师的设计意图，同时混合现实技术还具有动态性和交互性特征，所以能够对相关产品的设计和布局展开全方位的审视，客户也能够从任何角度观察设计的产品，所以客户对于设计产品的环境效果需求能够得到极大的满足，同时还可以借助该技术交互性实现设计产品风格的快速转换。混合现实技术具有特殊的数据运算程序，所以能够为设计人员以及企业的其他部门提供一种全新的产品设计展示方式，除了设计部门以外，其他与设计工作相关的部门均可以通过该技术保持高度交流，从而达到节省时间的目的。传统工业产品设计的核心工作为绘图、计算和建模，这种设计模式至今已存在百年历史，尤其是在计算机技术与3D立体技术出现以前，几乎所有的设计成果都需要在二维空间内呈现，但是二维绘图毕竟缺乏表现力和直观性，同时除了设计师外的其他人员也难以获取到设计产品材质、工艺以及结构等方面的深入感知。而混合现实技术则为工业设计注入了新的动力，该技术一经投入使用后，传统设计过程中以图纸和实物建模为基础，并配合文字说明的产品设计方式已经开始被淘汰，且对于客户而言，在虚实结合下呈现的设计成果往往更加具有吸引力。混合现实技术还与三维模型制作存在着密切联系，这将会使得设计人员更加明确和掌握设计作品。如微软公司在2015年发布的“HoloLens”，在眼镜产品的整个空间都是一台计算机的显示屏，而眼镜佩戴人员则可以随意调整任何区域，而“HoloLens”就是混合现实技术下的产物。在这种背景下，设计人员之间信息的传递并非在二维平面中进行，甚至在三维立体的条件下设计师无需通过语言进行交流，而在传统工业产品设计过程中，设计图纸就是承担设计信息的载体，设计师与客户的一切交流都必须建立在图纸之上，若客户并不满意设计图纸中的某些区域，那么设计师就需要再次通过手绘的形式对问题区域进行修改，且修改完成后还需要对产品再次进行渲染，这就造成了大量时间和人力资源的浪费，而在目前，通过混合现实技术，客户既可以直观地感受到设计产品，同时还能够展开互动与修改等活动。

3.2 提升工业设计产品与大众的互动性

当大众在面临众多工业设计产品时，由于产品数量较多，所以即便是大众具有选择任意设计产品的主动权，但是由于大众无法直接感受设计产品，所以关于设计产品的信息往往也只能被动接受。工业产品的设计初衷是交易，所以无论是在产品设计还是产品推销过程中均可以借助于混合现实技术，传统理念下设计产品会借助于宣传、体验等方式向大众进行推销，而大众由于无法表达设计产品中需要创新的理念，即设计人员无法了解大众对产品的真正诉求，所以使得各类工业产品的设计工作一度进入瓶颈期。此外，在目前的工业产品设计过程中还存在另一常见问题，当前工业产品的设计仍然遵循着实用性特征，并在满足实用的前提下控制成本，同时以市场为导向，过于重视市场中需求量较大商品类型的设计与创新，在此种理念下设计出的工业产品虽然也能够满足市场与大众的基本需求，但是在设计环节却割裂了设计人员的设计产品与大众之间的关系，工业产品由设计人员设计出，最终被大众使用，所以设计人员应当考虑如何在设计产品与客户之间建立起联系。当大众在面对一种创新性极高、实用性极强或者设计理念极其复杂的工业产品时，若只有宣传海报以及文字说明，那么大众则很难认识到新型设计产品的内在价值，同时一些大众群体甚至不能掌握正确的使用方式，这就难以激发大众对新产品的购买欲望。在传统工业产品设计模式下，大众是被动地接受产品，即存在一种单一性的“人与物”关系，大众仅凭借图片、实物或者文字说明等很难获取到有关信息，所以“人与物”也就无法建立起精神上的共鸣，随着混合现实技术的出现，工业产品的设计模式正在发生转变，并在设计人员、设计产品以及大众之间建立了一种新式的供需关系。在设计过程中，大众可以通过与设计产品的互动满足个性化的消费心理需求，且大众甚至还能够明确工业产品的整个设计流程，这就使得大众乐意从多角度、全方位了解产品。结合混合现实技术的展品能够将大众带入具有真实感与虚拟感的虚实混合空间当中，进而激发大众对设计产品的了解欲望，同时将设计产品置于一个虚实结合的场景当中，还能够充分调动的大众在多维度情景下的感知能力，这时的工业设计产品将不再单纯地以图片或者声音等途径传递信息，而是通过多维度的交互与大众进行互动，且虚拟与现实的结合将会发挥相互补充作用，将工业设计产品的整体性和空间性提升到一个新的层次。

4 混合现实技术在工业设计中的实际应用

工业设计中的混合现实技术是经过虚拟现实技术发展而来，虚拟现实技术已经在工业设计领域广泛应用，而混合现实技术则进一步突破了工业设计过程中的技术性瓶颈，所以从这一点来看，混合现实技术对虚拟现实技术有一定的继承性和一致性。在工业设计过程中可以借助于计算机将虚拟现实技术下产生的虚拟信息以及物象等叠加在用户的可视范围之内，这一可视范围可以是真实的，这就使得用户能够在真实的环境下观察虚拟的物体，进而提升用户的整体使用感受。在工业设计中运用混合现实技术的核心在于注册与显示这两个阶段，而从目前混合现实技术的发展现状来看，离不开头盔显示器以及方位跟踪器等设备。

4.1 工业产品的外形设计

在工业产品的外形设计当中，可以借助于混合现实技术满足产品外形的各种研发需求，同时能够通过该技术对设计产品展开反复评测，并反复修改产品的外观，这将会极大提升工业设计中产品外形的科学性和严谨性，降低新型产品研发过程中产生的风险，同时还能够为产品模型的构建提供理论基础。最后，通过混合现实技术所产生的各类产品设计数据能够直接应用到产品后期的冲压模具以及加工过程中。

4.2 工业产品的布局设计

目前在工业设计过程中会遭遇一些结构极其复杂的产品，而在混合现实技术的支持下便可以化繁为简，产品设计过程中的工序进行整合，进而显现出明显的产品布局效果，且设计人员也能够更为直观和明了地查看设计作用，进而避免在设计中的一些问题出现。

4.3 产品的运动与动力学仿真度运动

在一些工业类产品设计过程中还需要以动力学为依据，充分考虑产品在使用过程中的运动关系，并在大量的模拟下核实运动过程中可能出现的问题，而设计师需要经常关注的内容有产品的动力学性能、设计产品的强度以及运动干涉等，目前工业产品在设计完成后就交付各个生产线进行生产，而各生产流程之间的配合能力很大程度上决定了产品的最终质量，在这种情况下，企业就可以通过混合现实技术对各生产环节进行仿真再现，通过再现的场景有效设计和配置生产工作流程，从而使整个设计生产工作更加明了。

4.4 产品的广告与漫游3D技术

广告是工业产品设计中的重要组成部分，而通过混合仿真技术能够进一步强化广告的视觉效果，将技术与三维动画技术结合后植入广告当中，客户仅通过广告就能够了解工业产品的相关组成部分。通过混合技术还能够向客户展示工业产品的设计与生产流程，如借助于虚拟环境提供产品的组装以及工作状态等。广告已经成为产品推销的重要手段，而网络漫游技术则能够进一步强化广告的推广能力，如在网络漫游技术的支持下，用户将会更为方便地获取到产品设计图纸、生产车间以及内部构造等信息。

结语

目前混合现实技术已经应用到各个行业和领域当中，同时混合现实技术的普及与应用还对工业设计产生了深远影响，虽然在技术应用过程中暴露出了一些问题和不足，但是该技术已经具备人机接口的优势是值得肯定的。混合现实技术的出现实现了产品设计的数字化，同时极度相似的虚拟现实产品又进一步带动了混合现实技术的发展，并成为设计领域中的最常用的高效技术。

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作者简介：陈静宜（1986— ），女，汉族，广东惠州人，本科，艺术设计讲师，研究方向：工业设计。