混合現實技術在工業設計中的應用研究

摘?要：在工業生產當中離不開對工業產品的設計，工業產品設計不僅是企業價值增值的手段，而且還是產品創新的關鍵途徑。受到陳舊技術的影響，傳統的工業產品設計禁錮了部分設計人員的思維，其在設計過程中只能夠依靠設計師的發散思維，對于多種產品設計理念的反復應用與迭代，也無法實現產品的創新。在現當代隨著虛擬現實技術（VR）、增強現實技術（AR）以及混合現實技術（MR）的出現極大地拓寬了工業產品設計師的設計思路，尤其是混合現實技術的出現將設計師帶入了虛擬與現實相交互的環境當中，幫助設計人員更好地完成設計任務以及表達出設計思想。目前混合現實技術已經開始普及到各個領域當中，本文將從混合現實技術在工業中的應用入手，探究混合現實技術與虛擬現實技術、增強現實技術之間的聯系，分析混合現實技術在工業設計中的應用價值與應用方式，希望能夠進一步推動混合現實技術與工業設計之間的融合。

關鍵詞：混合現實技術；工業設計；價值與應用

隨著科技的飛速發展，虛擬現實技術也在不斷進步，尤其是當前各領域都非常重視虛擬現實技術的研發，這就使得虛擬現實技術不斷迎來新一波的發展契機。虛擬現實以及增強現實涉及多類復雜技術，而作為該技術的結合體，混合現實技術同樣涉及多門類技術，如計算機圖形、多媒體技術、軟件工程以及可視化技術等，隨著計算機技術的不斷發展，各類高新技術都開始融入虛擬現實技術以及混合現實技術當中，同時人際交互在混合現實技術的支持下也得到了極大的改善，這為包括工業設計在內的眾多工作的展開提供了諸多便利條件。

1?虛擬現實技術與混合現實技術簡介

虛擬現實技術以計算機技術為基礎，能夠為使用人員提供一種沉浸式的交互環境，在虛擬技術應用過程中用戶不僅能夠感受到一個真實的虛擬環境，同時還能夠獲得觸覺、嗅覺以及味覺等方面的感官體驗。在虛擬技術應用過程中，用戶可以通過各類傳感器與虛擬世界建立聯系，最終為用戶提供一種身臨其境的感受，虛擬現實技術最大的特點在于虛擬性，除此之外還具備極強的交互性和沉浸性特征，虛擬現實技術之所以能夠使得用戶產生身臨其境的感覺，這是由于虛擬現實技術運用了計算機圖形學、仿真技術以及多媒體技術等，是一種計算機高級人機界面，而后再借助于多種類型傳感器使得用戶獲取到觸覺、視覺以及嗅覺上的感受。此外，虛擬現實技術并非只能夠為用戶提供虛擬環境，在該環境中用戶可以通過語言或者動作等與虛擬世界中的物質建立起聯系并展開實時交互。

混合現實技術是虛擬現實技術的一種升級，屬于增強現實技術的范疇，混合現實技術同樣需要以計算機圖形技術以及可視化技術為載體，而后向用戶提供現實生活中并不存在的物質，在傳感設備的支持下通過混合現實技術能夠在真實的環境中放置虛擬的物品，并將現實生活中的真實物品與虛擬物品同時處于一個空間當中，而使用人員則需要借助于混合現實技術顯示器觀察由虛擬和現實產生的新環境，這同樣會為使用人員提供一個全新的感官世界。與虛擬現實技術相比較，用戶能夠同時感受到虛擬與現實的世界，這些可以是虛擬世界中的真實信息，同時也可以是真實世界中的虛擬信息，通過兩種信息的融合與疊加，便能夠為用戶提供一種超越虛擬信息技術的使用體驗。

2?混合現實技術的應用分析

混合現實技術是虛擬現實技術與超越現實技術的結合，所以混合現實技術一方面能夠結合這兩種技術的優勢，另一方面還能夠彌補兩種技術中的不足，因而得到了廣大用戶的認可。當前混合現實技術已經廣泛地應用到工業制造業、教育培訓業以及醫療健康等行業，同時為各領域的工作模式創新給予了支持。首先，在建筑行業當中借助于混合現實技術能夠實現各工程施工的實時協同與合作，并進一步強化施工單位、設計單位以及采購部門三者的聯系，有效地避免了部門之間工作不協調問題。同時在建筑設計過程中，借助于混合現實技術所設計的建筑物呈現方式將更為直觀，相對于傳統圖紙，相關人員在混合現實技術支持下的全息圖中將會獲得更多直觀信息，且通過環境模擬等技術將會最大程度上還原設計師的設計理念，這為提升施工效率以及控制施工成本等產生了重要意義。其次，混合現實技術也開始應用到教育教學方面，比如以工業設計專業教育為例，其體現在產品的外形設計上?；旌犀F實技術可被運用于產品外形設計，可根據對產品的研發要求，多次評測和修改產品的外形，此類修改方式對產品方案修改效率的提高具有積極意義，在很大程度上減少了產品研發風險，有利于建模數據的構建，而沖壓模具的基礎設計和仿真加工等環節，也可直接運用系統生成的建模數據。

再次，混合現實技術在軍事領域中的應用主要有模擬戰場、軍事項目測試等，尤其是該技術能夠最大程度上還原真實戰場，這對于提升軍隊的實戰能力具有很大幫助，同時借助于該技術還能夠降低軍事項目測試產生的成本，并有效降低訓練過程中的風險因素。最后，在工業設計中新型工業產品的研發需要大量的人力和物力投資，但是通過混合現實技術，則能夠對多種工業產品的設計方案、產品投入材料等進行試驗檢測，此外，由于混合現實技術還具有虛擬性和直觀性的特點，所以在該技術支持下的工業產品同樣能夠以全息圖形式呈現出來，設計人員以及廣大用戶將會更為直觀地的觀察設計產品，而設計師也能夠高效完成產品的設計工作。

3?混合現實技術在工業設計中的價值分析

3.1?優化工業產品設計師的設計流程

目前設計師與顧客之間的交互性越來越明顯，尤其是一些特殊工業產品，在整個設計過程中都需要與客戶保持密切聯系。目前混合現實技術已經成熟地運用到工業產品的設計研發當中，在該技術的幫助下，客戶將會更為直接地感受到產品設計師的設計意圖，同時混合現實技術還具有動態性和交互性特征，所以能夠對相關產品的設計和布局展開全方位的審視，客戶也能夠從任何角度觀察設計的產品，所以客戶對于設計產品的環境效果需求能夠得到極大的滿足，同時還可以借助該技術交互性實現設計產品風格的快速轉換?；旌犀F實技術具有特殊的數據運算程序，所以能夠為設計人員以及企業的其他部門提供一種全新的產品設計展示方式，除了設計部門以外，其他與設計工作相關的部門均可以通過該技術保持高度交流，從而達到節省時間的目的。傳統工業產品設計的核心工作為繪圖、計算和建模，這種設計模式至今已存在百年歷史，尤其是在計算機技術與3D立體技術出現以前，幾乎所有的設計成果都需要在二維空間內呈現，但是二維繪圖畢竟缺乏表現力和直觀性，同時除了設計師外的其他人員也難以獲取到設計產品材質、工藝以及結構等方面的深入感知。而混合現實技術則為工業設計注入了新的動力，該技術一經投入使用后，傳統設計過程中以圖紙和實物建模為基礎，并配合文字說明的產品設計方式已經開始被淘汰，且對于客戶而言，在虛實結合下呈現的設計成果往往更加具有吸引力?；旌犀F實技術還與三維模型制作存在著密切聯系，這將會使得設計人員更加明確和掌握設計作品。如微軟公司在2015年發布的“HoloLens”，在眼鏡產品的整個空間都是一臺計算機的顯示屏，而眼鏡佩戴人員則可以隨意調整任何區域，而“HoloLens”就是混合現實技術下的產物。在這種背景下，設計人員之間信息的傳遞并非在二維平面中進行，甚至在三維立體的條件下設計師無需通過語言進行交流，而在傳統工業產品設計過程中，設計圖紙就是承擔設計信息的載體，設計師與客戶的一切交流都必須建立在圖紙之上，若客戶并不滿意設計圖紙中的某些區域，那么設計師就需要再次通過手繪的形式對問題區域進行修改，且修改完成后還需要對產品再次進行渲染，這就造成了大量時間和人力資源的浪費，而在目前，通過混合現實技術，客戶既可以直觀地感受到設計產品，同時還能夠展開互動與修改等活動。

3.2?提升工業設計產品與大眾的互動性

當大眾在面臨眾多工業設計產品時，由于產品數量較多，所以即便是大眾具有選擇任意設計產品的主動權，但是由于大眾無法直接感受設計產品，所以關于設計產品的信息往往也只能被動接受。工業產品的設計初衷是交易，所以無論是在產品設計還是產品推銷過程中均可以借助于混合現實技術，傳統理念下設計產品會借助于宣傳、體驗等方式向大眾進行推銷，而大眾由于無法表達設計產品中需要創新的理念，即設計人員無法了解大眾對產品的真正訴求，所以使得各類工業產品的設計工作一度進入瓶頸期。此外，在目前的工業產品設計過程中還存在另一常見問題，當前工業產品的設計仍然遵循著實用性特征，并在滿足實用的前提下控制成本，同時以市場為導向，過于重視市場中需求量較大商品類型的設計與創新，在此種理念下設計出的工業產品雖然也能夠滿足市場與大眾的基本需求，但是在設計環節卻割裂了設計人員的設計產品與大眾之間的關系，工業產品由設計人員設計出，最終被大眾使用，所以設計人員應當考慮如何在設計產品與客戶之間建立起聯系。當大眾在面對一種創新性極高、實用性極強或者設計理念極其復雜的工業產品時，若只有宣傳海報以及文字說明，那么大眾則很難認識到新型設計產品的內在價值，同時一些大眾群體甚至不能掌握正確的使用方式，這就難以激發大眾對新產品的購買欲望。在傳統工業產品設計模式下，大眾是被動地接受產品，即存在一種單一性的“人與物”關系，大眾僅憑借圖片、實物或者文字說明等很難獲取到有關信息，所以“人與物”也就無法建立起精神上的共鳴，隨著混合現實技術的出現，工業產品的設計模式正在發生轉變，并在設計人員、設計產品以及大眾之間建立了一種新式的供需關系。在設計過程中，大眾可以通過與設計產品的互動滿足個性化的消費心理需求，且大眾甚至還能夠明確工業產品的整個設計流程，這就使得大眾樂意從多角度、全方位了解產品。結合混合現實技術的展品能夠將大眾帶入具有真實感與虛擬感的虛實混合空間當中，進而激發大眾對設計產品的了解欲望，同時將設計產品置于一個虛實結合的場景當中，還能夠充分調動的大眾在多維度情景下的感知能力，這時的工業設計產品將不再單純地以圖片或者聲音等途徑傳遞信息，而是通過多維度的交互與大眾進行互動，且虛擬與現實的結合將會發揮相互補充作用，將工業設計產品的整體性和空間性提升到一個新的層次。

4?混合現實技術在工業設計中的實際應用

工業設計中的混合現實技術是經過虛擬現實技術發展而來，虛擬現實技術已經在工業設計領域廣泛應用，而混合現實技術則進一步突破了工業設計過程中的技術性瓶頸，所以從這一點來看，混合現實技術對虛擬現實技術有一定的繼承性和一致性。在工業設計過程中可以借助于計算機將虛擬現實技術下產生的虛擬信息以及物象等疊加在用戶的可視范圍之內，這一可視范圍可以是真實的，這就使得用戶能夠在真實的環境下觀察虛擬的物體，進而提升用戶的整體使用感受。在工業設計中運用混合現實技術的核心在于注冊與顯示這兩個階段，而從目前混合現實技術的發展現狀來看，離不開頭盔顯示器以及方位跟蹤器等設備。

4.1?工業產品的外形設計

在工業產品的外形設計當中，可以借助于混合現實技術滿足產品外形的各種研發需求，同時能夠通過該技術對設計產品展開反復評測，并反復修改產品的外觀，這將會極大提升工業設計中產品外形的科學性和嚴謹性，降低新型產品研發過程中產生的風險，同時還能夠為產品模型的構建提供理論基礎。最后，通過混合現實技術所產生的各類產品設計數據能夠直接應用到產品后期的沖壓模具以及加工過程中。

4.2?工業產品的布局設計

目前在工業設計過程中會遭遇一些結構極其復雜的產品，而在混合現實技術的支持下便可以化繁為簡，產品設計過程中的工序進行整合，進而顯現出明顯的產品布局效果，且設計人員也能夠更為直觀和明了地查看設計作用，進而避免在設計中的一些問題出現。

4.3?產品的運動與動力學仿真度運動

在一些工業類產品設計過程中還需要以動力學為依據，充分考慮產品在使用過程中的運動關系，并在大量的模擬下核實運動過程中可能出現的問題，而設計師需要經常關注的內容有產品的動力學性能、設計產品的強度以及運動干涉等，目前工業產品在設計完成后就交付各個生產線進行生產，而各生產流程之間的配合能力很大程度上決定了產品的最終質量，在這種情況下，企業就可以通過混合現實技術對各生產環節進行仿真再現，通過再現的場景有效設計和配置生產工作流程，從而使整個設計生產工作更加明了。

4.4?產品的廣告與漫游3D技術

廣告是工業產品設計中的重要組成部分，而通過混合仿真技術能夠進一步強化廣告的視覺效果，將技術與三維動畫技術結合后植入廣告當中，客戶僅通過廣告就能夠了解工業產品的相關組成部分。通過混合技術還能夠向客戶展示工業產品的設計與生產流程，如借助于虛擬環境提供產品的組裝以及工作狀態等。廣告已經成為產品推銷的重要手段，而網絡漫游技術則能夠進一步強化廣告的推廣能力，如在網絡漫游技術的支持下，用戶將會更為方便地獲取到產品設計圖紙、生產車間以及內部構造等信息。

結語

目前混合現實技術已經應用到各個行業和領域當中，同時混合現實技術的普及與應用還對工業設計產生了深遠影響，雖然在技術應用過程中暴露出了一些問題和不足，但是該技術已經具備人機接口的優勢是值得肯定的?；旌犀F實技術的出現實現了產品設計的數字化，同時極度相似的虛擬現實產品又進一步帶動了混合現實技術的發展，并成為設計領域中的最常用的高效技術。

參考文獻：

［1］辛卓暄，王璐.混合現實技術在展示空間設計中的應用價值與前景探討［J］.設計藝術研究，2019（04）：8186.

［2］王小云.混合現實技術在工業設計中的應用研究［J］.現代裝飾（理論），2014（01）：96.

［3］畢盈盈.混合現實技術在數字化產品展示設計中的應用［D］.中國美術學院，2012.

［4］李超鵬.論虛擬現實技術在現代工業設計中的應用［D］.齊魯工業大學，2020.

［5］楊茜.虛擬現實技術在工業設計中的應用現狀與發展趨勢［J］.中國高新技術企業，2015（16）：4849.

［6］魏莎.混合現實技術在建筑室內設計專業教學中的應用——以“裝飾材料與施工工藝”課程為例［J］.湖南工業職業技術學院學報，2022（02）：8991，108.

［7］冉洋，朱飛，陳康.虛擬現實及增強現實技術在工業設計中的應用［J］.激光雜志，2010（01）：46.

［8］孫燁，陳芃序，杜梅.“產教融合”背景下“虛擬現實技術”在環境藝術設計專業中的應用［J］.現代職業教育，2022（07）：8587.

作者簡介：陳靜宜（1986—?），女，漢族，廣東惠州人，本科，藝術設計講師，研究方向：工業設計。