混合现实技术在工业设计中的应用研究

混合现实技术在工业设计中的应用研究

李传永

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摘要：近数十年来，一种全新的媒介形式逐步进入科学家和大众的视野——混合现实技术。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，分析混合现实技术在工业设计中的应用，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；应用研究

引言

进入21世纪，混合现实技术的应用和普及已经成为了大家的共识。在工业设计领域，许多地方都会应用到混合现实技术。基于此大背景，本人认为有必要研究对于工业设计而言，混合现实技术所具备的创新与应用之处，这有助于更好地将混合现实技术和现代工业设计结合起来，最大限度发挥其应有的作用。

1混和现实技术与工业设计概述

1.1混和现实技术
混合现实技术是基于虚拟现实技术发展起来的一种增强现实技术，通过可视化技术和计算机图形技术实现现实环境中没有的虚拟对象，在传感技术的帮助下在真实环境中准确“放置”虚拟对象，使虚拟对象和真实环境同时叠加至一个空间。用户可通过头盔显示器等显示设备观察现实环境与虚拟对象融合的新环境，从而产生一个全新的感官世界。混合现实技术为用户提供了不同于日常生活的感知信息，人们在接触真实世界的同时，也可接触到虚拟的信息内容，通过叠加和补充两种信息，使用户获得良好的使用体验。混合现实技术的核心是通过附加信息增强用户对现实环境的感知和观察，而非将现实世界转换为虚拟世界。

1.2工业设计概述

工业设计是一种具有创造力的创新行为，是为了满足生产者和使用者双方的需求，对产品及其外形、功能和使用价值进行设计。从广义上来说，工业设计是指为了达到某一特定目标，构想和建立具有可操作性的实施方案，并且用明确的方法手段表示出来的系列行为。从狭义上来说，工业设计仅仅是指产品设计，即在人与自然界的互动中，出于改造自然的现实需要所引发的对设计的需求，包括为了使生产生活得以继续与发展所进行的一切有益的设计。工业设计的本质是实现使用者对产品产生较好的亲和力与匹配度的目标。工业设计的发展可以反映出不同时代的科技和物质生产水平，也体现出一定的社会意识和思想形态的状况，其与社会的政治、经济、文化、科技等方面的发展有着紧密的联系。随着物质经济的发展和生活水平的提高，人们对工业产品设计的要求也在不断提高，更加追求产品的细节和品质。

2虚拟现实技术

虚拟现实技术是指运用计算机生成一种可对参与者直接带来听觉、视觉和触觉的感官体验，并允许其交互式地观察和操作的虚拟世界技术。经过这些年的发展，我国虚拟现实技术产业日趋成熟理性。无论是5G网络、云计算，还是人工智能、物联网，它们正与虚拟现实技术加速融合发展。值得注意的是，近期被大家关注的元宇宙、数字孪生等新技术概念，赋予了虚拟现实技术无限的想象空间，引爆了新一轮的产业发展热情。一般而言，虚拟现实技术具有的鲜明特征主要有：一是沉浸式。应用虚拟现实技术可以让用户沉醉式地投入其中。在这个由计算机系统所搭建的环境中，用户能够与周围环境进行互动。二是构想性。运用虚拟现实技术可以为用户打造出一个虚拟空间。在与周围事物进行深入交流时，用户可以拓宽自身的认知范围，进而对虚拟现实空间产生信任感。

3混合现实技术在工业设计中的应用

混合现实技术是基于虚拟现实而发展和普及的，故和虚拟现实系统的硬件结构有一定的一致性和继承性。计算机课可通过混合现实系统将虚拟的图像、文字和物体生成相关信息，并将这些信息叠加在用户可视范围内，使用户可感官真实物体上的虚拟信息。这些与现实相关的虚拟辅助信息可有效增加用户的使用体验，而注册和显示是混合现实中的关键技术，该系统中不可或缺的外部设备为方位跟踪器和头盔显示器。

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4产品的布局设计

混合现实技术也可用于研发布局较为繁杂的产品，可对产品布局进行相应的整合和设计。该技术的应用可有效显示出产品布局，使设计者直观全面的观察产品设计，避免不合理的设计问题出现，最大化的提升产品结构和布局的设计，使产品布局具有较高的准确性。

3.5混合现实头戴显示设备交互技术

混合现实头戴显示设备的主要交互方式包括眼动追踪交互、语音识别交互和手势识别交互3类。(1)眼动追踪凝视交互眼动追踪是通过头戴式显示设备内部朝向用户眼球的850nm红外摄像头拍摄用户人眼画面并进行图像分析后得到人眼注视数据，通过理解这些数据，系统将会向用户主动呈现更多用户当前所注视物体的信息，同时弱化环境中其他物体的混合现实信息，通过这一举措，可以减少用户被不需要关注的冗余信息分散注意力的可能性，提高工作效率。(2)语音识别交互语音交互是通过设备自带麦克风采集用户语音指令后通过人工智能语义识别加以处理进而生成控制指令的交互方式。在本系统中主要应用于用户需要调取或控制现实环境以及混合现实画面中不存在的设备或数据的应用场景和需要大量文字输入的场景。(3)手势识别交互手势识别交互是通过头戴式显示设备朝向外部的摄像头拍摄使用者手部姿态后通过反算得到人体手部骨骼运动状态后控制混合现实画面中虚拟UI的交互方式。在本系统中主要应用于点选查看设备详细信息、操作虚拟车间地图、更新运维状态表单的场景。

结束语

随着时代的不断进步,我国科学技术取得了很大的突破。在计算机网络信息的基础上研发了先进的混合现实技术,通过该技术能够实现对工艺设计整体流程的高度仿真,使其组成一个三维立体的虚拟模型,方便设计人员实现生产、制造、装配、监测等环节的数据分析,使设计人员能够根据当前的市场定位,全面优化工业设计流程的各环节,这样不仅节省大量的工业设计时间,还提高了工业设计的精确程度。

参考文献

［1］辛卓暄，王璐．混合现实技术在展示空间设计中的应用价值与前景探讨［J］．设计艺术研究，2019(04):81-82．

［2］王小云．混合现实技术在工业设计中的应用研究［J］．现代装饰(理论)，2014(01):96-97．

［3］毕盈盈．混合现实技术在数字化产品展示设计中的应用［D］．中国美术学院，2012（7）：456-457．