時(shí)間：2022-06-28 04:49:46
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關(guān)鍵詞:概念設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)
一、產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)與市場(chǎng)
概念設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面。國(guó)外大公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)包括:1)(Conceptdesign)概念設(shè)計(jì);2)(Detaildesign)詳細(xì)設(shè)計(jì);3)(Manufacturingdesign)制造設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)的主導(dǎo)地位和重要性。
1概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
概念的設(shè)想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質(zhì)形式。下面以概念設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例之一來(lái)說(shuō)明其涵義:給出一個(gè)概念“斷藥”，讓學(xué)生進(jìn)行座椅的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。步驟是，首先向?qū)W生講述心理學(xué)中的一個(gè)名詞———暗示心理，并分別舉出一個(gè)“安樂(lè)死”實(shí)驗(yàn)和一個(gè)“挽救少女生命”的文學(xué)名著故事，從正反兩個(gè)方面說(shuō)明暗示對(duì)人的健康的影響;然后運(yùn)用一個(gè)“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產(chǎn)品上。因?yàn)椋诿耖g曾有這樣一個(gè)說(shuō)法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項(xiàng)鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產(chǎn)品上來(lái)為健康做設(shè)計(jì)時(shí)，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學(xué)生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案(其草圖、效果圖、視圖等技術(shù)說(shuō)明從略)，于是就有了一種新型的專(zhuān)用座椅的概念設(shè)計(jì)。其應(yīng)用場(chǎng)合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。
這是傳統(tǒng)的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。當(dāng)然，產(chǎn)品的類(lèi)型不止是這種無(wú)障礙設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的專(zhuān)用座椅。產(chǎn)品即人之觀念的物化，設(shè)計(jì)是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動(dòng)中，產(chǎn)品概念的構(gòu)思是豐富的，人的創(chuàng)作智慧是無(wú)窮的。概念產(chǎn)品的類(lèi)型更是多種多樣。
2概念設(shè)計(jì)與產(chǎn)品市場(chǎng)
完成概念設(shè)計(jì)只是第一步，能不能進(jìn)行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場(chǎng)為開(kāi)發(fā)商或企業(yè)帶來(lái)效益等，這是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)師的概念設(shè)計(jì)畢竟與難以預(yù)料市場(chǎng)變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設(shè)計(jì)者的難題。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的許許多多產(chǎn)品中，只要一百件產(chǎn)品中有幾件能夠投放市場(chǎng)見(jiàn)效益就是成功。在追求“百分之幾”的見(jiàn)效益成功的過(guò)程中，如何減少做“分母”的被動(dòng)，擴(kuò)大見(jiàn)效益的百分比，仍是最關(guān)鍵的，是公司管理決策人士和設(shè)計(jì)師共同努力的方向。
3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促使概念設(shè)計(jì)的市場(chǎng)化
為了更好地接近產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，目前國(guó)際上流行的一種“故事版情景預(yù)言法”的概念設(shè)計(jì)，就是將所要開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時(shí)、地、事和物中進(jìn)行觀察、預(yù)測(cè)、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設(shè)計(jì)表達(dá)展示給人們。于是，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的開(kāi)始便多了一份生命和靈氣。然而，設(shè)計(jì)表達(dá)在信息時(shí)代已是多元化的展示形式，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，已使設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)如虎添翼;可以想象面對(duì)一種虛擬的“故事版情景預(yù)言法”設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，就大大減少了投放市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)性，也為企業(yè)決策人尋找商機(jī)、判斷概念產(chǎn)品能否進(jìn)一步開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能模擬整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次性成功，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程，甚至使設(shè)計(jì)者和用戶(hù)融為一體，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬產(chǎn)品
1虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VirtualReality，VR)
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)又稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是指計(jì)算機(jī)生成的一個(gè)實(shí)時(shí)三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運(yùn)動(dòng)，觀察周?chē)木拔?，還可通過(guò)各種專(zhuān)用的傳感交互設(shè)備與虛擬物體進(jìn)行交互操作。用戶(hù)看到的是全彩色景象，聽(tīng)到的是虛擬環(huán)境中的音響，感覺(jué)(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力，從而讓使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產(chǎn)生虛擬環(huán)境的步驟為:
①用放置在不同地點(diǎn)的多個(gè)攝像機(jī)將某環(huán)境或事物記錄下來(lái);
②利用計(jì)算機(jī)的視頻技術(shù)抽取出環(huán)境或事物的三維模型;
③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數(shù)據(jù)標(biāo)度攝像頭分離對(duì)象建立模型嵌入顏色交互回放。
2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用攝像頭連續(xù)掃描周?chē)臻g來(lái)獲取某一區(qū)域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)，按坐標(biāo)映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶(hù)載上頭盔顯示器就可以看到所攝周?chē)拔锃h(huán)境。
2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的常用設(shè)備及要求
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)常用設(shè)備有:三維鼠標(biāo)(也稱(chēng)鳥(niǎo)標(biāo))、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)等。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的要求除了應(yīng)具有高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括軟、硬件)外，還必須有下列關(guān)鍵技術(shù)提供強(qiáng)有力的支持:(1)能以實(shí)時(shí)的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強(qiáng)的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產(chǎn)生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實(shí)時(shí)跟蹤用戶(hù)的頭和手;(4)能對(duì)用戶(hù)的動(dòng)作產(chǎn)生力學(xué)反饋。
3虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct，VP)
虛擬產(chǎn)品是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，是一個(gè)數(shù)字化的產(chǎn)品。它具有真實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)的仿真，設(shè)計(jì)人員或用戶(hù)就能夠像使用真實(shí)產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、外觀模型和生產(chǎn)模型等)的時(shí)間和物質(zhì)。在計(jì)算機(jī)中由于對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)、分析、干涉檢查、模具設(shè)計(jì)等過(guò)程，使設(shè)計(jì)繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)用前景
在概念設(shè)計(jì)中，如采用頭腦風(fēng)暴法進(jìn)行方案創(chuàng)意時(shí)，可以將體驗(yàn)設(shè)計(jì)思想更好地融于其中，也就是更多地關(guān)注產(chǎn)品使用者的感受，而非產(chǎn)品本身。比如，針對(duì)不同用戶(hù)及愛(ài)好者的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗(yàn)修改模型的感受;利用觸摸屏來(lái)選擇產(chǎn)品的造型、色彩、裝飾風(fēng)格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時(shí)，充分感受了自己所喜愛(ài)的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實(shí)”情況。甚至還可根據(jù)用戶(hù)的建議，邀請(qǐng)部分用戶(hù)直接與設(shè)計(jì)者一起對(duì)模型提出修改意見(jiàn)，觀察設(shè)計(jì)和修改過(guò)程，直至大多數(shù)人滿(mǎn)意為止。
為了適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)廠家不能坐等用戶(hù)找上門(mén)訂購(gòu)產(chǎn)品，而應(yīng)該主動(dòng)把自己廠家的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做出虛擬產(chǎn)品的動(dòng)畫(huà)廣告，再與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使用戶(hù)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)游覽設(shè)計(jì)廠家的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并能直接在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、外形、色彩等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、了解、觀察;同時(shí)，還可以通過(guò)Email對(duì)產(chǎn)品提出意見(jiàn)和建議，讓廠家參照各方面的意見(jiàn)修改和完善所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這樣可提高設(shè)計(jì)廠家的競(jìng)爭(zhēng)力，為設(shè)計(jì)廠家謀得更多的市場(chǎng)份額。
若用戶(hù)對(duì)廠家設(shè)計(jì)的產(chǎn)品引起購(gòu)買(mǎi)的欲望，通過(guò)網(wǎng)上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會(huì)主動(dòng)爭(zhēng)先與廠家聯(lián)系，網(wǎng)上定貨，使廠家的產(chǎn)品提前占領(lǐng)市場(chǎng)。由于激烈的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都投入了大量的資金對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入地研究。將研究的成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
1陳軍等虛擬現(xiàn)實(shí)中虛擬景象產(chǎn)生的技術(shù)初探計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，1999，6
2熊曼辰等數(shù)字化與概念化工業(yè)設(shè)計(jì)ICME2000論文集
動(dòng)畫(huà)作為藝術(shù)的一種表現(xiàn)形式，它具有特殊的文化內(nèi)涵。動(dòng)畫(huà)藝術(shù)來(lái)源于生活，但它的藝術(shù)表現(xiàn)形式卻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生活。動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作中想象力和創(chuàng)新性是關(guān)鍵，動(dòng)畫(huà)中創(chuàng)造性大都是如何來(lái)體現(xiàn)的呢？它靠技術(shù)，然而在當(dāng)前社會(huì)迅速發(fā)展的影響下，很多新型技術(shù)都進(jìn)行了革新和研發(fā)，也伴隨著動(dòng)畫(huà)行業(yè)的發(fā)展迎來(lái)一個(gè)燦爛的春天，并且在表現(xiàn)形式上呈現(xiàn)出多元化。很多動(dòng)畫(huà)作品不但在商業(yè)上獲得了極大成功，而且其民族性、國(guó)際性、藝術(shù)性上也體現(xiàn)的淋漓盡致。所以說(shuō)新技術(shù)的革新是動(dòng)畫(huà)藝術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與動(dòng)畫(huà)藝術(shù)的融合之路
動(dòng)畫(huà)在當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展中，在形式上很多情況不能滿(mǎn)足商業(yè)或藝術(shù)上的要求，這就要求動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行革新以滿(mǎn)足其需求。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使動(dòng)畫(huà)藝術(shù)在表現(xiàn)形式上更廣，甚至促進(jìn)新興行業(yè)的產(chǎn)生。例如，虛擬三維仿真動(dòng)畫(huà)游戲，建筑漫游交互可視化，模擬軍事、工業(yè)制作互動(dòng)領(lǐng)域。
三、模擬真實(shí)環(huán)境，實(shí)時(shí)仿真交互
模擬真實(shí)環(huán)境主要是應(yīng)用在商業(yè)中，早在加拿大，就已經(jīng)投入運(yùn)用了，即，在商業(yè)會(huì)議中，會(huì)議中的人員都不會(huì)到場(chǎng)，而是在家拿出手機(jī)或是電腦，進(jìn)入一個(gè)虛擬的辦公環(huán)境中，大家都坐下來(lái)開(kāi)會(huì)就好了。這樣就大大節(jié)省了資源。在虛擬的環(huán)境中每個(gè)模型的外形，進(jìn)行真實(shí)的擬合，然后通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維模型。比如，藍(lán)天白云花草樹(shù)木的模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)主題公園真實(shí)模擬、真實(shí)的建筑場(chǎng)景等。
四、動(dòng)畫(huà)藝術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展
動(dòng)畫(huà)藝術(shù)的設(shè)計(jì)可以挖掘傳統(tǒng)文化中的元素。傳統(tǒng)文化經(jīng)過(guò)幾千年的沉淀，所留下來(lái)的優(yōu)秀文化大多是符合大眾口味，都有其獨(dú)特的藝術(shù)形式，吸引著各自的愛(ài)好群體。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨著科技的發(fā)展，也日益健壯，把動(dòng)畫(huà)藝術(shù)融入到虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，其視感、觸覺(jué)可謂大為觀止。建筑行業(yè)中，為了把握市場(chǎng)趨勢(shì)，果斷啟用最新技術(shù)把握住了商機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)甚至成了當(dāng)今房地產(chǎn)行業(yè)綜合實(shí)力的象征與標(biāo)志；工業(yè)生產(chǎn)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給其帶來(lái)了便捷，提高了效率，更是減少了損失；在軍事模擬動(dòng)畫(huà)中，給戰(zhàn)士充足的現(xiàn)場(chǎng)感覺(jué)，提升了培訓(xùn)質(zhì)量。
五、結(jié)語(yǔ)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)以自然的視、聽(tīng)、觸等功能感受的三維環(huán)境，人們可以方便地對(duì)生成的“虛擬世界”進(jìn)行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶(hù)創(chuàng)造了一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體變化與相互作用的界面，使用戶(hù)可直接參與并探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點(diǎn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建出逼真的礦山工程環(huán)境對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。
為了給用戶(hù)創(chuàng)建一個(gè)能使其感到身臨其境和沉浸其中的環(huán)境，必要的條件就是根據(jù)需要能在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中逼真地顯示出客觀世界中的一切對(duì)象：不僅要求所顯示的對(duì)象模型在外形上與真實(shí)對(duì)象酷似，而且要求在形態(tài)、光照、質(zhì)感等方面十分逼真。
目前，相關(guān)軟件發(fā)展迅速、種類(lèi)較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國(guó)圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。
1．1模型構(gòu)建軟件
MultiGenCreator是美國(guó)MultiGenParadigm公司開(kāi)發(fā)的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設(shè)計(jì)、交互式游戲等。它在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的前提下可生成逼真的場(chǎng)景，可進(jìn)行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細(xì)節(jié)、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優(yōu)先級(jí)、自由度設(shè)置等高級(jí)功能使得其數(shù)據(jù)格式OpenFlight在實(shí)時(shí)三維領(lǐng)域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數(shù)據(jù)與AutoCAD和GIS軟件結(jié)合方便。
1．2支持視景生成的語(yǔ)言——OpenGL
應(yīng)該使用已有的商品化或標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫(kù)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境，其中OpenGI(服務(wù)器)及其支持系統(tǒng)就是這樣一種可選用的圖形生成環(huán)境。OpenGI可按函數(shù)庫(kù)的形式被C語(yǔ)言調(diào)用，也可以被窗口系統(tǒng)直接調(diào)用。OpenGI是使用專(zhuān)用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個(gè)過(guò)程函數(shù)組成，用以支持用戶(hù)對(duì)高質(zhì)量三維對(duì)象的圖形和圖像進(jìn)行操作。
()penGI指令的模型是客戶(hù)／服務(wù)器模式，即一個(gè)程序(客戶(hù))提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執(zhí)行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉(zhuǎn)換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術(shù)，該技術(shù)提供了生成動(dòng)畫(huà)效果圖形所需要的機(jī)制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運(yùn)動(dòng)。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開(kāi)發(fā)的應(yīng)用于實(shí)時(shí)視景、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的高性能軟件環(huán)境和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，由Lynx圖形化用戶(hù)接口和Vega庫(kù)組成。利用Vega庫(kù)函數(shù)可在Lynx中建立漫游所需要的場(chǎng)景、窗口、通道、運(yùn)動(dòng)和碰撞方式，可以定義對(duì)象的初始化參數(shù)并建立對(duì)象之間的相互聯(lián)系。
2地質(zhì)構(gòu)造情況的模擬
對(duì)于礦山技術(shù)人員來(lái)說(shuō)地質(zhì)構(gòu)造情況非常重要，如果對(duì)煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現(xiàn)不直觀易懂，則在建井或生產(chǎn)過(guò)程中就可能發(fā)生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以根據(jù)地質(zhì)體的三維分布，使礦井的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加直觀方便。
綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，三維地質(zhì)體的繪制有塊段、表面、實(shí)體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數(shù)據(jù)是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式，將其導(dǎo)入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過(guò)光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質(zhì)體更加逼真。
3地形地貌及地物的模擬
地形地貌和地物的建立需要相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)。如果有研究區(qū)域的紙質(zhì)地形圖，可以用掃描數(shù)字化的方法得到平面數(shù)據(jù)，按照?qǐng)D上的標(biāo)注得到高程數(shù)據(jù)；如果已有該區(qū)域的電子地圖，則可直接使用或通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換得到需要的數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有上述數(shù)據(jù)源，則需要由野外測(cè)量獲得。
地形生成與地質(zhì)曲面生成過(guò)程類(lèi)似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，把圖上標(biāo)注的高程值輸入到屬性表中，生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式將其導(dǎo)入Creator生成三維地形。
對(duì)于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進(jìn)行數(shù)字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導(dǎo)入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規(guī)則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復(fù)雜，則需要分成規(guī)則的幾部分進(jìn)行構(gòu)建。
4礦山井下巷道建模
目前，礦山信息主要是通過(guò)CAD格式的雙線采掘工程平面圖來(lái)表達(dá)。首先根據(jù)采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時(shí)將高程信息賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)巷道的單線顯示，井筒和巷道設(shè)計(jì)要布置合理，盡量避免穿過(guò)斷層、褶曲、含水層等不良地質(zhì)構(gòu)造，盡量減少礦井建設(shè)和生產(chǎn)地面的影響。
使用MultiGenCreator進(jìn)行設(shè)計(jì)，用圓柱體表示井簡(jiǎn)，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進(jìn)行模擬生產(chǎn)，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能遇到的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和選擇。設(shè)計(jì)方案完成后可模擬不同設(shè)備、不同開(kāi)采方式的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。綜合考慮地質(zhì)和技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統(tǒng)的建立
虛擬巷道系統(tǒng)是對(duì)礦井真實(shí)巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)基于web環(huán)境下的可交互的、真實(shí)巷道的三維可視化表達(dá)，用戶(hù)可以從各個(gè)角度對(duì)巷道虛擬環(huán)境進(jìn)行任意的瀏覽和觀察，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實(shí)體大多是三維實(shí)體，其表面為不規(guī)則曲面，且內(nèi)部礦體品位分布不均勻。對(duì)于礦體的外形，可用一個(gè)不規(guī)則的封閉曲面來(lái)確定。為確定礦體的范圍，要經(jīng)地表勘查、地下勘探及推估等手段來(lái)完成。在瀏覽器上三維實(shí)體模型，可通過(guò)將現(xiàn)有的三維礦體模型中存儲(chǔ)的信息按照一定的規(guī)范轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構(gòu)建三維礦井巷道模型，首先應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)镸uhiGenCreator中采用的坐標(biāo)系和地學(xué)中實(shí)際采用的坐標(biāo)系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標(biāo)系為符合右手規(guī)則的空間坐標(biāo)系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶(hù)區(qū)的中作為其坐標(biāo)系的圓心，基底坐標(biāo)為XOZ面，y表示高程。其坐標(biāo)長(zhǎng)度以米為單位，標(biāo)準(zhǔn)角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學(xué)坐標(biāo)系保持一致，應(yīng)將原來(lái)礦井三維實(shí)體的(，Y，：)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為MuhiGenCreator坐標(biāo)系中的(，Y，Z)。轉(zhuǎn)換后的三維實(shí)體坐標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足虛擬場(chǎng)景中所采用的局部坐標(biāo)系顯示的需要。由于礦井實(shí)體坐標(biāo)的數(shù)值一般相當(dāng)大，而實(shí)際顯示坐標(biāo)值的前幾位高位數(shù)據(jù)對(duì)圖形形狀不產(chǎn)生任何影響，因此可將地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)各分量同時(shí)做一預(yù)選。
5．2虛擬巷道場(chǎng)景的繪制
對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的礦山地表模型及礦井實(shí)體的頂?shù)装鍞?shù)字表面模型，可用ElevationGrid節(jié)點(diǎn)構(gòu)建。該節(jié)點(diǎn)能很容易有效地設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個(gè)位于局部坐標(biāo)系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標(biāo)量陣列描述，陣列指定了表面每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)上的高度。和z方向的柵格點(diǎn)數(shù)量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個(gè)柵格點(diǎn)的海拔高度，基底上的每一個(gè)柵格點(diǎn)都與height矩陣中的一個(gè)海拔值相對(duì)應(yīng)；colorPerVertex域指定為T(mén)RUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節(jié)點(diǎn)的每個(gè)頂點(diǎn)上(TRUE)，還是應(yīng)用到每個(gè)四邊形上(FAISE)；此外，通過(guò)建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當(dāng)作實(shí)體。
對(duì)于由不同的三角面構(gòu)成的復(fù)雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬(wàn)能幾何節(jié)點(diǎn)IndexedFaceSet來(lái)創(chuàng)建，它有coord與coordlndex兩個(gè)域，與IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)中的兩個(gè)域類(lèi)似，前者提供了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，列出了構(gòu)造面幾種所有面的坐標(biāo)。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個(gè)值都是整型索引，并且每個(gè)索引都指定了在coord域內(nèi)的坐標(biāo)列表中的一個(gè)坐標(biāo)。在實(shí)際的創(chuàng)建過(guò)程中，要求建立三角網(wǎng)的各個(gè)三角面按照法線方向向外的法則。
6結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，生成一個(gè)逼真的礦山虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設(shè)計(jì)或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環(huán)境下直觀審視礦山，按照設(shè)計(jì)給定的工藝方法和參數(shù)，選擇設(shè)備及確定生產(chǎn)模式。從基建到閉坑的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。設(shè)計(jì)結(jié)束后，設(shè)計(jì)單位、礦山企業(yè)可向?qū)彶檎?、公眾展示一個(gè)三維和動(dòng)態(tài)的礦山?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用。
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概念設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面。國(guó)外大公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)包括:
1)(Conceptdesign)概念設(shè)計(jì);2)(Detaildesign)詳細(xì)設(shè)計(jì);3)(Manufacturingdesign)制造設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)的主導(dǎo)地位和重要性。
1概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
概念的設(shè)想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質(zhì)形式。下面以概念設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例之一來(lái)說(shuō)明其涵義:給出一個(gè)概念“斷藥”，讓學(xué)生進(jìn)行座椅的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。步驟是，首先向?qū)W生講述心理學(xué)中的一個(gè)名詞———暗示心理，并分別舉出一個(gè)“安樂(lè)死”實(shí)驗(yàn)和一個(gè)“挽救少女生命”的文學(xué)名著故事，從正反兩個(gè)方面說(shuō)明暗示對(duì)人的健康的影響;然后運(yùn)用一個(gè)“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產(chǎn)品上。因?yàn)?，在民間曾有這樣一個(gè)說(shuō)法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項(xiàng)鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產(chǎn)品上來(lái)為健康做設(shè)計(jì)時(shí)，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學(xué)生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案(其草圖、效果圖、視圖等技術(shù)說(shuō)明從略)，于是就有了一種新型的專(zhuān)用座椅的概念設(shè)計(jì)。其應(yīng)用場(chǎng)合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。
這是傳統(tǒng)的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。當(dāng)然，產(chǎn)品的類(lèi)型不止是這種無(wú)障礙設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的專(zhuān)用座椅。產(chǎn)品即人之觀念的物化，設(shè)計(jì)是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動(dòng)中，產(chǎn)品概念的構(gòu)思是豐富的，人的創(chuàng)作智慧是無(wú)窮的。概念產(chǎn)品的類(lèi)型更是多種多樣。
2概念設(shè)計(jì)與產(chǎn)品市場(chǎng)
概念設(shè)計(jì)只是第一步，能不能進(jìn)行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場(chǎng)為開(kāi)發(fā)商或企業(yè)帶來(lái)效益等，這是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)師的概念設(shè)計(jì)畢竟與難以預(yù)料市場(chǎng)變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設(shè)計(jì)者的難題。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的許許多多產(chǎn)品中，只要一百件產(chǎn)品中有幾件能夠投放市場(chǎng)見(jiàn)效益就是成功。在追求“百分之幾”的見(jiàn)效益成功的過(guò)程中，如何減少做“分母”的被動(dòng)，擴(kuò)大見(jiàn)效益的百分比，仍是最關(guān)鍵的，是公司管理決策人士和設(shè)計(jì)師共同努力的方向。
3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促使概念設(shè)計(jì)的市場(chǎng)化
為了更好地接近產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，目前國(guó)際上流行的一種“故事版情景預(yù)言法”的概念設(shè)計(jì)，就是將所要開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時(shí)、地、事和物中進(jìn)行觀察、預(yù)測(cè)、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設(shè)計(jì)表達(dá)展示給人們。于是，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的開(kāi)始便多了一份生命和靈氣。然而，設(shè)計(jì)表達(dá)在信息時(shí)代已是多元化的展示形式，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，已使設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)如虎添翼;可以想象面對(duì)一種虛擬的“故事版情景預(yù)言法”設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，就大大減少了投放市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)性，也為企業(yè)決策人尋找商機(jī)、判斷概念產(chǎn)品能否進(jìn)一步開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能模擬整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次性成功，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程，甚至使設(shè)計(jì)者和用戶(hù)融為一體，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬產(chǎn)品
1虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VirtualReality，VR)
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)又稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是指計(jì)算機(jī)生成的一個(gè)實(shí)時(shí)三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運(yùn)動(dòng)，觀察周?chē)木拔铮€可通過(guò)各種專(zhuān)用的傳感交互設(shè)備與虛擬物體進(jìn)行交互操作。用戶(hù)看到的是全彩色景象，聽(tīng)到的是虛擬環(huán)境中的音響，感覺(jué)(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力，從而讓使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產(chǎn)生虛擬環(huán)境的步驟為:
①用放置在不同地點(diǎn)的多個(gè)攝像機(jī)將某環(huán)境或事物記錄下來(lái);
②利用計(jì)算機(jī)的視頻技術(shù)抽取出環(huán)境或事物的三維模型;
③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數(shù)據(jù)標(biāo)度攝像頭分離對(duì)象建立模型嵌入顏色交互回放。
2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用攝像頭連續(xù)掃描周?chē)臻g來(lái)獲取某一區(qū)域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)，按坐標(biāo)映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶(hù)載上頭盔顯示器就可以看到所攝周?chē)拔锃h(huán)境。
2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的常用設(shè)備及要求
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)常用設(shè)備有:三維鼠標(biāo)(也稱(chēng)鳥(niǎo)標(biāo))、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)等。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的要求除了應(yīng)具有高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括軟、硬件)外，還必須有下列關(guān)鍵技術(shù)提供強(qiáng)有力的支持:(1)能以實(shí)時(shí)的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強(qiáng)的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產(chǎn)生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實(shí)時(shí)跟蹤用戶(hù)的頭和手;(4)能對(duì)用戶(hù)的動(dòng)作產(chǎn)生力學(xué)反饋。
3虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct，VP)
虛擬產(chǎn)品是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，是一個(gè)數(shù)字化的產(chǎn)品。它具有真實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)的仿真，設(shè)計(jì)人員或用戶(hù)就能夠像使用真實(shí)產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑼庥^模型和生產(chǎn)模型等)的時(shí)間和物質(zhì)。在計(jì)算機(jī)中由于對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)、分析、干涉檢查、模具設(shè)計(jì)等過(guò)程，使設(shè)計(jì)繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)用前景
在概念設(shè)計(jì)中，如采用頭腦風(fēng)暴法進(jìn)行方案創(chuàng)意時(shí)，可以將體驗(yàn)設(shè)計(jì)思想更好地融于其中，也就是更多地關(guān)注產(chǎn)品使用者的感受，而非產(chǎn)品本身。比如，針對(duì)不同用戶(hù)及愛(ài)好者的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗(yàn)修改模型的感受;利用觸摸屏來(lái)選擇產(chǎn)品的造型、色彩、裝飾風(fēng)格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時(shí)，充分感受了自己所喜愛(ài)的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實(shí)”情況。甚至還可根據(jù)用戶(hù)的建議，邀請(qǐng)部分用戶(hù)直接與設(shè)計(jì)者一起對(duì)模型提出修改意見(jiàn)，觀察設(shè)計(jì)和修改過(guò)程，直至大多數(shù)人滿(mǎn)意為止。
為了適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)廠家不能坐等用戶(hù)找上門(mén)訂購(gòu)產(chǎn)品，而應(yīng)該主動(dòng)把自己廠家的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做出虛擬產(chǎn)品的動(dòng)畫(huà)廣告，再與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使用戶(hù)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)游覽設(shè)計(jì)廠家的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并能直接在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、外形、色彩等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、了解、觀察;同時(shí)，還可以通過(guò)Email對(duì)產(chǎn)品提出意見(jiàn)和建議，讓廠家參照各方面的意見(jiàn)修改和完善所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這樣可提高設(shè)計(jì)廠家的競(jìng)爭(zhēng)力，為設(shè)計(jì)廠家謀得更多的市場(chǎng)份額。
若用戶(hù)對(duì)廠家設(shè)計(jì)的產(chǎn)品引起購(gòu)買(mǎi)的欲望，通過(guò)網(wǎng)上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會(huì)主動(dòng)爭(zhēng)先與廠家聯(lián)系，網(wǎng)上定貨，使廠家的產(chǎn)品提前占領(lǐng)市場(chǎng)。由于激烈的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都投入了大量的資金對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入地研究。將研究的成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。
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AR技術(shù)發(fā)展迅速，目前已經(jīng)出現(xiàn)多種用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工具包，比如ARToolKit、Coin3D和MRPlatform等，ARToolKit開(kāi)發(fā)工具是目前應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)比較廣泛的。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更多的是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，現(xiàn)實(shí)生活中并未廣泛使用，總結(jié)一下開(kāi)發(fā)難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
1.1物體成像
由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要將真實(shí)世界與虛擬世界結(jié)合起來(lái)，常常需要帶一些頭戴或手持設(shè)備，這些設(shè)備上的攝像機(jī)的攝像角度與眼睛的位置存在偏差,因此虛擬物體的定位在真實(shí)視場(chǎng)中的定位和顯示角度也會(huì)存在偏差,且很難調(diào)整。
1.2定位系統(tǒng)
戶(hù)外應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要方向，我們可以依靠虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行定位，解決迷路問(wèn)題，但是在較差的天氣中,民用GPS存在較大誤差，由于現(xiàn)有許多戶(hù)外的系統(tǒng)中的校正算法需要大量的輸入和繁瑣的校正步驟,因此不適合商業(yè)化應(yīng)用。
1.3數(shù)據(jù)傳輸
虛擬顯示應(yīng)用中，需要做大量的數(shù)據(jù)處理，我們系統(tǒng)能力都要受制于數(shù)據(jù)傳送的速度，因此由于帶寬的限制會(huì)影響虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的使用效果。
2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來(lái)應(yīng)用展望
2.1戶(hù)外學(xué)習(xí)
在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，大量科學(xué)課程的學(xué)習(xí)需要走出課堂，或是在大自然中或是在博物館中。移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使學(xué)生在戶(hù)外或是博物館中進(jìn)行個(gè)性化自主學(xué)習(xí)，獲得更多信息從而達(dá)到開(kāi)闊視野的目的。
2.2參觀漫游
哥倫比亞大學(xué)Feiner研究小組已經(jīng)研制出一套基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的戶(hù)外校園漫游機(jī)，借助該套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，用戶(hù)漫游在校園中可以了解相關(guān)建筑物的詳細(xì)信息，未來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將應(yīng)用到名勝古跡的參觀中，當(dāng)體驗(yàn)者漫步在名勝古跡環(huán)境中，就可以了解到古代建筑的相關(guān)信息。
2.3軍事信息
南澳大利亞大學(xué)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套虛擬軍事仿真器，基于該系統(tǒng)可以讓?xiě)敉庥脩?hù)看到虛擬的軍事設(shè)施，北卡羅來(lái)納大學(xué)目前正在采用磁傳感器和視覺(jué)跟蹤技術(shù)進(jìn)行混合跟蹤方面的研究工作，開(kāi)發(fā)了一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)未來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將被更廣泛的應(yīng)用于軍事戰(zhàn)斗中。
2.4展覽展示系統(tǒng)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用是基于虛擬和真實(shí)的混合看到過(guò)去或未來(lái)的人物或事件。在車(chē)展中，汽車(chē)生產(chǎn)商可以基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)給廣大群眾呈現(xiàn)出下一代概念車(chē)，或是推出一款新車(chē)的模型，詳細(xì)描述汽車(chē)的各種屬性以及對(duì)應(yīng)參數(shù)；參觀文物古跡的游客可以穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備觀賞在計(jì)算機(jī)技術(shù)生成下的古跡原貌，給參觀者更好的視聽(tīng)感受。
3總結(jié)
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，最關(guān)鍵也最多樣的步驟是三維注冊(cè)，不同的三維注冊(cè)實(shí)現(xiàn)方案將產(chǎn)生不同的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。三維注冊(cè)指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的分析過(guò)程，獲得三維空間中具體物體準(zhǔn)確的坐標(biāo)，然后根據(jù)獲得的坐標(biāo)把計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體拼接到實(shí)景空間中去，使得真實(shí)環(huán)境和虛擬物體能夠準(zhǔn)確地?zé)o縫融合。
1.1基于圖像識(shí)別的三維注冊(cè)通過(guò)攝像頭讀取、識(shí)別真實(shí)對(duì)象后，再顯示相關(guān)的信息與圖像，例如通過(guò)識(shí)別書(shū)的封面，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)搜索技術(shù)，進(jìn)而展示書(shū)的出版信息、作者信息和價(jià)格等；又例如Fitnect通過(guò)識(shí)別人體，實(shí)現(xiàn)虛擬服裝的試穿。該方案強(qiáng)調(diào)的是虛擬對(duì)象與真實(shí)對(duì)象的結(jié)合，弱化了與環(huán)境的關(guān)系，因此多用于展示與真實(shí)對(duì)象相關(guān)的信息。而難點(diǎn)在于該方案需要強(qiáng)大的圖像識(shí)別技術(shù)，要求硬件擁有強(qiáng)硬的計(jì)算能力，因此目前大部分基于該方案的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件都僅針對(duì)一個(gè)類(lèi)別的物品進(jìn)行識(shí)別（例如圖書(shū)、人體等）。
1.2基于標(biāo)識(shí)的三維注冊(cè)通過(guò)攝像頭識(shí)別一個(gè)特定的標(biāo)識(shí)，進(jìn)而在標(biāo)識(shí)上方顯示與標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的信息與圖像，例如Tissot提供的虛擬試戴手表體驗(yàn)，試用者需要先在手腕處佩戴印有特殊圖案的紙質(zhì)“手表”（如圖1所示）。該方案優(yōu)點(diǎn)在于虛擬對(duì)象定位非常精確且穩(wěn)定，特別是在展示三維圖像時(shí)，虛擬對(duì)象可以隨著標(biāo)識(shí)的移動(dòng)而改變、旋轉(zhuǎn)圖像，因此能夠大幅度提高用戶(hù)體驗(yàn)。而缺點(diǎn)在于該方案總需要用戶(hù)預(yù)先準(zhǔn)備好標(biāo)識(shí)，且通常需要用戶(hù)自行打印標(biāo)識(shí)，這在一定程度上提高了用戶(hù)的使用成本。
1.3基于GPS定位的三維注冊(cè)如今大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備都具備GPS（GlobalPositioningSystem）定位功能，因此當(dāng)需要展示與地理位置相關(guān)的信息和圖像時(shí)，可以獲得設(shè)備當(dāng)前所在位置和虛擬對(duì)象所在位置，計(jì)算出相對(duì)的距離、方位，進(jìn)而在屏幕上進(jìn)行展示。該方案多用于基于地理位置的服務(wù)(LocationBasedService，LBS)，例如展示某景點(diǎn)的歷史信息、商家的打折信息等。該方案的缺點(diǎn)在于所展示的虛擬對(duì)象也需要具有地理位置信息，此信息需要人員提前準(zhǔn)備，在用戶(hù)需要顯示虛擬對(duì)象時(shí)再即時(shí)獲取，這也意味著在地點(diǎn)A展示的信息，用戶(hù)在地點(diǎn)B是無(wú)法看到的。
1.4基于相對(duì)位置的三維注冊(cè)該方案需要利用大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備具有的陀螺儀、重力感應(yīng)等傳感器設(shè)備，獲取設(shè)備的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。相較于其他三種方案，該方案可以不需要得到用戶(hù)、真實(shí)對(duì)象以及虛擬對(duì)象的位置，而直接在屏幕上展示虛擬對(duì)象，甚至可以由用戶(hù)操作來(lái)移動(dòng)虛擬對(duì)象、調(diào)整大小、旋轉(zhuǎn)角度。該方案多用于展示靜態(tài)的、與環(huán)境關(guān)系較小的信息或圖像，例如一款玩家需要擊落在空中飛翔的敵方戰(zhàn)機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲；雪佛蘭(Chevrolet)公司2013年初推出一款名為“雪拼季”的APP，用戶(hù)可以在APP中抓取虛擬的彩色雪花，當(dāng)集滿(mǎn)6款不同顏色的雪花后就有一次贏取雪佛蘭科邁羅CAMARO（大黃蜂）的機(jī)會(huì)，此APP所使用的就是基于相對(duì)位置的三維注冊(cè)方案?？傊?，無(wú)論采用何種三維注冊(cè)方案，共同的目標(biāo)都是真實(shí)。為了更為真實(shí)的呈現(xiàn)效果，虛擬對(duì)象和真實(shí)場(chǎng)景需要完美的貼合，應(yīng)當(dāng)處理好虛擬對(duì)象的大小、相互重疊、景深等，考慮環(huán)境對(duì)虛擬對(duì)象的光照、陰影并且減少當(dāng)真實(shí)對(duì)象或移動(dòng)設(shè)備移動(dòng)、抖動(dòng)時(shí)造成的虛擬對(duì)象變化的延遲[3]。
2、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在電子商務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最終目的是為了展示信息，因此可以廣泛應(yīng)用于旅游、教育、醫(yī)療、建筑、娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域。正因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)虛擬與真實(shí)的結(jié)合，因此能夠?yàn)橛脩?hù)提供實(shí)用的、獨(dú)特的視覺(jué)感受和用戶(hù)體驗(yàn)，這樣的特性能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)電子商務(wù)錦上添花，提供更為真實(shí)的商品展示和購(gòu)物體驗(yàn)。
2.1商品試穿、試戴和試用在網(wǎng)絡(luò)上夠買(mǎi)衣服、鞋帽、首飾等商品，用戶(hù)往往想了解這些商品的上身效果，并且通過(guò)效果來(lái)決定衣物的尺寸，而目前的電子商務(wù)很少有提供用戶(hù)在家就能試穿、試用衣物的功能，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為這一問(wèn)題帶來(lái)了解決方案。正如前文所提到的，F(xiàn)itnect提供了虛擬衣物的試穿功能，國(guó)內(nèi)的京東網(wǎng)也表示將于2014年在移動(dòng)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的試穿功能。在實(shí)際生活中，客戶(hù)通過(guò)一些尺寸較大的等身高的鏡子實(shí)現(xiàn)衣物的試穿，而客戶(hù)家中通常不會(huì)備有等身高的屏幕，因此目前還無(wú)法達(dá)到最佳的衣物虛擬試穿的用戶(hù)體驗(yàn)。而小物件、與用戶(hù)人體無(wú)關(guān)的物件的試用，則可以通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)，例如前文所提到的Tissot手表的試戴，又如珠寶首飾、發(fā)型、紋身等。USPS的PriorityMail采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓用戶(hù)打印標(biāo)識(shí)，進(jìn)而可以方便地根據(jù)郵寄物品的大小選擇所需要的盒子；IKEA的移動(dòng)客戶(hù)端IKEANow實(shí)現(xiàn)了家具等裝飾品和家居用品的預(yù)覽（如圖2所示）。
2.2LBS電子商務(wù)由于有著共同的地理位置信息特性，基于GPS三維注冊(cè)實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)讓LBS電子商務(wù)有了新的發(fā)展方向，該方向多為一些基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)客戶(hù)端應(yīng)用，為用戶(hù)在導(dǎo)航、購(gòu)物、點(diǎn)評(píng)、社交、旅游等方面提供服務(wù)。Yelp是美國(guó)最大的點(diǎn)評(píng)網(wǎng)站，在它的移動(dòng)客戶(hù)端中提供了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的點(diǎn)評(píng)展示功能（如圖3所示）。通過(guò)這款A(yù)PP，用戶(hù)可以直接看到某家商店所在的位置、食客對(duì)某家餐廳的評(píng)價(jià)。類(lèi)似的APP還包括Layer、NokiaCityLens等等。同時(shí)LBS社交也可以基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)而發(fā)展，甚至LBS社交信息和LBS電子商務(wù)信息可以同時(shí)展示，Wikitude便是這樣一款A(yù)PP，它提供了諸多的頻道，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示來(lái)自各個(gè)平臺(tái)的LBS信息。
2.3商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)非常適合用來(lái)開(kāi)發(fā)游戲，因此為商家們提供了一系列新的營(yíng)銷(xiāo)手段，在這一方面需要商家營(yíng)銷(xiāo)團(tuán)隊(duì)提供獨(dú)特創(chuàng)意的支持。2012年，別克品牌為了推廣新車(chē)，推出了一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲APP。在游戲開(kāi)始時(shí)，參與者將虛擬汽車(chē)藏匿在城市的一個(gè)角落，如果其他用戶(hù)發(fā)現(xiàn)，則可以將汽車(chē)“據(jù)為己有”，并在180秒內(nèi)重新藏匿汽車(chē)，單次成功藏車(chē)時(shí)間最長(zhǎng)的參與者將獲得一輛真正汽車(chē)。在2013年雪佛蘭推出的“雪拼季”APP中（如圖4所示），除了可以用一套彩色雪花換取一次抽取大黃蜂的機(jī)會(huì)外，每抓1片彩色雪花，即可根據(jù)相關(guān)優(yōu)惠政策抵扣1000元購(gòu)車(chē)現(xiàn)金，并可用于雪佛蘭的所有國(guó)產(chǎn)車(chē)型，不同車(chē)型享有不同抵扣額度，最高可抵扣10000元購(gòu)車(chē)現(xiàn)金，這項(xiàng)活動(dòng)在一定程度上增加了雪佛蘭汽車(chē)在當(dāng)時(shí)的銷(xiāo)量。日本電通集團(tuán)(DentsuGroup)的iButterfly是一款純營(yíng)銷(xiāo)應(yīng)用，用戶(hù)可以發(fā)現(xiàn)并捕捉各色“蝴蝶”，蝴蝶身上包含商家活動(dòng)、優(yōu)惠券、免費(fèi)試用等營(yíng)銷(xiāo)信息（如圖5所示），從而通過(guò)游戲成功地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)。
3、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)前景
1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以增強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的畫(huà)面感
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的城市化進(jìn)程越來(lái)越快，許多公共環(huán)境需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用能夠形成逼真的虛擬環(huán)境，以刺激公眾的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等感官，使公眾享受身臨其境的感覺(jué)，也能夠集中公眾的注意力，加深記憶和印象，增強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的畫(huà)面感。
2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以減少費(fèi)用損失
在建設(shè)一個(gè)重大工程之前，人們可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建建筑的結(jié)構(gòu)和圖形，為建設(shè)項(xiàng)目提供框架引導(dǎo)。設(shè)計(jì)人員根據(jù)虛擬圖的引導(dǎo)能夠更精確地設(shè)計(jì)圖紙、進(jìn)行材料預(yù)算，從而減少不必要的損失，節(jié)省資金。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
1.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)彌補(bǔ)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的缺陷
在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)實(shí)條件限制的情況，如場(chǎng)地缺乏、經(jīng)費(fèi)不足等，導(dǎo)致環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)不能正常進(jìn)行。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬各種場(chǎng)景，彌補(bǔ)了環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的缺陷。
2.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)避免實(shí)際操作潛在的危險(xiǎn)
在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中因?yàn)楦鞣N現(xiàn)實(shí)條件的限制和危險(xiǎn)情況的存在，人們?yōu)榱吮Ｕ仙徒】蛋踩恢苯訁⑴c現(xiàn)實(shí)情境，進(jìn)而不能親身體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以幫助人們模擬這些無(wú)法親自參與的情境，人們可以在這種模擬的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，既避免了潛在的危險(xiǎn)，又得到了切實(shí)的感受。
3.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破空間和時(shí)間的限制
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種超空間、超時(shí)間的技術(shù)，它可以打破空間和時(shí)間的限制，模擬任何一種場(chǎng)景，從巨大的宇宙天體到渺小的微塵粒子，從幾億年前到當(dāng)今，設(shè)計(jì)人員都可以在模擬的環(huán)境中探索研究，打破了空間和時(shí)間的限制。如在研究恐龍時(shí)代時(shí)，由于恐龍?jiān)诘厍蛏弦呀?jīng)銷(xiāo)聲匿跡，人們無(wú)從考證與研究，但是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們可以模擬出恐龍生存的時(shí)代。人們置身其中，與恐龍零距離接觸，加快了對(duì)恐龍時(shí)代的研究進(jìn)程。這種場(chǎng)景的模擬就是打破了時(shí)間和空間的限制，模擬出了人們想要的真實(shí)場(chǎng)景。
4.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中需要的現(xiàn)實(shí)體系
因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)條件的各種限制，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)不能全部采用真實(shí)的環(huán)境來(lái)試驗(yàn)和操作，它需要虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出環(huán)境藝術(shù)需要的真實(shí)場(chǎng)景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬人物、動(dòng)物、植物等，使設(shè)計(jì)者在一個(gè)人性化的環(huán)境中自然地交流和工作。如世界著名的西安天幕廣場(chǎng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給觀者創(chuàng)造了一個(gè)大型天幕，人們?cè)谔炷恢路路鹬蒙碓诤棋男强罩?，非常具有震撼力。這一場(chǎng)景的模擬淋漓盡致地發(fā)揮了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能。
三、結(jié)語(yǔ)
