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淺談?dòng)嬎銠C輔助工業(yè)設計中的人機交互
論文關(guān)鍵詞：工業(yè)設計 計算機輔助工業(yè)設計 人機交互
論文摘要：計算機輔助工業(yè)設計是工業(yè)設計未來(lái)的發(fā)展方向，本文從工業(yè)設計及計算機輔助工業(yè)設計的一般含義出發(fā)，探究計算機輔助工業(yè)設計的應用，著(zhù)重探討計算機輔助設計中的人機交互，并對其做出了展望。
工業(yè)設計是一門(mén)綜合性學(xué)科，其知識體系包括數學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)、機械學(xué)、色彩學(xué)、心理學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)及倫理學(xué)等。它在促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展，改善人的生活方式等方面發(fā)揮了重要的作用。但究竟什么是工業(yè)設計，一直眾說(shuō)紛紜。2006年國際工業(yè)設計協(xié)會(huì )理事會(huì )（ICSID）給出的定義認為：設計是一種創(chuàng )造性活動(dòng)，其目的是確立產(chǎn)品多向度的品質(zhì)、過(guò)程、服務(wù)及整個(gè)生命周期系統，因此，設計是科技人性化創(chuàng )新的核心因素，也是文化與經(jīng)濟交流至關(guān)重要的因素。工業(yè)設計的任務(wù)是對結構、組織、功能、表達和經(jīng)濟關(guān)系的發(fā)現和評估，主要表現在：
�。�1）增強全球可持續化發(fā)展和對環(huán)境的保護；
�。�2）賦予人類(lèi)社會(huì )整體、個(gè)人、集體以利益與自由；
�。�3）決定用戶(hù)、生產(chǎn)者和市場(chǎng)領(lǐng)導者；
�。�4）不論世界如何全球化，支援文化多樣化；
�。�5）賦予產(chǎn)品、服務(wù)、系統與其特性在形式（符號的、語(yǔ)義學(xué)）的表達上與內涵的協(xié)調（審美的、美學(xué)）保持一致。
近五十年工業(yè)設計得到了快速發(fā)展，特別是以計算機和通信技術(shù)為代表的數字化信息時(shí)代的到來(lái)，進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)設計的發(fā)展。計算機輔助工業(yè)設計以一種嶄新的面貌進(jìn)入企業(yè)，改變著(zhù)企業(yè)傳統的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。
一、計算機輔助工業(yè)設計
20世紀60年代，隨著(zhù)計算機圖形理論的創(chuàng )立，計算機輔助設計（CAD）應運而生。隨之而來(lái)的是軟硬件的不斷更新和現代工業(yè)的迫切需要，因此計算機輔助設計引入工業(yè)設計，也成為一種必然。工業(yè)迅猛發(fā)展，市場(chǎng)日新月異，產(chǎn)品的更新?lián)Q代更加迅速，為了獲得競爭的勝利，企業(yè)就需要縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，獲得更好的市場(chǎng)資料，傳統的產(chǎn)品研發(fā)手段已不能滿(mǎn)足這種需求，借助計算機輔助工業(yè)設計（CAID）的技術(shù)則可以更加容易滿(mǎn)足這種需求。
CAID，即是計算機及其系統集成相關(guān)高新科技，輔助產(chǎn)品（工程）或服務(wù)工業(yè)設計的現代設計技術(shù)，它的技術(shù)原理是將設計人員的最佳特性、創(chuàng )造性思維、經(jīng)驗知識、綜合判斷與決策能力、想象能力、審美能力等，與計算機的強大記憶、信息檢索能力、海量信息高速精確計算與處理能力、易修改設計、虛擬真實(shí)顯示、藝術(shù)渲染、一定的人工智能、工作狀態(tài)穩定且不會(huì )疲勞等特性相結合，從而提高設計速度和效率，大大縮短設計周期，保證設計質(zhì)量，降低設計成本。
二、CAID的應用
CAID的應用主要是基于數字化平臺實(shí)現的，借助CAID，企業(yè)可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，同時(shí)能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而增強企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。CAID將科學(xué)思維和藝術(shù)思維融合在一起，科學(xué)的發(fā)明融入了藝術(shù)的思維，可使產(chǎn)品外觀(guān)和操作更加人性化；將科學(xué)思維融入到藝術(shù)思維中，可以確保對產(chǎn)品的形態(tài)美及功能美的探求有科學(xué)的依據。
1、計算機輔助形態(tài)設計
計算機輔助形態(tài)設計就是借助計算機軟硬件，通過(guò)形態(tài)變化、分割與比例等方法按照形式美法則對產(chǎn)品的造型進(jìn)行探究，以獲得功能布局合理、操作人性化的技術(shù)美。在這個(gè)階段，設計師會(huì )經(jīng)常對產(chǎn)品的形態(tài)進(jìn)行探索，以獲得良好的產(chǎn)品形態(tài)，這必然要求設計師經(jīng)常對已有的產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行修改。CAID的參數化功能，便于反復修改尺寸、線(xiàn)型等；具有較強的曲面造型功能；能夠快速地實(shí)現基于草圖的三維建模。
2、計算機輔助色彩設計
色彩對于產(chǎn)品的重要性是不言而喻的，不同人群及地域對色彩的理解不一樣，因此，設計師要根據不同的目標人群在特定的使用情景下使用特定的色彩，同時(shí)，特定形態(tài)的產(chǎn)品，也需要特定的色彩才能更加完美地展現產(chǎn)品的特性。計算機輔助設計中的相關(guān)軟件一般都有強大的色彩編輯器，及色彩拾取功能，這可以讓設計師方便地選取色彩，進(jìn)而提高設計師的工作效率，也更加便于對色彩的修改。此外，軟件的色彩數據庫能不時(shí)更新，保證了設計的時(shí)代性、時(shí)尚性。
3、計算機輔助人機設計
人機工程的主要任務(wù)是研究用戶(hù)使用產(chǎn)品時(shí)的合適尺度關(guān)系、操作方式，及使用時(shí)的生理反應與心理感受。它的根本目的在于通過(guò)對“人-機-環(huán)境”相互影響的研究，創(chuàng )造出一個(gè)最合理的“人-機-環(huán)境”系統。
人機設計的好壞將直接影響產(chǎn)品的性能及用戶(hù)的安全，好的人機設計將有利于產(chǎn)品性能的最佳發(fā)揮，提高生產(chǎn)效率，反之，將威脅用戶(hù)的身體健康，給用戶(hù)的操作帶來(lái)不便，降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品人機環(huán)境的綜合性能。隨著(zhù)計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，以CAD為代表的三維數字化產(chǎn)品設計技術(shù)已成為企業(yè)提高競爭力的重要手段，進(jìn)而出現了“數字化人機工程”概念，即借助計算機、信息處理技術(shù)，利用計算機輔助人機設計軟件系統進(jìn)行人機設計與評價(jià)。如運動(dòng)型人體模型，它可以用來(lái)模擬人體的運動(dòng)特性，在影視、工程設計、軍事領(lǐng)域具有廣泛的應用，在人機工程領(lǐng)域主要用于對姿態(tài)與動(dòng)作的分析。
4、計算機輔助設計評價(jià)
借助CAID對設計方案進(jìn)行評價(jià)是提高設計質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節。由此，可以判斷各個(gè)方案的價(jià)值，確定其優(yōu)劣，以便篩選出最佳的設計方案。評價(jià)工具的出現，使得設計評價(jià)方法和原則具有更強的可操作性。例如利用計算機對產(chǎn)品進(jìn)行藝術(shù)美學(xué)的評價(jià)和分析，這是CIAD進(jìn)行評價(jià)的一個(gè)突出案例�！坝嬎銠C藝術(shù)美評價(jià)系統實(shí)質(zhì)上也是個(gè)智能專(zhuān)家系統，在系統知識庫中集中了客觀(guān)上對某種產(chǎn)品是否美的評價(jià)概念，也集中了專(zhuān)家級的藝術(shù)美學(xué)思想及認識，它在系統推理中確定了評價(jià)藝術(shù)美的準則，然后進(jìn)行人機對話(huà)對產(chǎn)品的藝術(shù)美做出專(zhuān)家級的評價(jià)”（汪海波《淺析計算機輔助工業(yè)設計》，載于《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報》2005年第4期）。
三、計算機輔助工業(yè)設計的人機交互
信息在人類(lèi)社會(huì )活動(dòng)中變得越來(lái)越重要，當今社會(huì )已從以“技術(shù)為核心”變?yōu)橐浴靶畔楹诵摹�，這標志著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，同時(shí)，也給設計者帶來(lái)了一定的挑戰，即如何將信息正確、及時(shí)地傳遞給用戶(hù)。這就要求用戶(hù)和產(chǎn)品實(shí)現無(wú)障礙交流，因此才有互動(dòng)模式的CAID實(shí)現。目前，在CAID技術(shù)領(lǐng)域，人機交互的研究主要體現在人機界面設計和虛擬仿真設計等方面。
1、人機界面設計
計算機系統中的人機界面也稱(chēng)為用戶(hù)界面，它介于用戶(hù)和計算機之間，是用戶(hù)與計算機進(jìn)行信息傳遞和信息交換的載體，是用戶(hù)使用計算機的綜合操作環(huán)境。人機界面中設計師的作用就是處理人與硬件界面和軟件界面的關(guān)系，而硬件界面與軟件界面之間的關(guān)系則通過(guò)計算機技術(shù)來(lái)解決。目前，人機界面主要研究領(lǐng)域是人機界面模型設計、虛擬界面設計、多感官界面設計和多用戶(hù)界面設計等。
2、虛擬仿真技術(shù)
通過(guò)計算機硬件系統的虛擬仿真技術(shù)，可以對人機關(guān)系進(jìn)行有效的設計、驗證和評估等工作。當前，“虛擬仿真技術(shù)的研究主要體現在觸覺(jué)反饋、壓力反饋等基礎技術(shù)以及人機交互的模擬、人機虛擬環(huán)境的構建等方面”（羅海玉《計算機輔助工業(yè)設計技術(shù)綜述》，載于《甘肅科技》2003年第7期）。它是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中試聽(tīng)等主觀(guān)行為的人機界面技術(shù)。目前，已有很多設備可以用來(lái)虛擬仿真設計，如三位空間交互球、力反饋器、數據手套、頭盔顯示器等。虛擬仿真技術(shù)在國內目前主要用于軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，在工業(yè)設計領(lǐng)域的運用還不多。但是，毫無(wú)疑問(wèn)的是虛擬仿真技術(shù)必然是工業(yè)設計未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要方向，借助它可以實(shí)現設計過(guò)程中任一環(huán)節的考察與操作，可以幫助設計師快速、真實(shí)、有效地實(shí)現和修改設計方案，減少不必要的體力與腦力勞動(dòng)，實(shí)現與設計團隊的信息交流和資源共享，進(jìn)而提高產(chǎn)品研發(fā)的速度，快速及時(shí)地抓住市場(chǎng)機遇，提高企業(yè)市場(chǎng)競爭力，獲得巨大經(jīng)濟效益。
結 語(yǔ)
借助CAID可以有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，但是，目前CAID技術(shù)還不夠成熟，急需進(jìn)一步研究。從工業(yè)設計本身而言，隨著(zhù)人工智能、虛擬仿真等技術(shù)的不斷發(fā)展，設計師的設計思維也將發(fā)生重大變化，人機交互模式的CAID就將成為未來(lái)工業(yè)設計發(fā)展的必然趨勢，更加人性、快捷、真實(shí)的人機交互方式將會(huì )是CAID中人機交互的必然結果。
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