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淺談?dòng)?jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互
論文關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì) 人機(jī)交互
論文摘要：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)未來的發(fā)展方向，本文從工業(yè)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的一般含義出發(fā)，探究計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，著重探討計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互，并對(duì)其做出了展望。
工業(yè)設(shè)計(jì)是一門綜合性學(xué)科，其知識(shí)體系包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)、機(jī)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(jì)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(shè)計(jì)，一直眾說紛紜。2006年國際工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)理事會(huì)（ICSID）給出的定義認(rèn)為：設(shè)計(jì)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)、過程、服務(wù)及整個(gè)生命周期系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)是科技人性化創(chuàng)新的核心因素，也是文化與經(jīng)濟(jì)交流至關(guān)重要的因素。工業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)結(jié)構(gòu)、組織、功能、表達(dá)和經(jīng)濟(jì)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和評(píng)估，主要表現(xiàn)在：
�。�1）增強(qiáng)全球可持續(xù)化發(fā)展和對(duì)環(huán)境的保護(hù)；
�。�2）賦予人類社會(huì)整體、個(gè)人、集體以利益與自由；
�。�3）決定用戶、生產(chǎn)者和市場領(lǐng)導(dǎo)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(tǒng)與其特性在形式（符號(hào)的、語義學(xué)）的表達(dá)上與內(nèi)涵的協(xié)調(diào)（審美的、美學(xué)）保持一致。
近五十年工業(yè)設(shè)計(jì)得到了快速發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為代表的數(shù)字化信息時(shí)代的到來，進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)以一種嶄新的面貌進(jìn)入企業(yè)，改變著企業(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)過程。
一、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)
20世紀(jì)60年代，隨著計(jì)算機(jī)圖形理論的創(chuàng)立，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）應(yīng)運(yùn)而生。隨之而來的是軟硬件的不斷更新和現(xiàn)代工業(yè)的迫切需要，因此計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)引入工業(yè)設(shè)計(jì)，也成為一種必然。工業(yè)迅猛發(fā)展，市場日新月異，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，獲得更好的市場資料，傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)手段已不能滿足這種需求，借助計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）的技術(shù)則可以更加容易滿足這種需求。
CAID，即是計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)集成相關(guān)高新科技，輔助產(chǎn)品（工程）或服務(wù)工業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，它的技術(shù)原理是將設(shè)計(jì)人員的最佳特性、創(chuàng)造性思維、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、綜合判斷與決策能力、想象能力、審美能力等，與計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大記憶、信息檢索能力、海量信息高速精確計(jì)算與處理能力、易修改設(shè)計(jì)、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(wěn)定且不會(huì)疲勞等特性相結(jié)合，從而提高設(shè)計(jì)速度和效率，大大縮短設(shè)計(jì)周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本。
二、CAID的應(yīng)用
CAID的應(yīng)用主要是基于數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)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(qiáng)企業(yè)的市場競爭力。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(duì)產(chǎn)品的形態(tài)美及功能美的探求有科學(xué)的依據(jù)。
1、計(jì)算機(jī)輔助形態(tài)設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)輔助形態(tài)設(shè)計(jì)就是借助計(jì)算機(jī)軟硬件，通過形態(tài)變化、分割與比例等方法按照形式美法則對(duì)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(shè)計(jì)師會(huì)經(jīng)常對(duì)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(shè)計(jì)師經(jīng)常對(duì)已有的產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行修改。CAID的參數(shù)化功能，便于反復(fù)修改尺寸、線型等；具有較強(qiáng)的曲面造型功能；能夠快速地實(shí)現(xiàn)基于草圖的三維建模。
2、計(jì)算機(jī)輔助色彩設(shè)計(jì)
色彩對(duì)于產(chǎn)品的重要性是不言而喻的，不同人群及地域?qū)ι实睦斫獠灰粯�，因此，設(shè)計(jì)師要根據(jù)不同的目標(biāo)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(xiàn)產(chǎn)品的特性。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的相關(guān)軟件一般都有強(qiáng)大的色彩編輯器，及色彩拾取功能，這可以讓設(shè)計(jì)師方便地選取色彩，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)師的工作效率，也更加便于對(duì)色彩的修改。此外，軟件的色彩數(shù)據(jù)庫能不時(shí)更新，保證了設(shè)計(jì)的時(shí)代性、時(shí)尚性。
3、計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)設(shè)計(jì)
人機(jī)工程的主要任務(wù)是研究用戶使用產(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(yīng)與心理感受。它的根本目的在于通過對(duì)“人-機(jī)-環(huán)境”相互影響的研究，創(chuàng)造出一個(gè)最合理的“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)。
人機(jī)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響產(chǎn)品的性能及用戶的安全，好的人機(jī)設(shè)計(jì)將有利于產(chǎn)品性能的最佳發(fā)揮，提高生產(chǎn)效率，反之，將威脅用戶的身體健康，給用戶的操作帶來不便，降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品人機(jī)環(huán)境的綜合性能。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，以CAD為代表的三維數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)已成為企業(yè)提高競爭力的重要手段，進(jìn)而出現(xiàn)了“數(shù)字化人機(jī)工程”概念，即借助計(jì)算機(jī)、信息處理技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。如運(yùn)動(dòng)型人體模型，它可以用來模擬人體的運(yùn)動(dòng)特性，在影視、工程設(shè)計(jì)、軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，在人機(jī)工程領(lǐng)域主要用于對(duì)姿態(tài)與動(dòng)作的分析。
4、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)
借助CAID對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。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(shè)計(jì)方案。評(píng)價(jià)工具的出現(xiàn)，使得設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法和原則具有更強(qiáng)的可操作性。例如利用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行藝術(shù)美學(xué)的評(píng)價(jià)和分析，這是CIAD進(jìn)行評(píng)價(jià)的一個(gè)突出案例�！坝�(jì)算機(jī)藝術(shù)美評(píng)價(jià)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也是個(gè)智能專家系統(tǒng)，在系統(tǒng)知識(shí)庫中集中了客觀上對(duì)某種產(chǎn)品是否美的評(píng)價(jià)概念，也集中了專家級(jí)的藝術(shù)美學(xué)思想及認(rèn)識(shí)，它在系統(tǒng)推理中確定了評(píng)價(jià)藝術(shù)美的準(zhǔn)則，然后進(jìn)行人機(jī)對(duì)話對(duì)產(chǎn)品的藝術(shù)美做出專家級(jí)的評(píng)價(jià)”（汪海波《淺析計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》，載于《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2005年第4期）。
三、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的人機(jī)交互
信息在人類社會(huì)活動(dòng)中變得越來越重要，當(dāng)今社會(huì)已從以“技術(shù)為核心”變?yōu)橐浴靶畔楹诵摹�，這標(biāo)志著社會(huì)的進(jìn)步，同時(shí)，也給設(shè)計(jì)者帶來了一定的挑戰(zhàn)，即如何將信息正確、及時(shí)地傳遞給用戶。這就要求用戶和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無障礙交流，因此才有互動(dòng)模式的CAID實(shí)現(xiàn)。目前，在CAID技術(shù)領(lǐng)域，人機(jī)交互的研究主要體現(xiàn)在人機(jī)界面設(shè)計(jì)和虛擬仿真設(shè)計(jì)等方面。
1、人機(jī)界面設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面也稱為用戶界面，它介于用戶和計(jì)算機(jī)之間，是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息傳遞和信息交換的載體，是用戶使用計(jì)算機(jī)的綜合操作環(huán)境。人機(jī)界面中設(shè)計(jì)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)系則通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來解決。目前，人機(jī)界面主要研究領(lǐng)域是人機(jī)界面模型設(shè)計(jì)、虛擬界面設(shè)計(jì)、多感官界面設(shè)計(jì)和多用戶界面設(shè)計(jì)等。
2、虛擬仿真技術(shù)
通過計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)，可以對(duì)人機(jī)關(guān)系進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和評(píng)估等工作。當(dāng)前，“虛擬仿真技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在觸覺反饋、壓力反饋等基礎(chǔ)技術(shù)以及人機(jī)交互的模擬、人機(jī)虛擬環(huán)境的構(gòu)建等方面”（羅海玉《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)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)境中試聽等主觀行為的人機(jī)界面技術(shù)。目前，已有很多設(shè)備可以用來虛擬仿真設(shè)計(jì)，如三位空間交互球、力反饋器、數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等。虛擬仿真技術(shù)在國內(nèi)目前主要用于軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用還不多。但是，毫無疑問的是虛擬仿真技術(shù)必然是工業(yè)設(shè)計(jì)未來發(fā)展的一個(gè)主要方向，借助它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中任一環(huán)節(jié)的考察與操作，可以幫助設(shè)計(jì)師快速、真實(shí)、有效地實(shí)現(xiàn)和修改設(shè)計(jì)方案，減少不必要的體力與腦力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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)地抓住市場機(jī)遇，提高企業(yè)市場競爭力，獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益。
結(jié) 語
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(shè)計(jì)本身而言，隨著人工智能、虛擬仿真等技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思維也將發(fā)生重大變化，人機(jī)交互模式的CAID就將成為未來工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，更加人性、快捷、真實(shí)的人機(jī)交互方式將會(huì)是CAID中人機(jī)交互的必然結(jié)果。
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