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摘要：隨著汽車工業的進步，國內汽車設計與美德日韓等汽車設計的差距逐漸縮小，而汽車設計更新迭代速度之快離不開計算機輔助設計的發展。汽車造型設計作為汽車研發中重要的一環，其作用不容忽視。本文旨在探討汽車產品迭代過程中如何應用mr混合現實技術提高汽車設計的效率，優化傳統的汽車設計流程，縮短造型設計的周期，為汽車設計提供更多的可能性。

關鍵詞：MR混合現實；汽車造型；實時交互；汽車設計

1傳統的汽車設計流程

汽車整車的研發是一項復雜的工程，往往需要根據市場需求確定設計內容、產品定位、初期總布置、造型設計規劃書，還要作經濟性分析、成本分析等。（如圖1所示）其中的造型設計階段，則是根據前期的規劃書確定產品的初期外部尺寸、整體技術參數、造型風格和整車的配置方式等，然后分析研究市場車型，找到對標車型的優勢和不足，結合市場方向確定整車的造型設計定位。首先要解讀汽車造型設計任務書，分析過程以草圖形式展現設計理念與造型的初期方案，通過反復評審修改確定效果圖方案，同時進入整車細節設計階段。造型設計對隊伍的要求是極高的，涉及了材料學、流體學、人機工程、環境保護眾多方面。在根據評審修改調整設計的過程中，三維造型與油泥模型這兩個環節起到了相當重要的作用。通過三維造型我們能更真實地看到二維圖紙的立體化的效果，可以將更多的工程設計問題通過電腦進行模擬評估，同時市場部根據此階段對產品作出判斷與分析。為了更加真實地展現設計，可以通過油泥制作1∶1車體模型，然后進行二次評審。油泥確定后，利用三維掃描技術將油泥模型進行逆向a面制作，完成車身數據后與工程對接，最終完成整車造型設計與制造。

2傳統設計流程的利弊

早期汽車設計是根據手工繪制二維圖紙，傳統工匠通過手工制作車體外殼完成設計工作，效率低下且質量不高。受制于當時的工藝技術，設計師的想法不能得到準確的表達。現在汽車設計分工明確，汽車造型的2D與3D制作成為設計師的必備技能，并且隨著數字化科技產品的豐富，設計師的發揮空間越來越大。傳統的造型設計包括草圖設計、CAS模型的構建、油泥推敲、逆向建模，都需要較長時間，并且前期工作凍結之后返回再次修改過程煩瑣，設計師能力的強弱對設計工作的推進與本身設計的合理性有很大的影響。雖然目前各類汽車設計輔助類軟件使用越來越方便，比如前期CAS造型階段可以通過subdive細分的方式構建模型，然后通過銑油泥的方式將大型模型制作出來，能極大地縮短設計周期，但是整個環節還是以傳統的方式進行，設計師需要和油泥師充分地溝通才能將設計表達到位。因此，如何使2D轉化成3D的過程不受油泥師的造型思路影響，將不確定的二維圖紙具象化，是一項亟待解決的問題。

3MR混合現實技術在汽車設計流程中的優勢體現

3.1VR、AR、MR三種技術的設計應用。目前VR設備已經在各大主流汽車廠商中被應用于汽車設計，通過接入VRED渲染場景，帶上頭戴式顯示器與感應手套，人們可以通過虛擬現實技術感受汽車設計方案在真實環境下的體量。相比傳統的油泥評審，在數字化場景中使用VR技術具有方案修改與比較的即時性的優勢，同時在設計感官上的體驗更加豐富。比如可以更換虛擬場景，模擬車型在不同的環境下車體表面的真實反射，造型形態與環境的融合。VR設備的引入，節省了全尺寸模型制作的時間，而VR、AR、MR三種不同的技術方式在汽車設計中的應用也各有優勢，因此可以根據其技術不同的屬性，給相應的設計環節提供幫助。AR增強現實技術是將虛擬信息與真實世界結合在一起的3D新技術，是把虛擬的信息直接疊加在真實環境中，對于增強現實有三個特性：實時交互性，無縫結合真實信息與虛擬信息，能在真實空間中添加虛擬信息。而VR虛擬現實則完全是由計算機模擬真實世界產生的一個虛擬的場景，所有的交互是人與虛擬物體的交互，是計算機圖形學、多媒體技術、網絡學科的集合，用戶可通過虛擬環境模擬真實環境的感受產生交互。VR虛擬現實用戶沉浸度高，同時還能模擬視覺感官以外的其他感官。而MR技術則是將兩者的優勢結合起來，使用MR眼鏡（如圖2所示），通過MR混合現實技術將虛擬圖像與現實世界融合形成實時交互，使人既能夠拋開VR繁重的頭盔設備，又能體驗到比AR更加真實的立體交互場景。3.2MR技術在汽車人機交互中的應用。汽車設計效果圖確定之后，由數模師根據效果圖完成三維模型創建，利用虛擬現實技術可以將設計模型置入虛擬場景，設計師能夠觀察車體在真實環境中的感受，有利于設計師對整體造型的把握。VR沉浸式技術只能讓使用者觀察到虛擬環境，其他設計人員不能與VR用戶直接交流，而MR混合現實技術則避免了這種情況的發生。首先MR混合現實通過手勢識別，模擬自然的操作方式，展現高清的全息影像，通過MR透明顯示器，使用者可以無障礙觀察外部世界，同時與多名顯示器眼鏡佩戴者針對虛擬的設計展開直接交流。圖3圖4不同于VR的頭戴沉浸式體驗，MR的交互方式體驗更加直接。在物聯網時期，人車交互不再是電氣化機械操作，更多的是通過圖形、語音指令來控制，并且隨著物聯網人工智能、語音手勢控制等技術的加入，人們對人車的交互要求越來越高，又希望使用者的學習成本降低。汽車造型設計中的人機交互是虛擬信息交互的基礎，在設計階段，可以通過MR混合現實技術真實模擬人車交互方式，設計者可以最大程度模擬用戶的真實感受并與其他體驗者實時交流探討交互方式與內容，極大提高設計更新迭代的效率與真實性。混合現實技術不僅可以模擬傳統的機械按鍵或者觸屏式操作方式，也可以通過全息投影技術將信息展現在真實環境中。（如圖3、圖4所示）相比傳統的圖片展示或者動畫演示，這種模擬更加真實高效，且方便修改調整，評審者能快速比較不同的設計方案，確定最終方案。3.3MR技術在車身造型設計中的應用。車身造型設計的推敲在后期上離不開油泥師的雕琢，這是由油泥的特性決定的。在造型設計環節中，油泥可以展現汽車在真實環境中的體量，同時由于油泥的材料特性，它可以反復多次修改。因此好的設計能否精準地展現出來，油泥師起到了很大的作用。對設計的解讀就需要依靠設計師與油泥師之間的磨合，同時也需要設計師將形體表達得精準到位，才能保證實際造型不會偏離設計意圖。由于當下汽車造型語言越來越豐富，油泥已經很難真實模擬參數化表皮造型等復雜形態，而MR混合現實技術能夠給予計算機模型三維渲染，將設計模型直接呈現在設計師與評審者眼前，不僅表達真實，而且省去了油泥制作的時間。設計師在模型上作出調整，馬上就能觀測到車體在環境中的真實變化，同時可以快速切換多種效果和狀態，僅需要在計算機中切換不同的參數。這樣可以避免設計圖紙到油泥展現過程中細節的缺失，使設計表達更加準確直接。3.4MR技術在汽車曲面工程驗證中的應用。汽車曲面作為設計的重要環節，不僅要體現設計，更需要配合汽車工程，因此曲面質量與連續性是相當重要的。在計算機中能模擬汽車的外殼表面，但局限于顯示器大小與二維展示，無法使人更好地觀測曲面的曲率反射的真實感。MR混合現實相比傳統的計算機檢測汽車造型曲面，它的表現更加直接。比如汽車曲面表面連續性檢測，通過曲率梳工具檢查曲面銜接流暢度，雖然能在計算機上直觀地看到檢測結果，但是對曲率現需的流暢度所檢測的曲率梳則更多的是通過肉眼判斷。而MR混合現實的虛擬現實展現，人們不僅可以看到表面各個角度的投射形成的表面曲面效果，而且對整車造型的細節觀測更加清晰，比如各部件之間的間隙，面與面的落差，翻邊倒角等。同時還可以通過計算機模擬檢測開閉件、運動件與外殼表面是否有干涉，通過混合現實將結果實時展現，現場模擬各類設計與工程對接遇到的問題，充分判斷曲面設計的合理性，減少因工程問題反復協調曲面造型的時間，為設計與工程對接提供有力的支持。

4結語

未來汽車的發展方向將朝著人工智能、低碳環保邁進，汽車設計也隨著科技的進步不斷更新。MR混合現實技術在當下流行的AR虛擬現實技術的基礎上，進一步通過技術優化了現有的汽車設計流程，通過技術進步不斷刺激新的設計語言的迸發。作者希望通過MR技術的應用，為汽車設計的發展提供一些思路。

作者:黃楚峰 單位:廣東第二師范學院