计算机辅助工业设计中的人机交互探究

李志，贾芃，张煜，赵晓龙，贺寰烨，朱文妍

北方自动控制技术研究所 山西太原 030000

摘要：计算机辅助工业设计推动产品设计实现了现代化。现今在人机交互技术飞速发展的背景下，计算机辅助工业设计在交互设备、交互技术等方面固成守旧，限制了计算机辅助效果的跨越进步，未能进一步推动产品设计走向智能化。文章旨在通过推演产品设计场景并引入先进的人机交互技术，为计算机辅助工业设计中的人机交互提供优化思路，从而提升计算机辅助工业设计的应用成效，助推其持续发展。基于此，文章对计算机辅助工业设计中的人机交互技术应用进行了研究，以供参考。

关键词：计算机辅助；工业设计；人机交互

1概念解析

1.1计算机辅助工业设计

计算机辅助工业设计（Computer Aided Industrial Design）是在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下，进行工业设计领域内的各类创造性活动。工业设计讲究实用性，能够充分迎合人的行动特征，从人的视角去感知产品设计的内容。计算机辅助工业设计能提高工业设计的效率，增强设计过程及结果表达的科学性、可靠性及完整性，即高效准确地传递设计意图并构建虚拟产品模型，然后全面完整地呈现产品设计的效果。

1.2人机交互

人机交互（Human-Computer Interaction）是研究用户、系统及它们之间相互作用方式的学科。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互的基础是交互技术，交互技术又以交互设备为载体。计算机辅助工业设计主要以肢体行为操控输入设备向计算机传递设计指令，计算机信息化构建虚拟产品后，通过输出设备呈现设计效果，从而构成产品设计场景中人机交互的闭环，

2计算机辅助工业设计中的人机交互的意义

2.1互有助于提高工作效率　　

电脑协助工业设计，借助人机交互的方式能够提高工作效率。因为，在人机交互过程中，人们可以更为轻松的使用机器，并且对机器进行直接的控制。在传统的工业设计中，设计过程是较为繁琐的，在设计前期需要设计草图，在按照草图进行实际组合时要进行多种尝试，才能确定最合适的效果。计算机的高速发展，极大程度的改善了传统设计中的局限性，在电脑协助下的工业设计，仅凭计算机就可以预览设计的多种搭配方案，并在短时间内挑选最合适的设计方案。因此，在电脑协助下的工业设计，为设计人员节省了较多时间，降低了不必要的时间成本，设计人员可以倾注更多精力在设计本身。

2.2有助于提升产品质量　　

完整的工业设计流程中包括许多步骤，每一步骤之间良好的配合，才能完成产品的整体设计。基于电脑协助工业设计中的人机交互，在设计工作效率上得到大幅提升，因为时间成本的降低，产品的设计节奏在条理性上有所提高。在计算机技术作为辅助的工业设计中，通常只需要借助鼠标或者键盘，对产品进行设计和改造，就可以完成产品的设计。在工业设计中会涉及到许多数据，只有数据的准确程度越高，设计出来的产品的优质程度也就越高。传统设计方式需要反复的尝试和较为复杂的计算来获取数据，而电脑协助下的工业设计，依托于强大的互联网大数据背景，在设计数据的获取上更为容易，数据的准确程度也更高。因此，通过电脑协助工业设计的人机交互有助于设计出更为优质的产品。

2.3有助于提升产品竞争　　

无论是任何设计，设计的参与主体是人，设计的服务对象也都是侧重于人。在信息化技术不断取得突破性进展的同时，人机交互在工业设计中所占的重要性也越来越高。工业设计的首要目的是服务于人，因此，设计的产品中需要具备贴合人需求的条件，当获得了更多用户的认可和满意度，设计出的产品的效用就相应提高。在满足了这一基础条件之后，逐步增强消费者的体验效果，从而使产品具有更多的竞争优势。因为电脑协助工业设计中的人机交互为设计提供了更多便利，同时提升了设计出的产品的品质，设计可以关注更多人性化的要求。因此，产品的竞争优势在电脑协助工业的人机交互中得以提高。

3计算机辅助工业设计中的人机交互优化应用策略

3.1应用先进的人机交互技术

伴随着半导体科技及生物科学的进步，新型传感器、执行器涌现，并衍生出各种先进的人机交互技术，为交互的跨越发展奠定了基础。在产品设计场景中，主要通过三维形态和CMF属性来定义所设计的产品，因此可以应用先进的交互技术来提高交互输入或输出环节的成效。交互输入技术方面：人们可以应用sEMG基于银纳米材料的柔性电极，从手部皮肤监测sEMG电信号来判断手腕、手指的动作；应用IMU捕捉手腕的加速度、角速度与角度姿态；应用RGB-D摄像头基于机器视觉识别手腕、手指的相对位置与空间深度，以上三种输入技术可用于产品设计时的三维建模；应用眼动输入通过眼动追踪捕捉视觉焦点、驻留时间及眼势，推断用户意图，从而触发选取虚拟产品对象、放大产品细节等指令；语音输入可以通过定向麦克风应用AI解析语义来识别CMF相关的多样性模糊语音指令，赋予产品或部件的CMF属性。交互输出技术方面：视觉输出可以应用MR显示技术，将外界物理环境与虚拟产品叠加显示，并模拟相互影响的效果，供设计师多角度实时评估产品与使用环境的兼容性；听觉输出可以应用多组发音单元营造空间音效，支持对话式语音交互的同时还能在听觉方面模拟产品采用不同材质、形态下的音效，如设计音响设备的音腔时可以模拟音频增益、共振、混响等声学效果；触觉输出可以基于微型压电材料单元通过电致机械振动模拟产品选用不同表面处理工艺时的肌理触感；温感的触觉输出可以将添加了氧化石墨烯制备的聚酰亚胺复合材料作为柔性高导热材料，结合半导体调温器件应用于模拟产品材质的温度触感。嗅觉、味觉模拟输出技术目前仍处于起步阶段，效果及使用体验不佳且需求场景少，待相关技术进一步突破后再考虑应用。

3.2优化交互技术的协同逻辑

每种人机交互技术都有其优势和局限性，多种交互技术协同运作，可获得比单一交互技术更好的效果，从而大幅提升计算机辅助工业设计在产品设计场景中的应用成效。输入环节，通过“互补”“重复”“等价”“专业”“并发”“转化”等逻辑协同多种交互技术，可极大地优化输入的信息量、精准度、效率，提升用户的使用体验，推动人机交互从人适应计算机到计算机适应人。如涉及空间信息的动作输入方面，sEMG肌电监测技术尽管精度有限，但电信号的产生早于肢体运动，可以提前预判动作；IMU动捕技术成本低精度高、抗干扰能力强，但距离信息精度低；头戴的RGB-D摄像头可以精准计算空间距离。在当前单种人机交互技术性能未达到完美的情况下，人们可以通过设定各输出交互技术的感觉刺激融合逻辑来优化体验效果。例如，基于联觉方式，通过增加视觉的蓝色成分来增强虚拟产品触觉的冰冷感。

结语

综上所述，计算机辅助工业设计是计算机与工业设计的结合，期望于借助计算机强大的技术更好的完成产品的设计。随着技术的发展，人机交互成为了电脑协助工业设计中重要的环节。互联网可以获得大量的数据，通过电脑协助工业设计人机交互，使数据直接助力于工业设计，设计的产品将会有更高的品质和多样性。当前电脑协助工业设计中的人机交互的应用主要包括在虚拟装配、人机界面、产品设计和虚拟仿真技术等方面的应用。通过电脑协助工业设计中的人机交互，有助于提高工业设计的效率、提升产品质量，并且使设计出的产品具有更高的竞争力。

参考文献：

[1]王薇.计算机辅助工业设计中的人机交互研究[J].工业设计,2017.

[2]郑军峰,杜宏忠.计算机辅助工业设计中的人机交互研究[M].传媒论道,2016.

[3]王蛟.计算机辅助工业设计协同工作的研究[M].西北工业大学,2015.作者简介