工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

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在工業軟件中,三維模型瀏覽功能的存在起了一定作用,它可以為用戶從不同角度和視角查看模型提供便利。那么,工業軟件中的三維模型瀏覽功能區大致可以分為哪些類型?一起來看看作者的解讀和分析。

上一篇,筆者從選擇功能談起,對比了幾款CAD/CAE/BIM軟件的選擇功能的異同,歸納了工業軟件中常見的選擇(拾?。┕δ?。

本篇內容,要聊聊另一個工業軟件中對用戶體驗很關鍵的基礎功能,三維模型瀏覽功能。

一、三維模型瀏覽功能的重要性和應用背景

三維模型瀏覽功能,有的軟件也稱“導航 Navigation”,為用戶提供了查看和觀察三維模型的手段,通常會包括縮放、旋轉、平移等操作,以便用戶可以從不同角度和視角查看模型,此功能也貫穿整個設計研發工作流,在設計、仿真、制造階段均有不同需求。

在設計和仿真階段,三維模型瀏覽幫助設計師和工程師以數字方式創建、修改和評估產品和結構。以便他們能夠更好地了解和驗證設計的可行性、性能和外觀。

在制造和生產階段,三維模型瀏覽功能可以幫助制造商和生產團隊進行數字化制造和虛擬工廠規劃。它們可以利用瀏覽功能優化工廠布局、設備配置和物料流程,以提高生產效率、降低成本和提高質量。

除了實際生產,在培訓和教育領域,通過與三維模型互動,學生也可以進行模擬和虛擬培訓,例如醫學生學習解剖結構,工程學生理解機械原理等。

最近隨著蘋果新一代VR眼鏡的推出,VR/AR也再一次走上了風口浪尖,通過VR/AR進行三維模型瀏覽,可以提供沉浸式的體驗和交互。用戶可以通過設備直接在虛擬或增強現實中瀏覽和操作三維模型,增強參與感和感知能力,這也為制造業的新型生產方式提供了很大的想象空間。

通過三維模型,復雜的數據和信息可以以直觀的方式展示和傳達,提供了更好的溝通工具,使設計概念、產品方案或工程流程更具說服力和效果。

二、工業軟件模型瀏覽方式概述

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

根據調研,筆者將模型瀏覽功能區分為直接瀏覽功能輔助瀏覽工具。

直接瀏覽功能是用戶直接與三維模型進行交互的功能,通過這些功能,用戶可以直接改變視角、縮放和平移模型,以自由地查看模型的不同方面。這些功能提供了基本的瀏覽和觀察模型的能力,使用戶能夠更好地理解模型的外觀、結構和細節。

輔助瀏覽工具是為了增強用戶對模型瀏覽和理解的輔助工具。例如剖視查看、注視點瀏覽、攝像機路徑瀏覽和動畫瀏覽等工具,可以幫助用戶更深入地探索模型,理解模型的內部結構、不同視角和動態變化。這些工具通過不同的方式擴展了用戶對模型的認知和理解。

1. 直接瀏覽功能

根據不同的使用場景,筆者又將直接瀏覽功能分為兩種類型,分別為圍繞物體查看場景漫游查看,這兩種查看方式的設計對映著人們生活中查看物體的方式。

比如我們在挑選一部手機和挑選一個房子的時候,觀察的方式一定是不一樣的。如果是手機,我們會在手中把玩,觀察它的造型與設計。而選房子時,需要走到房間內,切身體驗房間的布局設計。

設計師做設計時,既要考慮全局設計,又要考慮細節,因此常需要站在不同的角度觀察自己的作品,不斷的切換觀察角度、觀察深度來分析設計,有時看完模型正面后馬上需要查看背面,這樣的話就需要采用圍繞物體查看方式。

檢查設計作品又是另一種狀態,當設計團隊設計完一個復雜的作品,例如一架“飛機”,提交給主管進行檢查時,主管可能不想像看航模一樣,通過旋轉和移動飛機來查看的方式來檢查,即使能隱藏飛機外殼,放大視角,從而觀察細節。

但是這樣的觀察方式不連續,很容易遺漏某些細節。檢查設計的團隊可能更希望采用“邊走邊看”的方法,就像檢查航母甲板上是否有沙粒時,需要許多人并排在甲板上邊走邊低頭檢查一樣。這種觀察方式就是下面提到的“場景漫游查看方式”

因此在設計工業軟件的模型瀏覽功能時,不僅需要區分被設計的物體是一部“手機”還是一間“房子”,還要考慮用戶是“做設計”還是“檢查設計”。

1)圍繞物體查看方式

圍繞物體查看是指允許用戶圍繞單個物體進行旋轉、縮放和平移操作,以獲得不同的視角和觀察效果。

常見的CAD/CAE/CAM軟件,或者3Dsmax、Maya等工業設計軟件,默認用戶是設計師,因此一般默認是使用圍繞物體查看方式。

圍繞物體查看方式主要包括以下功能:

  1. 旋轉:圍繞物體查看方式允許用戶通過旋轉操作改變物體的角度和方向。用戶可以自由地在三維空間中旋轉物體,以從各個角度觀察物體的各個方面。
  2. 縮放:圍繞物體查看方式允許用戶調整物體的大小比例,使其更適合顯示在屏幕上。用戶可以放大物體以查看細節,或縮小物體以查看整體結構。
  3. 平移:圍繞物體查看方式允許用戶在三維空間中平移物體,改變其位置和觀察點。用戶可以通過拖動物體或使用平移工具來將物體移動到所需的位置。
  4. 視角切換:圍繞物體查看方式提供不同的視角選項,例如正視圖、俯視圖、側視圖等。用戶可以選擇不同的視角以獲得不同的觀察效果和視覺呈現。
  5. 多窗口查看:在視角切換基礎上,很多軟件也提供了多窗口查看方式,可以在多個窗口中同時展示不同視角下的對象特征。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

模型瀏覽(圍繞物體查看)

優點:

圍繞物體查看的方式最大的優點在于靈活性,用戶可以靈活的調整視角來觀察物體,從而對物體進行全方位的觀察,有助于用戶深入了解物體的形狀、結構和特征,檢查尺寸錯誤、裝配沖突等缺陷,從而快速糾正問題,提高產品質量和工作效率。

適用場景:

工程設計和分析:在工程設計和分析中,圍繞物體查看方式被廣泛應用,比如CAD/CAE等軟件。工程師可以使用該方式來檢查和驗證設計的可行性、結構合理性和裝配性。他們可以通過觀察和分析物體的不同方面來優化設計和解決問題。

制造和裝配:在制造和裝配過程中,圍繞物體查看方式對于檢查產品的裝配性和合適性至關重要,比如一些企業采用三維作業指導書取締了二維圖紙,制造人員可以在工業平板上瀏覽模型,使用該方式來檢查部件的適配性、裝配順序和工藝性。這有助于避免裝配錯誤和減少生產中的問題。

可視化和展示:圍繞物體查看方式在可視化和展示領域具有重要作用。它允許設計師和展示者以交互和吸引人的方式展示物體的外觀和特征。比如一些企業的企業文化展區會提供可交互的可視化屏幕,利用可以交互的三維模型給來訪者介紹產品,這在產品展示、展覽、銷售演示和虛擬現實等領域中特別有用。

2)場景漫游查看方式

場景漫游查看方式可以通過鼠標和鍵盤的配合操作,在整個場景中自由移動相機視角,以便導航和探索場景中的多個物體和元素。通過自由移動相機視角,用戶可以深入了解場景的各個角落和元素,觀察環境的細節和關系。這種瀏覽方式在可視化、游戲開發、建筑規劃、虛擬現實等領域中得到廣泛應用,以支持用戶對場景的導航、交互和感知。

場景漫游查看的功能主要有:

前/后/左/右/上/下移動位置:能夠通過鍵盤或鼠標移動視點的位置。

仰首/俯首/左轉/右轉移動視角:能夠通過鍵盤或鼠標來轉動視角。

飛行漫游:像飛行模擬器一樣在場景中自由飛翔。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

飛行漫游

人物行走漫游:在場景中像人走路一樣移動,可以設置重力,這樣會讓視角始終在地面上。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

人物行走漫游

優點:

場景漫游查看方式的優點在與對于環境的探索感知和對于設計細節的深入觀察,能夠在場景中漫游也更符合人們在日常生活中的體驗,因此多用于關注環境真實感和空間體驗感的領域。

適用場景:

建筑規劃設計:在建筑規劃和設計中,場景漫游查看方式有助于設計師和客戶更好地理解和感知建筑項目的外觀、布局和環境。用戶可以在三維場景中自由漫游,以便查看建筑物的各個角度和周圍環境。

場景模型審閱:在建筑、船舶、工廠車間等復雜大型場景的檢閱時,通常采用場景漫游查看方式,檢查者可以深入到場景內部,體驗布局設計的細節,檢查構件間的沖突,從而對設計進行審核和修正。

虛擬現實:在虛擬現實領域,場景漫游查看方式是一種常用的瀏覽方式。它可以用于演示、展覽、虛擬旅游等,使用戶能夠以自由和交互的方式探索虛擬環境和場景。

虛擬訓練和模擬:場景漫游查看方式在虛擬訓練和模擬中發揮著重要作用。例如,在航空模擬中,場景漫游查看方式允許飛行員在虛擬場景中自由移動相機視角,以模擬真實飛行中的導航和環境感知。

2. 輔助瀏覽工具

輔助瀏覽工具是再直接瀏覽功能的基礎上,為方便用戶觀察模型而提供的工具,它們通??梢耘浜鲜褂?。

剖視查看:也有“剖切”、“截面”等叫法,允許用戶在三維模型中創建和查看剖視效果,以便查看模型內部的結構和細節。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

Fusion360中的剖視查看

視點瀏覽:通常軟件中會默認提供前后左右上下的視點,也允許用戶自定義并瀏覽多個注視點,從不同的角度和位置觀察模型。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

視點切換瀏覽,可以自定義視點

攝像機路徑瀏覽:允許用戶定義和瀏覽預定路徑上的攝像機視角,以創建動態的模型漫游效果。

動畫瀏覽:允許用戶在三維模型上創建和播放動畫,以展示模型的運動、變形或其他交互效果。

導航塊:導航塊是模型方向的直觀反映,可以通過點擊導航塊的不同位置快速切換視點。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

控制盤:控制盤是Navisworks中的一種導航輔助工具,因為NV的核心功能在于模型審閱,因此提供了較多的瀏覽輔助功能,控制盤是跟隨光標的跟蹤菜單,需要使用不同的瀏覽功能時可隨時調出,不用去導航欄或工具欄里選擇相關功能,可以節省時間。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

地圖:地圖工具通常伴隨著場景漫游模式而來,為了讓用戶確定自己所處的位置,并且可以快速將相機移動到某個位置,而提供的二維輔助視圖。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

三、結論

綜上所述,筆者將三維模型瀏覽功能區分為直接瀏覽功能和輔助瀏覽工具,其中直接瀏覽功能又區分為圍繞物體查看方式和場景漫游查看方式。

不同的瀏覽功能在使用方式和適用場景方面存在明顯的差異。具體使用哪種方式取決于用戶的需求和具體應用場景。很多工業軟件同時提供兩種觀察方式,比如Navisworks默認為場景漫游,但是也可以選中一個物體中心進行圍繞物體查看(NV中叫“動態觀察”),而Solidworks則默認是圍繞物體查看,但是也提供了場景漫游(SW中叫“走查”)功能,供用戶按需結合使用,以提供更全面和靈活的瀏覽體驗。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

Solidworks中的“走查”功能

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

Navisworks中的“動態觀察”功能

本文主要站在產品功能設計層面分析,因此并沒有描述瀏覽功能的交互設計。實際上,由于沒有統一的標準,每個軟件在模型瀏覽功能的鍵盤鼠標按鍵的交互設計上都各不相同,這也常常讓許多需要同時使用幾款軟件的設計師們頭大。

針對這種情況,也有軟件同時提供多種操作方案,比如FreeCAD,就同時提供了Blender、CAD、Maya、OpenCascade、Inventor、Revit、TinkerCAD等多種鼠標操作模式。

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

工業軟件的產品設計(2)——三維模型瀏覽功能

FreeCAD中提供多種鼠標操作模式

有時為了獲得入場券,許多新入局的工業軟件廠商不得不模仿工業軟件巨頭們的界面設計、操作方式,以滿足老用戶的使用習慣,即使知道那并不是最好的方式,而沒有接觸過的新用戶又會覺得很難用。

傳統工業軟件的難以使用還在一定程度上催生出了軟件培訓的產業鏈,從而使能先適應這些軟件的用戶獲得了額外的收益(至少沒見到有人開班教別人如何用微信),對于后入場的軟件來說,到底是先不擇手段占領市場再定義用戶體驗,還是通過用戶體驗來占領市場,抑或是兩者齊頭并進,這取決于領導者的思維模式和戰略規劃了。

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