互动式材料虚拟感知评价
 

所属专业类:艺术学类 对应专业:材料与技术
学校:中国美术学院 负责人:武奕陈 等

本实验主要为在线虚拟仿真智能交互平台,通过与视觉追踪系统、脑电波探测系统以及感性设计评价体系结合,从客观到主观研究不同材料对用户体验的影响,对材料的主观感受进行量化,形成可分析的评价体制。并用虚拟技术创作并研究新产品的可视化模型。同时,通过教学与实验构建可交互的虚拟材料库,以技术扩展对于材料的认知,形成课程的常态教学手段,不断优化形式和内容。

   
 

 

   

2、项目描述:

实验目的

学生应用本实验,在线虚拟仿真智能交互平台,仿真体验物理材料应用于产品的不同视觉效果,通过与视觉追踪系统、脑电波探测系统以及感性设计评价体系结合,从客观判断到主观认知分析层面,研究不同材料对用户体验的影响,从而进一步把握材料的具体应用特征,对材料的主观感受进行一定的量化,形成可分析的评价体制。并用虚拟技术创作并研究新产品的可视化模型。同时,本教学将结合先进材料研发相关专业资源,通过教学与实验构建可交互的、虚拟的材料库,以技术扩展材料的种类从而扩展对于材料的认知,从而逐渐形成课程的常态教学手段,并不断优化形式和内容。

实验课时

(1)实验所属课程所占课时:20*4个课时    
(2)该实验项目所占课时:10个课时

实验原理(简要阐述实验原理,并说明核心要素的仿真度)

通过3D扫描对材料样本或能体现材料特性的产品进行扫描,利用已有3D软件,以及根据实验需要优化现有软件,实现对已有材料的虚拟化以及虚拟改造,通过专业仪器设备检测实验样本对被试者的感官刺激,从而对实验样本特性及应用领域进行分析研究。然后根据材料特性创建虚拟仿真并可交互的产品模型。
本实验对虚拟仿真产品的表面材质的仿真度有较高要求,在色彩、质感、光泽、阴影等方面应基本达到照片级实时渲染效果,同时,支持多种材料的实时替换。

知识点:共  5 
(1)学习不同材料的应用特性
(2)学习3d扫描的使用方法
(3)学习眼动追踪设备操作以及眼动数据分析
(4)学习脑电设备的操作以及脑电数据的分析
(5)材料感性价值主观评价的方法
实验仪器设备(装置或软件等)

3d扫描设备,3d建模软件,眼动跟踪设备、脑电波分析设备、计算机工作站、材质数据库服务器、材料数据演示虚拟仿真程序定制,正版眼动分析软件,正版脑电分析软件。

实验材料(或预设参数等)

1、材料课程制作的产品实物(需要规定一个尺寸上限)
2、每组实验的材料样本数量。

实验教学方法(举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果)

学生应用本实验,在线虚拟仿真智能交互平台,仿真体验物理材料应用于产品的不同视觉效果,通过与视觉追踪系统、脑电波探测系统以及感性设计评价体系结合,从客观到主观认知层面,研究不同材料对用户体验的影响,从而进一步把握材料的具体应用特征。然后利用所得到的的评价参数去构建虚拟模型。

实验方法与步骤要求(学生交互性操作步骤应不少于10步)

1. 实验方法描述:

(1)三维扫描或仿真构建实物模型,在线上传至虚拟仿真平台;
(2)在线进行实验参数设定,预约登记实验时间;
(3)在规定时间进入实验室,利用眼动和脑电设备进行在线虚拟仿真实验;
(4)在线进行感性评估问卷填写;
(5)在线导出实验数据;
(6)实验总结

2. 学生交互性操作步骤说明:

(1)设置3D扫描仪参数(连接3D扫描仪和扫描场景内的电脑;设置扫描场景参数,包括设置被扫描物体类型、扫描空间尺寸、扫描精度等场景参数;)
(2)使用3D扫描仪对已有实体材料进行扫描(固定被扫描物体,并确保物体小于扫描空间尺寸,确定被扫描物体位置后开始扫描,围绕物体旋转扫描,同时上下移动3D扫描仪;注意电脑屏幕上扫描模型成型情况,确保显示上的帧率(FPS)保持在约10-24帧。)
(3)录入3D模型(结束扫描后,系统自动生成三维模型及材质数据)
(4)调整3D模型参数(清理扫描文件,清理模型内无用的杂点,填补模型空洞,将模型调整至理想状态)
(5)导出模型与数据(登陆仿真平台,新建或打开已有实验项目,上传模型数据、材质数据至实验平台数据库)。
试验1:
(6)将数据导入眼动议(连接眼动仪;登陆眼动实验系统;新建或打开已有眼动实验项目;根据实验设计要求导入三维材料样本数据;设置被试信息; 进行实验样板数据及问题信息的显示方式、跳转时长等实验参数设定;保存生成眼动仪实验项目,开始实验)
(7)使用眼动议进行试验(被试人员登陆实验系统,根据系统提示,进行人机视线追踪自动匹配,根据系统界面提示逐项进行眼动实验,直至试验完成后,点击完成,保存实验数据);
(8)导出实验数据(导出相关眼动实验数据,上传至实验平台)
试验2:
(9)将数据导入虚拟仿真平台(登陆仿真平台,新建或打开已有实验项目,点击导入,选择数据所在文件夹,点击确认进行三维模型机材质数据导入。)
(10)使用虚拟仿真平台进行交互式试验(在仿真实验项目界面中,根据实验设计要求,通过虚拟三维仿真平台提供的[特性分析]、[感性认知]功能模块,选择进行材料基本特征观察,物理属性分析、视觉属性分析,力学属性分析,化学属性分析,加工特性分析以及材质感性主观评价等交互试验)
(11)导出实验数据(实验结束,根据系统系统提示,导出信息可视化实验数据)。
试验3:
(12)利用3D软件重新设置已有3D模型的材质参数(登陆仿真实验平台,下载三维模型,利用3d软件重新设置材质参数。)
(13)导出模型与数据
(14)将数据导入眼动议(同上)
(15)使用眼动议进行试验(同上)
(16)导出实验数据(同上)
试验4:
(17)将数据导入虚拟仿真平台(同上)
(18)使用虚拟仿真平台进行交互式试验(在仿真实验项目界面中,根据实验设计要求,通过虚拟三维仿真平台提供的[加工技术]功能模块,选择进行材质模型虚拟旋转、虚拟拆分、虚拟加工、虚拟组装交互试验)
(19)导出实验数据(同上)
试验5:
(20)将材料参数与模型导入3D软件(同上)
(21)创作产品的3D模型(同上)
(22)将数据导入眼动议(同上)
(23)使用眼动议进行试验(同上)
(24)导出实验数据(同上)
试验6:
(24)将数据导入虚拟仿真平台(登陆平台,将试验1、2、3、4、5的数据导入仿真平台)
(25)使用虚拟仿真平台进行交互式试验(在仿真实验项目界面中,根据实验设计要求,通过平台提供的[生成报告]功能模块,根据系统提示,逐步生成《 xxxx材料实验报告》《xxxx材料感性评估报告);
(26)导出实验数据(同上)
注:试验阶段是选择性试验,并不是固定顺序

实验结果与结论要求

是否记录每步实验结果:

实验结果与结论要求: 实验报告
考核要求

数字化报告与分析,产品虚拟模型

面向学生要求

专业与年级要求

本实验面向工业设计、产品设计专业,在二年级第二学期接入实验
基本知识和能力要求 掌握计算机三维建模能力以及基础的数据统计分析能力
实验项目应用及共享情况
本校上线时间:未上线   
是否纳入到教学计划:是
(勾选“是”,请附所属课程教学大纲)
    教学大纲:
    开课系部:工业设计
    课程名称:材料与技术
    英文名称:Material Technology
    课程性质:专业必修课
    学分: 6分       学时:120学时
    适用学生:本科二年级
    先修课程: 机械制图、计算机辅助设计
    一、指导思想
    “材料与技术”是木材、金属和塑料三大材料综合,是产品设计专业的基础课程。学习三大材料的知识对工业设计者是极其必要的,主要掌握工业设计在三大材料和成形工艺方面所需要的基本知识、基本理论和基本技能。
    二、课程目标
    该课程的教学目的是使学生能够从产品设计专业的视角掌握木材、金属和塑料的基本性能、设计应用以及成型加工技术,并注重学生实践能力的培养。课程要求学生熟练操作木材、金属和塑料加工的主要工具及设备,独立完成具有产品设计专业要求的木材、金属和塑料相结合产品模型制作。
    三、课程内容
    1、木料的概述和应用;2、木材加工工艺;3、金属的概述和应用;4、金属加工工艺;5、塑料的概述和应用;6、塑料加工工艺;7、模具知识;8、产品表面处理
    四、课程进度与学时分配
    学期安排      主要教学内容    理论学时     实践课时     备注
    第4学期      第一章   木料的概述和应用      4     4    
    第二章   木材加工工艺       8     16  
    第三章  金属的概述和应用 4     4    
    第四章  金属加工工艺  8     16  
    第五章  塑料的概述和应用 4     4    
    第六章  塑料加工工艺  8     16  
    第七章  模具知识   8     4    
    第八章  产品表面处理  4     8    
    合计       120学时      48   72  
    五、主要教学方法与手段
    ⒈ 以讲解、启发、辅导及对话式的方法进行课程理论部分的教学,分析案例,以前优秀作品的演示。
    ⒉ 社会调查和工厂的实地参观,小组讨论,设计时要求手绘、建模、渲染和二维图,最后完成模型制作和文本,模型时技师加以辅导。
    六、课程作业
    课程次数:10;
    作业:
    1、为制作两维或三维小型木制结构一件,
    2、为制作完整三大材料结合制品一件。两件作业均要求手绘图纸一套,且完成装配,主要连接方式不允许用胶、钉等。
    七、考核方式与评价标准
    本课程的考核为规定项目的设计(总分为100分)
    1. 市场调查报告 10%
    2. 手绘、建模、渲染和二维图  20%
    3. 设计的合理性  20%
    4. 模型制作40%
    5. 文本制作  10%
    八、推荐教材与主要示范参考资料
    ⒈ 教材:自编讲义。
    ⒉ 参考资料:
    (1)     邬树德,李筱莉.实用木材加工技术手册[M].合肥:安徽科学技术出版
    社,2009.
    (2)赵占西.工业设计材料与加工工艺[M].北京:机械工业出版社,2008.
    (3)程能林.产品造型材料与工艺[M].北京:北京理工大学出版社,2008