適用于科技館展品研發的協同設計系統

趙兵兵　李贊

[摘 要]為解決目前創新型展品在研發設計、溝通交流、資料管理、推廣制作、產權保護等方面存在的問題和困難，需探索開發適用于科技館展品研發的協同設計系統，該系統引入了多人實時協同設計的概念，綜合利用了互聯網、實時通訊、三維仿真等信息技術。

[關鍵詞]科技館 展品研發 協同設計 三維仿真

在互聯網的時代背景下，以國家、社會、公眾對科普教育的需求及科技館行業可持續發展的需要為依據，基于互聯網多人實時協同設計的需求，綜合利用云計算、大數據、實時通訊、遠程會議、圖形圖像、三維仿真等現代信息技術，研究一套適用于科技館展品研發的協同設計系統，希望能夠解決目前在科技館展品研發過程中遇到的一些問題，如獨立完成創新型展品研發的難度過高，展品研發的工作包括展品創意、原理解析、互動形式設計、機械結構設計、電路設計、軟件設計及展覽安全設計等。

從展品創意到可以正常展覽的科技館展品，設計人員需要不斷地實驗和改進，所以設計人員獨立研發一個創新型展品的難度很高。在展品研發過程中，設計團隊的溝通效率較低，設計團隊的組成一般包括科普工作者和美術、機械、電路、軟件等專業設計制作人員。在展品研發過程中，科普工作者提出一個展品創意，并根據科技館展覽經驗提出展品互動形式設計和展覽安全設計等一系列要求，在設計和制作期間需要與專業設計人員頻繁溝通和交流。由于展品研發具有實驗性質的特性，簡單的語言和文字交流很難明確表達全部的設計細節，往往會出現由于需求不明確，造成在設計過程中頻繁返工的情況。

科技館的展品研發沒有標準化的數字資源庫，目前基于展品的計算機輔助設計每個展品都是從零件開始建模，展品之間不能共享已有的數字資源，造成重復設計的工作量很大。

在沒有展品管理系統的情況下，展品研發的共建共享機制無法建立，創新展品的推廣效果受到限制，展品的知識產權很難明確。

一、展品研發協同設計系統的功能描述

科技館展品協同設計系統要求實現基于互聯網的展品資源共享和多人協作設計，并在此基礎上實現針對展品及零件數字化資源的共享和管理。協同設計系統的服務端可以架設在科技館的云平臺基礎上，通過網頁方式提供基本的數據和文件共享服務，并通過客戶端的方式實現多人實時在線協同設計。協同設計系統功能包括以下幾項。

（一）客戶端登錄

展品設計人員使用客戶端軟件登錄系統后，可以新建和管理自己創建的展品并發起協同設計的邀請，或者參與其他人員創建的展品項目以及瀏覽所有已經發布的展品項目。

（二）展品項目管理

設計人員可以創建新的展品項目，設定展品的基本屬性并開始進行虛擬拼裝。另外，也可以接收其他人員參與展品設計的申請，與其他人員進行協同設計和分享。

（三）數字化展品的構件編輯

構件編輯是指客戶端產生構件并上傳相應構件的過程。構件作為基本的展品拼裝零件，不但包括模型數據、相應的繪制材質設置數據，還包括在拼裝過程中的一些特殊定義，如每個構件可以添加幾個拼裝接口，拼裝接口在構件作為零件構造展品時如何處理構件之間的連接，以及用戶交互處理方面的功能。根據構件在展品中的作用，不同的構件還需要參與不同的仿真模塊計算，例如激光光束的反射以及投射等路徑計算。因此，需要在構件編輯中添加構件的仿真解算注冊信息。

構件在場景中還會隨仿真的推演產生相應的運動，因此還需要定義構件的運動模式以及相關的參數，這樣在仿真過程中會根據各種事件觸發的情況調用構件進行相應的運動。構件的運動定義包括運動的自由度、相應的方向和運動參數等。

對于一些參與物理仿真運算的構件，還需要定義其相應的物理模型，這里主要是碰撞包圍盒以及相應的物理模型，根據構件幾何模型尺寸大小、形狀，要求建立近似的幾何形狀作為物理模型。

（四）展品拼裝

展品拼裝的基礎是設計人員創建并分享的展品構件庫。設計人員從構件庫中選擇展品研發所需的全部構件，在三維虛擬場景中進行拼裝搭建。拼裝過程可以邀請設計團隊其他成員進入同一個虛擬場景，實時分享展品搭建過程，并可以進行協同設計。在協同設計過程中，所有參與者均可以操作虛擬展品、標注信息，并通過遠程會議的形式進行交流和討論。

（五）展品仿真

在展品拼裝和構件設置完成后，就可以進入仿真狀態。三維仿真可實現聲、光、電展品的展示效果和物理運動和碰撞仿真效果。在仿真過程中，所有參與者可以觀看同一演示場景并實時討論。

（六）網絡展覽展示

設計完成的展品可以通過網頁形式進行分享和展示。

二、展品研發協同設計系統的用戶研究

（一）科技館參觀者

增強科技館設計研發工作的可參與性，使更多的團體和個人有機會充分表達對科技的看法、對科普的需求，并可參與到展品研發工作中。

（二）科技館展品設計研發人員

提升科技館展品設計研發工作的協同效率，促進科技館展品開發行業間的協同設計，提升創新展品研發的效率和成功率。

（三）科技館管理人員

深化科技館管理人員的知識產權保護意識，研究并提出相關的知識產權及創新成果的推廣和保護機制。

（四）科技館儲備人才

通過課題實際工作的鍛煉，建立一支具備互聯網思維方式、掌握并熟練使用最新信息技術，同時具備較強展品研發設計能力，高素質的科技館展品開發專業人才隊伍。

因此，平臺需要為科技館管理人員提供展品的管理、展品的搜索、身份驗證等多種系統管理功能，為參觀者提供展品的在線瀏覽、展品的查詢、展品的協同設計等多種系統展示以及協同研發功能，將不同類型用戶組織起來，共同完成科技館展品的協同設計。

三、相關系統的對比分析

目前，市場上類似于科技館展品協同設計系統的軟件很多，表1對其中的典型軟件功能和產品定位進行對比分析，將每個軟件的優缺點匯總如下。

四、結論

目前還沒有一款成熟的軟件系統可以滿足科技館展品研發設計這種定制化協同設計的需求，協同設計團隊的每個成員都可以通過網絡共享同一個三維展品的設計界面，實時進行展品拼裝、效果演示，并可以交流討論，在科技館展品的設計過程中提高設計質量和溝通效率，實現展品設計資料的共享和管理?；诳萍拣^展品研發的協同設計系統應實現如下目標。

（一）增強科技館展品設計和研發工作的可參與性

采用以“用戶創造內容”（user-generated content）為代表的“眾包”（crowdsourcing）創新模式，充分利用社會資源，延伸創新邊界，使更多的團體和個人有機會充分表達對科技館展品的看法以及對科普傳播的需求，并可參與到展品研發工作中，充分體現“攜手用戶協同創新”的理念。

（二）提升科技館展品設計研發工作的效率

利用協同設計（Co-Design）理念，加強信息交換和相互協同機制，加強科技館展品研發行業間的相互合作，提升創新展品研發的效率和成功率。

（三）科技館展品設計的標準化

構建基于協同設計系統的科技館展品資源庫和數字零件庫，實現科技館展品設計和研發的標準化、規范化和規?；?。

（四）增強科技館展品設計人員的知識產權保護意識

由設計及研發人員研究并提出的相關知識產權及創新成果，應得到很好的推廣和產權保護。

參考文獻

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