定义增强现实系统的需求，以克服在协同设计会议中创建和使用设计表示的挑战外文翻译资料

定义增强现实系统的需求，以克服在协同设计会议中创建和使用设计表示的挑战

关键词：协同设计;共同创造;空间增强现实;原型;设计表现;需求

摘要：众所周知，在涉及设计师和非设计师双方参与的协同设计会议中，采用不同类型和特征的设计表现形式，会对这些会议在创意生成、创意评估和交流方面的效果造成一定影响。本研究记录了从业者在创建协同设计会议时，所使用的设计表现形式所面临的挑战，同时继续探究空间增强现实技术(SAR)在克服这些挑战时的潜力。基于SAR的应用程序的优点是，多个概念可以用一个物理模型来表示，概念可以在会议讨论期间实时修改，而且不需要额外的设备(如头戴式显示器或手持式设备)，从而消除了可能影响与会者之间自然互动的干扰因素。通过对设计行业从业者的访谈和对原型SAR系统的测试，来确定从业人员在目前使用设计表现形式时所面临的关键挑战，并以此为依据提出用于协同设计会议的SAR系统的技术需求。这些发现可以为致力于支持协同设计会议系统.的技术开发人员和研究人员提供帮助。

1. 介绍

设计表现在整个产品开发过程中至关重要，因为它们有助于表达设计思想并获取当前开发状态下的设计提议，并随着设计在连续迭代中的演变而更新。先前的研究表明，使用设计表现形式不同会对设计过程产生重大影响，如促进或阻碍沟通（Billinghurst et al. 2003）和创造力（Atilola, Tomko, and Linsey 2016; Hauml;ggman et al. 2015）方面。因此从业者需要结合他们的目标仔细考虑他们将使用的设计表现的类型。

协同设计会议时设计过程中的一种特殊活动，它给设计表现的创建和使用带来了额外的挑战。协同设计的参与者通常包括内部团队成员、客户和最终用户。值得注意的是，这里使用术语“客户”来代表为组织或组织中的某部门工作并委托设计活动的人，而“最终用户”是实际使用产品的用户。因专业背景与设计水平的差异可能会在不同身份的设计参与者之间造成沟通障碍与误解。

“XR”扩展现实技术，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和空间增强现实（SAR），提供了可能有助于从业者克服在协同设计会议中创建和使用设计表示时面临的一些挑战。本文中探讨了一套基于SAR技术的用于创建协同设计会议中使用实际表现的系统。在开发原型的SAR系统时，系统的需求通过不断的迭代过程来明确。该原型系统的初步试验用于进一步明确和细化需求。涉及到了两个研究问题：

1. 在协同设计会议中，设计行业从业整在制定和使用设计表现方式时面临哪些挑战？
2. 设计行业从业者对支持协同设计会议的SAR系统有什么需求？

本研究的应用范围为产品及包装设计。这项研究一般性结论的得出从以下方面调查相关：

• 研究人员调查了协同设计会议在工业中的使用情况
• 研究人员调查了设计表现在协同设计会议中的作用
• 管理/促进协同设计会议的行业从业者（内部或咨询）
• 为产品开发这一阶段开发ICT工具的计算机科学家

1. 文献综述

设计表现形式在合作设计会议中发挥着重要作用，设计表现可以使团队能够对正在设计的产品形成共同的愿景（Ouml;zccedil;elik Buskermolen and Terken 2012）并支持创意的产生 （Van Der Lugt 2005）。然而，实际表现也可能会带来挑战，下面将描述一些从学术文献中确定的挑战。

2.1. 在合作设计会议中，设计行业从业者在制作和使用设计表现时面临的挑战

2.1.1 减少设计表现的时间与成本

减少上市时间和开发成本通常是产品开发长期关注的问题，这也适用于如何快速且低成本地进行设计表现。影响设计表现所影响设计表现所需时间和成本的一些因素是逼真度(即所代表的细节水平)和工艺(即成品的质量/专业程度)(Hallgrimsson 2012)。设计师面临的挑战是尽可能便宜和快速地创造出符合预期目的的设计表现形式。Lim、Stolterman和Tenenberg(2008)将此正式表述为“原型的经济原则”，他们将其定义为“最好的原型是以最简单和最有效的方式，将设计理念的可能性和局限性呈现出来并加以衡量”。

2.1.2. 选择正确的设计表现形式来支持想法的产生和审查

许多研究人员已经研究了设计表现的类型对设计过程的不同方面的影响。关于创意的产生方面，Hauml;ggman等人(2015)发现，使用蓝色泡沫作为原型介质的设计师能够比使用CAD或草图的设计师更快地产生创意，并且能够产生更多在创新方面被高度评价的创意。作者还发现，就几何学的新颖性而言，使用CAD创建的概念评价并不高。这使得Hauml;ggman认可Robertson和Radcliffe(2009)的早期发现，在设计过程中过早使用CAD有时会导致设计空间探索的限制提前产生，从而降低了创意的新颖性。

另一个被研究的方面是设计表现类型对“固定”问题的影响。“固定”是一种心理现象，设计师在设计新东西时不经意间继承了之前例子中的特定和无用功能(Crilly 2015)。关于这个话题，Atilola、Tomko和Linsey(2016)比较了草图和功能树作为向学生设计师群体展示示例解决方案的方法。他们发现，使用草图展示解决方案的那一组更容易产生固定现象，与草图组相比，功能树有助于减少固定现象，并产生更高质量的想法。Viswanathan和Linsey(2011)发现，在他们的设计实验中，使用需要更多时间、精力或成本来创造的设计表现与较高的专注度和较低的新颖性相关。

除了创意产生，研究人员还研究了设计表现在设计评审活动中的作用。Hannah, Joshi和Summers(2012)向一组工程学生展示了使用各种设计表现形式的设计任务的解决方案。那些被展示了高保真原型的团队对他们的解决方案的评估最有信心，并且得到了最正确的答案。

这些发现表明，快速、廉价和低保真度的设计表示可能是支持“发散性”、创意生成活动的最有效方法，而高保真度的设计表示则需要“收敛性”审查和过滤活动。

2.1.3. 避免误解

设计表示是潜在最终产品的不完整和近似表示，这可能会导致利益相关者的误解。例如，在手机界面的用户测试中，Lim等人(2006)发现，在PC屏幕上或在纸上构建界面模型，而不是在手机屏幕上，会导致对界面应该如何使用的误解。

Hudson和Mankoff(2006)认为，用户界面设计面临的挑战之一是，设计师经常必须在“hellip;hellip;看起来像最终产品(无论是物理上，如使用泡沫模型等媒体，或视觉上，如使用Flashtrade;等工具)，或像为最终产品设想的交互方式一样工作(如通过屏幕模拟提供等效的交互)”。他们认为，设计表现的这两个方面的分离“hellip;hellip;导致设计过程的流动性降低，在设计过程中沟通和迭代可能更慢、更弱”。

总之，在创建和使用他们的标准类型的设计表示时，设计从业者面临着许多挑战。这些挑战已确定通过研究集中于设计相关的具体问题而确定的,但有趣的是,还没有对设计行业从业者在为协同设计会议使用与制作设计表现时表示困难。因此，以上确定的挑战是否代表了从业者在为协同设计会议中准备相应的设计表现手段时面临的全部和详尽的总结，这一点并不明显。本文提出的研究旨在部分解决这一问题。在下一节中，我们将考虑扩展现实（X-reality）技术在克服一些已知挑战方面可能发挥的作用。

2.2. 扩展现实技术在协同会议中的作用

2.2.1. 扩展现实技术的介绍

在最高层次上，扩展现实技术可以分解为VR(用户完全沉浸在一个完全虚构的世界)和AR(数字图像叠加在现有的物理世界上，以“增强”物理世界)(Milgramand和Kishino 1994)。

VR系统通常通过一个头戴式显示器(HMD)或“CAVE”系统来实现，该系统利用一个立方体状的空间，其中的图像由一系列投影机显示，并根据用户头部的方向更新，以确保真实的虚拟视角。在增强现实技术中，最常见的两种方法是使用光学头盔显示器(OHMD)或手持设备(HHD)，它们允许数字内容覆盖在用户的视线中。SAR是一类不太常见的AR，它将数字内容投影到物理原型的表面。投影的内容可以用来表示:

• 产品表面的预期颜色、材料和饰面
• 标识、图像和文字(见图1(a))
• 屏幕、按钮、刻度盘或其他用户界面元素
• 隐藏的细节和可视化的工程分析

当SAR系统采用运动跟踪技术时，用户可以拾起并处理用于设计表现的物件，投影的数字内容将保持与物理原型正确对齐(图1(b))。

图1 (a) SAR系统中的模型和图形用户界面。(b)SAR系统中被跟踪投影的模型。

2.2.2 扩展现实技术如何应对这些挑战？

扩展现实技术提供了克服先前强调的设计表现形式创建和使用中的一些挑战的可行性。例如，可以通过使用单个物理原型，将多个可替代设计概念以数字方式投影于物理原型上(使用AR或SAR技术)，从而减少所需的物理原型数量和相关的材料成本与制作原型所消耗的时间成本。表1提供了扩展现实技术如何帮助解决前一小节中确定的挑战的例子。

表1 如何通过扩展现实技术来解决共同设计会议中设计表现形式的创建所面临的挑战的例子。

外文原文资料信息

[1] 外文原文作者：Jamie Orsquo;Hare, Elies Dekoninck, Mendy Mombeshora, Philippe Martens,Niccolograve; Beca

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