<ul><li>M. Tovey and S. Porter, 2004, “Sketching, concept development and automotive design”, Design Studies 24, pp.135-15...
<ul><li>Sketching, concept development and automotive design” </li></ul><ul><li>草圖 ,  概念發展與汽車設計 </li></ul><ul><li>作者 : Tov...
摘要 <ul><li>本研究整理了有關 概念草圖 (concept sketching) 及 視覺化思考 (visual thinking) 領域的研究 ( 大多來自建築及工程設計領域 ) </li></ul><ul><li>運用圖層分解的方法...
1. 概念圖 (concept sketch) <ul><li>設計過程中的不同階段會有不同的 drawing,  初期的 sketch 是未結構化 (unstructured) 與曖昧 (ambiguous) 的。設計師將焦點放在 sketc...
<ul><li>在建築領域的觀點 ,  對於 concept sketch,  設計師所歸納的角色如下 : </li></ul><ul><li>(Do, E Y, Gross, M D, Neiman, B and Zimring, C, 20...
<ul><li>在工程領域中定義了三種 sketch </li></ul><ul><li>(Ferguson, E S, 1992) </li></ul><ul><li>思考的圖 (thinking sketch): 用於聚焦並引導非語言的思考...
<ul><li>在工程概念圖中定義了 5 種程度的複雜度 </li></ul><ul><li>(Rodgers, P A, Green, G and McGown, A, 2000) </li></ul><ul><li>複雜度 1:  單色線圖...
<ul><li>Tovey, M (1989) 對 drawing 的分類。 </li></ul><ul><li>…………………………………………………………………………………………………………… </li></ul><ul><li>不精細的 ...
2. 視覺思考 (Visual thinking) <ul><li>McKlm(1980) 認為視覺思考類似”圖的再現過程” (representational procedure of frawing),  是看 (seeing) 、想像 (...
<ul><li>Schon and Wiggins(1992)  認為設計是「由 drawing 所建構的素材之間的對話 ,  並相當依賴 seeing  」 , 此對話的基本架構 :seeing-moving-seeing 是一種「設計」與「...
<ul><li>在建築領域的 Goldschmidt(1994) 提出相當有力的見解 :  </li></ul><ul><li>他認為設計師總是運用想像力以產生新的造形組合 ,  再用 sketch 來呈現。更重要的是 ,  她補充設計師也用相...
<ul><li>初期 sketch 的活動 ,  主要是為了讓設計師定義出一些線索 ,  以用來形成與傳達設計概念 ,  設計師運用一系列快速的 sketch,  以週期的方式 (cycle manner) 來轉換影像 (transform i...
<ul><li>Goel(1995) 定義了 sketch 操作的兩個階段 : </li></ul><ul><li>橫向轉換 (lateral transformations):  </li></ul><ul><li>從一個想法移到另一個些微不...
<ul><li>前述研究多為探討概念圖的目的、其如何完成、與如何電腦輔助 ,  但很少有研究探討汽車的 concept sketch,  與其是否能運用於電腦予以輔助 ,  而汽車設計對於 CAD 需求與縮短時間相當重視 ,  故本文以此為主題...
3. 汽車設計的概念圖 <ul><li>但對不同線條可定義為 :  </li></ul><ul><li>Form line( 造形線 ): 車身線 </li></ul><ul><li>Crown line( 冠狀線 ): 並非真正的外形線 , ...
4. 草圖分層 <ul><li>搜集線條複雜度為 5 的汽車 sketch,  並對 Sketch 進行分層 ,  以瞭解那些視覺元素對造形而言是最重要的 </li></ul><ul><li>結果解析出 </li></ul><ul><li>21...
5. 六位學生繪製草圖過程的觀察
6. 六位專業設計師繪製草圖過程的觀察
7. 討論與結論 <ul><li>學生與專業設計師的異同 ,  大部份的表現很相似 </li></ul><ul><li>< 相似處 > </li></ul><ul><li>1. 先畫輪子 ,  再畫外形線 ( 驗證 form line 的角色最...
7. 討論與結論 <ul><li>雖然很多研究認為 CAD 的輔助在概念階段不適合 ,  但在本研究中並非如此 ,  設計師均願意用 CAD,  並依其個人需求使用 ,  如用簡單的 CAD 技術 ,  如 3D 建模 ,  用 Alias s...
<ul><li>2. Sketching and direct CAD modeling in automotive design  </li></ul><ul><li>汽車設計的草圖繪製與直接 CAD 建模 </li></ul><ul><li...
摘要 <ul><li>本文提出兩種電腦輔助汽車風格設計( computer-based car styling )的方法 :  包括 材質貼圖 ( texture mapping )與 直接電腦建模 ( direct computer mode...
1. 前言 <ul><li>大部份汽車設計已運用許多 CAD 技術 ,  但在概念起始階段 ,  全部用電腦來操作仍太過勉強 ,  因快速概念的產生通常以 sketch 方式呈現 ,  但大部份 CAD 技術卻很花時間。 </li></ul><...
1 . 目前汽車產業的設計過程 <ul><li>汽車產業是巨大而高度結構化 ,  許多長久以來決策的方式仍被認為有用。 </li></ul><ul><li>目前設計師( stylist )與工程師 (engineer) 之間有明顯的區別。 </...
1.2 設計的電腦應用 <ul><li>styling 的過程可分為兩部份 </li></ul><ul><li>1. 概念設計( concept design- 到第 4 週為止 ) </li></ul><ul><li>2. 設計發展( des...
1.3 提供給設計師的 CAD 系統 <ul><li>Van Dijk ( 1995 )發展了”快速造形設計”的原型( Fast Shape Design:FSD ) ,  以協助設計師進行概念設計 ,  其特色是提供如傳統 2D 繪圖的工具表...
<ul><li>Tovey and Dekker(1997) 所進行的快速造形研究 ,  係利用灰階圖片來產生立體的表面變化 ,  可快速產生汽車造形及人臉。 </li></ul><ul><li>此 depth mapped surface 在...
<ul><li>Hummels and Overbeeke(1998) 開發了一個以二手的手勢為基礎的汽車造形系統 ,  利用手勢的移動在空間中畫出曲面 ,  運用移動時的壓力來控制曲面的張力強度。 </li></ul><ul><li>其它還有...
2. 概念建模( concept modeling ) <ul><li>概念設計是否應以 CAD 為基礎則是另一件事了 , Tovey(1994) 指出概念設計的需求是管理設計過程並提供進一步的資訊 . </li></ul><ul><li>而用...
2.1.1 案例 ( 一 ): 同步法 (a simultaneous approach) <ul><li>此案例為全職學生 ( 曾在設計公司實習 ),  所使用方式採電腦建模以及油土模型混合操作方式 . </li></ul><ul><li>其...
2.1.3 案例 ( 二 ): 不可回復 (no going back) <ul><li>此案例為兼職學生 ,  在 Jaguar 汽車公司工作 ,  已有 14 年油土經驗 ,  所使用方式採直電腦建模方式 ,  其只需畫幾張 sketch ...
2.1.4 案例 ( 三 ): 安全的方法 (a safe approach) <ul><li>此案例亦為兼職學生 ,  在 Rover 汽車公司工作 ,  已有 14 年油土經驗 ,  同樣在快速草圖後 ,  就直接在電腦建模 . </li>...
3. 草圖貼圖 (sketch-mapping) <ul><li>相關研究是 1994 年起由 Coventry University 所開始發展 ,  其目的是希望讓建模的速度能與像畫草圖一般快速有效率 ,  並能保留 sketch 原來自然...
3.1 材質貼圖 (texture mapping) <ul><li>Tovey(1997) 發展材質貼圖方法 ,  能將手繪的 sketch 貼在電腦模型 (base model) 上 ,  呈現的結果如同可任意旋轉的 3D Sketch. ...
3.2  實作方法 (The demonstrator) <ul><li>正交貼圖 (Orthographic pasting)  </li></ul><ul><li>首先用曲線建立電腦模型的框架 (wire model),  再建立表面 (s...
<ul><li>正交貼圖 (Orthographic pasting)  </li></ul><ul><li>– 將正視圖的 sketch 貼到 base model 上 . </li></ul>
3.3  評量與確認可行 (evaluation and varification) <ul><li>前述方法 ,  經由許多公司設計師評量 ,  顯示結果可行 ,  後續並有 Delft 科技大學與 BMW 合作的研究亦確認可行 (Overb...
<ul><li>Rover MGF 的例子 ,  將 sketch 貼圖貼到 base model 上 ,  並與實車比較 ,  驗證了此方式的可行性 .  </li></ul>
3.4  軟體開發過程修改 (improving the process) <ul><li>提供設計師使用的 CAD 系統 ,  其應 </li></ul><ul><li>但前述操作草圖貼圖的介面尚不完整 ,  故需開發一方便的介面 ,  以亦...
<ul><li>本研究所開發介面的操作過程 (by Harris)  </li></ul><ul><li>載入 3D surface model,  模型的各個曲面需事先分離 . </li></ul><ul><li>用滑鼠點選以選擇某一曲面時 ...
 
 
4. 結論 (conclusion) <ul><li>本研究結論認為混合採用”直接建模”與”材質貼圖”可得到最好的結果 ,  在傳統 sketch 外 ,  增加易於從其它視角觀看的屬性 . </li></ul><ul><li>仍有一疑問是 ,...
<ul><li>New insights in computer-aided concept design.  </li></ul><ul><li>電腦輔助概念設計的新觀點 </li></ul><ul><li>作者 :  Van Dijk Ca...
摘要 <ul><li>本文探討一些「電腦輔助概念設計」的需求 ,  開發了一個曲面建模的軟體原型 ,  並由一群專業的工業設計師進行評估 ,  最後對於 sketch 輸入及不精確資料的處理 ,  提出了一些建議 .  </li></ul>
1. 前言 <ul><li>「電腦輔助概念設計」對工業設計師而言仍是具爭議的主題。 </li></ul><ul><li>為何設計師不會用 3D CAD 進行概念圖設計 ?  原因出在系統不適合 ,  且設計師無法從中獲得有用的結果。值得探討的是...
1. 電腦輔助概念設計 (computer support for conceptual design)   <ul><li>在討論設計新的 CAD 系統前 ,  首先需先定義欲協助設計週期的那個部份 ,  </li></ul><ul><li>...
<ul><li>從文獻探討中 ,  所得到建議電腦輔助概念造形設計的需求包括 : </li></ul><ul><li>( 項目 1 與 5 是基本功能 ): </li></ul><ul><li>資料易於輸入 (Easy data entry <...
2. 快速造形設計系統 (Fast shape design:FSD) <ul><li>由荷蘭 Delft 大學工業設計工程系經過三年所開發完成快速造形設計系統 (FSD) 。 </li></ul><ul><li>對於較複雜的曲面較有幫助 , ...
FSD 系統的操作程序
3. 對 FSD 系統所做的測試 <ul><li>電腦輔助概念設計對於概念設計是有幫助的嗎 ?  若是的話 : </li></ul><ul><li>1. 對甚麼產品有用 ? </li></ul><ul><li>2. 應協助那些行動 ? </li...
3.1  測試程序 <ul><li>共有 8 位設計師參與 (4 位來自 3~6 人小型公司 , 2 位為學生 , 2 位來自汽車及家電的大公司 ),  以質化方式進行 . </li></ul><ul><li>首先閱讀 FSD 使用手冊 </l...
上圖所示的 2 個概念 ,  是冷氣零件的一部份
3.2 測試結果 <ul><li>繪製的圖平均有 13 條 spline curve( 一半是畫的 ,  一半是系統產生 ), 18 個 link, 5~6 個 patches(1/3 有 3 個邊 ,  其它為 4 個邊 ). </li></...
本文作者試著自己操作評估 ,  發現只比其他人快 20%
4. 結論 <ul><li>電腦輔助概念設計工具之於 sketch 的角色 ,  可用文書處理軟體之於 writing 的角色來解釋 ,  而目前我們仍在打字機時代 . </li></ul><ul><li>FSD 對概念設計階段初期是有幫助的 ...
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甚麼是Sketch-三篇和Sketch相關的研究

  1. 1. <ul><li>M. Tovey and S. Porter, 2004, “Sketching, concept development and automotive design”, Design Studies 24, pp.135-153 </li></ul><ul><li>>> 草圖 , 概念發展與汽車設計 </li></ul><ul><li>2. Michael Tovey and John Owen, 2000, “Sketching and direct CAD modeling in automotive design, Design Studies 21, pp.569-588 </li></ul><ul><li>>> 汽車設計的草圖繪製與直接 CAD 建模 </li></ul><ul><li>Van Dijk Casper, G C, 1995, “New insights in computer-aided concept design”, Design Studies, 16(1),pp.62-80. </li></ul><ul><li>>> 電腦輔助概念設計的新觀點 </li></ul>甚麼是 Sketch? 三篇和 Sketch 相關的研究 整理 : 明志科大 工設系 洪偉肯
  2. 2. <ul><li>Sketching, concept development and automotive design” </li></ul><ul><li>草圖 , 概念發展與汽車設計 </li></ul><ul><li>作者 : Tovey and Porter (2004) </li></ul>
  3. 3. 摘要 <ul><li>本研究整理了有關 概念草圖 (concept sketching) 及 視覺化思考 (visual thinking) 領域的研究 ( 大多來自建築及工程設計領域 ) </li></ul><ul><li>運用圖層分解的方法 (de-layering analysis), 探討汽車設計草圖中的 1. 造形線 (form line) 、 2. 冠狀線 (crown line) 、 3. 區域線 (area line) 、 4. 陰影 (shading) 、 5. 上彩 (colouring) 等 , 並證明了在汽車造形設計中造形線 (form line) 的重要性。 </li></ul><ul><li>本研究以錄影方式一群觀察研究生與 6 位專業設計師 , 確認了造形線在設計過程的重要性與 sketch 活動所扮演的中心角色 , 以及概念發展過程具有「互動」與「重複」的本質。 </li></ul><ul><li>最後提出若要開發「電腦輔設計的系統」 , 必需考量到草圖繪製過程的活動 , 應採取「擴大」而非「取代」傳統手繪活動 . </li></ul>
  4. 4. 1. 概念圖 (concept sketch) <ul><li>設計過程中的不同階段會有不同的 drawing, 初期的 sketch 是未結構化 (unstructured) 與曖昧 (ambiguous) 的。設計師將焦點放在 sketch 的原因 , 與創新與創意有關 (Purcell and Gero, 1998) 。 </li></ul><ul><li>概念設計階段的特性是充滿模糊的知識 (vague knowledge) 與不斷改變的目標 (shifting goals) (McGown, A, Green, G and Rodger, P, 1998) 。 </li></ul>
  5. 5. <ul><li>在建築領域的觀點 , 對於 concept sketch, 設計師所歸納的角色如下 : </li></ul><ul><li>(Do, E Y, Gross, M D, Neiman, B and Zimring, C, 2000) </li></ul><ul><li>產生概念 (generating concepts) </li></ul><ul><li>外觀化與視覺化問題 (externalizing and visualizing problems) </li></ul><ul><li>使問題解決與創意的成果可行 (facilitating problem solving and creative effort) </li></ul><ul><li>讓感知與概念轉換變可行 (facilitating perception and translation of ideas) </li></ul><ul><li>呈現現實世界的人造物是可被操控與推理 (Representing real world artifacts that can be manipulated and reasoned with) </li></ul><ul><li>修改與精鍊想法 (revising and refining ideas) </li></ul>
  6. 6. <ul><li>在工程領域中定義了三種 sketch </li></ul><ul><li>(Ferguson, E S, 1992) </li></ul><ul><li>思考的圖 (thinking sketch): 用於聚焦並引導非語言的思考。 </li></ul><ul><li>透視的圖 (prescriptive sketch): 用於指點繪圖員以完成 drawing 。 </li></ul><ul><li>說話的圖 (talking sketch): 技術人員據此可彼此交換意見以釐清問題點稱之。 </li></ul>
  7. 7. <ul><li>在工程概念圖中定義了 5 種程度的複雜度 </li></ul><ul><li>(Rodgers, P A, Green, G and McGown, A, 2000) </li></ul><ul><li>複雜度 1: 單色線圖 , 無陰影及色彩 , 單一厚度 </li></ul><ul><li>複雜度 2: 單色線圖 , 無陰影及色彩 , 厚度變化以強調 , 可加註解 </li></ul><ul><li>複雜度 3: 單色並用約略陰影來概略表現外形 , 可加註解 </li></ul><ul><li>複雜度 4: 線條與陰影 , 也包含色彩與漸層 </li></ul><ul><li>複雜度 5: 全彩圖以呈現產品像甚麼樣子 , 包括色彩、光影、影子、 </li></ul><ul><li>註解與尺寸 </li></ul>
  8. 8. <ul><li>Tovey, M (1989) 對 drawing 的分類。 </li></ul><ul><li>…………………………………………………………………………………………………………… </li></ul><ul><li>不精細的 (Undetailed) 概略的圖 (Diagrammatic drawing) 抽象圖示 (Abstract Schematic) </li></ul><ul><li>具象的圖 (Repersentational drawing) 想法圖 Ideas Sketching </li></ul><ul><li>概念圖 (Concept drawing) </li></ul><ul><li>測量圖 (measured drawing) 套件 (Package) </li></ul><ul><li>一般安排 (General Arrangement) </li></ul><ul><li>Axonometric </li></ul><ul><li>精細的 (Detailed) 零件圖 (Parts drawing) </li></ul><ul><li>…………………………………………………………………………………………………………… </li></ul><ul><li>concept sketch 是「一組足以表達設計內容給觀看者的視覺線索 (a collection of visual cues sufficient to suggest the design to an informed observer) 」 (Tovey, M, 1997) </li></ul>
  9. 9. 2. 視覺思考 (Visual thinking) <ul><li>McKlm(1980) 認為視覺思考類似”圖的再現過程” (representational procedure of frawing), 是看 (seeing) 、想像 (imaging) 、畫 (drawing) 三方向的互動。 </li></ul><ul><li>對建築師來說 , 在以畫圖為基礎的過程中 , 被描述為提供抽象化與問題解決 (Laseau, P, 1989) 。 </li></ul><ul><li>Suwa, Purcell and Gero (1998) 認為 : </li></ul><ul><li>1.sketch 像是外部記憶體 , 可讓一些想法能在事後仔細查閱。 </li></ul><ul><li>2.sketch 像是視覺線索的提供者 , 並與功能的議題有關 </li></ul><ul><li>3. 最重要的是 , sketch 可讓人設身處地思考其實際的情況 </li></ul>
  10. 10. <ul><li>Schon and Wiggins(1992) 認為設計是「由 drawing 所建構的素材之間的對話 , 並相當依賴 seeing 」 , 此對話的基本架構 :seeing-moving-seeing 是一種「設計」與「發現」之間的互動。 </li></ul><ul><li>其認為設計師在紙上畫圖 , 觀察產品逐漸成形 , 並採用不同的「看的方式」 ( 如視覺領悟 (visual apprehension) 和逐步觀看 (literal seeing) 。當有一些發現時 , 特徵與關連被定義出來 , 並累積產生出更深入的瞭解 , 此過程是電腦無法複製的。 </li></ul>
  11. 11. <ul><li>在建築領域的 Goldschmidt(1994) 提出相當有力的見解 : </li></ul><ul><li>他認為設計師總是運用想像力以產生新的造形組合 , 再用 sketch 來呈現。更重要的是 , 她補充設計師也用相反的方式工作 , 即用 sketch 來產生心中的造形影像。她認為設計師與 sketch 的互動是一種理性的推論方式 , 其特性是經由「概念 (conceptual) 」與「圖形辯論 (figural argument) 」間的系統化交換。 </li></ul><ul><li>自由手繪 (freehand sketching) 常用在設計 , 並通常需要大量的 sketch, 有些 sketch 和並非遵照心中的概念 , 但卻更好 , 因此設計師的 sketch 並不只是記錄想法 , 而是能更進一步產生想法 , 這就是 visual thinking 。 </li></ul>
  12. 12. <ul><li>初期 sketch 的活動 , 主要是為了讓設計師定義出一些線索 , 以用來形成與傳達設計概念 , 設計師運用一系列快速的 sketch, 以週期的方式 (cycle manner) 來轉換影像 (transform image), 每個 sketch 在心中產生影像 , 並驅使跟隨著設計的主題發展 , 並使設計師能增、減、修改先前的影像。 </li></ul><ul><li>因為 sketch 不需要用來與他人溝通 , 故設計師不需要很精確 , 只要能快速表達即可 , 而「速度」是讓轉換能發生的重要因素。故 Goldchmidt 的結論是 , 像是電腦這類太複雜的工具 , 會忽略創意思考過程。 </li></ul><ul><li>Goldchmidt 觀察到 , 設計師會思考 sketch, 並由 sketch 中擷取資訊 , 即使沒有參與設計 , 亦能由其中推理 , 此行動的方式為兩種方式 : 看來像是 ...(seeing as) 、看到 ...(seeing that) 的辨證過程的連結 , 此亦和先前提到的 seeing-moving-seeing 的過程相似。 </li></ul>
  13. 13. <ul><li>Goel(1995) 定義了 sketch 操作的兩個階段 : </li></ul><ul><li>橫向轉換 (lateral transformations): </li></ul><ul><li>從一個想法移到另一個些微不同的想法 </li></ul><ul><li>2. 垂直轉換 (Vertical transformations): </li></ul><ul><li>從一個想法到相同但更明確的想法 </li></ul><ul><li>藉由橫向轉換 , sketch 在問題解決階段的創新、開拓、開放扮演很重要的角色 . </li></ul><ul><li>Garner(2001) 也認為 , sketch 像是一手可摸到 , 一手可刺激再詮釋 , 缺乏清晰 (clarity) 反而很重要。 </li></ul>
  14. 14. <ul><li>前述研究多為探討概念圖的目的、其如何完成、與如何電腦輔助 , 但很少有研究探討汽車的 concept sketch, 與其是否能運用於電腦予以輔助 , 而汽車設計對於 CAD 需求與縮短時間相當重視 , 故本文以此為主題加以探討。 </li></ul>
  15. 15. 3. 汽車設計的概念圖 <ul><li>但對不同線條可定義為 : </li></ul><ul><li>Form line( 造形線 ): 車身線 </li></ul><ul><li>Crown line( 冠狀線 ): 並非真正的外形線 , 但可呈現輪廓 </li></ul><ul><li>Area line( 範圍線 ): 簡單定義一區域的線段 , 可能是一個獨立的元件 </li></ul>幾乎均以線段方式表達 , 不常用陰影及色彩 , 即可表現 3D 的造形感覺
  16. 16. 4. 草圖分層 <ul><li>搜集線條複雜度為 5 的汽車 sketch, 並對 Sketch 進行分層 , 以瞭解那些視覺元素對造形而言是最重要的 </li></ul><ul><li>結果解析出 </li></ul><ul><li>21 種 form line 樣本 </li></ul><ul><li>12 種 form shading 樣本 ( 用以呈現曲度 ) </li></ul><ul><li>8 種 component 型式 ( 如輪胎 , 水箱罩 , 後照鏡… ) </li></ul><ul><li>2 種主要的 non-form shading 型式 ( 尾燈的色彩 ) </li></ul><ul><li>亦證明 </li></ul><ul><li>form line 是最重要的 , 而 component 次要 ( 除了”輪子”因也與輪廓有關 , 重要性不亞於 form line), form shading 和 non-form shading 則均為次要 . </li></ul>
  17. 17. 5. 六位學生繪製草圖過程的觀察
  18. 18. 6. 六位專業設計師繪製草圖過程的觀察
  19. 19. 7. 討論與結論 <ul><li>學生與專業設計師的異同 , 大部份的表現很相似 </li></ul><ul><li>< 相似處 > </li></ul><ul><li>1. 先畫輪子 , 再畫外形線 ( 驗證 form line 的角色最為重要 ), shading 可能會用到 , 但在概念發展初期並不重視 </li></ul><ul><li>3. 線條的複雜度等級只有 level 1~2 ( 任何 CAD 系統必需讓複雜度 1 或 2 的 sketch 資訊產生意義 (make sense)) </li></ul><ul><li>4. 均發現過程中有視覺化思考的行為 (sketch 用以呈現心中所看到 , 與由紙上的圖形所額外引發的概念 ) </li></ul><ul><li>< 相異處 > </li></ul><ul><li>專業設計師會畫更多不同角度的 sketch( 研究者認為是經長期訓練而來 ) </li></ul>
  20. 20. 7. 討論與結論 <ul><li>雖然很多研究認為 CAD 的輔助在概念階段不適合 , 但在本研究中並非如此 , 設計師均願意用 CAD, 並依其個人需求使用 , 如用簡單的 CAD 技術 , 如 3D 建模 , 用 Alias studio paint 來上色 , 加陰影 , 或發表用 . 或用來改變比例 , 複製圖片作為底圖等用途 . </li></ul><ul><li>提出「務實的技術混合 (pragmatic mixture of techniques) 」觀念 , 可用電腦輔助以擴大 (augment) 而非取代 (replace) 傳統手繪方法 . </li></ul>
  21. 21. <ul><li>2. Sketching and direct CAD modeling in automotive design </li></ul><ul><li>汽車設計的草圖繪製與直接 CAD 建模 </li></ul><ul><li>作者 : Tovey and Owen (2000) </li></ul>
  22. 22. 摘要 <ul><li>本文提出兩種電腦輔助汽車風格設計( computer-based car styling )的方法 : 包括 材質貼圖 ( texture mapping )與 直接電腦建模 ( direct computer modeling )。 </li></ul><ul><li>本文對汽車概念設計與分析的方法與架構有綜觀的回顧 , 並運用三個案例研究描述直接建模的方法 , 以顯示不同案例在電腦使用上的差異 </li></ul><ul><li>最後提出重複結合 texture mapping 與 direct modeling 的方法。 </li></ul>
  23. 23. 1. 前言 <ul><li>大部份汽車設計已運用許多 CAD 技術 , 但在概念起始階段 , 全部用電腦來操作仍太過勉強 , 因快速概念的產生通常以 sketch 方式呈現 , 但大部份 CAD 技術卻很花時間。 </li></ul><ul><li>Van Dijk(1995) 即認為 , 目前沒有任何 CAD 系統符合概念設計的需求 , 故本文即在探討是否結合 sketch 及 computer model, 可在概念設計階段快速提供適當的 solid model 給設計師。 </li></ul>
  24. 24. 1 . 目前汽車產業的設計過程 <ul><li>汽車產業是巨大而高度結構化 , 許多長久以來決策的方式仍被認為有用。 </li></ul><ul><li>目前設計師( stylist )與工程師 (engineer) 之間有明顯的區別。 </li></ul><ul><li>全彩的 3D Model 在傳統決定要開發何種款式汽車過程中有相當重要的角色 , 通常並需製作 1/4 比例模型來輔助決策。 </li></ul>
  25. 25. 1.2 設計的電腦應用 <ul><li>styling 的過程可分為兩部份 </li></ul><ul><li>1. 概念設計( concept design- 到第 4 週為止 ) </li></ul><ul><li>2. 設計發展( design development- 之後到 26 週) </li></ul><ul><li>電腦工具在第 7 週後才會大量使用 . </li></ul>
  26. 26. 1.3 提供給設計師的 CAD 系統 <ul><li>Van Dijk ( 1995 )發展了”快速造形設計”的原型( Fast Shape Design:FSD ) , 以協助設計師進行概念設計 , 其特色是提供如傳統 2D 繪圖的工具表達手部的移動 , 使用者並可在不同的概念間切換顯示與 review 。設計師直接在透視平面上畫線(或從系統元件庫中載入) , 並將線段操作至 3D 的位置 , 並快速建立曲面 , 大部份的設計師認為此工具可協助其概念設計發展 . </li></ul><ul><li>Van Elass and Vergeest(1998) 描述了一個能快速建立細部特徵的系統 , 其藉由從已存在表面中置換一限定區域來達成。其介面採用滑動桿以改變置換區域的特性。 </li></ul>
  27. 27. <ul><li>Tovey and Dekker(1997) 所進行的快速造形研究 , 係利用灰階圖片來產生立體的表面變化 , 可快速產生汽車造形及人臉。 </li></ul><ul><li>此 depth mapped surface 在作為 texture mapping 的 base model 上相當有用 </li></ul>
  28. 28. <ul><li>Hummels and Overbeeke(1998) 開發了一個以二手的手勢為基礎的汽車造形系統 , 利用手勢的移動在空間中畫出曲面 , 運用移動時的壓力來控制曲面的張力強度。 </li></ul><ul><li>其它還有 Overbeeke, Kehler, Hummels and Stappers ( 1997 )與 Dijk, Vergeest and Horvath(1998) 的研究。 </li></ul>
  29. 29. 2. 概念建模( concept modeling ) <ul><li>概念設計是否應以 CAD 為基礎則是另一件事了 , Tovey(1994) 指出概念設計的需求是管理設計過程並提供進一步的資訊 . </li></ul><ul><li>而用電腦輔助概念設計有兩大問題 , 1. 電腦繪圖缺乏紙筆的流暢性與個人化 , 故會降低速度。 2. 受限於電腦顯示的尺寸與解析度 , 永遠比不上同時顯示 50 張圖的真實程度。若有如此的問題 , CAD 要怎樣才能讓概念設計有所幫助呢? </li></ul><ul><li>使用 CAD 的原因是為了建模型 , 但是 sketch 均是用 2D 來呈現 3D, 在傳統 styling 過程 , 3D 視覺化至少需 3 週才完成。若 sketch 可以很快的轉換為 3D CAD Model, 花費在建模的費用將大大降低。 </li></ul>
  30. 30. 2.1.1 案例 ( 一 ): 同步法 (a simultaneous approach) <ul><li>此案例為全職學生 ( 曾在設計公司實習 ), 所使用方式採電腦建模以及油土模型混合操作方式 . </li></ul><ul><li>其認為在 CAD 中易於檢驗連續性 , 但面的相交處與 R 角 , 則適合從油土中得到 , 而從油土得到的感覺 , 可進一步修改 CAD 使其更光滑 . </li></ul>
  31. 31. 2.1.3 案例 ( 二 ): 不可回復 (no going back) <ul><li>此案例為兼職學生 , 在 Jaguar 汽車公司工作 , 已有 14 年油土經驗 , 所使用方式採直電腦建模方式 , 其只需畫幾張 sketch 呈現想法後 , 即直接在電腦上建模 , 以縮短時間 . </li></ul><ul><li>認為用油土做太耗時 , 因此直接用五軸铣床加工 Poly 塑酯 , 最後再用砂紙精修 ( 不再大幅修改 ). </li></ul>
  32. 32. 2.1.4 案例 ( 三 ): 安全的方法 (a safe approach) <ul><li>此案例亦為兼職學生 , 在 Rover 汽車公司工作 , 已有 14 年油土經驗 , 同樣在快速草圖後 , 就直接在電腦建模 . </li></ul><ul><li>其建模方式只畫出主要曲面特徵 , 之後再用五軸铣床加工 Poly 塑酯形成粗胚 , 最後再以油土修改 </li></ul><ul><li>此方式必需預先做好計畫 , 並設定好調整的彈性 . </li></ul>
  33. 33. 3. 草圖貼圖 (sketch-mapping) <ul><li>相關研究是 1994 年起由 Coventry University 所開始發展 , 其目的是希望讓建模的速度能與像畫草圖一般快速有效率 , 並能保留 sketch 原來自然的感覺與的創意 . 並能解決草圖的 2D 只有單一視圖的限制 . </li></ul>
  34. 34. 3.1 材質貼圖 (texture mapping) <ul><li>Tovey(1997) 發展材質貼圖方法 , 能將手繪的 sketch 貼在電腦模型 (base model) 上 , 呈現的結果如同可任意旋轉的 3D Sketch. 此結果更佳 , 如下圖 . </li></ul><ul><li>Owen, Tovey and Dekker(1997), 亦曾過用此方法 , 將人臉的照片貼在一標準臉模型上 , 並仍能明顯的被辨認出來 . </li></ul>
  35. 35. 3.2 實作方法 (The demonstrator) <ul><li>正交貼圖 (Orthographic pasting) </li></ul><ul><li>首先用曲線建立電腦模型的框架 (wire model), 再建立表面 (surface patches), 而產生粗糙的 3D 模型 . 之後再將 sketches 用正交的 (orthographic) 材質貼圖方式 , 貼到模型上 , 如此模型保有 sketch 的特徵 , 但仍可旋轉 . </li></ul><ul><li>主要的缺點是正交貼圖會產生” sketch blend”, 即曲面方向激烈改變時產生的模糊混合 . </li></ul><ul><li>透視貼圖 (Perspective pasting) </li></ul><ul><li>用透透視方法將電腦 model 輸出為角度 3/4 的圖 , 做為設計師畫 sketch 用的底圖 , 再依相同投影角度 , 投射回 3D 模型之中做貼圖 , 此方式可降低 sketch blend 的現象 . </li></ul><ul><li>模型修飾 (Model refinement) </li></ul><ul><li>進行透視貼圖後 , 依據模型表面的 sketch 線段 , 再修正電腦模型 (base model) 使其更精確 . </li></ul>
  36. 36. <ul><li>正交貼圖 (Orthographic pasting) </li></ul><ul><li>– 將正視圖的 sketch 貼到 base model 上 . </li></ul>
  37. 37. 3.3 評量與確認可行 (evaluation and varification) <ul><li>前述方法 , 經由許多公司設計師評量 , 顯示結果可行 , 後續並有 Delft 科技大學與 BMW 合作的研究亦確認可行 (Overbeeke, Kehler, Hummels, and Stappers, 1997). </li></ul><ul><li>這些方法過去也曾在 Coventry University 進行過 , 係利用廣告中的照片及線稿 , 用透視貼法來重建 Honda Prelude 車子 , 並得到相當不錯的圖片 , 但該例仍欠缺足夠的測試驗證 . </li></ul><ul><li>Rover 亦利用旗下 Rover MGF 車款的照片與線稿建立了模型 , 並用 Alias Studio 將 sketch 投影貼圖在模型上 , 並仔細記錄鏡頭焦距 , 位置等資訊 . 最後更以實車和作出來的圖片比較 , 驗證了此過程的實用性與精確性 . </li></ul>
  38. 38. <ul><li>Rover MGF 的例子 , 將 sketch 貼圖貼到 base model 上 , 並與實車比較 , 驗證了此方式的可行性 . </li></ul>
  39. 39. 3.4 軟體開發過程修改 (improving the process) <ul><li>提供設計師使用的 CAD 系統 , 其應 </li></ul><ul><li>但前述操作草圖貼圖的介面尚不完整 , 故需開發一方便的介面 , 以亦於 3D 模型的定位與貼圖 . </li></ul><ul><li>由 Harris 開發了一個介面以實現此過程 ( 如下頁 ), 其有二種輸入方式 : </li></ul><ul><li>1.2D Sketch 或照片 . </li></ul><ul><li>2. 由圖片資料產生的 3D 造形 (Tovey and Harris, 1998). </li></ul><ul><li>並進一步考量到 </li></ul><ul><li>1. 透視投影 (perspective projection): 利用 3/4 的 sketch 投影貼在透視 </li></ul><ul><li>的 3D Model 上 . </li></ul><ul><li>2. 草圖形變 (sketch morphing): 用以調整 sketch, 以克服與 3D Model </li></ul><ul><li>不吻合的問題 . </li></ul>
  40. 40. <ul><li>本研究所開發介面的操作過程 (by Harris) </li></ul><ul><li>載入 3D surface model, 模型的各個曲面需事先分離 . </li></ul><ul><li>用滑鼠點選以選擇某一曲面時 , 曲面會反白 , 而其它曲面則變成只顯示灰色的外框 </li></ul><ul><li>選擇適當的 sketch 以貼在反白的曲面上 , 當載入時會放在預設的位置 , 此時”貼圖調整工具”亦會出現 . </li></ul><ul><li>利用貼圖調整工具 , 調整 sketch 到適當的位置 , 此步驟通常使用方位控制與比例放大功能 . </li></ul><ul><li>重複 2~4 的步驟 , 在所有曲面上皆貼上適當的 sketch, 如此即產生一虛擬的 3D sketch 模型 , 可旋轉以從任何視角觀看 . </li></ul>
  41. 43. 4. 結論 (conclusion) <ul><li>本研究結論認為混合採用”直接建模”與”材質貼圖”可得到最好的結果 , 在傳統 sketch 外 , 增加易於從其它視角觀看的屬性 . </li></ul><ul><li>仍有一疑問是 , base model 應如何取得 ? </li></ul><ul><li>建議方法 </li></ul><ul><li>產生 50 張概念草圖 , 並選取出候選清單 (short list) </li></ul><ul><li>用所選取的 sketch 來建立 base model </li></ul><ul><li>將 sketch 來貼在模型上 </li></ul><ul><li>檢視 model </li></ul><ul><li>進一步發展 sketch, 並選出最好的 </li></ul><ul><li>再用這些 sketch 貼在 model 上 </li></ul><ul><li>再檢視 model </li></ul><ul><li>修正 model </li></ul><ul><li>若需要再重複 </li></ul><ul><li>用一般的方式進行設計開發 </li></ul>
  42. 44. <ul><li>New insights in computer-aided concept design. </li></ul><ul><li>電腦輔助概念設計的新觀點 </li></ul><ul><li>作者 : Van Dijk Casper (1995) </li></ul>
  43. 45. 摘要 <ul><li>本文探討一些「電腦輔助概念設計」的需求 , 開發了一個曲面建模的軟體原型 , 並由一群專業的工業設計師進行評估 , 最後對於 sketch 輸入及不精確資料的處理 , 提出了一些建議 . </li></ul>
  44. 46. 1. 前言 <ul><li>「電腦輔助概念設計」對工業設計師而言仍是具爭議的主題。 </li></ul><ul><li>為何設計師不會用 3D CAD 進行概念圖設計 ? 原因出在系統不適合 , 且設計師無法從中獲得有用的結果。值得探討的是 , 概念設計的需求究竟是甚麼 ? </li></ul><ul><li>本文回顧與 CACD 有關的文獻 , 其提出足夠的理由來說明 CAD 系統的不足 , 其亦提出一些適合的方式可引導 CAD 軟體達成此目標。 </li></ul><ul><li>目前並無電腦輔助概念設計的系統 , 對於需求亦不瞭解 , 故在本文中將 </li></ul><ul><li>1. 列出專業設計師的需求 </li></ul><ul><li>2. 設計及實現新的 CAD 系統 </li></ul><ul><li>3. 由設計師評價該系統 </li></ul><ul><li>4. 由評價所得資料再重新評估需求 </li></ul>
  45. 47. 1. 電腦輔助概念設計 (computer support for conceptual design) <ul><li>在討論設計新的 CAD 系統前 , 首先需先定義欲協助設計週期的那個部份 , </li></ul><ul><li>右圖是 Pahl and Beitz 知名的 Design cycle 。 ( 引用自 Cross, 1989) </li></ul><ul><li>已有證據顯示 , 手繪的動作幫助設計師產生新的想法 (Athavankar, 1990) 。 </li></ul><ul><li>經由詢問設計師在設計週期各階段所需時間 , 在概念設計階段佔 10~30% 的時間。 </li></ul>
  46. 48. <ul><li>從文獻探討中 , 所得到建議電腦輔助概念造形設計的需求包括 : </li></ul><ul><li>( 項目 1 與 5 是基本功能 ): </li></ul><ul><li>資料易於輸入 (Easy data entry </li></ul><ul><li>參照草圖繪製 , 維持手的移動及建模間的關係 (hand movement) </li></ul><ul><li>能控制不精確資料 (imprecise data) </li></ul><ul><li>切換到細節 (switch to details) </li></ul><ul><li>交互參照 (review alternatives) </li></ul><ul><li>區隔概念設計系統 (separate conceptual design system) </li></ul><ul><li>用仿油土方式建模 (clay modeling) </li></ul>
  47. 49. 2. 快速造形設計系統 (Fast shape design:FSD) <ul><li>由荷蘭 Delft 大學工業設計工程系經過三年所開發完成快速造形設計系統 (FSD) 。 </li></ul><ul><li>對於較複雜的曲面較有幫助 , 但不適合只有簡單幾何的造形 </li></ul><ul><li>利用手繪方式輸入 , 所採取方式為結構法 (architectual approach), 而非雕刻法 (sculpturing approach) 。 </li></ul><ul><li>此方法係用來支援概念設計 , 而非取代傳統 sketch </li></ul>
  48. 50. FSD 系統的操作程序
  49. 51. 3. 對 FSD 系統所做的測試 <ul><li>電腦輔助概念設計對於概念設計是有幫助的嗎 ? 若是的話 : </li></ul><ul><li>1. 對甚麼產品有用 ? </li></ul><ul><li>2. 應協助那些行動 ? </li></ul><ul><li>FSD 是有用的系統嗎 ? </li></ul><ul><li>1. 是基於正確的需求嗎 ? </li></ul><ul><li>2. 應加入那些功能以符合其使用性 ? </li></ul><ul><li>下面的說法是對的嗎 ? </li></ul><ul><li>1. 相較於用紙筆繪製草圖 , 雖然 FSD 需要較多的時間與心力 , 但設計概念能易於被評估更為重要 . </li></ul>
  50. 52. 3.1 測試程序 <ul><li>共有 8 位設計師參與 (4 位來自 3~6 人小型公司 , 2 位為學生 , 2 位來自汽車及家電的大公司 ), 以質化方式進行 . </li></ul><ul><li>首先閱讀 FSD 使用手冊 </li></ul><ul><li>每位設計師都先練習一個早上 , 並做一類似物品以演練所有功能 . </li></ul><ul><li>在中午時做問卷調查以瞭解設計經驗與使用 CAD 的背景 , 以及對 FSD 系統的感覺的問卷 . </li></ul><ul><li>下午先用半小時進行 sketch, 先畫一些他們所熟悉的圖 </li></ul><ul><li>最後步驟 , 用 FSD 系統畫出概念 sketch 的 2 個圖 , 花費時間約 90 分鐘 </li></ul>
  51. 53. 上圖所示的 2 個概念 , 是冷氣零件的一部份
  52. 54. 3.2 測試結果 <ul><li>繪製的圖平均有 13 條 spline curve( 一半是畫的 , 一半是系統產生 ), 18 個 link, 5~6 個 patches(1/3 有 3 個邊 , 其它為 4 個邊 ). </li></ul><ul><li>研究並未發現”設計師背景”與”模型複雜度”之間有所關連 </li></ul><ul><li>研究認為 FSD 系統是否有用 , 取決於 ” 物體的類型” , 其對於有機外型或片狀金屬較有用 , 但對於實體 (Solid) 和幾何 (CSG) 造形則較困難 </li></ul><ul><li>分別詢問設計師對於一些操作的優缺點 , 7/8 認為 FSD 對於設計初期有所幫助 . </li></ul>
  53. 55. 本文作者試著自己操作評估 , 發現只比其他人快 20%
  54. 56. 4. 結論 <ul><li>電腦輔助概念設計工具之於 sketch 的角色 , 可用文書處理軟體之於 writing 的角色來解釋 , 而目前我們仍在打字機時代 . </li></ul><ul><li>FSD 對概念設計階段初期是有幫助的 , 其特點是可快速建立與評估 3D 概念 .( 手繪 Sketch 的圖看來是不精確的 , 但設計師心中的概念卻是清楚的 . 但 sketch 是 shorthand, 但電腦不知道甚麼是 shorthand, 所以電腦輔助概念設計的軟體必須反映此現象 ) </li></ul>
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