工业造型计算机辅助设计系统

成果与项目的背景及主要用途：工业造型计算机辅助设计系统（IMDS1.0）

是在天津市应用基础重点基金的资助下，根据工业设计领域的需求，将虚拟现实

技术、虚拟人技术、IBMR 技术和全局光照技术、协同工作等多项计算机图形新

技术应用于工业造型设计领域。在对这些新技术进行创新性研究的基础上，开发

了支持工业造型设计的新型工具软件系统。作为支持工业造型设计的计算机辅助

软件和工具，目前在国际上尚无专门的用于工业造型设计的软件产品，大多借助

于机械、建筑、影视动画等 CAD 软件来完成设计。因此该项成果具有一定的创

新性和先进性，该项目所研究的技术不仅对提升我国的工业设计水平具有积极的

意义，并且在动画、虚拟现实等其他领域有着广泛的应用前景。

技术原理与工艺流程简介：本项目面向工业造型设计领域的需求，对多项计

62天津大学科技成果选编

算机图形学新技术进行了创新性研究。提出了适应工业设计特点的分布式虚拟现

实协同设计环境；通过对基于图像的造型和绘制技术（IBMR）的关键环节研究，

实现了基于图像的新型建模方法及全景图拼接功能，并消除了纹理变形；提出了

逆向运动学和关键帧相结合的虚拟人底层运动控制手段，以及基于包容式结构和

专家系统技术的虚拟人高层运动控制手段，为人机工程仿真测试提供有效的人体

运动模拟手段。并利用整体光照算法，以实现几何形体的真实显示效果。

技术水平及专利与获奖情况：目前正在申请软件著作权。

应用前景分析及效益预测：目前，在国内外尚无专门为工业造型设计开发的

工具软件系统,用户多采用建筑、机械等 CAD 软件作为支持工具，如 Pro/Engineer、

EDS Unigraphics、EUCLID、AutoCAD、SolidWorks 或直接应用它们的造型和绘制功

能或使用在这些软件系统中含有的支持工业造型设计的模块。这类软件一般均具

有很强的造型能力，尤其是复杂曲面的造型。但在图形生成的质量上，很难满足

工业造型设计的要求。一些影视制作、动画生成或图象处理软件系统也常被用来

进行工业造型设计，如 Alice Wavefront、MAYA、3DS Max、Photoshop 等。它们

虽在图象效果和动画生成上各有独到之处，但在模型表示和数据结构上均未考虑

与造型设计相关的结构和功能设计以及之后的人机工程测试环节。

随着改革开放的日益深入，尤其是面临着加入 WTO，人们已开始逐步认识

到工业造型设计对产品的市场竞争力、企业形象的重要性，都将会把产品造型设

计放在非常重要的位置上来，相应的对工业造型设计工具的需求就会升高，将会

有很大的用户群，因而将会有非常好的市场前景。

应用领域：工业产品造型设计、人机工程仿真测试、计算机动画等领域。