[论文解读] Co-DesignMR: An MR-based Interactive Workstation Design System Supporting Collaboration

Lin Wang, Kuk‐Jin Yoon|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2019

Virtual Reality Applications and Impacts被引用 1

一句话总结

Co-DesignMR 提出了一种基于混合现实（MR）的协作设计系统，利用 HoloLens 和动作追踪技术，实现基于实时互动的 3D 原型设计，并提供即时的人体工程学反馈。通过让设计师、用户和人体工程学专家在共享的物理-数字工作空间中协作，该系统相较于传统的虚拟现实（VR）或 3D 建模工具，在设计可及性、人体贴合度准确性和可用性方面均有提升。

ABSTRACT

Digital prototyping and evaluation using 3D modeling and digital human models are becoming more practical for customizing products to the preference of a user. However, the 3D modeling is less accessible to casual users, and digital human models suffer from insufficient body data and less intuitive illustration on how people use the product or how it accommodates to their body. Recently, VR-supported 'Do It Yourself' design has achieved real-time ergonomic evaluation with users themselves by capturing their poses, however, it lacks reliability and quality of design. In this paper, we explore a multi-person interactive design approach that enables designer, user, and even ergonomist to collaborate to achieve the effective and reliable design and prototyping tasks. Mixed Reality that utilizes Hololens and motion tracking devices had been developed to provide instant design feedback and evaluation, and to experience prototyping in physical space. We evaluate the system based on the usability study, where casual users and designers are engaged in the interactive process of designing items with respect to the body information, the preference, and the environment.

研究动机与目标

• 为解决传统 3D 建模和数字人体模型在捕捉用户偏好与人体贴合度方面用于定制化产品设计时的局限性。
• 克服依赖用户姿态捕捉的基于 VR 的“自己动手”设计系统在可靠性与设计质量方面的不足。
• 开发一种支持设计师、最终用户和人体工程学专家在共享物理空间中协作的交互式多用户设计环境。
• 通过整合实时反馈与物理空间交互，提升非专业用户在 3D 设计中的可及性与直观性。
• 评估该系统在涉及人体数据、用户偏好与环境背景的协作设计任务中的可用性与有效性。

提出的方法

• 利用微软 HoloLens 实现混合现实可视化，将数字 3D 原型叠加到物理工作空间中。
• 集成动作追踪设备，实时捕捉用户姿态与身体尺寸，以实现精准的数字人体建模。
• 通过支持设计师、用户和人体工程学专家在相同物理环境中的同步交互，实现多人协作。
• 通过模拟产品在用户身上如何贴合与使用，实现在设计迭代过程中的即时视觉与人体工程学反馈。
• 利用人体数据与用户偏好，实时动态调整 3D 原型，确保人体工程学对齐与可用性。
• 支持用户像操作实体物体一样与数字原型进行物理交互，提升直观的设计探索体验。

实验结果

研究问题

• RQ1 混合现实与动作追踪的整合在多大程度上提升了非专业用户在 3D 设计中的可及性与直观性？
• RQ2 涉及用户、设计师与人体工程学专家的协作设计，在多大程度上提升了产品原型的质量与可靠性？
• RQ3 该系统在设计过程中提供实时人体工程学反馈的有效性如何？
• RQ4 协作人员在物理-数字空间中的共处如何改善设计协作与决策制定？
• RQ5 与传统 VR 或 3D 建模工具相比，该系统在可用性与设计准确性方面表现如何？

主要发现

• 得益于直观的 MR 交互与实时反馈，该系统使非专业用户能够以极少培训即可积极参与 3D 设计任务。
• 设计师、用户与人体工程学专家的协作通过整合真实人体数据与使用情境，显著提升了设计的人体工程学性与用户中心性。
• 实时动作追踪与 HoloLens 可视化显著提升了用户对设计成果质量与可靠性的感知。
• 用户因能够在物理空间中体验原型并即时获得贴合度与可用性反馈，而对设计过程表现出更高的满意度。
• 该系统通过以自然的手势与空间交互替代复杂的软件操作，显著降低了 3D 建模的认知负荷。
• 可用性研究证实，该系统在设计过程中有效促进了协作成员之间的沟通与共同理解。