基于虚拟现实技术的现代产品设计制造

《基于虚拟现实技术的现代产品设计制造》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于虚拟现实技术的现代产品设计制造虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR)是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术。它综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备及多媒体计算机仿真技术，在计算机上生成一种特殊的、可交互的三维环境(虚拟环境)。科学技术的发展赋予了“虚拟”和“现实”两个原本矛盾的词新的含义。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生

2、成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。VR技术主要包含“多感知性”、“浸没感”、“交互性”和“构想性”四方面特征。首先，“多感知性”是指通过虚拟现实技术实现听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉及运动等方面的感知能力。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。其次，“浸没感”是指作为主角的人感受到的虚拟环境的真实性。理想的虚拟现实环境，让用户真假难辨，如同在现实世界中一般。再次，“交互性”指用户对模拟环境内物体的可

3、操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。最后，“构想性”用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念，构想客观不存在的事物或是不可能发生的事件。一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力

4、觉反馈系统等功能单元构成。现如今，虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。虚拟现实技术在现代产品设计中最重要的应用莫过于虚拟制造技术。虚拟制造通过虚拟现实技术在计算机上建立虚拟环境，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等，在其中完成产品制造的，设计、加工、装配、评价四个阶段，模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，提高人们的预测和决策水平，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。虚拟现实技术在现代产品设

5、计制造中发挥了如下重要作用：首先，利用虚拟现实技术，我们可以模拟产品的外形、结构设计。采用虚拟现实建模的外形设计，可以随时修改、测评，方案确定后的模型数据可直接用于冲压模具设计、仿真和加工，甚至用于广告和宣传。在复杂产品的结构设计中，通过虚拟现实技术，可以直观地进行设计，避免可能出现的干涉和其他不合理问题。例如，设计师戴上头盔显示器，便可穿行于虚拟的“飞机”中，审视飞机的各项设计。其次，虚拟现实可缩短开发周期，降低费用。现代产品设计制造在虚拟环境中进行产品设计、制造和测试，利用这种数字产品，可以进行产品的外观审查和修改、装配模拟和干涉检查、机械的运动仿真、零件的加工模拟，乃至产品的工作性能模拟

6、与评价，以便在产品的生命周期的上游设计阶段就可以消除设计的缺陷、评价加工的可行性和合理性，预测产品的成本和使用性能，提出修改的措施和方法。设计师可以在设计阶段对设计方案进行可视化的性能评估，只有在虚拟设计制造方案成熟后，在实际制造阶段才需要投入原料、人员、厂房、设备。这不仅降低了产品设计和完善的成本，还减少了整体开发和测试时间。例如克莱斯勒公司1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，完全省略了中间的试生产。克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。再次，虚拟现实有助于现代产品设计制造的整体规划

7、。在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，企业可以全面改进组织管理工作，对生产计划、交货期、生产产量等做出预测，利用计算机的快速运算能力，用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因此可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费。计算机还可以重复仿真，优化实施方案。及时发现问题并改进现实制造过程。这对正确做出决策有不可估量的影响。另外，可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产