試論機械設計制造中的虛擬現實技術

摘要：虛擬現實技術在工業領域中獲得較為成熟的運用。本文從虛擬技術的定義內涵、關鍵技術以及機械設計制作中的應用來論述虛擬現實技術在機械設計制造中的應用。

關鍵詞：虛擬現實 機械設計 感知

21世紀是高科技時代、是信息的時代。信息產物日新月異，這時人類才發覺以往傳統模式的計算機已經無法滿足時代的發展，于是產生了利用人類視覺、聽覺、感觀和形態的優勢來運用到計算機數據處理當中。由此，人們可以更方便、更容易掌握計算機技術，舒舒服服的不用動手操作就能完成理想任務，這就需要一種創新的技術，于是就產生了虛擬現實的技術。

1.虛擬現實技術概述

1.1.虛擬現實技術的特征

1.1.1.身臨其境的感觸。身臨其境的感觸是通過觀察者在一個非常逼真的虛擬世界里所展現出的情感反應，我們可以通過觀察者利用自身的感覺、聽覺和視覺來體驗虛擬世界所發生的故事，從而實現在模擬虛構的世界中進行虛擬的機械設計，這比僅僅靠設計者通過想象來設計要好得多。

1.1.2.相互性。在虛擬的現實系統中，人和機器的互動是一種貼近自然的互動，使用虛擬現實系統的用戶不僅可以利用傳統的鍵盤和鼠標來和計算機進行交流，還可以通過面部數據的掃描、口令的指揮進行交互。在這里，虛擬現實系統不僅能夠快速的對用戶指令做出反應，還能夠通過觀察用戶的舉止動作來進行監控判斷，這是一種反饋與被反饋的作用過程。

1.1.3.多功能性。因為虛擬的現實系統具有感覺、視覺、聽覺和觸覺等傳感反應裝置，也因此能使用戶在使用的過程中享受到感覺、視覺和觸覺上的特征，由此能夠開發出人類的更多潛在本領，進而不斷完善虛擬現實系統的設計。

1.1.4.時效性。虛擬的現實系統可以自動的參與到人類的生產、生活中去，可以快速的和人類進行思想、行為的交互，從而使得人機一體的智能化發展得到開發。

1.2.虛擬現實關鍵技術

虛擬現實技術的發展是離不開基本的技術和系統開發的。包括計算機圖像幀數的處理、計算機音像的環繞技術、網絡傳輸技術、人臉識別系統、硬盤數據庫容量的改進、CPU傳輸器的提升等等。他們都是發展虛擬現實技術的基礎，反之虛擬的現實技術也是以上幾種技術的寶貴結晶。在現今，虛擬現實技術的關鍵主要表現為以下幾點。

第一，虛擬現實的環境技術。要想讓虛擬現實技術得以實現，就需要在虛擬的環境中建立動態的真實環境，我們可以根據實際環境的動態數據進行編輯、整理，并根據需要，通過利用之前所取得的現實數據來在模擬環境中進行虛擬環境的現實構件。

第二，使用高水平的3D圖像處理技術。3D圖像能夠真實的生成，這一特征是離不開刷新頻率的控制的。為了滿足實時性的需求，在處理刷新頻率的幀數據時就要進行嚴格的控制，要控制在每秒15幀到每秒30幀之間，在不破壞圖像的清晰程度的基礎上，適量的提升刷新的頻率，和利用各種加速的有效技術是實現虛擬的現實系統的重要步驟。

第三，傳輸技術與數據現實的提高。我們所研究的虛擬現實的實現是離不開主體現實數據和傳輸設備的發展的，而現今的技術硬件設備根本不能滿足虛擬現實系統的研究，因此，在觸覺和視覺傳感器上仍有待進一步加強，而虛擬現實裝置的靈敏度和探究范圍上也需不斷完善。

第四，應用系統的開發。所有的新技術，它們的終極目標都是運用到現實生活中去，然而，相應運用到實際生活中，就需要有展示新技術的相應運行系統供人們使用，因此就必須要開發虛擬現實的使用工具。

2.虛擬現實技術在機械設計制作中的應用

2.1.虛擬設計

所謂的虛擬設計就是開發人員通過前期的數據調查、分析、研究等來開發的一個虛擬的產品，在這個過程中，如果遇到了數據的缺失就要進行及時的反復調整，進而確保設計產品的完善，換言之，虛擬現實技術是一個產品問世的有效途徑。在我們進行虛擬設計的過程中，會涉獵很多相關的學科和技術，這個過程是多門學科的交互才能實現。目前，在工程設計上針對虛擬現實的工程設計提出了兩種設計方法。一種是利用計算機輔助設計軟件CAD進行分析建模，然后將建模數據通過相應軟件轉換成虛擬現實軟件所能接受的格式中去，進而將模型傳輸到虛擬現實的環境中去，最終完成虛擬產品的設計。另一種則是CAD的另一種模式VR-CAD系統，這種系統不僅能將虛擬現實技術錄入到CAD模型中去，還能進行質量、材料品質等物理性能方面的分析和錄入，因此在此系統總，我們可以看到數據完整的外形結構，并在內部結構相互作用的時候可以通過外部數據輸入對其進行實時的更改。

2.2.虛擬制造

虛擬制造是實現實際制造的有效途徑，我們利用計算機仿真虛擬的技術，將現實想要生產制造的產品，通過計算機來進行各項數據的仿真模擬，形成真實的3D立體仿真效果，利用先進的計算機性能和網絡的支持，在計算機群組的協作下，將產品的各項數據集成到計算機中計算出立體、可視化的模型，從而實現了產品規劃到設計到制造到性能分析和質檢是否達標的管理過程，從而通過計算機模擬出的產物看是否符合實際要求進而再進行合理的、小成本的改動，最終符合要求再進行現實的生產。

綜上，我們能夠看出，虛擬現實技術的重要性，它從根本上改變了傳統的機械設計方式。在一個產品的生產制造之前，通過虛擬現實的運行環境來對產品進行仿真的數據分析、研究與設計，看是否滿足現實需求，并根據實際情況快速的、有效的、有針對性的進行仿真模擬產品的修改，最后進行模擬與測試，完全達到標準后再進行生產和制造。這種模擬現實的技術大大縮短了產品的開發周期、降低了研發成本、使得品質達到最優、效率大大的得到了提高。由此，模擬現實技術得到廣泛應用指日可待。

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