基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計與制造中的應(yīng)用分析

胡三河

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，各種各樣的高科技技術(shù)也不斷產(chǎn)生，這些技術(shù)的最終目的都是服務(wù)于各行各業(yè)，從而方便人們的生活，促進(jìn)社會的進(jìn)步。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是順應(yīng)時代發(fā)展的潮流逐漸發(fā)展起來的一種新技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以生成一種逼真的虛擬環(huán)境，使用該技術(shù)的人自然可以進(jìn)入虛擬空間，進(jìn)而感知和操作虛擬世界中的對象，獲得一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其自身的優(yōu)良特性，在機(jī)械設(shè)計與制造方面有著廣泛的應(yīng)用。因此本篇文章主要探析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 機(jī)械設(shè)計 制造

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0079-01

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在科學(xué)的發(fā)展之下逐漸應(yīng)運而生的一種高新技術(shù)。這也是適應(yīng)時代發(fā)展的必然趨勢，正是由于它的發(fā)展符合了現(xiàn)代人們的需求，因而它的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了人機(jī)界面的發(fā)展，同時對各大工程的大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展有一定的推動作用。以計算機(jī)仿真和數(shù)控加工技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計算機(jī)來模仿真實的數(shù)控設(shè)備工作環(huán)境，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)的功能越來越強(qiáng)大。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概述

現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為了計算機(jī)及相關(guān)硬件設(shè)備的基礎(chǔ)，它融合了多方面高科技技術(shù)，從而為人們展現(xiàn)出一種集視覺、聽覺、觸覺這三者為一體的虛擬環(huán)境，滿足人們的實際需求。正是因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的特征明顯，才使得它的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。虛擬技術(shù)以沉浸性、交互性、多感知性、構(gòu)象性這四個特點為主。沉浸性指的是虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造的虛擬環(huán)境容易讓人沉浸其中，猶如在現(xiàn)實世界一樣。交互性指的是用戶可以對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操縱并且可以從中得到反饋。多感知性指的是在虛擬環(huán)境中人們除了視覺感知、聽力感知、觸覺感知之外，還包括味覺感知、嗅覺感知等多種感知能力。構(gòu)象性指的是虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣闊的可構(gòu)象空間，可以隨時拓寬人類的認(rèn)知范圍。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)械設(shè)計與制造中的具體應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)過程

在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計與制造的過程中，在整個制作的過程中一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，所有制造出來的試樣必須重新進(jìn)行測試，由此可知，這種傳統(tǒng)的產(chǎn)品的開發(fā)過程容易容易造成浪費，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本也急劇增加。而運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)于整個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，在沒有實際制造出物力樣機(jī)之前，就可以事先對產(chǎn)品進(jìn)行工程分析、性能分析、可裝配性分析、工藝規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計等多種不同的工序，在整個機(jī)械設(shè)計與制造的過程中，用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來代替物力樣機(jī)，自然與產(chǎn)品有關(guān)的反復(fù)設(shè)計、制造、測試也是可以在樣機(jī)上面測試的，由此一來，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，而且也提高了效率，降低了工程的成本（如圖1）。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)械設(shè)計方面的應(yīng)用

在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方面，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅可以提高產(chǎn)品的各方面能，使其更符合不同方面的需求，擁有更好的市場。首先，相關(guān)的設(shè)計人員根據(jù)具體情況設(shè)計出相應(yīng)的機(jī)械產(chǎn)品，接著對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行各方面都研究、檢查及分析，在一系列的工序結(jié)束之后，來檢驗產(chǎn)品的性能是否符合要求。如果有任何不符合要求的地方，必須及時地做出相應(yīng)的修改，使其逐步趨于完善。在機(jī)械設(shè)計的虛擬設(shè)計系統(tǒng)中，主體部分主要分為兩大塊，一個主體是虛擬設(shè)計系統(tǒng)的主體，也就是人們熟悉的虛擬環(huán)境生成器，這是必不可少的工具，另一個主體是外部的設(shè)備，設(shè)備種類主要包括數(shù)據(jù)傳輸裝置、信號控制裝置等多種不同的裝置設(shè)備。在機(jī)械設(shè)計的過程中，使用的比較普遍的方法主要有兩種，一種是以VR-CAD系統(tǒng) 為主，該系統(tǒng)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)充分引入到不同的CAD環(huán)境中，CAD環(huán)境可以賦予設(shè)計的對象具有豐富的外形，而且它各方面的性能信息都可以知道。另一種設(shè)計方法是直接利用CAD系統(tǒng)直接生產(chǎn)模型，接著將模型通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)轉(zhuǎn)換成符合要求的不同格式。便于后續(xù)的模型處理，如此一來，整個機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計就完成了。正是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，使得設(shè)計出來的產(chǎn)品更能符合大眾的需求，而且在一定程度上提高產(chǎn)品的性能，為虛擬產(chǎn)品的應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)械制造方面的應(yīng)用

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)機(jī)械制造這一個過程，也就是采用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)與此同時在高性能計算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，使得計算機(jī)上的群組協(xié)同工作，將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計工藝、加工制造等方面的加工與控制。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中，可以極大地促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的制造水平，運用計算機(jī)的控制，整個制造過程的工序可以簡化很多。尤其是可以提高制造產(chǎn)品的質(zhì)量，使得生產(chǎn)出來的虛擬產(chǎn)品能夠更加符合要求，與此同時，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，節(jié)約了大筆費用。虛擬設(shè)計技術(shù)在機(jī)械制造方面虛擬樣機(jī)代替具體物理模型，對產(chǎn)品的全壽命周期進(jìn)行展示、分析和測試，對存在問題的地方進(jìn)行修改，提高產(chǎn)品一次試驗成功率，減少設(shè)計制造費用，縮短設(shè)計開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高研發(fā)水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的性能也將不斷完善，逐步擴(kuò)大虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍，從而推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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