淺談虛擬現實技術及其在機械設計與制造中的應用

朱和鯤

摘 要：從虛擬現實技術的含義入手，分析相關文獻后，總結出了這一技術在機械設計與制造中的實際應用情況，以期為今后虛擬現實技術的實際應用提供正確的參考。

關鍵詞：虛擬現實技術；機械設計；機械制造；電子科技

中圖分類號：TP319；TH122 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.140

隨著我國科學技術的不斷完善和發展，機械設計與制造在實際生產過程中也在不斷改善和創新。為了滿足不同顧客的需要，制造企業需要在競爭過程中不斷自我完善和提高，進而保證產品質量。虛擬現實技術作為電子信息化創新的產物，在社會生產中能發揮著重要的作用。本文分析了這一技術在機械設計和制造中的應用情況，探究了該技術在機械設計和制造中的先進性。

1 虛擬現實技術

虛擬現實技術是21世紀電子科技領域的先機技術，1982年，技術研發者以計算機仿真技術為模板進行研發創新，綜合了當時各個領域的先進技術，開發出了全新的以人機界面形式存在的計算機系統。虛擬現實技術具有較高的真實性，在實際操作過程中，可以清晰捕捉到操作者的視覺、聽覺和觸覺，它是一種人機交互的計算工具。利用這一技術，操作者可以實現極端復雜的數據運算，使用戶能夠進入該環境中，實現了用戶與環境的完美互動。在實際應用過程中，這種技術深刻地揭示了虛擬技術的本質，為人們帶來了虛擬現實的便捷化服務。

在實際應用過程中，虛擬現實技術能夠形成逼真的影響虛擬環境，使用戶在虛擬空間中實現與現實的交互，在感受操作虛擬世界的同時，從這些環境中獲得身臨其境的感受。虛擬現實技術的具體特征有以下幾點。

1.1 實時性

在虛擬網絡技術的實際應用過程中，用戶獲得了實時參與的能力，在實際應用過程中，這一技術充分實現了用戶與系統的一體化。用戶在實際應用虛擬網絡技術處理問題的過程中，運用完善的網絡系統為用戶營造智能化的軟件應用，使用戶的構思與系統創新相統一，讓用戶實現自主操作、便捷化操作，真正幫助用戶更好地繼續工作和學習。

1.2 交互性

虛擬現實系統是用戶和計算機通過鍵盤、鼠標所實現的一種近乎自然的交互，用戶運用多種交互手段，例如數據手套、聲音命令、文字輸入等，實現了與虛擬現實系統的交互。在虛擬現實技術的實際應用過程中，系統支持多種設計行為，例如仿真、評估、建模和預測等。利用這些設計行為，用戶可以在虛擬現實系統中實現多樣化的創新。

1.3 沉浸性

沉浸性是虛擬現實技術實際應用中的主要表現特征，用戶在利用虛擬網絡技術運算的過程中，可以將自身的情感反應通過虛擬網絡有效傳遞出去，利用虛擬現實生成一個非常逼真的網絡世界。在用戶實際操作的過程中，視覺、聽覺、觸覺等因素都是用戶用來感受虛擬世界的手段，這些因素使得用戶在實際使用虛擬現實系統的過程中有一種身臨其境的感覺，充分實現了該技術的沉浸性。

2 實際應用

2.1 虛擬制造

虛擬制造是虛擬現實技術實際應用于機械設計和制造的有效體現。這種全新的制造方式是指采用計算機仿真系統與虛擬現實技術實現高速網絡下的計算機控制，在計算機群組中建立與產品相關的三維動態模型，使產品的設計、工藝、特點和加工制造都能通過三維模型直觀地展現出來，以此實現虛擬制造的實際效用，為實際生產制造提供安全性保障。將虛擬制造應用于在企業中的成功案例有很多，例如，我國在研發波音777飛機時，在機械設計和制造過程中采用了虛擬現實技術，利用虛擬制造為客機的生產和加工提供了網絡技術的全面性保障，使整個產品的生產通過三維實體模型進行了直觀的研究和展現，將實際生產時間縮短了近3個月，使777飛機在研發成功后一次試制成功，極大地保證了機械生產的效率。

2.2 虛擬設計

虛擬設計是虛擬現實技術中的重要組成部分，具體是指設計人員在設計產品時，詳盡地分析、檢查和研究產品后，對產品進行了完善化的設計。在設計過程中加入虛擬技術，有效保證了產品設計的效率和準確性，減少了資金和材料的消耗，為企業生產研發提供了有效的保障。

目前，在我國工程研發的過程中，有2種基于虛擬技術的虛擬設計方法：①利用CAD系統進行產品設計建模，然后再將模式輸入虛擬生產設備中進行產品設計。②利用VR-CAD系統將虛擬現實技術與CAD環境結合起來。在產品設計過程中，這種方式既保證了產品設計環境的穩定性，又保證產品的功能、外形、質量和材料等因素不會發生改變，使產品設計在虛擬技術的支持下能夠高精度、高效率地完成。

2.3 虛擬產品概念設計

概念設計是機械設計中創新性思維的具體表現，又是一種理想化的物質形式。在機械設計和制造的過程中，為了保證產品起始設計構思的準確性，需要捕捉產品的基本形態，而虛擬產品概念設計恰恰可以滿足這一要求。虛擬概念設計是用虛擬技術為用戶提供了多種輸入方式，使用戶利用手勢、語言等方式隨時更改自己的形態建模，并且通過三維空間設計讓用戶可以直觀地觀察產品設計情況，從而達到用戶滿意的效果。虛擬現實技術在產品概念設計的過程中，使用戶可以清晰地表達出自己所要設計的思路，讓人們對這一系統產生一種直觀性的交互感受。這種特性極大地降低了虛擬現實技術投放市場的風險，為該技術在今后的實際應用中提供了有效的保障。

3 結束語

綜上所述，虛擬現實技術可以從根本上改變傳統機械設計和制造中的設計與生產模式，使設計、制作、修改實現高效化和安全化，極大地減少產品生產、設計過程中的能源和資源消耗，為我國建設綠色節約型社會提供有效的保障。由此可見，虛擬現實技術具有廣闊的實用前景，在今后的機械設計和制造中值得大力推廣和應用。

參考文獻

[1]劉進出.機械設計中的虛擬系統[J].信息技術教育，2013，12（09）：23-24.

[2]楊劍鋒.虛擬現實技術[J].西北科技大學院報，2012，23（07）：23-25.

〔編輯：白潔〕

Abstract： Starting from the meaning of the virtual reality technology， analysis of the relevant literature， summed up the practical applications of this technology in the design and manufacture of machinery， in order to provide the correct reference for the practical application of virtual reality technology in the future.

Key words： virtual reality technology； mechanical design； mechanical manufacturing； electronic science and technology