基于VR技術的汽車自動化生產平臺建設方案

文/張磊

近年來，隨著信息技術的發展，我們開始進入到信息告訴發展的時代，在這種時代背景下，設計支持系統能夠為產品生產提供大量幫助，起到降低生產成本、提高生產效率、增強產品質量等作用。當前，我國汽車行業已處于一種初步發展的階段，隨著經濟的不斷發展，我國在汽車行業領域的科技水平也不斷提高，因此，在科技水平的帶動下，汽車行業高速發展，迅速形成了基于CAD，CAM等技術的三維建模，工程化生產以及性能仿真分析等體系架構，然而，如何向大眾直觀的展示關于汽車的生產流程與效果，并且為產品的生產改進提供戰略性建議，不僅需要改進汽車原有的生產技術，增強汽車的生產科技水平，降低生產成本，提升產品質量等措施，還需要我們加大對于汽車生產技術的研究，利用科技，進一步分析虛擬現實技術的應用，能夠為解決這一問題提供重要的方法與途徑，虛擬現實是涉及傳感測量，系統仿真，多媒體，可視化人工智能，圖像等多種技術。近年來，隨著我國的科技總體水平不斷提升，因此促進了經濟的迅猛增長，為快速發展的信息技術奠定了良好的基礎，以及VR技術的大規模使用，我們可以利用VR技術提供的手勢識別等設備，以及關于人體等生物聲音，觸覺，視覺的反饋系統，進而達到可以實現生產對象和生產者的感知交互，使申請者沉浸在現場方式感知的目的，從而讓申請者切身的感受到現實的舒適與體驗后，再令其對產品的體驗和生產效果進行系統的評價，因此這種具有體驗感覺的評價具有一定的真實性與感知力，可以當做對該汽車產品的使用參考，對汽車產品的生產與開發都具有一定的積極作用，同時也起到了促進作用。在本課題的研究中，我們將針對汽車行業的發展對于市場的需求進行系統的調查，根據相關的調查數據進行研究探討，并提出面向汽車產品開發的虛擬現實服務平臺，該服務平臺能夠為相關人員進行感知評價以及成品驗證，并且可以提高產品的質量，進行可視化服務。

1 系統的總體功能

該系統可以分為三個層次環境，第一個層次環境是環境層，環境層作為整個平臺的支持環境，它包括了開發與應用支持環境以及網絡支持環境，即Web環境，同時Web環境是由內、外兩個環境共同構成的，并且Web環境的網速較快，能夠為網絡瀏覽速度準備1M以上的帶寬，為更多的人帶來極速上網速度的體驗。虛擬現實的開發與應用環境有專用的VR設備建模，以及開發支撐創軟件共同構成。在應用工作層上，VR設備建模是整個虛擬現實部平臺的重要核心，決定著整個平臺的運行工作，VR設備建模主要針對汽車生產需求開發需要等方面，建立了四個VR供給系統，這四個系統具體包括：汽車配置DIY虛擬體驗，虛擬駕駛，支持360°車展系統，數字系汽車產業園系統，并且這個四個VR供給系統還能夠與VR支持環境共同作為汽車產品的工業生產提供服務支持。而服務層則是該服務平臺的主要活動場，在支持環境以及VR應用工具的支持下，服務層能夠為工業生產提供重要的生產體驗，同時也可以為工業生產提供決策上的支持，以及向大家展示等具體服務，服務層存在的作用是在于改善汽車產品的生產，提高汽車產品生產的質量，能夠讓生產出來的汽車更好的應用于服務，VR系統涵蓋汽車產品生產的多個環節，因此，VR系統為工業園區汽車行業的發展戰略提供重要的決策依據。

2 VR系統的開發和利用環境

從VR系統的開發與應用環境上來看，VR系統包括兩個部分，這個兩個部分分別是VR技術研究實驗和VR應用服務的開發環境，具體來講，VR技術研究實驗環境中主要包括：單通道平面背投式，主動立體虛擬現實系統，是由VR投影顯示，圖形生成，人機交互，輔助外設系統功能共同構成的，因此VR技術研究實驗是屬于一個小型技術實驗以及研究的開發運行環境。而從應用和開發環境上來看，VR技術研究實驗是一種雙通道，平面背投式主動立體虛擬現實系統，由圖形工作站，集群系統，人機交互，輔助外設以及投影顯示系統共同構成，同時VR技術研究實驗還具有工具軟件系統。因此VR系統的存在能夠為用戶提供高度沉浸感的虛擬環境，用于汽車整車較大的工業產品可視化展示，生產性能分析以及虛擬裝配維護，模擬駕駛等功能。

3 虛擬現實服務平臺的工具系統

當前，在面向汽車生產的虛擬現實平臺時，可以從虛擬現實平臺的應用工具上劃分為四個應用系統，第一種體應用系統就是汽車配置DIY體驗系統，汽車配置DIY體驗系統能夠應用于支持汽車的生產人員根據客戶的實際需求調控，從而進行個性化的配置，其中包括輪胎，座椅，內飾等、或者進行顏色更改等，并且汽車配置DIY體驗系統還能夠充分利用沉浸式的虛擬環境來展示汽車的生產環節，性能評估以及驗證效果，能夠讓客戶體驗產品的性能驗證配置生產的DIY效果。第二種應用系統是汽車虛擬駕駛支持系統，這種汽車虛擬駕駛支持系統是基于VR技術的新駕駛系統，它可以采用半實物仿真進行實驗，汽車模擬駕駛是指針對不同型號的汽車產品，駕駛模擬對象以及變形的路況，外觀環境，生產人員都可以駕駛虛擬汽車在道路上行駛，體驗者能夠利用高度的沉浸感來評判和體驗駕駛的行為，具有強烈的代入感，從而根據虛擬的真實體驗來思考汽車的相關性能，并且可以根據不同的路況和視野，從產品生產階段基于數字化來實現可駕駛性地評估，因此汽車虛擬駕駛支持系統將為產品生產的定型提供重要且寶貴的意見。360°虛擬車站以及網絡技術以及VR技術的全景虛擬現實車展系統，能夠以滾動式來展示汽車配件產品，將車展轉移到網絡上，利用鼠標客戶可從不同角度瀏覽車展，包括產品的圖像VR模型。利用這種虛擬車展可以為車輛銷售提供重要的輔助手段，從一定程度上極大的降低了銷售成本，為其汽車和配件的可銷售性提供了支持。數字汽車產業園，基于VR技術以及GIS技術的數字汽車產業園系統針對二三維地圖，實體模型以及多種景觀模型，進而構建數字化的汽車產業園。與前面的虛擬駕駛系統結合起來，能夠由相應的規劃人員進行產業園的管理，通過地理空間數據分析統計有關信息，并實現可視化展示。真實考察園區現有人文景觀和工業和諧性，以及未來布局的合理性，能夠為汽車產業園區的可持續性發展提供決策支持。

4 基于云服務的VR平臺架構生產

當處于一種獨立的環境背景下時，VR系統會受到定制開發，特定應用環境維護等多種技術以及成本等因素的限制，從一定程度上來講，VR系統并不能大范圍、大幅度的投放入工業生產中，在生產的過程中無法實現技術的普及與應用，為了能夠合理解決這一問題，針對此等問題，我們提出了基于云服務的架構，加入VR部署虛擬現實資源，并實現動態調整信息便捷發布，提供重要的支持。基于云服務的VR模型是以支持環境作為核心的模型，該模型通過接入以及接觸這兩個過程，能夠做到服務于不同的用戶對環境包括資源虛擬管理服務，以及實例管理和門戶這三個部分。而系統所服務的商業用戶也是管理員的使用者與系統的提供者，系統的使用者可以利用VR服務用戶，通過門戶平臺提供相應的請求，動態建立應用和使用現有的服務，而提供者是VR服務的發布者，可以向管理員提出正式的申請，進行資源注冊，根據自身需要的服務模塊進行硬件資源的調整，進行及時的信息發布，最后將其接入云端中。接收到服務請求后，該系統會自動或者手動開啟任務，完成任務后，會根據選擇的服務模塊中的相關規定，審核通過后，將最終結果發布出去。管理者實際上也是虛擬現實服務平臺的管理員，平時的工作就是負責日常系統的維護與管理等，協調多用戶應用關系，同時還需要進行云服務的接入與接出任務。

除此之外，在面向汽車生產開發的虛擬現實服平臺構成，在軟件上包括數據庫，仿真應用，數據開發工具應用，服務器系統，中間件等。在硬件上包括駕駛臺，虛擬設備，主體間關系復雜。因此，在系統邏輯生產中需要考慮軟硬件資源接入以及資源利用問題，可以設計物聯層和服務管理層，不同系統間需要實現系統操作以及數據的交互，要及時的完成相關資源、數據共享的目標，具有較強的實時性需求，能夠具有知識工程支持模塊。

5 小結

總而言之，VR技術是解決產品生產效果評價的有效途徑，同時也可以為汽車自動化生產技術的實現，創造出更好的平臺，在本次研究中我們基于汽車產品生產提出了虛擬現實服務平臺系統，并根據其結構功能以及應用和開發環境和目前正在研發的服務工具進行系統的分析，希望能夠給汽車行業的相關工作人員提供有意義的幫助。