虛擬現實技術在機械設計與制造中的應用

何偉 錢龍宇

【摘要】虛擬現實技術是技術水平發展到一定程度下的產物，作為一種高新技術，在一定程度上順應了時代發展的必然趨勢，符合了現代人們的多樣化需求。虛擬現實技術的發展，不僅對人機界面的發展具有一定的促進作用，還對某些大工程的數據可視化的發展有推動作用。借助于計算機仿真和數控加工技術，還可以構建逼真的工作環境。

【關鍵詞】虛擬現實技術 機械設計 制造 創新

一、虛擬現實技術總體概括敘述

（一）虛擬現實技術的實質

虛擬現實技術是面向當今社會的一門先進技術，在上世紀80年代，虛擬現實技術還不能脫離計算機單獨進行應用，計算機仿真技術進行簡單的應用，所以在當時那個年代，人們對于什么是虛擬現實技術，也沒有一個完整的認識，在一定程度上來說，虛擬現實技術和沒有出現，是一樣的。筆者認為，虛擬現實技術主要通過信息收集、仿真模擬等對現實生產活動中的各個環節和各種。參與者及制造過程進行全面的復制粘貼，從而構造出一個虛擬的現實世界。使用者同時可以進入到虛擬空間，還可以成為其中虛擬空間的一部分。，進行實時交流互動，感知和控制虛擬世界中的各種對象。簡而言之，虛擬現實是一種重新構造人與世界的計算機系統，是一種人同機器進行交流互動的工具。在某種程度上使人產生和現實不相上下的感受。

（二）虛擬現實技術的特性與關鍵技術

當今社會，虛擬技術主要以沉浸性、交互性、多感知性、構象性、實時性這五個特點為主。

沉浸性指的是虛擬現實技術構建出來的虛擬環境太過逼真，以至于會使人身臨其境，沉溺其中。交互性是指進入到虛擬空間的人，可以同虛擬空間中的一切入和物，進行交流互動，甚至在某些特定情況下，還有可能得到虛擬空間中的反饋。多感知性指的是進入到虛擬空間中的人可以多種感官同時進行運用。構象性和以上幾個性能相關，正是因為，進入到虛擬空間的人會沉溺其中，再加上可以和其中的人進行交流互動，多種感官同時運用，才會感受到虛擬空間中構造物象的特征。實時性和交互性密切相關，虛擬空間的人可以同外界不定時的進行交流互動，可以把所見所聞傳遞出來。

二、虛擬現實技術在機械設計與制造中的實際應用

（一）虛擬現實技術在產品開發過程的應用

在傳統的機械設計與制造的過程中，如果生產的某一個環節出現差錯，那么整條生產流水線，都要重新來過。不僅可以造成資源的浪費，還會導致人員困乏，出現懈工怠工的狀況。不僅不利于生產，可能還會導致公司的破產。而運用虛擬現實技術于整個產品的生產過程中，在制造出物力樣機之前，就可以針對各種情況，各種環境以及各種材料進行簡要分析。在滿足消費者需要的同時針對企業具體情況，選擇最優的生產方案，從而獲得最大的效益。而在針對產品開發環節，可以利用虛擬現實模擬技術，盡可能多的做出預案，并針對不同的受眾群體，例如老年人，中學生，潮流青年，進行全方位的綜合分析之后，再度進行產品的設計。不僅可以為企業節省材料，還可以綜合優化全方位的效益。

（二）虛擬產品概念設計

概念設計是產品設計過程中的基礎階段，概念模棱兩可，最后的設計也只能是海市蜃樓。因為產品成本的絕大部分都是由概念設計決定的，設計者可以很方便的在三維虛擬環境中對所需要加工和設計的產品以及各個零件。和各條流水線，加以了解并合理運用。并可以對虛擬空間中的虛擬對象進行近距離的觀察和一定的了解，從而獲得足夠多的產品信息狀況。為設計師開展工作提供了特別大的便利，使設計師可以把自己頭腦中的東西轉變為現實存在的東西，從而更直觀的可以看到自己設計的具體情況。這樣的開發設計可以使設計師清楚的看到自己設計的缺點和漏洞，從而減少風險性，更快的達到預想的設計效果。設計師面臨最多的是需求者表述不清的問題，即使自己頭腦中的想法，也不能很好的達到需求者的要求，而虛擬技術的應用可以使需求者將自己的想法充分的展現出來給設計師，從而提高設計師和需求者的交流互動率，減少不必要的誤會。

三、虛擬現實技術在不同領域的應用

（一）虛擬現實技術在電影中的應用

4D電影主要是有三維立體空間和周圍的環境相結合，從而形成一個四維空間。4D影院的座椅完全不同于之前的影院座椅。座椅下方有以氣動作為主要為動力的互動功能，主要給人達到身臨其境的效果。除了座椅上花了很多的小心思之外，影院的整體環境也是有很多的功能的，在觀看電影的過程中，你可以看到悠長的峽谷，飛流的瀑布，可以感受到皚皚的白雪，可以和心愛的人一同白頭，也可以感受到絲絲春雨帶來的浪漫氣息，還可以看到巨大的霸王龍在你旁邊覓食，座椅的搖晃還可以讓你感受到乘船的感覺以及坐過山車的暈厥感。

在當今社會，影院的設計也是吸引影迷的一部分，不只是電影的內容，影院的整體設計，也是給影院帶來票房收入的重要內容。

（二）虛擬現實技術在教學中的應用

虛擬現實技術可以方便構建一個虛擬場景，使人能夠成為場景其中的人。在高質量的生成畫面中獲得較高體驗。例如：可以制作虛擬地理的各種地質和地形，使學生在課堂上也能獲得逼真的體驗。還可以利用3D技術重演歷史的流程，以及展示各種歷史人物形象，使人們更加能夠吸收消化課堂上的知識。

四、結束語

虛擬現實技術一定程度上改變了機械設計與制造領域中的傳統設計模式。在產品制造出來之前，在虛擬環境中對虛擬產品概念設計，生產制造技術，建模技術以及三D打印技術進行綜合應用。因此產生的效果，不管是生產者還是消費者，都是有目共睹的。此外，虛擬現實技術不僅在設備的設計和制造中有應用，還在，具體的游戲，玩具等加工制造行業也有應用。甚至是大學社團學習等等方面都有較多涉及。相信在不久的將來，虛擬現實技術能夠具體到個體或實行個性化的應用，為更多人提供便利。

參考文獻：

[1]戴晴華.虛擬制造技術及其在工程機械中的應用[J].中國工程機械學報，2010，（2）：184～189

[2]劉淑芬，高奇.虛擬制造技術在現代機械工桂設計領城中的應用[J].裝備制造技術，2009，（6）：86～87

[3]王利華.虛擬現實技術及其在機械設計與制造中的應用[J].內蒙古民族大學學報（白然科學版），2007，（1）：72～75