虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用(2)

李永耀　李國榮

摘 要：汽車是大眾出行方式之一，其安全性、舒適性和駕駛體驗都是不容忽視的因素，所以汽車行業(yè)要不斷提高設(shè)計水平。本文圍繞虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本概念進行介紹，并闡述了其技術(shù)特征，并且從汽車設(shè)計的角度出發(fā)，簡要論述了汽車設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)策略。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 汽車設(shè)計 應(yīng)用

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具備十分先進的輸入設(shè)備，比如手勢或者語音識別等，同時也具備豐富的反饋系統(tǒng)，比如聲音、觸覺以及立體視覺等方面，促使設(shè)計對象和設(shè)計者實現(xiàn)了多感知交互。事實證明，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在使汽車設(shè)計方法和理念得到優(yōu)化的同時，還節(jié)約了生產(chǎn)成本，提升了客戶體驗，也提高了研發(fā)效率。

2 在汽車設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是通過計算機仿真系統(tǒng)在三維圖像技術(shù)的支持下所營造的一個虛擬環(huán)境，在多種操作端和傳感器的作用下，使人獲得猶如身臨其境一般的體驗。近年來，汽車產(chǎn)業(yè)正在面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，迫切需要技術(shù)革新，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為汽車產(chǎn)業(yè)指明發(fā)展方向。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⒂嬎銠C和用戶當(dāng)做一個整體，能讓用戶猶如置身于真實情境中感受汽車環(huán)境和設(shè)備，當(dāng)前虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在不斷完善，本著由淺入深、由簡到繁的原則提高應(yīng)用性能。

3 在汽車設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)原因分析

3.1 傳統(tǒng)檢測車身空氣動力學(xué)特性方法不科學(xué)

為了提高車身外觀設(shè)計科學(xué)性，需要檢測車身空氣動力學(xué)特性，然而傳統(tǒng)檢測方法存在成本高、準(zhǔn)確性差的問題。

3.2 評估汽車外觀與操作便捷性方法不合理

當(dāng)今消費者對汽車美觀度和操作便捷性越來越重視，所以需要進行模擬感受，而傳統(tǒng)方法會受到視覺誤差以及真實性等影響，檢測效果難以保證。

3.3 在汽車裝配過程中容易出現(xiàn)誤差

在汽車設(shè)計過程中，汽車裝配是重要環(huán)節(jié)之一，但是整個過程非常復(fù)雜，比如在一些零件裝配或者機械系統(tǒng)裝配時，很容易出現(xiàn)失誤，對汽車質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用策略

4.1 車身造型空氣動力學(xué)特性檢測

在設(shè)計汽車外觀過程中，車身整體造型是否合理，對汽車空氣動力學(xué)特征有很大影響，比如在行駛過程中，汽車外觀呈現(xiàn)的不同造型對風(fēng)阻系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)會產(chǎn)生影響，這就意味著汽車的行駛穩(wěn)定性、汽車操控性以及汽車的燃油消耗量都會受到影響。在影響整車空氣動力學(xué)特性的因素中，車身造型非常關(guān)鍵，因此車身外觀設(shè)計一定要科學(xué)合理，而要想提升其合理性，便需要對車身空氣動力學(xué)特征展開檢測。在傳統(tǒng)方法中，主要借助風(fēng)洞實驗進行檢測，檢測對象是用油泥制作的縮小比例的車身造型，將這個油泥模型放置于風(fēng)動實驗場，然后觀察模型表面的變化或者觀察空氣流動煙霧，以測試相關(guān)性能。但是風(fēng)動實驗有一些問題難以避免。比如其制作的油泥模型和實物大小存在出入，所以檢測結(jié)果存在誤差;為了結(jié)果能夠貼近實際，需要按照1：1比例設(shè)計車身模型，但是大尺寸的風(fēng)洞結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且造價非常昂貴，并非所有汽車企業(yè)都能夠負(fù)擔(dān);車身造型設(shè)計往往不能一步到位，需要修改，這就意味著需要重新制作實物模型，然后再次進行風(fēng)洞實驗。這些方法無法保證準(zhǔn)確性，而且消耗的成本較大，這就需要設(shè)計師尋求有效的方法以及引進創(chuàng)新型技術(shù)解決這些問題。

比如設(shè)計師可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在此技術(shù)支持下構(gòu)建虛擬風(fēng)洞，然后將精心設(shè)計的汽車數(shù)字模型放置在虛擬的風(fēng)洞里，然后請一些經(jīng)驗豐富的實驗者進行操控，將汽車在不同速度下的駕駛情況以及車身各部位在行駛中產(chǎn)生的空氣流動路徑和動態(tài)效果等進行模擬，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的作用下，這些路徑都可以變成真實圖像，并且連帶的一些相關(guān)數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)也能展開實時計算。這種方法省去了制作真實汽車設(shè)計模型的環(huán)節(jié)，也節(jié)省了大量的成本，同時也縮短了修改與檢測汽車設(shè)計方案的周期。站在消費者角度而言，他們可以借助特殊的立體跟蹤顯示器感受虛擬空間的空氣流場，讓消費者猶如真實處于風(fēng)洞中一般，而且消費者的出現(xiàn)不會干擾到流體運動。由于車身模型是按照1：1比例制作的，消費者可以充分研究車身空氣動力學(xué)特征，也可以進行全方位的檢查。

4.2 車身造型和內(nèi)外飾的評價與審查

在開發(fā)新車型過程中，為了將實車的外形比例和細(xì)節(jié)真實的反映出來，通常開發(fā)者會按照1：1比例制作全尺寸樣車模型，并且嚴(yán)格的按照預(yù)期的色彩上色。同時也要放置相應(yīng)的內(nèi)飾件，使各部位線條能夠得到最終的確定。同時還對模型比例進行檢查，以便確定其是否能夠符合大眾的視覺習(xí)慣。最后由決策者對全尺寸樣車模型進行審查，然后決定是否正式生產(chǎn)該車型。此外還要考慮到車門把手的高度是否便于操作，車門的開度是否設(shè)計合理，乘客和駕駛員在車室內(nèi)的視野是否足夠開闊、各種踏板以及方向盤的位置是否舒適且便于操作、汽車儀表板的放置是否便于觀察、座椅的位置和形狀能否幫助駕駛員降低疲勞感等，這些都是整車質(zhì)量評價指標(biāo)。通常情況下，評價和檢測這些內(nèi)容是通過檢測全尺寸樣車模型進行的，而樣車和全尺寸模型花費了大量人力、財力以及時間，一旦需要更改設(shè)計，整個流程也需要重新進行，這便限制了汽車開發(fā)進度，無形中增加了開發(fā)成本。此外，即使不考慮成本以及時間等問題，傳統(tǒng)方法依然不可取，其原因在于傳統(tǒng)方法容易受到視覺誤差和真實性的影響，檢測效果根本無法保證，所以設(shè)計者要尋求有效的措施。

比如可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過對汽車內(nèi)外飾三維立體進行模擬，以影像的方式呈現(xiàn)出來，給設(shè)計人員一種猶如進入汽車內(nèi)部的感受，從而能夠站在駕駛員的角度去感受車內(nèi)的布局、材質(zhì)以及色彩的搭配效果等。比如設(shè)計人員可以結(jié)合數(shù)據(jù)手套或者立體眼鏡等交互設(shè)備，進行相關(guān)的修改和體驗。在此過程中，設(shè)計人員也可以直接進行實時模擬，也可以實現(xiàn)模擬不同中控臺布局的操作體驗。這種方法的優(yōu)勢在于設(shè)計人員能夠站在使用者的角度感受汽車的設(shè)計合理性和汽車設(shè)計的質(zhì)量，便于設(shè)計人員快速獲取最佳的設(shè)計方案。在模擬的作用下，還能有效避免一些設(shè)計缺陷，使汽車功能設(shè)計和外觀的可靠性得到保障。這樣便省去了樣車制作的繁瑣過程，也縮短了車身的開發(fā)周期，尤其在當(dāng)前市場競爭已經(jīng)到達白熱化階段，汽車行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，若能采用新的設(shè)計手段，便能夠在市場占有一席之地。因此，在汽車行業(yè)引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種必然趨勢。

4.3 汽車裝配模擬

在汽車設(shè)計過程中，汽車裝備是重要環(huán)節(jié)之一，而且是在汽車工程師的配合下共同完成的，不僅提高了工藝過程的仿真產(chǎn)品設(shè)計的效率，同時也提高了生產(chǎn)計劃的管理水平，也使生產(chǎn)作業(yè)控制可以有效的進行，讓生產(chǎn)者和工藝工程師可以在計算機虛擬環(huán)境中調(diào)整和改進工裝夾具和工藝流程。并且結(jié)合這些改變，判斷對最終裝配質(zhì)量有哪些影響，以此為依據(jù)進行調(diào)整，可以有效提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量。在汽車整車質(zhì)量中，汽車車體質(zhì)量地位舉足輕重，在車體制造中，裝配水平起著關(guān)鍵性作用，尤其車體質(zhì)量生產(chǎn)被車體生產(chǎn)裝配的每一個環(huán)節(jié)所影響。在汽車裝配過程中，無論是機械系統(tǒng)裝配還是零件裝配，任何環(huán)節(jié)對車身質(zhì)量都會產(chǎn)生影響，因此設(shè)計者要綜合考慮這些因素，并且尋求有效的策略。

比如設(shè)計者可以結(jié)合虛擬裝配技術(shù)對現(xiàn)有制造方法進行改進，以便使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高，力求在低成本條件下將車體整體誤差控制在合理范圍中。在汽車裝配模擬檢測中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要有以下幾點意義：①有效排除了裝配隱患。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，裝配工程師可以結(jié)合設(shè)計方案展開模擬裝配，如果在裝配過程中發(fā)現(xiàn)影響因素，裝配工作可以在實際裝配系統(tǒng)中進行及時的修改，為后期實際裝配生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。②降低成本。在汽車裝配模擬檢測中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以測算不同裝配方式、不同材料產(chǎn)生的各種成本，然后通過優(yōu)化和調(diào)整，尋求最佳的成本體系，以便能夠在實際裝配過程中使用最合理的技術(shù)和材料以及制定最科學(xué)的工作安排，從而能夠?qū)Τ杀具M行有效的控制。③實現(xiàn)精細(xì)化裝配模擬和檢測。制作一輛汽車需要運用成千上萬個零件，很多機械構(gòu)件和零件之間的協(xié)調(diào)性和搭配性非常關(guān)鍵，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，可以將這些精細(xì)化零件的功能表現(xiàn)和裝配效果進行模擬，讓設(shè)計者進行直觀的了解，如此便能使汽車精細(xì)化設(shè)計質(zhì)量得到有效的提高。

5 結(jié)論

在汽車設(shè)計制造領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種先進的手段，有效提高了汽車設(shè)計制造的水平，并且在全球化得到了推廣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，憑借自身的智能化、交互性以及沉浸感特征，分別將汽車設(shè)計階段的調(diào)整、優(yōu)化和檢測工作進行簡化，使評估分析效率得到了提高，同時還降低了汽車設(shè)計與開發(fā)的成本以及保證了汽車設(shè)計的質(zhì)量。

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