基于3DCS的VR虛擬感知質量技術在汽車開發中的應用

摘 要：基于3DE強大的渲染功能，仿真實車真實的環境（場景、光源強度等），通過3DCS技術，在造型設計階段，仿真模擬實車下線的DTS狀態，將3DE與3DCS相結合，仿真模擬實車狀態，通過VR技術可視化呈現仿真渲染結果，提前識別實車制造階段可能出現的感知質量問題，即時對造型、DTS等進行優化驗證，規避感知質量問題流入制造階段。

關鍵詞：3DCS技術；3DE；VR；感知質量；造型；DTS

相對主流主機廠的VR虛擬感知技術有區別，目前主流主機廠主要采用靜態外觀評價，即造型數據的理論狀態評價，這樣的評價不全面，沒有把制造工藝能力等影響因素考慮進去，無法仿真模擬實車下線的真實狀態。

3DE、3DCS及VR技術的結合應用

3DE是用于涂裝顏色仿真的軟件，因此涂裝顏色仿真的axf文件可直接用于造型渲染。同時3DE軟件可設置光源、背景等環境因素，可仿真模擬真實的環境因素，仿真結果更加真實。

3DCS是用于公差分析和變異分析的軟件，在3DCS軟件中通過Spec studies模塊可定義造型分縫處的間隙面差，通過驅動定義好的Spec studies可改變造型數據的間隙面差，從而達到仿真模擬實車下線狀態的間隙面差的狀態。

VR虛擬現實技術是通過計算機技術、信息技術及系統平臺，實現對數據信息在平臺終端的映射，構筑出一個具有沉浸性、虛擬性及網絡性的環境[1]。

基于3DE軟件開發的3DCS軟件，可打開在3DE中的渲染文件，并可以通過驅動spec studies實現仿真模擬實車下線的不同間隙面差狀態，通過VR設備將仿真渲染的結果1：1三維立體可視化呈現。

虛擬感知質量技術

1.造型感知質量評價

受到人視角高度、角度等影響，汽車造型設計的理論間隙面差與評價人員實際所觀察的結果不一致：問界M9側圍與背門外蒙皮設計面差為0mm（以側圍為測量基準），但視覺面差不均如圖1所示，感知質量較差，在不進行造型數據更改的情況下，可通過3DCS軟件改變側圍與背門外蒙皮下段的間隙面差理論值，驗證整改方案是否可行：將側圍與背門外蒙皮設計面差更改為-0.5mm（以側圍為測量基準），視覺效果如圖2所示，有明顯改善。

2.實車DTS狀態仿真模擬

在造型數據的理論狀態下，很難發現因零部件制造、裝配帶來的公差影響。在實際的制造生產過程中，下線汽車不可能達到造型數據的理論狀態，通常情況下，汽車間隙面差需滿足DTS標準才能下線，通過3DCS技術仿真模擬不同的DTS公差狀態（即仿真模擬實車下線狀態），提前識別因制造等原因造成的感知質量缺陷，并即時可對該缺陷的整改方案進行驗證：問界M9前保與翼子板對齊度前期設計DTS時，未做定義，視覺效果差（棱線不對齊，見圖3）。增加前保與翼子板對齊度控制要求（對齊度1.5mm），視覺感知質量如圖4所示，明顯改善。

通過將3DCS技術與VR虛擬感知技術相結合，迅速識別造型感知質量問題，并可快速對優化方案進行驗證，無需先對造型數據修改后再驗證，從而達到逆向指導造型數據優化設計，大大提升了造型數據設計的質量及效率。

方案及思路

技術方案的具體實施流程如圖5所示。

（1）步驟一" 根據輸入的A面數據，按照不同的零部件，將A面的數據提取復制到新的PART 文件中，如：將翼子板板特征提取復制，并單獨保存為一個文件，按此方法，將A面數據中所有的零部件拆分保存為新的零部件。

（2）步驟二" 將步驟一的所有零部件裝配在裝配提文件中。

（3）步驟三" 將裝配好的文件在渲染軟件中著色渲染，并在軟件中設置好背景光線等環境因素，還原實車現實環境、光線等環境因素。

（4）步驟四" 進入3DCS模塊中，按照DTS定義的最大/最小間隙、面差、平行差及對稱度等創建Spec studies（仿真模擬實車下線可能出現的最差狀態）。

（5）步驟五" 通過VR設備進行評審，在評審時，通過驅動不同狀態的Spec studies在VR設備中呈現Spec studies模擬的間隙、面差、平行度、對稱度等對應的狀態。針對評審結果感知質量不合格項，可即時通過創建Spec studies創建，對方案進行驗證。

影響感知質量評價結果因素

感知質量的評價結果，因評價人員根據心理預期對產品接受程度的主觀感受，沒有明確的可量化評價標準，因此評價人員不同，評價結果也不同。

1.視角對評價結果的影響

不同的視線角度、高度對感知質量評價結果不同，如圖6所示：在站立（眼睛距地面高度160mm），距觀測點100mm處，問界M9機罩與翼子板視角間隙均勻。

如圖7所示，在站立（眼睛距地面高度160mm）， 距觀測點30mm處，問界M9機罩與翼子板視角間隙均勻。此類情況下，傳統的數據審查很難發現此類感知質量問題，通過VR虛擬感知質量技術可全方位、全視角——以評價實車的維度去評價感知質量，能夠更加全面，客觀得識別感知質量缺陷。

2.車身顏色對評價結果的影響

不同的車身顏色，感知質量評價結果不同，人們對不同顏色的敏感程度不同，在汽車制造過程中，不難發現，深色車的感知質量缺陷率較淺色車的缺陷率低，可通過涂裝顏色仿真技術，仿真的車身顏色，或通過多角度色差儀識別的車身顏色識別的axf格式文件導入3DE（渲染軟件）中直接用于渲染仿真，這樣汽車顏色更加真實，如圖8和圖9所示，這樣可規避因為顏色造車的影響。在使用VR評價過程中，能夠一鍵換色，通過強烈的變化，對比不同的顏色對感知質量的影響，相比傳統技術，無需做多個顏色的渲染模型，在評審時，需要打開多個渲染模型文件，且需要重新切換連接VR設備，可大大提升工作效率。

3.光源環境對評價結果的影響

不同的光源環境對感知質量評價結果有很大影響，在汽車制造過程中，汽車下線時經過燈光棚，此時車輛感知缺陷最為明顯，可見光源強度、角度對感知質量評價結果有很大的影響，如圖10和圖11所示。可通過3DE軟件模擬在燈光棚中不同的光線類型、角度、強度，并在VR設備中同步呈現，仿真模擬評價實車時的光源因素，評級結果更加真實客觀。

結語

因項目研發過程中感知質量研發工作需要大量的評審和驗證環節，真實感強、即時可調、快速響應及成本低廉的評審方法來滿足日常工作需求[2]，本技術高度仿真還原實車評審環境、造型數據渲染高度真實、車身顏色切換快、優化方案驗證快（無需更改造型數據）等特點，可大大提升造型數據審查的工作效率，通過仿真模擬實車下線狀態，感知質量類問題攔截率達98%，規避感知質量問題流入制造過程中，大大減少了制造過程中的設變成本及開發周期，同時本文研究了影響感知質量評價結果的影響因素，并通過該技術進行驗證。

參考文獻：

[1] 張明，韋能. VR虛擬評審在商品性評價上的應用[J]. 時代汽車，2020（8）：9-10.

[2] 蔣逸凡. VR虛擬現實技術在工業設計中的應用研究[J]. 電子測試，2021（16）：121-122，86.