試論機械設(shè)計制造中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中獲得較為成熟的運用。本文從虛擬技術(shù)的定義內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)以及機械設(shè)計制作中的應(yīng)用來論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實 機械設(shè)計 感知

21世紀(jì)是高科技時代、是信息的時代。信息產(chǎn)物日新月異，這時人類才發(fā)覺以往傳統(tǒng)模式的計算機已經(jīng)無法滿足時代的發(fā)展，于是產(chǎn)生了利用人類視覺、聽覺、感觀和形態(tài)的優(yōu)勢來運用到計算機數(shù)據(jù)處理當(dāng)中。由此，人們可以更方便、更容易掌握計算機技術(shù)，舒舒服服的不用動手操作就能完成理想任務(wù)，這就需要一種創(chuàng)新的技術(shù)，于是就產(chǎn)生了虛擬現(xiàn)實的技術(shù)。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

1.1.1.身臨其境的感觸。身臨其境的感觸是通過觀察者在一個非常逼真的虛擬世界里所展現(xiàn)出的情感反應(yīng)，我們可以通過觀察者利用自身的感覺、聽覺和視覺來體驗虛擬世界所發(fā)生的故事，從而實現(xiàn)在模擬虛構(gòu)的世界中進(jìn)行虛擬的機械設(shè)計，這比僅僅靠設(shè)計者通過想象來設(shè)計要好得多。

1.1.2.相互性。在虛擬的現(xiàn)實系統(tǒng)中，人和機器的互動是一種貼近自然的互動，使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的用戶不僅可以利用傳統(tǒng)的鍵盤和鼠標(biāo)來和計算機進(jìn)行交流，還可以通過面部數(shù)據(jù)的掃描、口令的指揮進(jìn)行交互。在這里，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不僅能夠快速的對用戶指令做出反應(yīng)，還能夠通過觀察用戶的舉止動作來進(jìn)行監(jiān)控判斷，這是一種反饋與被反饋的作用過程。

1.1.3.多功能性。因為虛擬的現(xiàn)實系統(tǒng)具有感覺、視覺、聽覺和觸覺等傳感反應(yīng)裝置，也因此能使用戶在使用的過程中享受到感覺、視覺和觸覺上的特征，由此能夠開發(fā)出人類的更多潛在本領(lǐng)，進(jìn)而不斷完善虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計。

1.1.4.時效性。虛擬的現(xiàn)實系統(tǒng)可以自動的參與到人類的生產(chǎn)、生活中去，可以快速的和人類進(jìn)行思想、行為的交互，從而使得人機一體的智能化發(fā)展得到開發(fā)。

1.2.虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展是離不開基本的技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)的。包括計算機圖像幀數(shù)的處理、計算機音像的環(huán)繞技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、人臉識別系統(tǒng)、硬盤數(shù)據(jù)庫容量的改進(jìn)、CPU傳輸器的提升等等。他們都是發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)，反之虛擬的現(xiàn)實技術(shù)也是以上幾種技術(shù)的寶貴結(jié)晶。在現(xiàn)今，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵主要表現(xiàn)為以下幾點。

第一，虛擬現(xiàn)實的環(huán)境技術(shù)。要想讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)得以實現(xiàn)，就需要在虛擬的環(huán)境中建立動態(tài)的真實環(huán)境，我們可以根據(jù)實際環(huán)境的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、整理，并根據(jù)需要，通過利用之前所取得的現(xiàn)實數(shù)據(jù)來在模擬環(huán)境中進(jìn)行虛擬環(huán)境的現(xiàn)實構(gòu)件。

第二，使用高水平的3D圖像處理技術(shù)。3D圖像能夠真實的生成，這一特征是離不開刷新頻率的控制的。為了滿足實時性的需求，在處理刷新頻率的幀數(shù)據(jù)時就要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，要控制在每秒15幀到每秒30幀之間，在不破壞圖像的清晰程度的基礎(chǔ)上，適量的提升刷新的頻率，和利用各種加速的有效技術(shù)是實現(xiàn)虛擬的現(xiàn)實系統(tǒng)的重要步驟。

第三，傳輸技術(shù)與數(shù)據(jù)現(xiàn)實的提高。我們所研究的虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)是離不開主體現(xiàn)實數(shù)據(jù)和傳輸設(shè)備的發(fā)展的，而現(xiàn)今的技術(shù)硬件設(shè)備根本不能滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究，因此，在觸覺和視覺傳感器上仍有待進(jìn)一步加強，而虛擬現(xiàn)實裝置的靈敏度和探究范圍上也需不斷完善。

第四，應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。所有的新技術(shù)，它們的終極目標(biāo)都是運用到現(xiàn)實生活中去，然而，相應(yīng)運用到實際生活中，就需要有展示新技術(shù)的相應(yīng)運行系統(tǒng)供人們使用，因此就必須要開發(fā)虛擬現(xiàn)實的使用工具。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計制作中的應(yīng)用

2.1.虛擬設(shè)計

所謂的虛擬設(shè)計就是開發(fā)人員通過前期的數(shù)據(jù)調(diào)查、分析、研究等來開發(fā)的一個虛擬的產(chǎn)品，在這個過程中，如果遇到了數(shù)據(jù)的缺失就要進(jìn)行及時的反復(fù)調(diào)整，進(jìn)而確保設(shè)計產(chǎn)品的完善，換言之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個產(chǎn)品問世的有效途徑。在我們進(jìn)行虛擬設(shè)計的過程中，會涉獵很多相關(guān)的學(xué)科和技術(shù)，這個過程是多門學(xué)科的交互才能實現(xiàn)。目前，在工程設(shè)計上針對虛擬現(xiàn)實的工程設(shè)計提出了兩種設(shè)計方法。一種是利用計算機輔助設(shè)計軟件CAD進(jìn)行分析建模，然后將建模數(shù)據(jù)通過相應(yīng)軟件轉(zhuǎn)換成虛擬現(xiàn)實軟件所能接受的格式中去，進(jìn)而將模型傳輸?shù)教摂M現(xiàn)實的環(huán)境中去，最終完成虛擬產(chǎn)品的設(shè)計。另一種則是CAD的另一種模式VR-CAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅能將虛擬現(xiàn)實技術(shù)錄入到CAD模型中去，還能進(jìn)行質(zhì)量、材料品質(zhì)等物理性能方面的分析和錄入，因此在此系統(tǒng)總，我們可以看到數(shù)據(jù)完整的外形結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用的時候可以通過外部數(shù)據(jù)輸入對其進(jìn)行實時的更改。

2.2.虛擬制造

虛擬制造是實現(xiàn)實際制造的有效途徑，我們利用計算機仿真虛擬的技術(shù)，將現(xiàn)實想要生產(chǎn)制造的產(chǎn)品，通過計算機來進(jìn)行各項數(shù)據(jù)的仿真模擬，形成真實的3D立體仿真效果，利用先進(jìn)的計算機性能和網(wǎng)絡(luò)的支持，在計算機群組的協(xié)作下，將產(chǎn)品的各項數(shù)據(jù)集成到計算機中計算出立體、可視化的模型，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品規(guī)劃到設(shè)計到制造到性能分析和質(zhì)檢是否達(dá)標(biāo)的管理過程，從而通過計算機模擬出的產(chǎn)物看是否符合實際要求進(jìn)而再進(jìn)行合理的、小成本的改動，最終符合要求再進(jìn)行現(xiàn)實的生產(chǎn)。

綜上，我們能夠看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要性，它從根本上改變了傳統(tǒng)的機械設(shè)計方式。在一個產(chǎn)品的生產(chǎn)制造之前，通過虛擬現(xiàn)實的運行環(huán)境來對產(chǎn)品進(jìn)行仿真的數(shù)據(jù)分析、研究與設(shè)計，看是否滿足現(xiàn)實需求，并根據(jù)實際情況快速的、有效的、有針對性的進(jìn)行仿真模擬產(chǎn)品的修改，最后進(jìn)行模擬與測試，完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行生產(chǎn)和制造。這種模擬現(xiàn)實的技術(shù)大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低了研發(fā)成本、使得品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)、效率大大的得到了提高。由此，模擬現(xiàn)實技術(shù)得到廣泛應(yīng)用指日可待。

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