淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

朱和鯤

摘 要：從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義入手，分析相關(guān)文獻(xiàn)后，總結(jié)出了這一技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的實(shí)際應(yīng)用情況，以期為今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供正確的參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；電子科技

中圖分類號(hào)：TP319；TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.140

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造在實(shí)際生產(chǎn)過程中也在不斷改善和創(chuàng)新。為了滿足不同顧客的需要，制造企業(yè)需要在競(jìng)爭(zhēng)過程中不斷自我完善和提高，進(jìn)而保證產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為電子信息化創(chuàng)新的產(chǎn)物，在社會(huì)生產(chǎn)中能發(fā)揮著重要的作用。本文分析了這一技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用情況，探究了該技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的先進(jìn)性。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是21世紀(jì)電子科技領(lǐng)域的先機(jī)技術(shù)，1982年，技術(shù)研發(fā)者以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為模板進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新，綜合了當(dāng)時(shí)各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出了全新的以人機(jī)界面形式存在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較高的真實(shí)性，在實(shí)際操作過程中，可以清晰捕捉到操作者的視覺、聽覺和觸覺，它是一種人機(jī)交互的計(jì)算工具。利用這一技術(shù)，操作者可以實(shí)現(xiàn)極端復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，使用戶能夠進(jìn)入該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了用戶與環(huán)境的完美互動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種技術(shù)深刻地揭示了虛擬技術(shù)的本質(zhì)，為人們帶來了虛擬現(xiàn)實(shí)的便捷化服務(wù)。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠形成逼真的影響虛擬環(huán)境，使用戶在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)的交互，在感受操作虛擬世界的同時(shí)，從這些環(huán)境中獲得身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體特征有以下幾點(diǎn)。

1.1 實(shí)時(shí)性

在虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶獲得了實(shí)時(shí)參與的能力，在實(shí)際應(yīng)用過程中，這一技術(shù)充分實(shí)現(xiàn)了用戶與系統(tǒng)的一體化。用戶在實(shí)際應(yīng)用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理問題的過程中，運(yùn)用完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為用戶營(yíng)造智能化的軟件應(yīng)用，使用戶的構(gòu)思與系統(tǒng)創(chuàng)新相統(tǒng)一，讓用戶實(shí)現(xiàn)自主操作、便捷化操作，真正幫助用戶更好地繼續(xù)工作和學(xué)習(xí)。

1.2 交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)通過鍵盤、鼠標(biāo)所實(shí)現(xiàn)的一種近乎自然的交互，用戶運(yùn)用多種交互手段，例如數(shù)據(jù)手套、聲音命令、文字輸入等，實(shí)現(xiàn)了與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，系統(tǒng)支持多種設(shè)計(jì)行為，例如仿真、評(píng)估、建模和預(yù)測(cè)等。利用這些設(shè)計(jì)行為，用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多樣化的創(chuàng)新。

1.3 沉浸性

沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中的主要表現(xiàn)特征，用戶在利用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)算的過程中，可以將自身的情感反應(yīng)通過虛擬網(wǎng)絡(luò)有效傳遞出去，利用虛擬現(xiàn)實(shí)生成一個(gè)非常逼真的網(wǎng)絡(luò)世界。在用戶實(shí)際操作的過程中，視覺、聽覺、觸覺等因素都是用戶用來感受虛擬世界的手段，這些因素使得用戶在實(shí)際使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的過程中有一種身臨其境的感覺，充分實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的沉浸性。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 虛擬制造

虛擬制造是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的有效體現(xiàn)。這種全新的制造方式是指采用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)下的計(jì)算機(jī)控制，在計(jì)算機(jī)群組中建立與產(chǎn)品相關(guān)的三維動(dòng)態(tài)模型，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、特點(diǎn)和加工制造都能通過三維模型直觀地展現(xiàn)出來，以此實(shí)現(xiàn)虛擬制造的實(shí)際效用，為實(shí)際生產(chǎn)制造提供安全性保障。將虛擬制造應(yīng)用于在企業(yè)中的成功案例有很多，例如，我國(guó)在研發(fā)波音777飛機(jī)時(shí)，在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過程中采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用虛擬制造為客機(jī)的生產(chǎn)和加工提供了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面性保障，使整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)通過三維實(shí)體模型進(jìn)行了直觀的研究和展現(xiàn)，將實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間縮短了近3個(gè)月，使777飛機(jī)在研發(fā)成功后一次試制成功，極大地保證了機(jī)械生產(chǎn)的效率。

2.2 虛擬設(shè)計(jì)

虛擬設(shè)計(jì)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的重要組成部分，具體是指設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，詳盡地分析、檢查和研究產(chǎn)品后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了完善化的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中加入虛擬技術(shù)，有效保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性，減少了資金和材料的消耗，為企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)提供了有效的保障。

目前，在我國(guó)工程研發(fā)的過程中，有2種基于虛擬技術(shù)的虛擬設(shè)計(jì)方法：①利用CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模，然后再將模式輸入虛擬生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。②利用VR-CAD系統(tǒng)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與CAD環(huán)境結(jié)合起來。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，這種方式既保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境的穩(wěn)定性，又保證產(chǎn)品的功能、外形、質(zhì)量和材料等因素不會(huì)發(fā)生改變，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)在虛擬技術(shù)的支持下能夠高精度、高效率地完成。

2.3 虛擬產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性思維的具體表現(xiàn)，又是一種理想化的物質(zhì)形式。在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的過程中，為了保證產(chǎn)品起始設(shè)計(jì)構(gòu)思的準(zhǔn)確性，需要捕捉產(chǎn)品的基本形態(tài)，而虛擬產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)恰恰可以滿足這一要求。虛擬概念設(shè)計(jì)是用虛擬技術(shù)為用戶提供了多種輸入方式，使用戶利用手勢(shì)、語言等方式隨時(shí)更改自己的形態(tài)建模，并且通過三維空間設(shè)計(jì)讓用戶可以直觀地觀察產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況，從而達(dá)到用戶滿意的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的過程中，使用戶可以清晰地表達(dá)出自己所要設(shè)計(jì)的思路，讓人們對(duì)這一系統(tǒng)產(chǎn)生一種直觀性的交互感受。這種特性極大地降低了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)投放市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，為該技術(shù)在今后的實(shí)際應(yīng)用中提供了有效的保障。

3 結(jié)束語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以從根本上改變傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式，使設(shè)計(jì)、制作、修改實(shí)現(xiàn)高效化和安全化，極大地減少產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)計(jì)過程中的能源和資源消耗，為我國(guó)建設(shè)綠色節(jié)約型社會(huì)提供有效的保障。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣闊的實(shí)用前景，在今后的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中值得大力推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕

Abstract： Starting from the meaning of the virtual reality technology， analysis of the relevant literature， summed up the practical applications of this technology in the design and manufacture of machinery， in order to provide the correct reference for the practical application of virtual reality technology in the future.

Key words： virtual reality technology； mechanical design； mechanical manufacturing； electronic science and technology