虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

何偉 錢龍宇

【摘要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)是技術(shù)水平發(fā)展到一定程度下的產(chǎn)物，作為一種高新技術(shù)，在一定程度上順應(yīng)了時代發(fā)展的必然趨勢，符合了現(xiàn)代人們的多樣化需求。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，不僅對人機界面的發(fā)展具有一定的促進作用，還對某些大工程的數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展有推動作用。借助于計算機仿真和數(shù)控加工技術(shù)，還可以構(gòu)建逼真的工作環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù) 機械設(shè)計 制造 創(chuàng)新

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)總體概括敘述

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實質(zhì)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是面向當今社會的一門先進技術(shù)，在上世紀80年代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還不能脫離計算機單獨進行應(yīng)用，計算機仿真技術(shù)進行簡單的應(yīng)用，所以在當時那個年代，人們對于什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，也沒有一個完整的認識，在一定程度上來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和沒有出現(xiàn)，是一樣的。筆者認為，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要通過信息收集、仿真模擬等對現(xiàn)實生產(chǎn)活動中的各個環(huán)節(jié)和各種。參與者及制造過程進行全面的復(fù)制粘貼，從而構(gòu)造出一個虛擬的現(xiàn)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(xiàn)實是一種重新構(gòu)造人與世界的計算機系統(tǒng)，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(chǎn)生和現(xiàn)實不相上下的感受。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性與關(guān)鍵技術(shù)

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

沉浸性指的是虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建出來的虛擬環(huán)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(gòu)象性和以上幾個性能相關(guān)，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(gòu)造物象的特征。實時性和交互性密切相關(guān)，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(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的實際應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機械設(shè)計與制造的過程中，如果生產(chǎn)的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，那么整條生產(chǎn)流水線，都要重新來過。不僅可以造成資源的浪費，還會導(dǎo)致人員困乏，出現(xiàn)懈工怠工的狀況。不僅不利于生產(chǎn)，可能還會導(dǎo)致公司的破產(chǎn)。而運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)于整個產(chǎn)品的生產(chǎn)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(huán)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(yè)具體情況，選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方案，從而獲得最大的效益。而在針對產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)，可以利用虛擬現(xiàn)實模擬技術(shù)，盡可能多的做出預(yù)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(chǎn)品的設(shè)計。不僅可以為企業(yè)節(jié)省材料，還可以綜合優(yōu)化全方位的效益。

（二）虛擬產(chǎn)品概念設(shè)計

概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計過程中的基礎(chǔ)階段，概念模棱兩可，最后的設(shè)計也只能是海市蜃樓。因為產(chǎn)品成本的絕大部分都是由概念設(shè)計決定的，設(shè)計者可以很方便的在三維虛擬環(huán)境中對所需要加工和設(shè)計的產(chǎn)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(chǎn)品信息狀況。為設(shè)計師開展工作提供了特別大的便利，使設(shè)計師可以把自己頭腦中的東西轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實存在的東西，從而更直觀的可以看到自己設(shè)計的具體情況。這樣的開發(fā)設(shè)計可以使設(shè)計師清楚的看到自己設(shè)計的缺點和漏洞，從而減少風險性，更快的達到預(yù)想的設(shè)計效果。設(shè)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(shù)的應(yīng)用可以使需求者將自己的想法充分的展現(xiàn)出來給設(shè)計師，從而提高設(shè)計師和需求者的交流互動率，減少不必要的誤會。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電影中的應(yīng)用

4D電影主要是有三維立體空間和周圍的環(huán)境相結(jié)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(huán)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(shè)計也是吸引影迷的一部分，不只是電影的內(nèi)容，影院的整體設(shè)計，也是給影院帶來票房收入的重要內(nèi)容。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以方便構(gòu)建一個虛擬場景，使人能夠成為場景其中的人。在高質(zhì)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(zhì)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(shù)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(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)一定程度上改變了機械設(shè)計與制造領(lǐng)域中的傳統(tǒng)設(shè)計模式。在產(chǎn)品制造出來之前，在虛擬環(huán)境中對虛擬產(chǎn)品概念設(shè)計，生產(chǎn)制造技術(shù)，建模技術(shù)以及三D打印技術(shù)進行綜合應(yīng)用。因此產(chǎn)生的效果，不管是生產(chǎn)者還是消費者，都是有目共睹的。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅在設(shè)備的設(shè)計和制造中有應(yīng)用，還在，具體的游戲，玩具等加工制造行業(yè)也有應(yīng)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(xiàn)實技術(shù)能夠具體到個體或?qū)嵭袀€性化的應(yīng)用，為更多人提供便利。

參考文獻：

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