浅谈虚拟现实技术在机械工程领域的应用

彭文君

摘 要：随着虚拟技术发展的步伐变得越来越迅速，其在各个领域的投入也渐渐加大，并取得了良好的成效。而如今，虚拟现实技术在国家支柱产业——机械工程领域的应用也变得日益重要。

关键词：虚拟现实技术 虚拟设计 虚拟装配 机械仿真

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0039-01

机械工程是国家产业发展的支柱，而如何利用新技术发展这门行业也是当今世界所关心的问题之一。该文以目前虚拟现实技术在机械工程领域中的应用现状，论述了在机械工程领域中，虚拟现实技术的发展现状和重要性。

1 虚拟现实技术

1.1 什么是虚拟现实技术

以现代的计算机技术为基础，利用高科技手段形成逼真的味觉、嗅觉、触觉、听觉和视觉一体化的虚拟环境的技术就称为虚拟现实技术。用户利用特殊的输入/输出设备，通过自然的方式和虚拟世界中的物体进行相互影响，形成一种身临其境的真实体验和感受。

1.2 虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术主要具有想象性（Imagination）、交互性（Interactivity）和沉浸性（Immersion）三大特点。

所谓的想象性（Imagination）是指通过人的想象来形成虚拟的各种环境，与此同时这些想象也是设计者思想的一种体现，因此对实现特定的目标有一定的作用。

交互性（Interactivity）是指人与虚拟世界之间以自然的方式进行信息互动的过程。其特点包括虚拟环境中人机交互的实时性、人机交互的有效性、人的参与与反馈。

沉浸性（Immersion）也叫做侵入性，是指用户感觉被虚拟世界所包围，全身心的置身于虚拟世界。其包括味觉沉浸、嗅觉沉浸、触觉沉浸、听觉沉浸、视觉沉浸、身体感觉沉浸等。

1.3 虚拟现实技术的发展历程

虚拟现实技术的发展一般可分为三个阶段：虚拟现实技术的探索阶段（20世纪70年代之前）；虚拟现实技术系统化、从实验室走向实用阶段（20世纪80年代初期至80年代中期）；虚拟现实技术高速发展阶段（20世纪80年代末期至21世纪初）。

2 虚拟现实技术在机械领域的应用

2.1 虚拟设计（产品的布局设计、外形设计）

虚拟设计指的是把虚拟现实作为基础，把机械产品作为设计的手段，通过这样的方式，利用多种传感器使设计人员和多维信息环境进行交互影响，从定量和定性两个方面对复杂的环境进行理性和感性的认识，从而有助于创新和深化概念。虚拟设计主要体现在产品的外形设计和产品的布局设计上。

在传统的汽车工业中，一般情况下开发或设计一辆汽车，需要经过图纸设计、外形铸模、多次的评测修改等众多步骤，并且还会花费大量的时间与资金。而采用虚拟现实技术设计与制造汽车不需要实体建模，简化很多工序，并根据CAD和CAM程序所收集的有关汽车设计的数据库进行仿真，极大地缩短了制造周期。

而对于大多数工厂与车间设计中的物流系统、管道铺设、机器布置等，都需要通过虚拟现实技术对其布局有个合理的设计，避免出现很多不合理的问题。

2.2 虚拟装配

在机械制造的这个领域中，往往要将成千上万的零件装配到一起组成机械产品，然而机械产品的配合设计、可装配性的错误，经常要在最后的装配时才能给发现产品的错误，从而多工厂和企业的信誉和经济都造成了巨大的损失。采用虚拟现实技术虚拟装配-机械产品，产品设计的精度不同、形状不同，所模拟的产品的装配过程也是不同的，并且用户可以通过交互的方式，对产品的模拟装配过程进行控制，从而检查产品的设计和操作过程是否得当，及时的发现装配过程中所出现的问题，修改模型。

2.3 机械仿真（机械产品的运动仿真、机械产品的加工过程的仿真）

对于虚拟现实技术所进行的机械仿真，其包括有机械产品的运动仿真和机械产品的加工过程的仿真。前者能够有效发现并解决运动构件在运动过程中可能的运动干涉检查、运动范围设计、运动协调关系等问题，而后者则可通过仿真，预先发现产品设计的加工方法、加工过程等方面的问题，通过修改设计或采取其他措施，确保产品的质量和工期。

2.4 虚拟样机

机械产品的工作性能及质量，往往通过最终样机的试运转才发现的。但是此时所出现的很多问题都是没有办法改变的，修改设计就意味着全部或者是大部分的重新试制或报废。用虚拟样机取代传统的硬件样机来检测机械产品的质量和工作性能，可大大节约了新产品开发的时间与费用，并能明显地改善开发团体成员之间的交流方式，审核最终产品。

3 虚拟现实技术在机械领域运用目前所存在的问题

虚拟现实技术是一门较年轻的科学技术，并且在多个领域包括机械中表现了十分广阔的前景与巨大的潜力，但不可否认的是这门技术目前仍所面临着不少的问题。在硬件设施方面，虚拟现实技术面临着相关设备不完善，效果不佳等缺陷，并且设备价格也十分昂贵。在软件方面，虚拟现实技术相关软件则存在着语言专业性较强、通用性与易用性差的缺点。对于这门年轻的科学技术来说，还有有很多技术层次的问题需要改进，如制作出得可信度低，达不到以假乱真的效果等，这些都是虚拟现实技术在机械领域运用目前所存在的问题。并且就目前的状况来看，虚拟现实技术在机械领域的应用还远远不够，有待加强。

4 结语

在现今的工程机械领域中，虚拟仿真技术得到广泛的应用，不仅能够提高企业的生产效率，缩短产品的生产周期，降低生产成本，提高设计质量。并且由于虚拟仿真技术的运用使得企业的生产具有了快速的市场反应能力和高度的柔性化，明显增强了市场竞争力。在今后，机械与虚拟现实技术的关系必将会变得更密不可分，而机械产业也定会随着虚拟现实技术的不断完善与进步发展得更加强大。

参考文献

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