虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用

何伟 钱龙宇

【摘要】虚拟现实技术是技术水平发展到一定程度下的产物，作为一种高新技术，在一定程度上顺应了时代发展的必然趋势，符合了现代人们的多样化需求。虚拟现实技术的发展，不仅对人机界面的发展具有一定的促进作用，还对某些大工程的数据可视化的发展有推动作用。借助于计算机仿真和数控加工技术，还可以构建逼真的工作环境。

【关键词】虚拟现实技术 机械设计 制造 创新

一、虚拟现实技术总体概括叙述

（一）虚拟现实技术的实质

虚拟现实技术是面向当今社会的一门先进技术，在上世纪80年代，虚拟现实技术还不能脱离计算机单独进行应用，计算机仿真技术进行简单的应用，所以在当时那个年代，人们对于什么是虚拟现实技术，也没有一个完整的认识，在一定程度上来说，虚拟现实技术和没有出现，是一样的。笔者认为，虚拟现实技术主要通过信息收集、仿真模拟等对现实生产活动中的各个环节和各种。参与者及制造过程进行全面的复制粘贴，从而构造出一个虚拟的现实世界。使用者同时可以进入到虚拟空间，还可以成为其中虚拟空间的一部分。，进行实时交流互动，感知和控制虚拟世界中的各种对象。简而言之，虚拟现实是一种重新构造人与世界的计算机系统，是一种人同机器进行交流互动的工具。在某种程度上使人产生和现实不相上下的感受。

（二）虚拟现实技术的特性与关键技术

当今社会，虚拟技术主要以沉浸性、交互性、多感知性、构象性、实时性这五个特点为主。

沉浸性指的是虚拟现实技术构建出来的虚拟环境太过逼真，以至于会使人身临其境，沉溺其中。交互性是指进入到虚拟空间的人，可以同虚拟空间中的一切入和物，进行交流互动，甚至在某些特定情况下，还有可能得到虚拟空间中的反馈。多感知性指的是进入到虚拟空间中的人可以多种感官同时进行运用。构象性和以上几个性能相关，正是因为，进入到虚拟空间的人会沉溺其中，再加上可以和其中的人进行交流互动，多种感官同时运用，才会感受到虚拟空间中构造物象的特征。实时性和交互性密切相关，虚拟空间的人可以同外界不定时的进行交流互动，可以把所见所闻传递出来。

二、虚拟现实技术在机械设计与制造中的实际应用

（一）虚拟现实技术在产品开发过程的应用

在传统的机械设计与制造的过程中，如果生产的某一个环节出现差错，那么整条生产流水线，都要重新来过。不仅可以造成资源的浪费，还会导致人员困乏，出现懈工怠工的状况。不仅不利于生产，可能还会导致公司的破产。而运用虚拟现实技术于整个产品的生产过程中，在制造出物力样机之前，就可以针对各种情况，各种环境以及各种材料进行简要分析。在满足消费者需要的同时针对企业具体情况，选择最优的生产方案，从而获得最大的效益。而在针对产品开发环节，可以利用虚拟现实模拟技术，尽可能多的做出预案，并针对不同的受众群体，例如老年人，中学生，潮流青年，进行全方位的综合分析之后，再度进行产品的设计。不仅可以为企业节省材料，还可以综合优化全方位的效益。

（二）虛拟产品概念设计

概念设计是产品设计过程中的基础阶段，概念模棱两可，最后的设计也只能是海市蜃楼。因为产品成本的绝大部分都是由概念设计决定的，设计者可以很方便的在三维虚拟环境中对所需要加工和设计的产品以及各个零件。和各条流水线，加以了解并合理运用。并可以对虚拟空间中的虚拟对象进行近距离的观察和一定的了解，从而获得足够多的产品信息状况。为设计师开展工作提供了特别大的便利，使设计师可以把自己头脑中的东西转变为现实存在的东西，从而更直观的可以看到自己设计的具体情况。这样的开发设计可以使设计师清楚的看到自己设计的缺点和漏洞，从而减少风险性，更快的达到预想的设计效果。设计师面临最多的是需求者表述不清的问题，即使自己头脑中的想法，也不能很好的达到需求者的要求，而虚拟技术的应用可以使需求者将自己的想法充分的展现出来给设计师，从而提高设计师和需求者的交流互动率，减少不必要的误会。

三、虚拟现实技术在不同领域的应用

（一）虚拟现实技术在电影中的应用

4D电影主要是有三维立体空间和周围的环境相结合，从而形成一个四维空间。4D影院的座椅完全不同于之前的影院座椅。座椅下方有以气动作为主要为动力的互动功能，主要给人达到身临其境的效果。除了座椅上花了很多的小心思之外，影院的整体环境也是有很多的功能的，在观看电影的过程中，你可以看到悠长的峡谷，飞流的瀑布，可以感受到皑皑的白雪，可以和心爱的人一同白头，也可以感受到丝丝春雨带来的浪漫气息，还可以看到巨大的霸王龙在你旁边觅食，座椅的摇晃还可以让你感受到乘船的感觉以及坐过山车的晕厥感。

在当今社会，影院的设计也是吸引影迷的一部分，不只是电影的内容，影院的整体设计，也是给影院带来票房收入的重要内容。

（二）虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术可以方便构建一个虚拟场景，使人能够成为场景其中的人。在高质量的生成画面中获得较高体验。例如：可以制作虚拟地理的各种地质和地形，使学生在课堂上也能获得逼真的体验。还可以利用3D技术重演历史的流程，以及展示各种历史人物形象，使人们更加能够吸收消化课堂上的知识。

四、结束语

虚拟现实技术一定程度上改变了机械设计与制造领域中的传统设计模式。在产品制造出来之前，在虚拟环境中对虚拟产品概念设计，生产制造技术，建模技术以及三D打印技术进行综合应用。因此产生的效果，不管是生产者还是消费者，都是有目共睹的。此外，虚拟现实技术不仅在设备的设计和制造中有应用，还在，具体的游戏，玩具等加工制造行业也有应用。甚至是大学社团学习等等方面都有较多涉及。相信在不久的将来，虚拟现实技术能够具体到个体或实行个性化的应用，为更多人提供便利。

参考文献：

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[2]刘淑芬，高奇.虚拟制造技术在现代机械工桂设计领城中的应用[J].装备制造技术，2009，（6）：86～87

[3]王利华.虚拟现实技术及其在机械设计与制造中的应用[J].内蒙古民族大学学报（白然科学版），2007，（1）：72～75