基于VRML的虚拟现实技术在机械设计中的应用

刘 蓬

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着我国工业设计领域的竞争不断激烈以及社会生产生活的需求逐步提升，进一步提高机械设计的科技性和效率已经成为该领域发展过程中的主要目标。而现代化技术的兴起为机械设计的发展奠定了更稳定的基础，其中虚拟现实技术是集互联网以及科技共同达成的先进技术体系，而VRML则是结合实际的机械设计打造可行的设计方法，二者相融合能够为机械设计提供高质量的发展空间。但是，我国在虚拟现实技术领域的研发依旧处于不断创新阶段，将其应用在机械设计中也需要结合实际的需求落实创新，因此结合实际案例分析VRML虚拟现实技术在机械设计中的应用方式，能够为后期的优化和创新提供理论和技术依据。

1 基于VRML的虚拟现实技术简述

1.1 虚拟现实技术体系

虚拟现实技术又被称为VR技术，也可以称为灵境技术，是近些年伴随着科学技术的不断创新而产生的新型技术成果，其应用需要借助软件设备以及硬件设备进行辅助，比如平台软件作为视觉画面载体，数据库作为数字化信息转型的重要依据，主要的硬件设备以头盔、数据手套以及三维鼠标为主。从形式上来看，虚拟现实技术的应用为人们提供一种仿真的人机交互环境，能够让信息更加逼真，同时可以达成真实生活中无法触及的空间境界，因此其应用过程具备一定的沉浸感和交互性。

1.2 VRML技术体系

VRML又被称为虚拟现实构造语言，主要是结合虚拟现实技术的实际特征以及本质形式通过3Dweb打造的程序语言。首先需要将三维场景通过文本信息阐述出来，然后通过互联网上传到网页平台上，在设备的VRML浏览器中通过文本信息的数字化转型将其构建为三维场景，最终的成果便是人们在VR体验过程中看到的实际场景。整体的VRML技术体系涉及到了开发软件、编写平台、虚拟仿真浏览器等结构[1]，贯穿在虚拟现实技术应用的各个方面，能够为其提供最基础的技术元素，同时也是虚拟现实技术创新的前提条件。

综合当前建立在VRML技术体系上形成的虚拟现实技术应用优势来看，具有极强的使用价值，最大的优势便是能够跨越空间，打造虚拟模型，不必产生过多的资源和成本浪费；另外，建立在虚拟网络的基础上，可以不断进行功能和设计方法的优化，落实创新和尝试，对于当前的机械设计发展来讲有着极强的辅助作用。

2 基于VRML的虚拟现实技术应用在机械设计中的必要性

技术体系的创新为机械的发展提供了极为广阔的发展空间，改变了最初体积大、操作笨拙的缺点，逐渐向全自动控制以及智能化方向发展，成为了机械应用价值提升的重要依据，而建立在虚拟现实技术的基础上落实机械产品的研发，首先可以为其创新提供实践空间，在进行样机制造之前，可以先通过虚拟现实技术打造虚拟样机，结合实际的需求改变虚拟样机的相关细节，进行调试和可靠性分析[2]，不断落实设计和完善，能够有效改善传统的成本消耗以及资源消耗缺点，同时也可以进一步缩短制造时间。详细的虚拟现实样机设计模式如图1所示。

图1 虚拟现实产品设计流程

因此，我们可以发现，利用虚拟现实技术作为机械设计的前期优化工具，不仅能够有效提升机械产品的合理性和科学性，也可以进一步增强机械设计的效率和效益。在我国当前的机械设计领域，建立在VRML基础上的虚拟现实技术，已经成为了应用较为广泛的技术体系之一，能够涉及开发、模拟、检测、优化等多重功能，可以促使设计好的虚拟样品与实际需求之间相符，并且可以实现功能创新，能够为机械设计提供更加广阔的发展空间。

3 在机械设计中应用虚拟现实技术的实际流程

针对虚拟现实技术的实际应用方式，我国当前大部分的机械设计领域已经开发出了具有独特性和普世性的技术体系，比如通过网络应用鼠标、显示器以及键盘，建立在编程语言的基础上打造出了机械设计流程，详细流程如图2所示。

图2 基于VRML虚拟现实技术的机械设计流程

首先，需要根据机械的实际用途和相关功能建立起基础模型，这个过程是虚拟仿真技术应用的关键环节。通常来讲，建模所使用的工具以VB、VC＋＋为主，可以利用wtk或者SDK虚拟现实软件进行工具开发，通过SolidWorks、3DMAX、PROE等应用较为广泛的第三方工具进行建模分析[3]，然后将其以虚拟现实文件的格式导出。在这一过程中，建模的对象以机械的主体结构和各零部件为主，主要展示不同零部件之间的交互关系，促使零部件和主体之间相辅相成。

当建模结束之后，便可以通过软件进行虚拟装配，将主体结构和各个零部件结合起来。在这一过程中，可以直接检查零部件是否能够满足生产需求和操作需求，这种虚拟装配借助上述第三方软件便可以完成。

装配结束之后，需要通过ADAMS等力学软件进行设备的动力学以及运动学仿真分析，也需要利用ANSYS等软件对虚拟设备进行有限元分析[4]。这些分析能够进一步提升虚拟设备的仿真质量，并且使其满足实际的生产和操作要求。

在相关力学性能满足了实际的生产需求之后，还需要通过软件检测系统结构的相关功能。例如，针对矿产开发过程中的煤层气钻机，在构建了基础虚拟模型并且检验结束之后，还要结合机械设备的个性化系统进行分析，比如其中的机械结构是否符合需求，液压系统是否能够稳定工作，控制系统是否可以实现功能控制等，在这一过程中检验软件通常以Matlab为主。

根据检验结果进行优化之后，便可以将虚拟模型导出，传输至虚拟现实浏览器内，可以通过软件以及硬件的配合落实人机调控，通过头盔能够直接观看机械的设计形态，通过电子手套可以进行功能检测[5]。若设备允许，可以直接与客户进行沟通，通过互联网和软件可以直接查看设备的设计情况以及相关功能，这也是建立在虚拟现实系统基础上提升机械设计效率的主要优势。通过互联网多方主体便可以快速地获悉设备设计的情况，并且进行功能检测；通过信息反馈，能够为机械的优化提供依据。当所有的性能检测合格之后，还可以直接通过互联网将文件传输至生产厂商，直接进行生产制造。

4 结语

综上所述，随着当前信息技术的不断优化和调整，虚拟现实技术已经成为了社会生产生活质量提升的主要依据。虚拟现实技术、互联网和信息技术于一体，建立在浏览器、软件、硬件设备的基础上打造了跨空间的三维技术体系，在当前的机械设备设计环节中有着极强的应用价值。通过技术体系的优化能够及时检测机械设计环节中存在的误区，并且落实针对性调整，对于强化机械设计的合理性有着一定的促进作用，同时也能够极大地节约时间和优化成本；对于相关企业而言，是提高生产效益的重要举措；而针对机械设计领域的未来发展而言，能够描绘一幅自动化、智能化、高效化的发展蓝图。