王云德

隨著21世紀(jì)數(shù)字化信息時(shí)代的到來,人們逐漸意識(shí)到傳統(tǒng)式的計(jì)算機(jī)無法讓人類運(yùn)用自己所擅長的視覺、觸覺、嗅覺、聽覺以及形體動(dòng)作等來參與處理數(shù)字信息。如此,為了人們可以按照自己的習(xí)慣更為方便舒適地來處理與解決現(xiàn)在社會(huì)中的數(shù)字信息,就需要出現(xiàn)一種新型技術(shù),于是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就在這樣一個(gè)時(shí)代背景下誕生了。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義和主要內(nèi)涵

那么虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是什么樣的呢？正如其字面所示的那樣,就是用現(xiàn)在先進(jìn)的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)來虛擬現(xiàn)實(shí)中的事或者物以達(dá)到人們能夠輕易地對(duì)其進(jìn)行操作與處理的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所包含的內(nèi)涵主要有如下幾個(gè):(1)首先虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠創(chuàng)造虛擬世界并且允許人們進(jìn)行體驗(yàn)。(2)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種以用戶為核心的、足夠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)接口。(3)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠讓人把自己所熟知的空間與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理信號(hào)時(shí)的處理空間保持一致。(4)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可以讓人通過計(jì)算機(jī)看見并且能夠操作比較復(fù)雜的數(shù)據(jù),且能夠和其交互的一種操作方式。(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種具有三維的合成環(huán)境的媒介,人們能夠按照自己的愿望從任何一個(gè)視點(diǎn)自由且實(shí)時(shí)地完成設(shè)計(jì)、探測(cè)和模擬。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種應(yīng)運(yùn)而生的技術(shù),然而在早期的應(yīng)用之中主要是用在互動(dòng)娛樂上面。隨著硬件條件不斷地升級(jí)、軟件技術(shù)不斷地得以提高,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才能夠在工程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、醫(yī)療、電子商務(wù)、教育和軍事等方面進(jìn)行較為成熟的應(yīng)用。由于現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)趨于日漸成熟,所以其在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮的作用不可忽視,對(duì)此要跟上技術(shù)前沿發(fā)展的腳步,關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展。

2機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征以及關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同樣也在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中有所應(yīng)用,由于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域當(dāng)中涉及到機(jī)械模型設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì),而這些用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠方便快速地設(shè)計(jì)機(jī)械模型、對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行仿真,并且能夠快速地對(duì)不滿意的地方進(jìn)行修改。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)以及微電子技術(shù)等為一體的新型技術(shù)。它的學(xué)術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在各個(gè)學(xué)科間的相互交錯(cuò),因而其應(yīng)該具備以下幾個(gè)主要特征。

(1)多感知性。因?yàn)橐筇摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬出現(xiàn)實(shí)世界,并讓我們?nèi)祟惛玫剡M(jìn)行體驗(yàn),其就必須具備多感知的特性:這不僅僅包括視覺、觸覺、聽覺,還應(yīng)當(dāng)包含有嗅覺和味覺。

(2)存在感。要求讓用戶有種在現(xiàn)實(shí)世界中的存在感。虛擬世界中的所有的一切,用戶都能明確的感覺到,并且能夠觸摸得到、看得見、聞得到以及感覺得到。

(3)自主性。用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造出來的虛擬世界中的物體必須按照物理學(xué)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。實(shí)時(shí)地顯示、交互和參與,把人的主要活動(dòng)提升成人機(jī)合一的活動(dòng),完成了自主性的職能開發(fā)系統(tǒng)。

(4)交互性。這是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的重要特性,是指用戶能夠?qū)μ摂M環(huán)境中的各個(gè)物體進(jìn)行操作并且能從物體中得到某些反饋信息。人機(jī)交互是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的一種近乎自然的交互,使用者能夠利用多種交互手段例如電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互,并且支持更多的設(shè)計(jì)行為。

(5)沉浸性。對(duì)于虛擬世界,觀察者的情感反映就是沉浸性,由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬出非常逼真的現(xiàn)實(shí)世界,用戶利用觸覺、聽覺、視覺來感受發(fā)生在虛擬世界中的一切,可以虛擬出機(jī)械創(chuàng)新的設(shè)計(jì)環(huán)境,并且產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中關(guān)鍵技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖像生成技術(shù)、立體展示和傳感技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。而在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中用的最多的技術(shù)就是動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖向生成技術(shù)以及立體展示和傳感技術(shù)。這些技術(shù)在實(shí)際工程運(yùn)用當(dāng)中是相當(dāng)重要的,用得好就能事半功倍,能夠設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品、制作出出色的產(chǎn)品。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制作中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制作中的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)包括前期的概念設(shè)計(jì)、中期的產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)以及后期的虛擬制作。下面對(duì)各個(gè)時(shí)期虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用給予一些簡要說明。

(1)前期虛擬概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指一個(gè)產(chǎn)品該如何設(shè)計(jì),需要考慮到那些方面的因素、問題以及所花的時(shí)間、資金等很多綜合情況,屬于創(chuàng)造性思維的體現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這個(gè)階段中為設(shè)計(jì)者提供一定的語言識(shí)別錄入和手勢(shì)跟蹤的輸入,使設(shè)計(jì)者更為方便有效地完成產(chǎn)品各個(gè)模塊的建模工作。

(2)中期虛擬設(shè)計(jì)。是指設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的產(chǎn)品,然后對(duì)其進(jìn)行相關(guān)測(cè)試來判定是否滿足設(shè)計(jì)的需要。

(3)后期虛擬制造。就是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬產(chǎn)品的制作過程,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)制作過程中的錯(cuò)誤,避免實(shí)際生產(chǎn)制造中的損失。

在制造業(yè)中已經(jīng)成功地推廣應(yīng)用虛擬制造技術(shù),尤其是在汽車、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用特別典型。虛擬制造能夠在汽車生產(chǎn)模具、工裝與設(shè)備,甚至是設(shè)計(jì)校車之前,就很容易地在工藝過程與生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行分析、修改、建模及優(yōu)化。例如,早在1997年通用電動(dòng)車部就利用UGII軟件,建成了世界上第一個(gè)完全數(shù)字化的機(jī)車樣機(jī)模型,并圍繞這個(gè)數(shù)字模型并行地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制造夾模具工裝設(shè)計(jì)和可維修性設(shè)計(jì)。例如,波音飛機(jī)公司設(shè)計(jì)777飛機(jī)的時(shí)候,就是使用了虛擬制造技術(shù),從設(shè)計(jì)、裝機(jī)、測(cè)試都是在計(jì)算機(jī)中完成模擬的,分散在全球各地的波音公司的技術(shù)人員能夠從777客機(jī)難以數(shù)清的零部件中,隨意調(diào)出其中任何一種在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行討論、研究、觀察,所有的零部件都是三維實(shí)體模型。

4結(jié)語

現(xiàn)在,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中獲得較為成熟的運(yùn)用,但仍是初級(jí)階段?？梢灶A(yù)見得到,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將逐漸應(yīng)用到設(shè)計(jì)制作的各個(gè)環(huán)節(jié)中,為設(shè)計(jì)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無限動(dòng)力。

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