彭文君

摘 要：隨著虛擬技術(shù)發(fā)展的步伐變得越來越迅速，其在各個(gè)領(lǐng)域的投入也漸漸加大，并取得了良好的成效。而如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國家支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用也變得日益重要。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬設(shè)計(jì) 虛擬裝配 機(jī)械仿真

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（a）-0039-01

機(jī)械工程是國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支柱，而如何利用新技術(shù)發(fā)展這門行業(yè)也是當(dāng)今世界所關(guān)心的問題之一。該文以目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，論述了在機(jī)械工程領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和重要性。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1 什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

以現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高科技手段形成逼真的味覺、嗅覺、觸覺、聽覺和視覺一體化的虛擬環(huán)境的技術(shù)就稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。用戶利用特殊的輸入/輸出設(shè)備，通過自然的方式和虛擬世界中的物體進(jìn)行相互影響，形成一種身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)和感受。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要具有想象性（Imagination）、交互性（Interactivity）和沉浸性（Immersion）三大特點(diǎn)。

所謂的想象性（Imagination）是指通過人的想象來形成虛擬的各種環(huán)境，與此同時(shí)這些想象也是設(shè)計(jì)者思想的一種體現(xiàn)，因此對實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)有一定的作用。

交互性（Interactivity）是指人與虛擬世界之間以自然的方式進(jìn)行信息互動(dòng)的過程。其特點(diǎn)包括虛擬環(huán)境中人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性、人機(jī)交互的有效性、人的參與與反饋。

沉浸性（Immersion）也叫做侵入性，是指用戶感覺被虛擬世界所包圍，全身心的置身于虛擬世界。其包括味覺沉浸、嗅覺沉浸、觸覺沉浸、聽覺沉浸、視覺沉浸、身體感覺沉浸等。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展一般可分為三個(gè)階段：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的探索階段（20世紀(jì)70年代之前）；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)化、從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱秒A段（20世紀(jì)80年代初期至80年代中期）；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高速發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代末期至21世紀(jì)初）。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 虛擬設(shè)計(jì)（產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)）

虛擬設(shè)計(jì)指的是把虛擬現(xiàn)實(shí)作為基礎(chǔ)，把機(jī)械產(chǎn)品作為設(shè)計(jì)的手段，通過這樣的方式，利用多種傳感器使設(shè)計(jì)人員和多維信息環(huán)境進(jìn)行交互影響，從定量和定性兩個(gè)方面對復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行理性和感性的認(rèn)識，從而有助于創(chuàng)新和深化概念。虛擬設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)上。

在傳統(tǒng)的汽車工業(yè)中，一般情況下開發(fā)或設(shè)計(jì)一輛汽車，需要經(jīng)過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、外形鑄模、多次的評測修改等眾多步驟，并且還會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間與資金。而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)與制造汽車不需要實(shí)體建模，簡化很多工序，并根據(jù)CAD和CAM程序所收集的有關(guān)汽車設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行仿真，極大地縮短了制造周期。

而對于大多數(shù)工廠與車間設(shè)計(jì)中的物流系統(tǒng)、管道鋪設(shè)、機(jī)器布置等，都需要通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對其布局有個(gè)合理的設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)很多不合理的問題。

2.2 虛擬裝配

在機(jī)械制造的這個(gè)領(lǐng)域中，往往要將成千上萬的零件裝配到一起組成機(jī)械產(chǎn)品，然而機(jī)械產(chǎn)品的配合設(shè)計(jì)、可裝配性的錯(cuò)誤，經(jīng)常要在最后的裝配時(shí)才能給發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的錯(cuò)誤，從而多工廠和企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)都造成了巨大的損失。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬裝配-機(jī)械產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度不同、形狀不同，所模擬的產(chǎn)品的裝配過程也是不同的，并且用戶可以通過交互的方式，對產(chǎn)品的模擬裝配過程進(jìn)行控制，從而檢查產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和操作過程是否得當(dāng)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)裝配過程中所出現(xiàn)的問題，修改模型。

2.3 機(jī)械仿真（機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)仿真、機(jī)械產(chǎn)品的加工過程的仿真）

對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所進(jìn)行的機(jī)械仿真，其包括有機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)仿真和機(jī)械產(chǎn)品的加工過程的仿真。前者能夠有效發(fā)現(xiàn)并解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系等問題，而后者則可通過仿真，預(yù)先發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的加工方法、加工過程等方面的問題，通過修改設(shè)計(jì)或采取其他措施，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和工期。

2.4 虛擬樣機(jī)

機(jī)械產(chǎn)品的工作性能及質(zhì)量，往往通過最終樣機(jī)的試運(yùn)轉(zhuǎn)才發(fā)現(xiàn)的。但是此時(shí)所出現(xiàn)的很多問題都是沒有辦法改變的，修改設(shè)計(jì)就意味著全部或者是大部分的重新試制或報(bào)廢。用虛擬樣機(jī)取代傳統(tǒng)的硬件樣機(jī)來檢測機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能，可大大節(jié)約了新產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間與費(fèi)用，并能明顯地改善開發(fā)團(tuán)體成員之間的交流方式，審核最終產(chǎn)品。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用目前所存在的問題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門較年輕的科學(xué)技術(shù)，并且在多個(gè)領(lǐng)域包括機(jī)械中表現(xiàn)了十分廣闊的前景與巨大的潛力，但不可否認(rèn)的是這門技術(shù)目前仍所面臨著不少的問題。在硬件設(shè)施方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)面臨著相關(guān)設(shè)備不完善，效果不佳等缺陷，并且設(shè)備價(jià)格也十分昂貴。在軟件方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)軟件則存在著語言專業(yè)性較強(qiáng)、通用性與易用性差的缺點(diǎn)。對于這門年輕的科學(xué)技術(shù)來說，還有有很多技術(shù)層次的問題需要改進(jìn)，如制作出得可信度低，達(dá)不到以假亂真的效果等，這些都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用目前所存在的問題。并且就目前的狀況來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，有待加強(qiáng)。

4 結(jié)語

在現(xiàn)今的工程機(jī)械領(lǐng)域中，虛擬仿真技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，不僅能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。并且由于虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用使得企業(yè)的生產(chǎn)具有了快速的市場反應(yīng)能力和高度的柔性化，明顯增強(qiáng)了市場競爭力。在今后，機(jī)械與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)系必將會(huì)變得更密不可分，而機(jī)械產(chǎn)業(yè)也定會(huì)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷完善與進(jìn)步發(fā)展得更加強(qiáng)大。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

[2] 蔡蘭，寇子明，劉會(huì)霞.機(jī)械工程概論[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004.

[3] 王麗莉.機(jī)械工程概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.2.

[4] 張春林，焦永和.機(jī)械工程概論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.8.