第三章汽車虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述3.2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的組成3.3虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件環(huán)境3.4虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)3.5虛擬制造技術(shù)3.6虛擬裝配過程汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的分類產(chǎn)品的虛擬原型虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的概念可以從兩個(gè)方面描述進(jìn)行描述：一是從純粹的技術(shù)層面加以描述；二是在技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合使用者的感知加以描述。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念1.技術(shù)層面的描述從技術(shù)上來講，虛擬現(xiàn)實(shí)是從計(jì)算機(jī)仿真發(fā)展而來的，其實(shí)質(zhì)是一種逼真的仿真模型。2.用戶層面的描述虛擬現(xiàn)實(shí)試圖從身體感官和知覺等感性層面進(jìn)行仿真，這種仿真的基礎(chǔ)又是理性層面的科學(xué)理論。虛擬現(xiàn)實(shí)的精致程度要受到科學(xué)理論和技術(shù)手段的制約，對決定感覺參數(shù)的數(shù)據(jù)流的處理是問題的關(guān)鍵。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)性描述將真實(shí)感的傳達(dá)和交互兩個(gè)方面綜合起來就形成了虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念。邁克爾·海姆在《虛擬實(shí)在的形而上學(xué)》一書中對虛擬現(xiàn)實(shí)作了較為全面的描述，內(nèi)容涉及七個(gè)方面：(1)模擬性，虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)對真實(shí)景象的逼真模擬，三維音頻令虛擬現(xiàn)實(shí)增色。(2)交互作用，虛擬現(xiàn)實(shí)就是他們能與之進(jìn)行交互作用的電子象征物。(3)人工性，虛擬現(xiàn)實(shí)是一種人造物。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念(4)沉浸性，虛擬現(xiàn)實(shí)的音像和傳感系統(tǒng)能夠使使用者產(chǎn)生浸沒于虛擬世界中的幻覺，即虛擬現(xiàn)實(shí)意味著在一個(gè)虛擬環(huán)境中的感官沉浸。(5)到場(Presence)，,虛擬現(xiàn)實(shí)能夠使人實(shí)時(shí)地以遠(yuǎn)程的方式于某處出場，即虛擬出場。(6)全身沉浸，這是一種不需要人體傳感器的方式，攝像機(jī)和監(jiān)視器實(shí)時(shí)地跟蹤人的身體，將人體的運(yùn)動(dòng)輸人到計(jì)算機(jī)中，人的影像被投影到計(jì)算機(jī)界面上，這使得人通過觀察他的投影的位置，直接與計(jì)算機(jī)中的圖形物體(圖片、文本等)發(fā)生交互作用。(7)網(wǎng)絡(luò)通信，虛擬現(xiàn)實(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享，使用者通過自行規(guī)定并塑造虛擬世界中的物體和活動(dòng)，就可以不用文字或真實(shí)世界的指標(biāo)來共享幻象的事物和事件。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類交互和沉浸是所有虛擬現(xiàn)實(shí)的兩個(gè)實(shí)質(zhì)性的特征。早期的虛擬現(xiàn)實(shí)可能只有部分虛擬現(xiàn)實(shí)的特性，例如環(huán)幕電影或立體電影。實(shí)際應(yīng)用中，不同虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)和所受約束各不相同，有些應(yīng)用也不需要完全的沉浸和投入。受資金限制不能裝備最先進(jìn)的硬件設(shè)備，或是硬件本身的性能達(dá)不到要求，這樣系統(tǒng)的計(jì)算速度、交互手段可能就會(huì)受到影響，此時(shí)主要從軟件上著手可以彌補(bǔ)某些缺陷，例如虛擬全景空間、虛擬仿真等。由于工程應(yīng)用本身并不限制使用的技術(shù)范圍，只要能達(dá)到目標(biāo)，是可以把各種技術(shù)有效地集成起來，設(shè)計(jì)出一個(gè)成功的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類按虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸的程度不同，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可分為桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(DesktopVR)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(ImmersionVR)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(DistributedVR)2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類1.桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面VR系統(tǒng)使用PC和低級工作站實(shí)現(xiàn)仿真，計(jì)算機(jī)的屏幕作為參與者觀察虛擬環(huán)境的一個(gè)窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭該虛擬環(huán)境，并且用于操縱在虛擬場景中的各種物體。桌面VR系統(tǒng)雖然缺乏頭盔式顯示器的那種完全沉浸功能，但它依然比較普及，這是因?yàn)樗某杀鞠鄬^低。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類2024/8/27在桌面VR系統(tǒng)中，立體視覺效果可以增強(qiáng)沉浸的感覺。三維眼鏡和安裝在計(jì)算機(jī)上的立體觀察器、液晶顯示光閘眼鏡等都會(huì)產(chǎn)生一種三維空間的幻覺。由于它采用標(biāo)準(zhǔn)的CRT顯示器和立體（Stereoscopic）圖像顯示技術(shù)，其分辨率高，價(jià)格便宜。圖3.2為桌面式VR系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類沉浸式VR系統(tǒng)利用頭盔式顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，使參與者暫時(shí)與真實(shí)環(huán)境隔離，從而真正成為VR系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)參與者。2024/8/27沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁分布式VR系統(tǒng)分布式VR系統(tǒng)是在沉浸式VR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將不同的用戶(參與者)連接在一起，共享一個(gè)虛擬空間，使用戶協(xié)同工作達(dá)到一個(gè)更高的境界。2024/8/27二、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、產(chǎn)品的虛擬原型虛擬原型(VirtualPrototypling)是利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢以及可交互地探索虛擬物體的功能，對產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、制造等方面交互的建模與分析。它是在CAD模型的基礎(chǔ)上，使虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為原型的建立提供的新的方法。虛擬原型技術(shù)可用來快速評價(jià)不同的設(shè)計(jì)方案，與物理原型相比較，虛擬原型生成的速度快，生成的原型可被人們直接感觸、操縱和修改，且數(shù)據(jù)可被重新利用。運(yùn)用虛擬原型技術(shù)，可以減少且甚至取消物理原型的制作，從而加速新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、產(chǎn)品的虛擬原型2024/8/27虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)模型是對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行的虛擬原型描述。它包含物體在虛擬環(huán)境中進(jìn)行顯示和操作所需要的信息，使產(chǎn)品可視化。虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)模型包含由建模、顯示和仿真工具產(chǎn)生的幾何和光照渲染信息。通過人機(jī)交互操作裝置解釋用戶的操作，進(jìn)而改變相關(guān)參數(shù)，生成仿真操作的邏輯事件。汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、產(chǎn)品的虛擬原型為使用現(xiàn)有的軟件，并將虛擬原型集成到產(chǎn)品開發(fā)過程中，還需要下列兩個(gè)接口：1）虛擬環(huán)境和外部工具之間的接口。2）與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型庫的接口。虛擬原型不是要代替現(xiàn)有的CAD技術(shù)，而是在CAD數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，虛擬原型給所設(shè)計(jì)的物體提供了附加的功能信息。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型庫將包含完整的、集成的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)及管理，從而為產(chǎn)品開發(fā)過程各階段提供共享的信息。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、產(chǎn)品的虛擬原型建立虛擬原型的主要步驟如下：1)從CAD／CAM模型中取出幾何模型。2)鑲嵌：用多面體和多邊形逼近幾何模型。3)簡化：根據(jù)不同要求刪去不必要的細(xì)節(jié)。4)虛擬原型編輯：著色、材料特性渲染、光照渲染等。5)特征輪廓的粘貼，以更好地表達(dá)某些細(xì)節(jié)。6)增加周圍環(huán)境和其他要素的幾何模型。7)添加操縱功能和性能。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在工程中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在航天和軍事中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在商業(yè)中的應(yīng)用環(huán)境管理在娛樂、藝術(shù)和教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在車輛工程方面的應(yīng)用2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)在車輛工程方面的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件性能的不斷提高，推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在車輛工程方面的應(yīng)用。1972年，美國通用汽車公司首先開發(fā)了車輛動(dòng)力學(xué)和燃油經(jīng)濟(jì)性的通用預(yù)測程序GPSIM,該程序可以模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時(shí)油耗、累計(jì)油耗、行駛時(shí)間和距離，預(yù)計(jì)汽車設(shè)計(jì)參數(shù)：質(zhì)量、傳動(dòng)比、空氣阻力系數(shù)等的變化對汽車的影響。美國能源服用試驗(yàn)室NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）在Matlab的環(huán)境下，利用Simulink工具開發(fā)的ADVISOR(AdvanceVehicleSimulation)能夠在汽車未成型前評價(jià)出普通汽車、電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等性能。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁美國MID公司開發(fā)的ADAMS軟件是構(gòu)成產(chǎn)品的虛擬原型的一個(gè)很好平臺，其中的car模塊是MID與Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作開發(fā)的整車虛擬設(shè)計(jì)軟件包，集成了它們在汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)等方面的經(jīng)驗(yàn)。3.2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的組成三維（3D）位置跟蹤器視覺設(shè)備觸覺與力覺反饋裝置聲音設(shè)備2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的組成一般的VR系統(tǒng)由下列部分組成：●檢測輸入裝置；●圖像生成和顯示系統(tǒng)；●音頻系統(tǒng)；●力、觸覺系統(tǒng)；●高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、三維（3D）位置跟蹤器為了實(shí)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)中的漫游，必須知道瀏覽者在三維空間中的位置和方向，尤其是必須知道頭部的位置與方向，以相應(yīng)地改變場景。這就需要位置跟蹤器跟蹤頭部的位置與方向，也就是需要位置跟蹤器描述物體的3D位置。目前采用的位置跟蹤器有磁場式、超聲波式、紅外線式及發(fā)光二極管式等，但使用較多的是磁場式及超聲波式。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁磁場式跟蹤器磁場式跟蹤器有低頻磁場式及直流磁場式兩種。它們都由磁發(fā)射器、磁接收器和計(jì)算模塊組成，磁發(fā)射器和接收器由繞在邊長約25mm的立方鐵心上的3組正交線圈組成。低頻磁場發(fā)射器發(fā)射低頻調(diào)制信號(30～120Hz)，載波頻率通常為7～14kHz,直流磁場式跟蹤器采用脈沖調(diào)制信號，發(fā)射器依次向3組發(fā)射線圈輸入直流電流。一個(gè)完整的測量周期是10ms，由4個(gè)2.5ms的區(qū)間組成，在4個(gè)區(qū)間內(nèi)依次向3組發(fā)射線圈輸出電流脈沖。由于電流脈沖具有嚴(yán)格控制的上升時(shí)間，因此在電流穩(wěn)定后，磁場也達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減小了周圍金屬導(dǎo)體中渦流對環(huán)境磁場的干擾。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、三維（3D）位置跟蹤器2.超聲波式跟蹤器它采用頻率為40～50kHz的超聲波信號，通過多個(gè)發(fā)射器和接收器進(jìn)行測量（見圖3.12）。測量算法有飛行時(shí)間法(TimeofFlight)和相位相于測量法(PhaseCoherentMeasurement)。飛行時(shí)間法是通過測量聲波從發(fā)射器到接收器的傳播時(shí)間來判斷被測物體的方向和距離。該法可以測出發(fā)射器與接收器之問的絕對距離，但測量結(jié)果易受環(huán)境聲（包括回聲）的干擾，同時(shí)由于兩個(gè)發(fā)射脈沖之間具有一定的時(shí)間間隔，因此不能進(jìn)行連續(xù)測量。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、三維（3D）位置跟蹤器2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁頭盔式顯示器就采用了相位相干測量系統(tǒng)。系統(tǒng)在頭盔上安裝3個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器使用40kHz左右的頻率單獨(dú)發(fā)射超聲波，4個(gè)接收器排成正方形安裝在天花板接收信號。相位相干測量法可以排除噪聲的干擾，且可以進(jìn)行連續(xù)測量，具有測量精度高、數(shù)據(jù)更新速率高和魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)，但容易產(chǎn)生積累誤差，故活動(dòng)范幽范圍受到限制。二、視覺設(shè)備人眼立體視覺原理人類獲取信息的途徑是通過視覺、聽覺、觸覺和味覺。研究表明，視覺為人類提供了，70%以上的信息。這說明，視覺是人類獲得信息的主要途徑。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁(1)靜態(tài)圖像中的深度線索(2)運(yùn)動(dòng)深度線索(3)生理上的深度線索（4）雙目視差線索：當(dāng)我們用雙眼看同一景物時(shí)，由于左、右眼位置不同，這就意味著我們總是從兩個(gè)略有不同的角度來觀察物體的兩個(gè)側(cè)面，這樣形成的兩幅圖像不完全一致，稱這種差別為雙目視差。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備人類的左右雙眼當(dāng)這兩幅圖像被大腦接收理解時(shí)，大腦把它們?nèi)诤铣梢环捎玫膱D像，這一融合過程稱為匯聚。要達(dá)到物體自然的立體效果，就必須用“兩只眼睛”看物體。物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)感和位置變化，計(jì)算機(jī)必須實(shí)時(shí)地計(jì)算和處理圖像。為了獲得平滑穩(wěn)定的圖像，而不會(huì)出現(xiàn)閃爍感，每幅圖像的顯示時(shí)間必須超過人的視覺暫留時(shí)間，所以一般三維動(dòng)畫的幀頻不少于30幀／s。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備立體眼鏡立體眼鏡是比較簡單的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀察裝置，主要有雙色鏡(Red/BlueGlasses)、偏光鏡(PolarizedGlasses)和開關(guān)式立體眼鏡（ShutterGlasses）3種。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備雙色眼鏡的兩個(gè)鏡片分別具有藍(lán)色（左）和紅色（右）膜，而左右眼視網(wǎng)則分別以紅色（左）和藍(lán)色（右）表示并投影到屏幕上。當(dāng)觀察者戴上雙色眼鏡時(shí)，通過紅色濾光膜，右眼看不到紅色的左眼視圖，而只能看到藍(lán)色的右眼視圖；而左眼通過藍(lán)色濾光膜也只能看到紅色的左眼圖像，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的立體感；偏光鏡則利用偏光方向不同的兩個(gè)鏡片實(shí)現(xiàn)濾光作用。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備開關(guān)式（或液晶式）立體眼鏡，這種顯示方式是將左右眼視圖以一定的頻率交替顯示在液晶屏上，例如使用80Hz的刷新率，每秒掃描40幅左眼視圖和40幅右眼視圖，即采用40Hz隔行掃描顯示器，把左視圖寫到偶掃描行，把右視圖寫到奇掃描行。鏡片用液晶材料制造，可在電壓控制下變成透明或不透明。用顯示器的幀號控制立體眼睛的透明與否，當(dāng)顯示左眼視圖時(shí)，左眼液晶透明，則左眼只能看到相對應(yīng)的左眼視網(wǎng)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備頭盔顯示器頭盔顯示器由顯示源、光學(xué)系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)和立體聲系統(tǒng)組成，在它里面有兩個(gè)監(jiān)視器，在人的雙眼前面直接立體地顯示視覺空間。觀察者的頭部運(yùn)動(dòng)和由此引起的視角變化通過傳感器傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)相應(yīng)地變化圖形，就像人在給定的環(huán)境中環(huán)視所見到的那樣。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、視覺設(shè)備頭盔顯示器也可分為封閉式和半封閉式兩種。使用封閉式頭盔時(shí)，用戶只能看到頭盔內(nèi)顯示的圖像，而使用半封閉式頭盔時(shí)，用戶可同時(shí)看到現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像。圖為半封閉頭盔顯示器及光學(xué)系統(tǒng)光路圖。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、觸覺與力覺反饋裝置在虛擬現(xiàn)實(shí)中為了產(chǎn)生真實(shí)的感覺，必須提供觸覺和力覺反饋，特別在遙控機(jī)械手等開放型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中更是這樣。觸覺手套數(shù)據(jù)手套空間球2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁觸覺手套三、觸覺與力覺反饋裝置觸覺手套Teletact觸覺反饋系統(tǒng)是英國AdvancedRoboticsResearchCenter(ARRC)開發(fā)的。Teletact系統(tǒng)是利用分布在手指上的氣袋向手提供觸覺刺激，各氣袋的壓力數(shù)值由計(jì)算機(jī)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算確定。試驗(yàn)是用系統(tǒng)提供的專用試驗(yàn)數(shù)據(jù)手套進(jìn)行的。該試驗(yàn)數(shù)據(jù)手套上裝有20個(gè)壓敏元件，當(dāng)戴上手套抓取物體時(shí)，壓敏元件的輸出經(jīng)信號處理后送到計(jì)算機(jī)，生成相應(yīng)的力模式。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、觸覺與力覺反饋裝置2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、觸覺與力覺反饋裝置數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套(DataGlove)是一種把手勢輸入計(jì)算機(jī)的工具。戴上數(shù)據(jù)手套后，當(dāng)手活動(dòng)時(shí)手套檢測這些活動(dòng)，并向計(jì)算機(jī)送出相應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為虛擬手的動(dòng)作，如握拳、手平直、伸出食指等。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)定，不同的手勢可以表示不同的控制指令，例如用手平直指出飛行的方向，用握拳表示返回等。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、觸覺與力覺反饋裝置空間球作為個(gè)人計(jì)算機(jī)附件的鼠標(biāo)在二維圖形空間中獲得廣泛的應(yīng)用，但為了在三維空間內(nèi)工作，就需要空間球及三維鼠標(biāo)等工具?？臻g球(SpaceBall)也稱跟蹤球(TrackBall)，它是一個(gè)放在帶有一系列開關(guān)的底座上的小球，球中心有一個(gè)固定的小塑料柱，柱上安置了6個(gè)紅外發(fā)光二極管。球的外殼可以活動(dòng)，外殼上裝有6個(gè)光電傳感器，接收來自中心的紅外線。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、聲音設(shè)備3D聲音設(shè)備就是根據(jù)人的聽覺感知機(jī)理，在不同的聲音環(huán)境（如室外、室內(nèi)等）和耳朵、聲源的不同方位下，提供相應(yīng)的聲音。3D聲音效果的生成可以由事先錄制的聲音生成聲音文件，在虛擬現(xiàn)實(shí)生成器中將聲音文件附加在相應(yīng)的虛擬對象上，例如將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的聲音文件附在啟動(dòng)按鈕上，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，就會(huì)有相應(yīng)3D聲音效果產(chǎn)生。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.3虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱——MRTK軟件包虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)用工具箱——WTK程序包CDK(CyberspaceDeveloperKit)軟件包虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.3虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件環(huán)境一個(gè)成功的虛擬現(xiàn)實(shí)工具軟件應(yīng)具有以下四個(gè)特征(1)有效性。開發(fā)的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量依賴于用戶觀察到的圖像對用戶動(dòng)作的響應(yīng)。(2)靈活性。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種新型交互技術(shù)，發(fā)展速度很快，因此虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具必須足夠靈活，以適應(yīng)新技術(shù)帶來的硬、軟件的變化。必須很容易支持新的設(shè)備并提供新的交互手段。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.3虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件環(huán)境(3)分布式。目前構(gòu)造的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)很復(fù)雜，都需要多臺工作站協(xié)同工作。典型的系統(tǒng)一般使用兩條工作站，一臺產(chǎn)生頭盔顯示器所需的圖像，另一臺工作站處理待顯示的信息。這種處理不能由應(yīng)用開發(fā)人員完成，而應(yīng)由虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具完成。(4)實(shí)時(shí)性。虛擬環(huán)境用戶界面要求用戶行為對頭盔顯示器反映的延遲最小。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.3虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件實(shí)現(xiàn)包括虛擬物體的幾何模型、運(yùn)動(dòng)模型和物理模型的建立，虛擬立體聲的產(chǎn)生，模型管理技術(shù)及實(shí)時(shí)模擬技術(shù)等2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁VR模式管理技術(shù)幾何建模物理建模運(yùn)動(dòng)建模模型分割實(shí)時(shí)模擬輸入輸出建模聲音建模一、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱——MRTK軟件包MRTK(MinimalRealityToolKit)工具箱是加拿大Alberta大學(xué)的MarkGreen教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱。MRTK是一個(gè)支持虛擬系統(tǒng)開發(fā)的程序庫，具有很好的移植性能運(yùn)行于多種工作站，并支持各種輸入輸出設(shè)備，MRTK還支持分布式用戶界面、數(shù)據(jù)共享、各種交互技術(shù)、實(shí)時(shí)性能分析等。MRTK沒有提供高層次的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境構(gòu)造工具．該工具箱可用SGI和DEC工作站上的C語言直接調(diào)用。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱——MRTK軟件包MRTK工具箱提供了6個(gè)程序包。(1)數(shù)據(jù)共享程序包。該程序包用于在各應(yīng)用程序間傳遞數(shù)據(jù)。表示計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由主程序和產(chǎn)生該數(shù)據(jù)的計(jì)算程序共享。數(shù)據(jù)共享程序使得兩個(gè)程序能共享同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)程序都有一份數(shù)據(jù)拷貝，在程序的關(guān)鍵地方對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，即一個(gè)程序?qū)⑵鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容送到另一程序。因此在上述例子中，每一次計(jì)算結(jié)束時(shí)，計(jì)算程序把數(shù)據(jù)的最新的值送到主程序。(2)VPLDataGlove程序包。它是MRTK工具箱中最復(fù)雜的一個(gè)，該程序包分為兩級，第一級支持與DataGlove數(shù)據(jù)手套的基本交互，將其數(shù)據(jù)信息送到用于產(chǎn)生虛擬手圖像的從屬進(jìn)程。第二級支持人機(jī)交互技術(shù)的手勢識別。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

制

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱——MRTK軟件包(3)坐標(biāo)映射程序包。該程序包是將設(shè)備坐標(biāo)映射到虛擬環(huán)境坐標(biāo)。在虛擬環(huán)境系統(tǒng)中有三類輸入輸出坐標(biāo)系：設(shè)備坐標(biāo)系、工作空間坐標(biāo)系及應(yīng)用環(huán)境坐標(biāo)系。從設(shè)備坐標(biāo)到工作空間坐標(biāo)的映射依賴于設(shè)備在工作空間的位置。(4)PolhemusIsotrak數(shù)字化程序包。該程序包支持PolhemusIsotrak數(shù)字化儀的使用。數(shù)字化儀報(bào)告?zhèn)鞲衅鞯奈恢煤头较?，程序包產(chǎn)生的位置和方向?qū)⑺偷綉?yīng)用程序。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工具箱——MRTK軟件包(5)語音合成程序包。語音合成程序包提供了一個(gè)簡單的與設(shè)備無關(guān)的語音合成接口。該程序包的主要目的是產(chǎn)生聲音效果以實(shí)現(xiàn)對用戶行為的響應(yīng)。語音處理軟件包分為兩個(gè)部分：與語音合成設(shè)備接口的服務(wù)器和由程序調(diào)用的客戶機(jī)進(jìn)程。(6)顯示設(shè)備程序包。這種程序包要支持用于虛擬環(huán)境系統(tǒng)的很多種顯示設(shè)備，從用戶的角度來看，顯示設(shè)備程序包只考慮顯示設(shè)備的主要信息而屏蔽掉其他信息，這樣更容易將其從一種應(yīng)用設(shè)備移植到另一種應(yīng)用設(shè)備。應(yīng)用所顯示的設(shè)備的參數(shù)將在應(yīng)用的配置部分設(shè)定。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)用工具箱——WTK程序包1．WTK庫中的主要組成類WTK用一種面向?qū)ο蟮拿绞絹斫M織，主要組成類有場景類(Universe)、對象類(Object)、多邊形類(PoLygon)、路徑類(Path)、傳感器類(Sensor)、視點(diǎn)類(Viewpoint)、光源類(Lightsource)、入口類(Port)和動(dòng)畫類(Animation)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)用工具箱——WTK程序包2．WTK的主要特點(diǎn)

①對各種虛擬系統(tǒng)的硬件設(shè)備提供軟件支持，且對特殊的設(shè)備也可利用WTK迅速開發(fā)接口；②提供了幾百種功能的C語言庫，可在短時(shí)間內(nèi)建立起實(shí)時(shí)三維圖形的應(yīng)用系統(tǒng)；③WTK的應(yīng)用對象模型是利用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)制作的，通過將DXF文件以外的三維數(shù)據(jù)變換為DXF文件格式，就可以構(gòu)造出虛擬應(yīng)用環(huán)境；④可實(shí)時(shí)、高速地將紋理粘貼在三維圖像表面并能簡便地對三維空間的對象表面進(jìn)行設(shè)計(jì)；⑤在虛擬世界里，可配置多個(gè)光源，也可實(shí)時(shí)移動(dòng)或更換光源，進(jìn)而創(chuàng)建更為真實(shí)的三維空間。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、CDK(CyberspaceDeveloperKit)軟件包CDK(CyberspaceDeveloperKit)軟件包是一種在DOS下運(yùn)行的軟件包，具有靈活建模的特點(diǎn)。它是由AutoDesk公司開發(fā)、使用面向?qū)ο蟮恼Z言——編寫，共有1200多個(gè)庫函數(shù)和140個(gè)類，都具有類的典型屬性——繼承性和多態(tài)性。根據(jù)功能的不同，可以把CDK軟件包分為幾何結(jié)構(gòu)(Geometry)、幾何輸入和輸出(GeometryImportandExport)、顯示(Display)、聲音(Audio)、傳感器(Sensor)、排表(Scheduling)、事件(Events)、物理現(xiàn)象(Physics)、觀察者(Viewers)、分布模擬(DistributedSimulation）和線性代數(shù)及運(yùn)用(LinearAlgebraandUtlity)等11組。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML2.虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML的語言結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)①平臺獨(dú)立性。當(dāng)今的Internet是異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，要求一種語言能用于各種機(jī)器來連接網(wǎng)絡(luò)。②可擴(kuò)充性。除了VRML自身提供的節(jié)點(diǎn)，VRML還支持自定義的節(jié)點(diǎn)，從而使VRML描述世界的能力得到很大的增強(qiáng)。新節(jié)點(diǎn)可以直接創(chuàng)建，也可以在已有節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充內(nèi)容來創(chuàng)建。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)第52

頁四、虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML3．虛擬現(xiàn)實(shí)的造型語言VRML的發(fā)展目的及意義VRML在電子商務(wù)、教育、工程技術(shù)、建筑、娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將會(huì)促使它迅速發(fā)展，并成為構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種全新的人機(jī)接口技術(shù)，必須研究用戶和計(jì)算機(jī)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系問題，這樣一個(gè)問題只有通過大量的使用才能逐步解決。VRML以因特網(wǎng)作為應(yīng)用平臺，最有希望成為構(gòu)筑虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的基本構(gòu)架。總之，VRML將創(chuàng)造一種融多媒體、三維圖形、網(wǎng)絡(luò)通訊、虛擬現(xiàn)實(shí)為一體的新型媒體，同時(shí)具有了先進(jìn)性和普及性。2024/8/27汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制

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頁3.4虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的過程虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的過程虛擬設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)人員用一個(gè)虛擬的產(chǎn)品來分析、研究、檢查所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否合理，有毛病沒有，應(yīng)如何修改。在對虛擬產(chǎn)品的品評和考查中，如發(fā)現(xiàn)問題，可再修改設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)得更好，而不是在投產(chǎn)前先制造一個(gè)模型或樣品。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的過程現(xiàn)在，汽車設(shè)計(jì)、艦船設(shè)計(jì)也都可以來用虛擬設(shè)計(jì)。德國汽車業(yè)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最快也最廣泛。目前，德國所有的汽車制造企業(yè)都建成了自己的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)中心。奔馳、寶馬、大眾等大公司的報(bào)告顯示，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以“數(shù)字汽車”模型來代替本制或鐵皮制的汽車模型，可將新車型開發(fā)時(shí)間從1年以上縮短到2個(gè)月左右，開發(fā)成本最多可降低到原先的1／10。美國福特汽車公司科隆研究中心設(shè)計(jì)部經(jīng)理羅勃認(rèn)為，采用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，可使整個(gè)設(shè)計(jì)流程時(shí)間減少2／3。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁下面是虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的一般過程

(1)幾何概念設(shè)計(jì)在這種情況下，虛擬原型的形狀能夠直觀、方便地被改變。也就是說數(shù)據(jù)模型在實(shí)時(shí)反饋的作用下可被交互地改變。此時(shí)，集成的建模工具的功能不一定異常強(qiáng)大，但必須是方便易用的(2)機(jī)械概念設(shè)計(jì)對于機(jī)械設(shè)計(jì)來講，在概念設(shè)計(jì)階段經(jīng)常討論的一個(gè)問題就是運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，另外還有可接近性和可裝配性。IGD開發(fā)了一個(gè)研究性的裝配系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，用戶可用手抓取物體，然后在適當(dāng)?shù)奈恢梅砰_。(3)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用1）產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)例如汽車外形造型設(shè)計(jì)2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁（2）產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)(3)產(chǎn)品裝配仿真(4)產(chǎn)品加工過程仿真(5)虛擬樣機(jī)與產(chǎn)品工作性能評測(6)產(chǎn)品廣告與漫游2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.5虛擬制造技術(shù)虛擬制造技術(shù)概述虛擬制造的分類虛擬制造的應(yīng)用2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述在虛擬制造定義的基礎(chǔ)上，筆者對虛擬制造技術(shù)和虛擬制造系統(tǒng)分別定義如下：虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturingTechnology)是一門以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、制造系統(tǒng)與加工過程建模理論、VR技術(shù)、分布式計(jì)算理論、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)等為理論基礎(chǔ)，研究如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，利用制造系統(tǒng)各個(gè)層次、各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字模型，完成制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算與仿真的技術(shù)。虛擬制造系統(tǒng)(VirtualManufacturingSystem)是一個(gè)在虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)下．在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中建立起來的，具有集成、開放、分布、并行、人機(jī)交互等特點(diǎn)的，能夠從產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的高度來分析和解決制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)問題的軟硬件系統(tǒng)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述1.虛擬制造的特點(diǎn)虛擬制造具有集成性、反復(fù)性、并行性和人機(jī)交互性等特點(diǎn)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述（1）集成性集成性首先表現(xiàn)在虛擬制造并不是一個(gè)單一的過程，它是一個(gè)具有不同目的的各類虛擬子過程的綜合。這一特點(diǎn)是由實(shí)際制造過程的多樣性決定的。實(shí)際的制造過程既要完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，還要完成生產(chǎn)過程的規(guī)劃、調(diào)度和管理等事務(wù)。與此相應(yīng)，虛擬制造包含了虛擬設(shè)計(jì)、虛擬加工、虛擬裝配等過程，以完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程的優(yōu)化調(diào)度等任務(wù)。其次，虛擬制造的集成性還表現(xiàn)在諸多子過程并不是獨(dú)立運(yùn)行的，而是彼此之間相互影響、相互支持，共同完成對實(shí)際制造過程的分析與仿真。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述（2）反復(fù)性反復(fù)性指的是虛擬制造大多數(shù)環(huán)節(jié)都遵循一個(gè)“方案擬定——仿真評價(jià)——方案修改”的一個(gè)多次反復(fù)的工作流程。在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員在網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，根據(jù)自己積累的經(jīng)驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)提供的各種知識，同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)提供的各種設(shè)計(jì)工具，首先擬定出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。而產(chǎn)品可制造性和可裝配性評價(jià)，是在對產(chǎn)品建模和對加工過程建模的基礎(chǔ)上，通過仿真和虛擬來進(jìn)行的。最后，可制造性和可裝配性評價(jià)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)者。作為設(shè)計(jì)者修改設(shè)計(jì)方案的依據(jù)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述（3）并行性并行性指的是分布在不同節(jié)點(diǎn)的工程技術(shù)人員、計(jì)算仿真資源和數(shù)據(jù)知識資源，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，針對生產(chǎn)中的某一任務(wù)，群組協(xié)調(diào)工作。虛擬制造過程的這種并行性一方面是由虛擬制造系統(tǒng)中的人員、資源的分布性決定的，另一方面也是受目前的硬件條件限制，必須采取的提高仿真和計(jì)算速度的一種策略。因?yàn)閷?shí)際制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，日前憑單一的計(jì)算機(jī)完成對復(fù)雜的實(shí)際制造系統(tǒng)的虛擬和仿真是不可能的，必然采用分布式計(jì)算和仿真理論，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，群組協(xié)調(diào)工作，完成實(shí)際制造系統(tǒng)的虛擬和仿真任務(wù)。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述（4）人機(jī)交互性虛擬制造通過虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境將計(jì)算機(jī)的計(jì)算和仿真的過程與人的分析、綜合和決策的過程有機(jī)地結(jié)合起來。虛擬制造的這種特點(diǎn)可以充分發(fā)揮人的定性思維和計(jì)算機(jī)的定量計(jì)算的各自優(yōu)勢，這在人工智能技術(shù)還沒有充分發(fā)展的今天，是一種有效而現(xiàn)實(shí)的解決工程實(shí)際問題的辦法。此外，在虛擬培訓(xùn)、虛擬原型評價(jià)等過程中，人機(jī)交互是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，操作者或者客戶的參與就構(gòu)成了一個(gè)人在回路(Human-in-theLoop)的仿真過程，通過虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境操作者或者客戶就可以得到一個(gè)逼真的、具有沉浸感的虛擬場景。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述2.虛擬制造與實(shí)際制造的關(guān)系虛擬制造與實(shí)際制造之間的第一層關(guān)系：虛擬制造不等同于原來的各種單項(xiàng)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，而是一種更高層次上的計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)、制造、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，它能更加全面地實(shí)現(xiàn)原來各種單項(xiàng)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的功能?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著虛擬制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際制造過程中的設(shè)計(jì)、管理、決策等環(huán)節(jié)將逐步地引入虛擬制造技術(shù)，虛擬制造將成為未來制造過程中的有機(jī)組成部分2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁一、虛擬制造技術(shù)概述虛擬制造與實(shí)際制造之間的第二層關(guān)系：虛擬制造是對實(shí)際制造活動(dòng)的抽象．即虛擬制造是建立在實(shí)際制造過程數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上的。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬制造的分類可將它們分別歸類為三種類型的虛擬制造以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造以生產(chǎn)為中心的虛擬制造以控制為中心的虛擬制造2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬制造的分類1.以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造整個(gè)設(shè)計(jì)過程是在一種虛擬環(huán)境中進(jìn)行的。由于采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過高性能、智能化的仿真環(huán)境，可以使用戶達(dá)到高度的真實(shí)化。使用某些數(shù)字化仿真的工具，可使操作者與虛擬仿真環(huán)境有著全面的感官接觸與交融，使操作者有身臨其境之感，從而可以直接感受所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能、功能并不斷加以修正，盡可能使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就能達(dá)到一種真正的性能優(yōu)化、功能優(yōu)化和可制造性優(yōu)化。此外還可通過快速原型系統(tǒng)輸出設(shè)計(jì)的產(chǎn)品原型，進(jìn)一步設(shè)計(jì)進(jìn)行評估和修改。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬制造的分類2.以生產(chǎn)為中心的虛擬制造它涉及虛擬制造平臺和虛擬生產(chǎn)平臺乃至虛擬企業(yè)平臺，它貫穿于產(chǎn)品制造的全過程，包括與產(chǎn)品有關(guān)的工藝、工具、設(shè)備、計(jì)劃以及企業(yè)等，通過對產(chǎn)品制造全過程模型進(jìn)行模擬和仿真，實(shí)現(xiàn)制造方案的快速評價(jià)以及加工過程和生產(chǎn)過程的優(yōu)化，進(jìn)而對新的制造過程模式的優(yōu)劣進(jìn)行綜合評價(jià)。產(chǎn)品制造全過程的模型主要包括虛擬制造環(huán)境下產(chǎn)品／過程模型和制造活動(dòng)模型，這是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)中的物質(zhì)流和信息及各種決策活動(dòng)在虛擬環(huán)境下的映射。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁二、虛擬制造的分類3．以控制為中心的虛擬制造它利用仿真中的加工控制模型，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)周期中的優(yōu)化控制。一般來說，以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造過程為設(shè)計(jì)者提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段所需的制造信息，從而使設(shè)計(jì)最優(yōu)；以產(chǎn)品為中心的虛擬制造過程則主要是在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境的一切活動(dòng)及產(chǎn)品的全過程，對產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為進(jìn)行預(yù)測和評價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的最優(yōu)；而以控制為中心的虛擬制造過程則更偏重與現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的狀態(tài)、行為、控制模式和人機(jī)界面，通過全局最優(yōu)決策的理論和技術(shù)，突破企業(yè)的有形界限和延伸制造企業(yè)的功能。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、虛擬制造的應(yīng)用虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間。波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功，已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。圖3.23為整車的虛擬制造三維圖。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁三、虛擬制造的應(yīng)用在我國，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等科研教學(xué)單位也已經(jīng)開展了這一領(lǐng)域的研究工作。當(dāng)前我國虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國國情，進(jìn)行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究如何生成可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終性能和可制造性。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.6虛擬裝配過程虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確性，及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃。虛擬裝配系統(tǒng)包括數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作模擬等。2024/8/27汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

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頁3.6虛擬裝配過程

1．裝配結(jié)構(gòu)