虚拟现实技术在制造业中的应用

造 业生产 结构 与生产 流程进 行改造 等。
－
于 扩 展 了 计 算 机 的 接 口能 力 ，仅 仅 是 剐 剐 开 始 涉 及 到 人
（ ）模拟产 品 的外形设 计 。以波音 ７ ７飞机 外型设 ｛ 的感 知系统 和肌 肉系统 与计算 机 的交互 作用 问题 ，还 根 １ ７
人 计 为例 。以往 的外形 设计须 先制作 外形模 型， 过多次 ｊ 本未 涉及 “ 在实践 中所 得到 的感觉 信息 是怎 样在人 的 要通
： 的模 型 ，就 可以演示 机 械产 品的装 配过程 。如果 用户 佩
Ｉ 上 体 镜 数 手 ， 能 看 三 的 配 序 １戴 立 眼 或 据 套 就 够 到 维 装 程 。
Ｉ ４ 结束 语
虽然 虚拟 现实技 术很 多领域 中广 泛使用 ，但 它仍然
关条 件 的改善 ，虚拟 现实可 以广 泛应用 于工 程设计 、制 造技 术 、电子 商务 、医疗 、教育 、军事 等方 面。在 工程
Ｉ 地表 现大型 机械产 品 的装 配过 程 和各零 部件之 间 的位 置
１ 关 系 。 利 用 虚 拟 现 实 技 术 。 在 计 算 机 中建 立 各 个 零 部 件
３ 虚 拟 现 实 技 术在 制造 业 中的应 用
早 期 的应 用 研 究 主 要 集 中 于互 动 娱 乐 ，随 着 各 种 相
问题 。
（ ）原型分析 。飞机 、汽车和其他高速运动的运载 ４
验 。风 洞试 验 时测 试 气 流 和被 测 物体 之 间 的力 和力 矩．
及 在 计 算 机 上 如 何 产 生 深 度 线 索 的 技 术 ． 有 的 硬 件 系 ｌ 工具的模型 、原型样机或实物都需要在风洞 中进行试 现
图 １ 虚 拟 现 实 系统 的 系 统 构 成
足 实 时 性 ，图 形 的 刷 新 速 率 至 少 为 １ ／ ．最 好 高 于 ５帧 秒 ３ ０帧 ， 。 单 机 下 网 格 数 量 的 减 少 及 网 络 环 境 下 的 分 块 秒 传输 将提 高 图像 生成 速度 。同时 ，硬件 系 统性 能 的改善
０ 引 言
随 着 数 字 化 信 息 技 术 的 迅 猛 发 展 ，人 们 发 现 冯 ・ 诺
③ 人机 交互 模块 ：接 受 来 自 测模 块 的信 息 ，并 将其 作 检
用 于 虚 拟 环 境 ．然 后 将 操 作 后 产 生 的 结 果 以各 种 反 馈 的 形 式 提 供 给 用 户 ；④ 控 制 模 块 ：对 人 机 交 互 接 口 进 行 控
收 稿 日期 ：２ １ — ４ １ ０ １０ — ５ 作 者 简 介 ：张晔 （ ９ ４ ，女 ，山 东泰 安 人 ，本科 助 教 。 １ ８ 一）
９ ５
・
制造 业信 息 化 ・
也能改 善此 问题 。
ｌ 进行 观察， 以判断 在实时 运行过程 中存在 的问题 。
（ ）显示技 术和 传感器 技术 。涉及 人 眼的生 理原 理 Ｉ ３ 统 采用 的光学 显示 存在许 多局 限性 ，需要 改进 。传感器
伊曼式 计算 机仅 能处 理单 维 的数字 化信 息 ，而 人类 擅长
于 通 过 视 觉 、触 觉 、 听 觉 、 嗅 觉 、 味 道 以及 形 体 、 手 势 或 口 令 等 多 维 的 形 式 来 参 与 信 息 处 理 。 因 此 ， 亟 需 建 立 和 谐 的 人 机 环 境 ，支 持 多 维 信 息 空 间 的 表 达 。 虚 拟 现 实 （ Ｒ）技 术 应 运 而 生 。 Ｖ
２ 虚 拟 现 实 的关 键 技 术
（ ） 环 境 界 面 技 术 。 ＶＲ技 术 的 核 心 是 人 机 交 互 界 １ 面 的生 成 ，三 维 数 据 建 模 生 成 复 杂 场 景 的算 法 。Ｃ Ｄ技 术 Ａ
与感知 系统建模技术 相结合可有效地提高数据获取效率 。
（ ） 图 形 ／ 像 生 成 与 混 合 技 术 。 该 技 术 包 括 图 形 图 ２ 图 像 合 理 迭 加 显 示 、坐 标 系 变 换 、物 体 仿 真 技 术 等 。 要 满
设 计 和 制 造 中 。 应 用 虚 拟 现 实 技 术 ， 可 以 克 服 资 金 与 ｌ
技术 设计 等 “ 瓶颈 ”， 分发 挥工 程 技术 人员 的想象 力 ｌ 处 于应用 的初级 阶段 ．还存 在着 很多 尚未解 决的理 论 问 充 和创新 能力 。进行 机械制 造技 术 与工程设 计 ，对传统 制 Ｉ 题和技术障碍。虚拟现实技术所取得的成就 ，仅仅局限
达信 息 的模 型 ，这需要 根据 设计 意图进 行合理 组 合。信 ； 随时变换 尺度 、变换观察 的角度。 甚至还能够用手去
息 同步技术 、模 型校定 技术 、数据转 换技 术 、数 据管 理 ｆ “ 调整”流场中流线的变化。
模型 。识 别与合 同技术 的研究 是系统 集成 的基础 。
・
技术 需解 决设 备可靠 性 、可 重复 性 、精 确性 及安全 性等 １ 观察流体的流动等情况 ，并对这些实验结果进行分析，
１ 以作 出结论 。然而 ，风洞实验的开销很大，过程复杂，
（ ） 系 统 集 成 技 术 。ＶＲ 系 统 的 集 成 包 含 了 大 量 表 ！ 所 得 的实验 数据处 理繁 琐 。在 “ ４ 虚拟 风洞 ” 中用 户可 以
据 ，并 建 立 它 们 的 三 维 模 型 。
虚拟 现 实技 术 的 内涵 主 要包 含 以 下几 点 ：① Ｖ Ｒ技
术 是 一 种 可 以创 造 和 体 验 虚 拟 世 界 （ ｒ ａ ｗ ｒ ） 的 Ｖｉｕ ｌ ｏｌ ｔ ｄ
（）系统 的硬 件组 成 及功 能 。① 传感 器件 ：在 与 虚 １
机 电产 品 开 崖与 新
ＶＯ．４， ４ Ｉ ２ ＮＯ． Ｊ ｙ， １１ ｕｌ． ２０
虚 拟 现 实 技 术 在 制 造 业 中 的应 用
张 晔
（ 山职 业 技 术 学 院 ，山 东 泰 山 ２ １０ ） 泰 ７ ０ ０
摘 要 ：虚 拟 现 实 技 术 的 发 展 对 现 在 工 业 具 有 重 要 意 义 ，论 文 介 绍 了 虚 拟 现 实技 术 的 背 景 和 内 涵 ，分 析 了
制 ，并 安 装 一 定 的 数 学 或 力 学 模 型 进 行 仿 真 使 其 对 用 户 、虚 拟环 境 和 现 实 世界 产 生 作 用 ；⑤ ３ Ｄ模 型库 ：现
实 世 界 各 组 成 部 分 的 三 维 表 现 ．并环 境 ；⑥ 建 模模 块 ：获取 现实 世 界各 组成 部分 的三维 数
用 户将 产生 沉浸 感 ；③ 响应 系统 ：包 括场 景显 示 、触 觉
装 置 和 发 声 系 统 、专 用 硬 件 系 统 和 在 物 理 环 境 中 控 制 传
数据 并 与之 交互 的一种 方 式 ；⑤ Ｖ Ｒ技 术是 具 有 ｉ维 合
成 环 境 的媒 介 ，人 们 能 依 照 自 己 的 意 愿 从 任 选 视 点 实 时
拟 场 景 进 行 交 互 时 ，大 量 的 传 感 器 用 来 管 理 用 户 的 行 为 ，并 将 场 景 中 的 物 体 状 态 反 馈 给 用 户 ；② 头 盔 显 示
器 ：用 于 显 示 用 户 视 线 正 前 方 的 场 景 。 人 眼 水 平 视 角 为 １０ ， 垂 直 视 角 为 １０ ， 当 显 示 系 统 场 景 超 出 此 范 围 ， ８。 ５。
感 器动 作 的装 置等 。在 虚拟环 境 中 ，用户 通过 传感 装 置
对 对 象 导 航 ，并 得 到 实 时 ＿ 显 示 和 其 他 反 馈 信 息 。 一维
且 自由 地 进 行 探 测 、考 察 和 体 验 。
（ ）软件 系统 的功 能 。① 虚拟 场 景建 模 ：场景 是 用 ２
第２ ４卷 第 ４期
２１ ０ １年 ７月 文 章 编 号 ：１ ０ — ６ ３ （ ０ ）０ — ９ — ２ ０２６７ ２ １ １ ４０５０
Ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ＆ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉｅ ｙ＆ Ｅｌｃｒ ａ ｒ ｄ ｃｓ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｆ ｏ Ｍａ ｈｎ ｒ ｅｔｃｌ ｏ ｕ ｔ ｉ Ｐ
（ ）应 用 系 统 平 台 。 虚 拟 现 实 技 术 最 终 要 面 向 应 ５
｛
・
（ ）模拟产品的加工过程。产品设计的合理性 、可 ５
加工 性 、加 工方 法和机 床 的选用 、加工过 程 中可能 出现
用 ，通用平 台的 开发 可缩 短 与应 用结 合 的时 间 。 目前 ， Ｉ 的加工 缺 陷等在设 计 时是不 容易 发现和 确定 的 ，必须 经 基 于图形 的 Ｖ Ｒ通用 平 台一 般都 具有 图形 生成 器 ，能进 Ｉ 过仿真和分析 。通过虚拟现实技术 ，可 以预先发现 问 行 对 象 的几 何 建模 。这 种 应用 系统 平 台 还具 有 物 理 建 Ｉ 题， 采取修改设计或其他措施， 保证工期和产品质量。 模 、动态仿 真 ，交 互性 设 计等 功能 。Ｖ ＭＬ语 言的 出现 ： Ｒ 可扩充 的模型 库 、构造对 象 和域方 面也非常有 效 。 （ ）模拟产品的装配过程 。大型机械产品 的零部件数 ６ 使３ Ｄ建 模更 加快捷 。使用 ＣＣ ＋ Ａ Ａ等语 言在生 成 Ｉ 量很多、结构复杂、品种繁多，使用传统的手段很难清楚 ／ ＋ 、Ｊ Ｖ
： 版 社 ・ｏ ５ ２ ｏ・
（ ）模 拟 产 品 的 结 构 设 计 。在 复 杂 产 品 的 结 构 设 计 Ｉ 参考 文献 ： ２
】 蔡 唐好 虚拟现实及 其应用［】 Ｍ． 国 北京： 防工业出 中， 过 虚 拟 现 实 技 术 可 以 直 观 地 进 行 设 计 ， 免 可 能 出 ！ Ｉ 洪炳镕， 则苏， 选． 通 避 １
虚 拟 现 实 技 术 的 结 构 体 系 、特 点 及 关键 技 术 ，研 究 了 虚 拟 现 实技 术 在 制 造 业 中 的 应 用 。