淺析虛擬現(xiàn)實技術(shù)中工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用
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摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域的過程中，我們看到其不可比擬的優(yōu)勢性能，在這個高逼真的模擬環(huán)境之下，用戶可以深度地沉浸于計算機模擬環(huán)境中，在將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與工業(yè)設(shè)計活動充分融合的交互之下，可以給工業(yè)設(shè)計帶來新的、突破性的變革契機.
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；工業(yè)；設(shè)計；應(yīng)用
在計算機技術(shù)模擬的三維立體空間之中，用戶可以強烈地感受到視覺、聽覺、觸覺的模擬，在將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域時，突顯出虛擬現(xiàn)實技術(shù)不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢和性能，它可以無障礙、無阻滯地實現(xiàn)對三維立體空間的事物的觀察和操作，生動地模擬出實際的工業(yè)生產(chǎn)場景，可以良好地應(yīng)用于制造、裝配、安全監(jiān)測、建筑、室內(nèi)設(shè)計等領(lǐng)域，具有極其重要的現(xiàn)實功能和意義.
1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計綜述
虛擬現(xiàn)實技術(shù)以計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與現(xiàn)代先進制造技術(shù)的整合，是一種基于高度逼真的模擬化人機界面技術(shù)，可以達到基于自然技能和真實體驗的人機交互系統(tǒng).虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計具有其特殊的性能和特征，具體表現(xiàn)為：（1）網(wǎng)絡(luò)化.在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的、并行式的設(shè)計結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之中，實現(xiàn)了對設(shè)計、工程分析、生產(chǎn)制造三者的統(tǒng)一和集成.它可以快速地響應(yīng)市場需求，在虛擬的制造環(huán)境中生成數(shù)字樣機，并對其進行預(yù)測和評估.（2）交互性.在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計之中，建構(gòu)三維立體的虛擬數(shù)字模型，給人以真實的體驗，在身臨其境的感覺中對其加以修改和操作，較好地實現(xiàn)了人機的交互.（3）高效性.在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計之中，可以較好地減少對設(shè)計的修改，節(jié)約了設(shè)計成本，也提升了設(shè)計精度，由此可見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工業(yè)設(shè)計可以極大地提升資金使用效能.虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于工業(yè)設(shè)計的影響是多方面的，我們可以從不同的角度看待虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢：（1）變革了工業(yè)設(shè)計理念.在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域時，工業(yè)設(shè)計師不僅參與工業(yè)的設(shè)計階段，還滲透到企業(yè)的生產(chǎn)和銷售階段，需要全程對自己的設(shè)計負(fù)責(zé)，這種理念的轉(zhuǎn)變是前所未有的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)于工業(yè)產(chǎn)品的外形設(shè)計，還體現(xiàn)于工程設(shè)計，這就需要設(shè)計師立于更高的、更為全面的角度，生成優(yōu)良的新產(chǎn)品設(shè)計，并使之涵括除了工業(yè)設(shè)計專業(yè)之外更為廣泛的領(lǐng)域，更好地實現(xiàn)與其他經(jīng)營、銷售等團隊的精誠合作和交流.（2）創(chuàng)新了工業(yè)設(shè)計方法.傳統(tǒng)的二維式的平面圖設(shè)計方法已經(jīng)被替代，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用之下，可以使工業(yè)設(shè)計方法更為立體化和三維化，可以使人們體驗和感受到不同視角的立體效果圖，在用戶任意旋轉(zhuǎn)、放大、收縮的模型修改過程中，充分體現(xiàn)工業(yè)設(shè)計方法的多維化轉(zhuǎn)變.
2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類及應(yīng)用領(lǐng)域
2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類
虛擬現(xiàn)實技術(shù)又被稱為“虛擬生產(chǎn)”、“虛擬貿(mào)易”、“虛擬網(wǎng)絡(luò)”，它基于“人是信息環(huán)境的主體”的理念和意識，強調(diào)人在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用，它的分類，具體包括以下幾種：（1）分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù).不同的用戶基于計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)鏈接，共同參與和體驗虛擬經(jīng)歷，這些不同的用戶可以對同一個虛擬世界進行互動、操作和交流，以更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，達到共同體驗的工作目標(biāo).（2）增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實技術(shù).它是實現(xiàn)對真實世界的模擬和高度仿真，可以極為有效地增強用戶在真實場景下所無法感知或不便于感知的體驗，如：戰(zhàn)斗機飛行員的平視顯示器，可以更好地引領(lǐng)飛行員將武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到穿透式的屏幕之上，獲悉敵機的導(dǎo)航偏差.（3）沉浸式的虛擬現(xiàn)實技術(shù).運用特定的設(shè)備隔離用戶的視覺和聽覺，使用戶可以全身心地投入和沉浸于系統(tǒng)之中，利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、手控設(shè)備等，實現(xiàn)沉浸式的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的體驗.（4）桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù).運用個人計算機和低端工作站，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的高度仿真和模擬，并以計算機屏幕為觀察窗口，借助于各種輸入設(shè)備，全方位、多角度地實現(xiàn)與虛擬仿真世界的交互、操作和修改，在這個系統(tǒng)之中，個體沒有與外界相隔離，會受到外界的干擾和影響，因而缺乏真切的現(xiàn)實體驗和感受.
2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
（1）虛擬設(shè)計.虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以應(yīng)用于虛擬設(shè)計領(lǐng)域，如：虛擬現(xiàn)實汽車設(shè)計.（2）教育和娛樂領(lǐng)域.虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使用戶體驗到真切的感官刺激，在三維立體的逼真視景之中，實現(xiàn)用戶自主的、個性化的體驗.（3）安全訓(xùn)練.在一些高難度和危險的情境之下，可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行訓(xùn)練.如：應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng).（4）先進制造領(lǐng)域.在工業(yè)設(shè)計中的先進制造領(lǐng)域，可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，完善產(chǎn)品的設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品的性能，更好地提升設(shè)計效能.（5）建筑與藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域.在工業(yè)建筑及藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域之中，可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將抽象思維轉(zhuǎn)化為實體場景，極為有效地增強用戶的真實體驗.
3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用實踐分析
3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在灌裝制造生產(chǎn)線的應(yīng)用
3.1.1虛擬灌裝生產(chǎn)制造線的框架設(shè)計
在將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于制造生產(chǎn)線的架構(gòu)之中，可以將虛擬生產(chǎn)線建構(gòu)為以下幾大模塊內(nèi)容：（1）仿真管理模塊.實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實接口的指令數(shù)據(jù)接收與傳遞，更好地實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的協(xié)調(diào)與維護.（2）工藝布局模塊.設(shè)計人員基于生產(chǎn)制造線的約束性條件和前提，實現(xiàn)虛擬環(huán)境中的布局整體設(shè)計.（3）設(shè)備模型庫模塊.在這個模塊之中，可以充分體現(xiàn)出虛擬設(shè)備的控制屬性和幾何屬性，使用戶沉浸于虛擬場景和立體模型之中，實現(xiàn)對物理制造生產(chǎn)線的觀察和評價.（4）任務(wù)管理模塊.通過虛擬制造生產(chǎn)線的任務(wù)調(diào)度，實現(xiàn)對工件的傳送、加工、測量、運輸、灌裝等操作.（5）分析引擎模塊.測定設(shè)備及工件的運行狀態(tài)，并實施虛擬生產(chǎn)線上的系統(tǒng)故障檢測.（6）報價模塊.這是對虛擬制造生產(chǎn)線的設(shè)計的價格評估.（7）虛擬現(xiàn)實接口.借助于虛擬外部設(shè)備，可以實現(xiàn)虛擬仿真，建構(gòu)人與虛擬系統(tǒng)的接口.
3.1.2虛擬灌裝生產(chǎn)制造線的可視化設(shè)計
依照整體的生產(chǎn)能力和要求，在虛擬制造生產(chǎn)線的可視化設(shè)計中，要使輸送系統(tǒng)具有充分的存儲量和緩沖時間，能夠集成工藝流程和調(diào)度過程.同時，還要利用對象的繼承和封裝機制，生成虛擬的制造生產(chǎn)線環(huán)境，在三維的模型之下可以極其逼真地反映出制造生產(chǎn)線中的設(shè)備及工件.
3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空智能制造中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)與航空智能制造相融合，充分展示出虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“智能之窗”的地位和功效，基于我國航空制造的實際需求，可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于航空制造中的工藝設(shè)計、車間執(zhí)行、管理等方面，具有極其重要的現(xiàn)實意義.航空飛機制造的核心是工藝設(shè)計，在這個“看不見的手”之中，可以實現(xiàn)制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、可控化、可拓展應(yīng)用.具體應(yīng)用項目和內(nèi)容包括有：（1）沉浸式工藝審核.在航空飛機的制造虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用之中，首先即要實施對航空飛機裝配工藝的審核，以飛機設(shè)計圖樣、數(shù)據(jù)模型、文件等為審核內(nèi)容，協(xié)調(diào)各方面的意見和建議，全面做好工藝設(shè)計的審核和評定，工藝設(shè)計人員可以完全沉浸于虛擬、高度仿真的環(huán)境之中，不受任何干擾和影響，實現(xiàn)與虛擬對象的交互.（2）沉浸式工藝仿真.在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用之下，航空飛機制造實現(xiàn)了“基于建模和仿真的科學(xué)設(shè)計模式”的突破，在多源信息融合的仿真虛擬環(huán)境系統(tǒng)之中，實現(xiàn)對航空制造的工藝設(shè)計仿真分析，如：航空飛機工藝數(shù)字樣機模擬、空間分析與漫游、虛擬裝配、交互虛擬實驗等.
3.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑及藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用
在建筑設(shè)計領(lǐng)域之中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)極大地拓展了圖形藝術(shù)設(shè)計創(chuàng)作方式，通過虛擬漫游技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，可以三維、立體地呈現(xiàn)城市景觀、小區(qū)景觀、室內(nèi)設(shè)計、歷史性建筑的仿真模擬，它可以使設(shè)計者從多角度、自如地審視和欣賞，極大地拓展了建筑展示空間虛擬現(xiàn)實的漫游技術(shù)較好地解決了設(shè)計過程中的枯燥而繁瑣的溝通性缺陷，可以利用其三維建模的虛擬現(xiàn)實設(shè)計和全景虛擬現(xiàn)實展示設(shè)計，充分展示出設(shè)計者的設(shè)計創(chuàng)新思維，靈活地運用于不同的建筑設(shè)計項目之中.在室內(nèi)設(shè)計中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以虛擬出一個建筑室內(nèi)空間，直觀而形象地表達和傳遞設(shè)計者的設(shè)計意圖和設(shè)計思維，它比傳統(tǒng)的沙盤模型具有更大的優(yōu)勢性能，可以實現(xiàn)對設(shè)計空間的全尺寸模型設(shè)計，用戶可以任意在虛擬空間中漫游、修改和調(diào)整，使之更具有人性化和逼真化，極大地增強和提升了建筑室內(nèi)空間的整體操控和設(shè)計水平.
3.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以應(yīng)用于汽車制造系統(tǒng)之中，預(yù)先發(fā)現(xiàn)并解決汽車整體或零部件的問題，通過汽車三維立體模型的建構(gòu)，可以使設(shè)計人員更好地體驗汽車內(nèi)部的舒適度、駕駛模擬程度、故障模擬等，提升設(shè)計指標(biāo)的合理性和科學(xué)性.并且，在對汽車進行虛擬開發(fā)設(shè)計的過程中，還可以實現(xiàn)對汽車造型、制模、沖壓、焊接、總裝等流程的三維化和虛擬化，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為支撐和依托，實現(xiàn)虛擬協(xié)通實時設(shè)計，并實施虛擬實驗檢測，預(yù)測汽車的整體安全性能和動力性能.
4結(jié)束語
綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為支撐，通過立體的、三維建模方式，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的虛擬和高度仿真，在將這種全新的技術(shù)與工業(yè)設(shè)計相嫁接時，我們可以看到這個“智能窗口”的現(xiàn)實功能和意義，在網(wǎng)絡(luò)、信息、數(shù)據(jù)等方面的集成之下，可以清晰地呈現(xiàn)產(chǎn)品的全方位細(xì)節(jié)，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化和智能化，增強工業(yè)設(shè)計的交互性和科學(xué)性，充分利用工業(yè)設(shè)計資源庫，更好地縮短工業(yè)設(shè)計周期，提升工業(yè)設(shè)計的效能.
參考文獻：
〔1〕王佳.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR-Platform平臺的產(chǎn)品展示研究[D].太原理工大學(xué),2013.
〔2〕賀春光.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在保護蒙古馬鞍制作工藝中的探索與研究[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.
〔3〕全寧.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在喀什傳統(tǒng)民居中的應(yīng)用研究[D].新疆師范大學(xué),2014.
〔4〕王宣淋.在建筑領(lǐng)域中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用分析[J].電腦迷,2016(07).
〔5〕林鳳屏,陳必鏈,張彥定.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探析[J].實驗室科學(xué),2016(06).
〔6〕孫超.淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國公共安全,2017(01).
作者:黃坤 單位:安徽新華學(xué)院