虚拟设计及其应用54

主要内容一、前言二、CAD技术三、虚拟现实技术四、虚拟设计技术及其应用五、应用事例一、前言010203040506070开发设计生产准备与加工原料与外购件采购管理和销售对成本的影响所需的工时成本设计开发的重要性现实产品开发与生产设计评价产品报废品报废品制造原料外在因素变化设备厂房人员试制原料设备厂房人员0102030405060产品定义产品开发工艺规划制造检验应用%避免错误、或尽早发现错误、尽早修正错误设计开发目标75%修改源于设计开发80%修改由制造后续阶段完成计算机技术的成熟为改变设计方式，提高设计水平提供了很好的手段和工具虚拟产品开发虚拟产品开发技术是以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，计算机图形学、人工智能、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术等在产品开发（包括产品构思、设计、制造、测试和分析等）的综合应用技术。SimulationofproductdevelopmentactivitiesbasedonModelsofproductdevelopmentprocessandsystem虚拟产品开发的定义测试设计装配加工分析ProductDevelopmentinComputer数据/信息原料设备厂房产品实际制造人员报废品设计虚拟样机评价反馈信息虚拟加工虚拟装配虚拟检测市场信息虚拟产品开发与生产何谓虚拟其一、完全高度的数字化其二、异地协同产品开发的网络化其三、虚拟现实技术提供的多维交互性二、CAD技术CAD技术的发展工程分析绘图造型智能设计产品建模技术的发展重点放在开发和制造零件重点放在产品的形成过程原型3DCAD2DCAD绘图DigitalMock-upDigitalPrototype计算机辅助绘图1960年代初，美国ISutherland提出交互式计算机辅助绘图的概念，由此开创了计算机图形学和计算机辅助绘图技术的领域计算机辅助几何造型产品的三维几何模型包含更多的产品几何信息，可以用于进一步的产品分析和生产准备。同时三维几何模型直观，便于设计人员直接评价产品数字模型传统CAD系统的缺点人机交互手段不足几何尺寸必须确定以鼠标和键盘为代表的人机交互工具不符合设计人员习惯在几何尺寸等信息尚未确定的概念设计等上游设计阶段，传统的CAD无能为力物理属性考虑欠缺无法真实地表现产品的物理特性，因此不能真实地分析产品性能虚拟产品建模重点放在开发和制造零件重点放在产品的形成过程原型重点放在产品全生命周期产品3DCAD2DCAD绘图DigitalMock-upDigitalPrototypeVirtualPrototype三、虚拟现实技术虚拟现实？虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是一种三维计算机图形技术与计算机硬件技术发展而实现的高级人机交互技术，允许用户通过视觉、听觉、触觉甚至嗅觉和味觉等多种知觉方式实时地与计算机所建造的仿真环境发生相互作用。虚拟现实!虚拟环境virtualenvironment人工现实artificialreality计算机合成环境computersynthesizedenvironment虚拟现实的基本特征沉浸Immersion交互Interaction想象Imagination3I虚拟现实系统VR硬件计算机VR软件操作者方位跟踪系统声音识别系统场景显示系统触觉反馈器虚拟现实设备（输入设备）数据手套和数据衣跟踪系统的位置传感器(电磁式、声学式、光学式、机械式)虚拟现实设备（输出设备）头盔显示器眼镜环幕增强虚拟现实增强现实技术(AugmentedReality)是一种“虚实结合”的人机交互技术，是“看穿(see-through)”计算机生成显示的技术。比如，在进行轿车整车装配时，车身是由计算机产生的图像，而车架、装配环境则是实物，用户可以操作车身，使之逼真地安放在真实的车架上，从而进行装配分析。四、虚拟设计技术及其应用虚拟产品设计虚拟产品设计是以虚拟现实技术为基础，实现产品或工程设计与评价分析的技术，是新一代的计算机辅助设计技术。虚拟产品设计技术的应用形状设计装配设计工程设计虚拟形状设计对于规则形体，可以采用语音识别、手势跟踪的交互系统实现实体生成、尺寸更改、形状变更、实体变换（移动、旋转等），从而完成形体设计虚拟形状设计单独使用语音命令“产生高20mm、长100mm、宽50mm的长方体”“放置对象于X=10、Y=10、Z=20处”“将对象沿X移动10mm”语音与手势合用指着对象，“选择”确定双手间距，“长度这么长”“改变长度”，作手势虚拟形状设计对于自由曲面，主要采用手势和虚拟工具，完成曲面设计。虚拟形状设计单独使用手势手势比划虚拟工具虚拟油泥建模(VirtualClayModeling)：允许工业造型技术人员以类似于传统的手工设计方式（刮、削、扫、抹等）制作出随心所欲的模型虚拟装配设计借助虚拟装配设计技术，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对产品的装配性进行分析，而且可以产生装配规划虚拟装配设计设计人员可以利用手套或其它设备按照自己的经验装配或拆卸零件虚拟工程设计对于生产线、厂房车间、地铁等大型工程设计，虚拟设计技术提供对设计方案评价的非常直观的手段虚拟厂房虚拟生产线虚拟工程五、应用事例虚拟人工拆卸工程设计与仿真六、结束语虚拟设计技术使人类从虚拟的世界中获得巨大的现实效益使人类更多的梦想成真