虚拟设计及其应用54

虚拟设计技术及其应用VIRTUALDESIGN主要内容容一、前言言二、CAD技术三、虚拟拟现实技技术四、虚拟拟设计技技术及其其应用五、应用用事例一、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发的重要要性现实产品品开发与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产品定义义产品开发发工艺规划划制造检验应用%避免错误误、或尽尽早发现现错误、、尽早修修正错误误设计开发发目标75%修修改源于于设计开开发80%修修改由制制造后续续阶段完完成计算机技技术的成成熟为改改变设计计方式，，提高设设计水平平提供了了很好的的手段和和工具虚拟产品品开发虚拟产品品开发技技术是以以计算机机仿真和和产品生生命周期期建模为为基础，，计算机机图形学学、人工工智能、、网络技技术、多多媒体技技术和虚虚拟现实实技术等等在产品品开发（（包括产产品构思思、设计计、制造造、测试试和分析析等）的的综合应应用技术术。SimulationofproductdevelopmentactivitiesbasedonModelsofproductdevelopmentprocessandsystem虚拟产品品开发的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息虚拟产品品开发与与生产何谓虚拟拟其一、完完全高度度的数字字化其二、异异地协同同产品开开发的网网络化其三、虚虚拟现实实技术提提供的多多维交互互性二、CAD技术CAD技术的发发展工程分析析绘图造型型智能设计计产品建模模技术的的发展重点放在在开发和制制造零件重点放在在产品的形形成过程程原型3DCAD2DCAD绘图DigitalMock--upDigitalPrototype计算机辅辅助绘图图1960年代初初，美国国ISutherland提出交互互式计算机辅辅助绘图的概概念，由此开开创了计算机机图形学和计计算机辅助绘绘图技术的领领域计算机辅辅助几何何造型产品的三三维几何何模型包包含更多多的产品品几何信信息，可可以用于进一一步的产品分分析和生产准准备。同时三维维几何模型直直观，便于设计计人员直接评评价产品数字字模型传统CAD系统的缺缺点人机交互互手段不不足几何尺寸寸必须确确定以鼠标和键键盘为代代表的人人机交互互工具不不符合设设计人员员习惯在几何尺尺寸等信信息尚未未确定的的概念设设计等上上游设计计阶段，，传统的的CAD无能为力力物理属性性考虑欠欠缺无法真实实地表现现产品的的物理特特性，因因此不能能真实地地分析产产品性能能虚拟产品品建模重点放在在开发和制制造零件重点放在在产品的形形成过程程原型重点放在在产品全生生命周期期产品3DCAD2DCAD绘图DigitalMock-upDigitalPrototypeVirtualPrototype三、虚拟现现实技术术虚拟现实实？虚拟现实实技术((VirtualReality,,VR)是一种三三维计算算机图形形技术与与计算机机硬件技技术发展展而实现现的高级级人机交交互技术术，允许许用户通通过视觉觉、听觉觉、触觉觉甚至嗅嗅觉和味味觉等多多种知觉觉方式实实时地与与计算机机所建造造的仿真真环境发发生相互互作用。。虚拟现实实!虚拟环境境virtualenvironment人工现实实artificialreality计算机合合成环境境computersynthesizedenvironment虚拟现实实的基本本特征沉浸Immersion交互Interaction想象Imagination3I虚拟现实实系统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实设备（（输入设设备）数据手套套和数据据衣跟踪系统统的位置置传感器器(电磁磁式、声声学式、、光学式式、机械械式)虚拟现实实设备（（输出设设备）头盔显示示器眼镜环幕增强虚拟拟现实增强现实实技术((AugmentedReality)是一种““虚实结结合”的的人机交交互技术术，是““看穿((see--through)””计算机生生成显示示的技术术。比如，在在进行轿轿车整车车装配时时，车身身是由计计算机产产生的图图像，而而车架、、装配环环境则是是实物，，用户可可以操作作车身，，使之逼逼真地安安放在真真实的车车架上，，从而进进行装配配分析。。四、虚拟拟设计技技术及其其应用虚拟产品品设计虚拟产品品设计是是以虚拟拟现实技技术为基基础，实实现产品品或工程程设计与与评价分分析的技技术，是是新一代代的计算算机辅助助设计技技术。虚拟产品品设计技技术的应应用形状设计计装配设计计工程设计计虚拟形状状设计对于规则形体体，可以采采用语音音识别、、手势跟跟踪的交交互系统统实现实实体生成成、尺寸寸更改、、形状变变更、实实体变换换（移动动、旋转转等），，从而完完成形体体设计虚拟形状状设计单独使用用语音命命令“产生高高20mm、长100mm、宽50mm的长方体体”“放置对对象于X=10、Y==10、、Z=20处”“将对象象沿X移动10mm”语音与手手势合用用指着对象象，“选选择”确定双手手间距，，“长度度这么长长”“改变长长度”，，作手势势虚拟形状状设计对于自由由曲面，，主要采采用手势势和虚拟拟工具，，完成曲曲面设计计。虚拟形状状设计单独使用用手势手势比划划虚拟工具具虚拟油泥泥建模((VirtualClayModeling))：允许工业业造型技技术人员员以类似似于传统统的手工工设计方方式（刮刮、削、、扫、抹抹等）制制作出随随心所欲欲的模型型虚拟装配配设计借助虚拟拟装配设设计技术术，设计计人员可可以在虚虚拟环境境中使用用各种装装配工具具对产品品的装配配性进行行分析，，而且可可以产生生装配规规划虚拟装配配设计设计人员员可以利利用手套套或其它它设备按按照自己己的经验验装配或或拆卸零零件虚拟工程程设计对于生产产线、厂厂房车间间、地铁铁等大型型工程设