基于虚拟现实技术的飞航设计与制造.doc

北京傲唯刃道科技有限公司 基于虚拟现实技术的飞航导弹设计与制造1 虚拟现实技术虚拟现实(Virtual Reality ,VR) 技术又称灵境技术, 是近年来出现的一门高新技术, 它可以模拟现实、再现真实的过去和显示可见的未来。从总体上讲, 虚拟现实技术就是要把计算机从善于处理数字化的单维信息改变为善于处理人所能感受到的、在思维过程中所能接触到的、除了数字化之外的其它各种表现形式的多维信息, 具体地说就是以仿真形式创造出真实反映客观世界变化及其相互作用的三维环境, 通过立体液晶眼镜、头盔显示器、数据手套、数据服和跟踪器等装置, 使用户沉浸在计算机生成的虚拟环境之中, 直接感知事物的变化, 并与之发生交互作用, 产生一种“身临其境”的感觉, 它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学等多项关键技术, 是多媒体技术发展的更高境界, 是高技术成果的系统集成。虚拟现实系统是一个闭环系统, 包括用户、机器和人机接口三个基本要素。其中用户是虚拟环境的接受者和作用者; 机器是指安装了相应软件程序, 用来生成虚拟环境的计算机; 人机接口是指将虚拟环境和用户连接起来的传感与控制装置。虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力等特征。沉浸感是指用户作为主体存在于虚拟环境的真实程度; 交互性是指用户对虚拟环境的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性) ; 想象力是指用户沉浸在多维信息空间中, 依靠其感知和认知能力全方位地获取知识,发挥主观能动性, 寻求解答, 形成新的概念。2 基于虚拟现实技术的设计与制造虚拟现实技术开始于军事方面的需求, 在军事和航天领域的模拟和训练中起到了非常重要的作用。随着计算机软、硬件技术的发展和成本的下降以及网络的普及, 现在虚拟现实技术正广泛地应用于各个方面, 应用前景非常广阔。基于虚拟现实技术的设计与制造(简称虚拟设计与虚拟制造) 是虚拟现实技术在设计与制造工程方面的应用和发展。虚拟设计( Virtual Design ,VD) 是一种以现代信息技术为基础, 利用虚拟现实技术和现代先进制造技术的产品设计方法, 它以三维虚拟数字模型作为信息的载体, 可以协同多人工作。数字模型与虚拟现实装置(立体液晶眼镜、头盔显示器、数据手套、数据服和跟踪器等) 及投影设备结合在一起, 生成产品的虚拟环境, 通过视觉、听觉和触觉等作用于用户, 使用户产生身临其境的感觉, 每一个用户对虚拟产品的操作和修改都可以及时在数字模型上体现, 从而实现人与人之间、人与机器之间的信息交互。在传统的设计中, 人们一直使用二维的平面图来表达设计思想,即使是使用计算机三维软件, 最终也只能得到某个视角的立体效果图, 不能完整地表达设计者的意图, 而基于虚拟现实技术的设计方法是以数字化的Web 3D模型作为设计思想的载体, 全面表达设计者的意图, 是人机接口技术的重大突破, 它将设计者的理念和思想以平常人可以理解的方式表达, 并且可以通过网络交流信息, 使信息交互的深度、广度和速度都得到了很大的提高,符合现代设计发展的大趋势, 是现代设计发展的主流方向。虚拟设计具有网络化、交互性和高效率等特点。虚拟原型是虚拟现实技术面向设计的应用, 是物理原型的一种替换技术, 用于产品的概念设计、设计方案评价等。在CAD或UG建立模型的基础上, 将虚拟技术与仿真方法相结合, 利用虚拟现实在可视化方面的强大功能优势和可交互地探索虚拟物体的功能, 对产品进行几何、功能等多方面的分析与设计, 从而确定最终的设计方案。实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是虚拟设计技术的三个主要方面。实物虚化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间, 生成相应的虚拟世界, 为高性能的计算处理提供必要的信息数据。实物虚化主要包括产品模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术。虚物实化是通过各种计算和仿真技术, 将虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户, 确保用户在虚拟环境中获取视觉、听觉、力觉和触觉等感官的认知。虚拟现实是以计算机技术为核心的现代高新科技, 这就要求要有高计算速度、强处理能力、大存储量和强联网特性的计算机来为设计工作的正常进行提供必要的硬件支持。虚拟制造(Virtual Manufactur2ing , VM) 又称拟实制造, 是利用信息技术、仿真技术和计算机技术对现实制造活动中, 或想象中的制造活动进行全面仿真的一种先进制造技术。通过虚拟制造可以预先发现制造中潜在的问题,在产品实际生产前就采取预防措施, 达到产品一次性制造成功的目标, 从而降低成本, 缩短产品开发周期, 增强产品的竞争力。虚拟制造具有功能一致性、结构相似性、组织的灵活性、集成化和智能化等特点。制造过程仿真是虚拟现实技术面向制造的应用。运用虚拟现实的仿真功能,模拟加工过程,对多种工艺方案进行快速评价,并判断生产限制条件, 从而解决在实际生产中可能遇到的各种情况和问题, 确定最终的工艺方案。面向制造的应用还体现在装配过程的模拟上, 通过对零件的“直接”操作, 可检验零件的可操作性、装配的难易程度、装配的次序和装配后零件间的静态干涉, 采用虚拟运动仿真技术还可以使虚拟样机按设计功能进行运动, 设计人员通过观察其连续的动态显示, 方便地检查出机构的动态干涉情况, 同时还可以对指定构件进行速度、加速度和受力分析, 提前对可能出现的问题做出准确的预测和改进。虚拟设计与虚拟制造流程如图1 所示。行业概况：北京傲唯刃道科技有限公司认为：供求关系是一个行业能否快速发展的前提。目前来看，市场需求是很大的，而供