虚拟设计及其应用培训资料

1、虚拟设计及其应用培训资料主要内容主要内容一、前一、前 言言二、二、CADCAD技术技术三、虚拟现实技术三、虚拟现实技术四、虚拟设计技术及其应用四、虚拟设计技术及其应用五、应用事例五、应用事例一、前一、前 言言010203040506070开发设计开发设计生产准备生产准备与加工与加工原料与外原料与外购件采购购件采购管理和销售管理和销售对成本的影响对成本的影响所需的工时成本所需的工时成本设计开发的重要性设计开发的重要性现实产品开发与生产现实产品开发与生产设计设计评价评价产品产品报报废废 品品报报废废 品品制造制造原料原料外在因外在因 素变化素变化设备设备厂房厂房人员人员试制试制原料原料设备设备厂房

2、厂房人员人员0102030405060产品定义产品定义产品开发产品开发工艺规划工艺规划制造制造检验检验应用应用 %避免错误、或尽早发现错误、尽早修正错误避免错误、或尽早发现错误、尽早修正错误设计开发目标设计开发目标75%75%修改源于设计开发修改源于设计开发80%80%修改由制造后修改由制造后续阶段完成续阶段完成 计算机技术的成熟为计算机技术的成熟为改变设计方式，提高设计改变设计方式，提高设计水平提供了很好的手段和水平提供了很好的手段和工具工具虚拟产品开发虚拟产品开发 虚拟产品开发技术是以计算机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，仿真和产品生命周期建模为基础，计算机图形学、

3、人工智能、网络技计算机图形学、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、制造、测试和分析等）的综合应用技术。用技术。Simulation of product development activities based on Models of product development process and system虚拟产品开发的定义虚拟产品开发的定义测试测试设计设计装配装配加工加工分析分析数据数据/信息信息原料原料设备设备厂房厂房产产品品实际制造实际制造人员人员报废

4、品报废品设计设计虚拟样机虚拟样机评价评价反反馈馈 信信息息虚拟加工虚拟加工虚拟装配虚拟装配虚拟检测虚拟检测市场信息市场信息虚拟产品开发与生产虚拟产品开发与生产何谓虚拟何谓虚拟其一、完全高度的数字化其一、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其三、虚拟现实技术提供的多维交互性二、二、CADCAD技术技术工程分析工程分析绘图造型绘图造型智能设计智能设计产品建模技术的发展产品建模技术的发展 重点放在重点放在开发和制造开发和制造零件零件重点放在重点放在产品的形成过程产品的形成过程原型原型 3D CAD 2D CAD绘图绘图Digi

5、tal Mock-upDigital Prototype计算机辅助绘图计算机辅助绘图19601960年代初，美国年代初，美国I SutherlandI Sutherland提出交互式提出交互式 计算机辅助计算机辅助 绘图的概念绘图的概念 ，由此开创，由此开创 了计算机图了计算机图 形学和计算形学和计算 机辅助绘图机辅助绘图 技术的领域技术的领域计算机辅助几何造型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产品的三维几何模型包含更多的产品几何信息，可以信息，可以用于进一步用于进一步的产品分析的产品分析和生产准备。和生产准备。同时三维几同时三维几何模型直观，何模型直观，便于设计人便于设计

6、人员直接评价员直接评价产品数字模型产品数字模型传统传统CADCAD系统的缺点系统的缺点人机交互手段不足人机交互手段不足几何尺寸必须确定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，传统的计阶段，传统的CAD无能为力无能为力物理属性考虑欠缺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真实地分析产品性能虚拟产品建模虚拟产品建模重点放在重点放在开发和制造开发和制造零件零件重点

7、放在重点放在产品的形成过程产品的形成过程原型原型重点放在重点放在产品全生命周期产品全生命周期产品产品 3D CAD 2D CAD绘图绘图Digital Mock-upDigital PrototypeVirtual Prototype三三、虚拟现实技术、虚拟现实技术虚拟现实？虚拟现实？ 虚拟现实技术虚拟现实技术(Virtual Reality, VR) 是是一种三维计算机图形技术与计算机硬件技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

8、计算机所建造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。的仿真环境发生相互作用。虚拟现实虚拟现实! != 虚拟环境虚拟环境 virtual environment= 人工现实人工现实 artificial reality= 计算机合成环境计算机合成环境 computer synthesized environment虚拟现实的基本特征虚拟现实的基本特征沉浸沉浸ImmersionImmersion交互交互InteractionInteraction想象想象ImaginationImagination3I虚拟现实系统虚拟现实系统VRVR硬件硬件计计算算机机VRVR软软件件操操作作者

9、者方位跟踪系统方位跟踪系统声音识别系统声音识别系统场景显示系统场景显示系统触觉反馈器触觉反馈器虚拟现实设备（输入设备）虚拟现实设备（输入设备） 数据手套和数据衣数据手套和数据衣 跟踪系统的位置传跟踪系统的位置传感器感器( (电磁式、声学电磁式、声学式、光学式、机械式、光学式、机械式式) )虚拟现实设备（输出设备）虚拟现实设备（输出设备）头盔显示器头盔显示器眼镜眼镜环幕环幕增强虚拟现实增强虚拟现实 增强现实技术增强现实技术(Augmented Reality) 是一种是一种“虚实结合虚实结合”的人机交互技术，是的人机交互技术，是“看穿看穿(see-through)”计算机生成显示的技术。计算机生

10、成显示的技术。 比如，在进行轿车整车装配时，车身是由计算比如，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。上，从而进行装配分析。四、虚拟设计技术四、虚拟设计技术及其应用及其应用虚拟产品设计虚拟产品设计 虚拟产品设计是以虚拟现实技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，是新一代的计算评价分析的技术，是新一代的计算机辅助设计技术。机辅助设计技术。虚拟产品设计技

11、术的应用虚拟产品设计技术的应用形状设计形状设计装配设计装配设计工程设计工程设计虚拟形状设计虚拟形状设计对于对于规则形体规则形体，可以，可以采用语音识别、手势采用语音识别、手势跟踪的交互系统实现跟踪的交互系统实现实体生成、尺寸更改实体生成、尺寸更改、形状变更、实体变、形状变更、实体变换（移动、旋转等）换（移动、旋转等），从而完成形体设计，从而完成形体设计虚拟形状设计虚拟形状设计单独使用语音命令单独使用语音命令“产生高产生高20mm、长、长100mm、宽、宽50mm的长方体的长方体”“放置对象于放置对象于X=10、Y=10、Z=20处处”“将对象沿将对象沿X移动移动10mm”语音与手势合用语音与手

12、势合用指着对象，指着对象，“选择选择”确定双手间距，确定双手间距，“长度这么长长度这么长”“改变长度改变长度”，作手势，作手势虚拟形状设计虚拟形状设计对于自由曲面，主要采用对于自由曲面，主要采用手势和虚拟工具，完成曲手势和虚拟工具，完成曲面设计。面设计。虚拟形状设计虚拟形状设计单独使用手势单独使用手势手势比划手势比划虚拟工具虚拟工具虚拟油泥建模虚拟油泥建模(Virtual Clay Modeling)：允许：允许工业造型技术人员以类似于传统的手工设计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）制作出随心所欲方式（刮、削、扫、抹等）制作出随心所欲的模型的模型虚拟装配设计虚拟装配设计借助虚拟装配设计技术，设计人员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，而且具对产品的装配性进行分析，而且可以产生装配规划可以产生装配规划虚拟装配设计虚拟装配设计设计人员可以利用手套或其它设备设计人员可以利用手套或其它设备按照自己的经