汽车数字化开发技术-第七章汽车虚拟现实技术在汽车开

第七章汽车虚拟现实技术在汽车开发中的应用汽车数字化开发技术数字开发有哪些技术，具体应用、与传统开发相比有哪些优势？例如：CFD技术（计算流体动力学），是研究流体在基本控制方程下运动的数值模拟方法。用于计算分析汽车外流场，与传统的风洞试验相比，CFD方法不需要实车模型，具有周期短、成本低、可反复计算等优点。思考：11）仿真的三个基本要素是：

复习：2物理系统计算机数学模型系统、模型、计算机2）汽车虚拟样车仿真技术的内容：(1)几何仿真，整车结构的几何特性与装配关系的仿真；(2)性能仿真，动力学性能和动力学特性的仿真。33）虚拟试验的优点：(1)可以大幅度减少样机制造试验次数，缩短新产品试验周期，降低实际试验的费用。(2)可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互反馈。(3)可对试验过程进行回放、再现和重复。44）汽车碰撞安全仿真试验从哪几个方面进行？要研究的内容包括哪几个？试验从哪五个方面进行：（1）正面碰撞（2）后部碰撞（3）侧面碰撞（4）顶部压垮（5）侧门强度。研究的内容包括：（1）车身结构的耐撞性研究（2）碰撞生物力学研究（3）乘员约束系统研究（4）安全内部饰件研究。55)汽车碰撞安全仿真的发展趋势：(1)提高仿真运算速度，它是汽车碰撞仿真技术发展的核心；(2)发展新的人体模型模拟技术；(3)寻求接触搜寻新算法；(4)研究降解积分新技术；(5)子循环技术。6第七章汽车虚拟现实技术在汽车开发中的应用汽车数字化开发技术3.1虚拟现实技术的概述3.2虚拟环境的建立3.3产品的虚拟原型3.4数字制造3.5数字工厂8虚拟现实的定义虚拟环境开发的目的虚拟现实在各个领域的应用3.1虚拟现实技术的概述9是一种为改善善人与计算机机的交互方式式、提高计算算机可操作性性的人机界面面综合技术。它通过高速图形计算算机、头盔显示器或其他三维视觉通道道、三维位置跟踪踪器和立体声音响，使计算机用用户能够沉浸浸到计算机屏屏幕所显示的的场景中去，，从而产生一一种类似“幻幻觉”的人工工三维环境——“虚拟环境或或灵境”。虚拟现实的定定义10虚拟现实的组组成包括用户（操作者者）、机器及人机接口三个基本组成成部分。借助虚拟显示示技术，可以以对现实世界界的事物进行行动态仿真。。计算机屏幕幕显示的场场景能够跟跟踪用户的的输入，及及时按照输输入信息修修改场景，，使用户和和虚拟环境境之间建立立起实时交交互性关系系，进而使使用户产生生身临其境境的沉浸感感觉。11虚拟环境的的特征121）为了方便设计师师对产品各方方面包括外外观、零部部件间的关关系、性能能等方面做做出评价，，以减少设设计上的错错误和最大大限度地满满足客户需需求。2）为了缩短产品的设计周期和节省试制费用，避免多次制制造样机。3）为了使数数字化产品品模型具有有更强的人机交互功能，使用用户能在虚虚拟环境中中感觉到产产品的存在在。4）为了方便产品设计开开发人员、、生产管理理人员、营营销人员组组成的团队队可以从不不同角度对对产品的设设计方案进进行讨论。虚拟环境开开发的目的的13虚拟现实在在工程中的的应用虚拟现实在在医学中的的应用虚拟现实在在航天和军军事中的应应用虚拟现实在在商业中的的应用在娱乐、艺艺术和教育育中应用虚拟现实在在车辆工程程方面的应应用虚拟现实在在各个领域域的应用14人机交互方方式发展历历程具有沉浸感感虚拟环境境的特点虚拟环境硬硬件配置虚拟环境软软件配置153.2虚拟拟环境的建立立5个阶段：1）传统的屏屏幕显示、、键盘和鼠鼠标2）从三维图图形到观看看“桌面虚虚拟现实””3）头盔显示示器和双筒筒全景显示示器（具有有沉浸感））4）数据手套套和触觉反反馈装置5）超大屏幕幕或全景虚虚拟环境（（多用户深深度沉浸感感）人机交互方方式发展历历程161）采用与人人体位置有有关的观察察方法，从从而提供了了在三维空间中运动动的视觉界面，为用户在在虚拟环境境中东张西西望、走进进走出或飞飞越创造了了基本条件件。2）超大屏屏幕的立体体景观加强强了空间的的深度和广广度，全景虚拟环环境将与人人的身材大大小相适应应。3）通过数据据手套、操操纵杆、遥遥控器空间间球和立体体鼠标等装装置可以操纵和和控制虚拟拟对象。4）立体声场、、触觉以及及其他非视视觉技术的应用大大大加深了虚虚拟环境的的沉浸感。。5）在不同地地点的人通通过网络可可以分享虚虚拟环境，，在虚拟空空间中相会会、交谈和和动作交互互。（多用户））具有沉浸感感虚拟环境境的特点17具有沉浸感感的虚拟环环境硬件系系统包括：：一、可视化化视觉通道道二、虚拟幕幕墙三、全景空空间四、立体声声场的听觉觉通道五、语言、、位置和姿姿态输入装装置虚拟环境硬硬件配置181）头盔显示示器2）双筒全方方位显示器器3）虚拟桌面面和虚拟幕幕墙4）全景虚拟拟环境一、可视化化视觉通道道19头盔显示器器20头盔前方的的小盒有两两个小液晶晶显示屏，，利用光学学原理让左左右眼看到到的图像略略有差别以以达到立体体效果。位置追踪器器能够不断断测量用户户头部的位位置和方向向，并将计计算机生成成的场景调调整到与头头部位置和和姿态相适适应的场景景，使用户户可以在各各个角度观观看生成的的虚拟产品品。可以提供立立体场景显显示、立体体声音输出出以及头部部位置跟踪踪的功能。。双筒全方位位显示器21针对头盔显显示器戴上上不舒适感感进行了改改进，同时时分辨率上上有所提高高。通过多连杆杆机构在操操作范围的的任意移动动，达到位位置跟踪的的效果。虚拟桌面22与头盔显示示器和双筒筒全方位显显示器相比比可供多用用户同时使使用。在操作者可可以通过数数据手套、、位置跟踪踪器等实现现人机交互互。虚拟幕墙23可供用户10人左右建立全景虚虚拟环境（（CAVE)的目的：1）生成高清清晰度全彩彩色的逼真真影像，改改善周边视视野效果；；2）减少用户户负重的硬硬件，消除除头部转动动的误差；；3）开发能够够同时看到到现实世界界和虚拟世世界的显示示装置；4）开发能够够与超级计计算机联网网的可视化化的工具和和数据源。。全景虚拟环环境（CAVE）2425利用CAVE开发奔驰新新车型数据手套操纵杆操纵手轮三维控制装装置五、语言、、位置和姿姿态输入装装置26数据手套27数据手套(DataGlove)是一种把手手势输入计计算机的工工具。戴上上数据手套套后，当手手活动时手手套检测这这些活动，，并向计算算机送出相相应数据，，计算机将将这些数据据转化为虚虚拟手的动动作，如握握拳、手平平直、伸出出食指等。。根据系统统的规定，，不同的手手势可以表表示不同的的控制指令令，例如用用手平直指指出飞行的的方向，用用握拳表示示返回等。。为了实现在在虚拟现实实中的漫游游，必须知知道浏览者者在三维空空间中的位位置和方向向，尤其是是必须知道道头部的位位置与方向向，以相应应地改变场场景。这就就需要位置置跟踪器跟跟踪头部的的位置与方方向，也就就是需要位位置跟踪器器描述物体体的3D位置。目前采用的的位置跟踪踪器有磁场场式、超声声波式、红红外线式及及发光二极极管式等，，但使用较较多的是磁磁场式及超超声波式。。三维（3D）位置跟踪踪器28虚拟现实应应用工具箱箱——MRTK软件包虚拟现实系系统应用工工具箱——WTK程序包CDK（CyberspaceDeveloperKit)软件包虚拟现实建建模语言VRML虚拟拟环环境境软软件件配配置置29虚拟拟原原型型的的概概念念建立立虚虚拟拟原原型型的的主主要要步步骤骤虚拟拟原原型型的的应应用用303.3产品品的的虚虚拟拟原原型型虚拟拟原原型型(VirtualPrototypling)是利利用用虚虚拟拟环环境境在在可可视视化化方方面面的的优优势势以以及及可可交交互互地地探探索索虚虚拟拟物物体体的的功功能能，，对产产品品进进行行几几何何、、功功能能、、制制造造等等方方面面交交互互的的建建模模与与分分析析。它是是在在CAD模型型的的基基础础上上，，使使虚虚拟拟技技术术与与仿仿真真方方法法相相结结合合，，为为原原型型的的建建立立提提供供的的新新的的方方法法。。虚拟拟原原型型技技术术可可用用来来快快速速评评价价不不同同的的设设计计方方案案，，与与物物理理原原型型相相比比较较，，虚拟拟原原型型生生成成的的速速度度快快，，生生成成的的原原型型可可被被人人们们直直接接感感触触、、操操纵纵和和修修改改，，且且数数据据可可被被重重新新利利用用。。运运用用虚虚拟拟原原型型技技术术，，可可以以减减少少且且甚甚至至取取消消物物理理原原型型的的制制作作，，从从而而加加速速新新产产品品的的开开发发进进程程。。31虚拟拟原原型型的的概概念念为使用现现有的软软件，并并将虚拟拟原型集集成到产产品开发发过程中中，还需需要下列列两个接接口：1）虚拟环环境和外部工具具之间的接口。2）与产品数据据模型库库的接口。。虚拟原型型不是要要代替现现有的CAD技术，而而是在CAD数据的基基础上进进行工作作，虚拟拟原型给给所设计计的物体体提供了了附加的的功能信信息。产产品数据据模型库库将包含含完整的的、集成成的产品品模型数数据及管管理，从从而为产产品开发发过程各各阶段提提供共享享的信息息。321)从CAD／CAM模型中取取出几何何模型。。2)镶嵌：用用多面体体和多边边形逼近近几何模模型。3)简化：根根据不同同要求删删去不必必要的细细节。4)虚拟原型型编辑：：着色、、材料特特性渲染染、光照照渲染等等。5)特征轮廓廓的粘贴贴，以更更好地表表达某些些细节。。6)增加周围围环境和和其他要要素的几几何模型型。7)添加操纵纵功能和和性能。。33建立虚拟拟原型的的主要步步骤汽车转向向盘的嵌嵌砌和简简化模型型34边界缝补补示意35驾驶仪表表盘照片片的粘贴贴361）汽车虚虚拟原型型虚拟原型型的应用用372）工程机机械虚拟拟原型38JohnDeere公司的装装载机虚虚拟原型型3）虚拟维维修4）虚拟风风洞39数字制造造的定义义一、定义义：数字制造造又称虚虚拟制造造，可以以定义为为“借助助建模和和仿真技技术提高高制造企企业各层层面决策策和控制制水平的的、集成成化的、、在计算算机上人人工合成成的制造造环境””。是数字化化开发的的重要组组成部分分，可以以检验关关键零件件的可制制造性以以及整机机的易装装配程度度。3.4数字制造造40二、数字字制造虚虚拟环境境的组成成：1）虚拟机机器建模模环境2）虚拟产产品设计计环境3）虚拟产产品制造造环境4）虚拟产产品装配配环境41三、虚拟拟制造的的特点(1)集成性：：虚拟制造造包含了了虚拟设设计、虚虚拟加工工、虚拟拟装配等等过程。。其次，，各子过过程并不不是独立立运行的的，而是是彼此之之间相互互影响、、相互支支持，共共同完成成对实际际制造过过程的分分析与仿仿真。(2)反复性：：虚拟制造造大多数数环节都都遵循““方案案拟定——仿真评价价——方案修改改”的一一个多次次反复的的工作流流程。(3)并行性：：指的是分分布在不不同节点点的工程程技术人人员、计计算仿真真资源和和数据知知识资源源，在计计算机网网络和分分布式虚虚拟现实实环境下下，针对对生产中中的某一一任务，，群组协协调工作作。(4)人机交互互性：虚拟制造造通过虚虚拟现实实环境将将计算机机的计算算和仿真真的过程程与人的的分析、、综合和和决策的的过程有有机地结结合起来来。42虚拟装配配是虚拟拟制造的的重要组组成部分分，利用用虚拟装装配，可可以验证装配设计和操操作的正确确性，，及早早发现现装配配中的的问题题，对对模型型进行行修改改，并并通过过可视视化显显示装装配过过程。。虚拟拟装配配系统统允许许设计计人员员考虑虑可行行的装装配序序列，，自动动生成成装配配规划划。虚拟装装配系系统包包括数数值计计算、、装配配工艺艺规划划、工工作面面布局局、装装配操操作模模拟等等。虚拟装装配过过程4344虚拟装装配场场景示示意数字工工厂的的定义义数字工工厂是是一个个集成成化的的虚拟拟仿真真环境境，它它将制造企企业信信息管管理系系统与虚拟制制造的各种种应用用结合合到一一起，，提供供了一一个从从产品品设计计到产产品废废弃的的全生生命周周期数数据管管理平平台。。3.5数字工工厂45UGS公司提提供的的数字字工厂厂基本本框架架46原型车车的构构建的的步骤骤：(1)计算察察看方方向；；(2)分析用用户接接触；；(3)渲染。。数字工工厂的的应用用4748第八章章产产品开开发的的组织织和管管理汽车数数字化化开发发技术术CIMData公司总总裁EdMiller认为：：PDM是一门门用来来管理理所有有与产产品相相关信信息和和所有有与产产品相相关过过程的的技术术。在计算算机网网络中中，对对产品品数据据进行行安全全的存储、、分配配、追追踪、、监测测、更更新以及控制。产品数数据管管理（（PDM）50511）产品品增值值链的的核心心环节节2）应用用系统统的集集成平平台3）数据据安全全性的的重要要保证