佛山市天斯五金有限公司 528311
摘要：制造企业为了在竞争中求得生存和发展，必须以最快的上市速度，最好的质量，最低的成本和最优的服务，满足不同顾客的需求，这就要求企业生产活动必须具有高度的柔性，对市场需求的变化做出快速反应，虚拟现实技术由此产生。本文首先阐述了虚拟现实技术，然后对虚拟现实在机械设计制造中的应用进行分析。
关键词：机械设计制造；虚拟现实技术
引言
在计算机技术高速发展的今天，计算机技术渗入各行各业，在很大程度上提高了工作效率，节约了成本，简化了设计流程。在建筑设计中运用虚拟现实技术，对建筑进行模拟、拆分、材料设计，使设计出来的建筑物更加具象化，有利于设计人员提高设计计算的准确性和计算速度。建筑设计者在设计过程中，通过虚拟现实技术对建筑整体及周围环境的模拟，加强了人的感官享受，便于更好地完善建筑设计。
一、虚拟现实技术所包含的内涵
（1）虚拟现实技术应当是一个计算机系统，该系统能够创造虚拟世界并允许人们进行体验。（2）虚拟现实技术是一种以用户为核心的、足够先进的计算机接口。（3）虚拟现实技术能让人把自己所熟知的空间与计算机系统处理信号时的处理空间保持一致。（4）虚拟现实技术是可以让人通过计算机看见并能够操作较复杂的数据，且能够和其交互的一种操作方式。（5）虚拟现实技术是一种具有三维的合成环境的媒介，人们能按照自己的愿望从任何一个视点自由且实时地完成设计、探测和模拟。
二、机械设计制造中的虚拟现实技术的主要特征及关键技术
（1）存在感。要求让用户有种在现实世界中的存在感。虚拟世界中所有的一切，用户都能明确感觉到，并能够触摸得到、看得见、闻得到及感觉得到。
（2）多感知性。因为要求虚拟现实技术能够虚拟出现实世界，并让我们人类更好地进行体验，其就必须具备多感知的特性：这不仅包括视觉、触觉、听觉，还应当包含有嗅觉和味觉。
（3）自主性。用虚拟现实技术创造出来的虚拟世界中的物体必须按照物理学规律进行运动。实时地显示、交互和参与，把人的主要活动提升成人机合一的活动，完成自主性的职能开发系统。
（4）交互性。这是虚拟现实技术中的重要特性，是指用户能对虚拟环境中的各物体进行操作并能从物体中得到某些反馈信息。人机交互是虚拟现实系统中的一种近乎自然的交互，使用者能够利用多种交互手段例如电脑键盘、鼠标进行交互，并支持更多的设计行为。
（5）沉浸性。对虚拟世界，观察者的情感反映就是沉浸性，由于虚拟现实技术能虚拟出非常逼真的现实世界，用户利用触觉、听觉、视觉来感受发生在虚拟世界中的一切，可以虚拟出机械创新的设计环境，并产生一种身临其境的感觉。
虚拟现实技术在机械设计制造中关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、立体展示和传感技术、应用系统开发技术和系统集成技术。而在机械设计制造中用的最多的技术就是动态环境建模技术、实时三维图向生成技术及立体展示和传感技术。这些技术在实际工程运用当中相当重要，用得好就能事半功倍，能设计出更好的产品、制作出出色的产品。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
三、虚拟现实技术在机械设计与制造中应用
3.1虚拟产品概念设计
概念设计是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。概念设计是指对产品起始的设计构思，目的是为了捕捉产品的基本形态。概念设计是产品设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是概念设计决定的。虚拟概念设计使用虚拟现实技术，为设计者提供基于语言识别和手势跟踪的输入方式，设计者可随时在三维虚拟环境中操纵产品及零件并改变或修改产品的各种形态建模，并可以在三维空间中对设计对象进行观察和操作，其目的是获得足够多的有关产品式样和形状的信息，达到满意效果。虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，使设计师的设计思路和设计表达更加形象逼真，让人更多了一种直观亲切的交互感受。这样的开发设计大大减少了投放市场的风险性，保证产品开发一次性成功。设计时可以针对不同用户及爱好者的需求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。
3.2虚拟制造
虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维、动态的仿真真实过程的实体数字模型上，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造技术在制造业中得以成功地推广应用，其中在航空航天、汽车等领域中的应用尤为典型。虚拟制造在汽车领域的应用涉及汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至校车的设计前，很容易将生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。比如，通用电动车部早在1997 年就利用UG II 软件，建成第一个完全数字化的机车样机模型，并围绕这个数字模型并行地进行产品设计分析、制造夹模具工装设计和可维修性设计。此举显著降低了研制费用及生产成本，大大增强了全球竞争能力。虚拟制造用虚拟样机代替具体物理模型，对产品的全寿命周期进行展示、分析和测试，对存在问题的地方进行修改，提高产品一次试验成功率，减少设计制造费用，缩短设计开发周期，降低研发成本，提高研发水平，保证产品质量。
3.3虚拟设计
虚拟设计就是设计人员设计一个虚拟的产品，来分析、研究、检查所设计的产品是否满足设计要求，有问题及时修改，使产品设计更为完善。虚拟设计涉及许多的学科和专业技术，属于多学科交互技术，在工程设计上，目前提出两种基于虚拟现实的工程设计方法。一种是利用现有的CAD 系统产生模型，将其转换成虚拟现实软件支持的格式，然后将模型输入到虚拟现实软件的环境中，完成虚拟产品的设计，用户充分利用各种增强的效果设备。另一种是VR-CAD 系统，将虚拟现实技术引入CAD 环境，这种设计环境中的对象不仅具有外形，还有重量、材料特性、表面硬度及一些内在的物理性能、功能作用等信息。对象之间相互作用时能反映出对象内部结构状态等随外部输入的实时改变。设计者直接在虚拟环境中参与设计，采用虚拟设计可以对产品外形设计、产品布局设计、产品运动和动力仿真设计，避免可能出现的干涉和其它不合理问题；同时可以检查运动构件工作时的运动协调关系。
结束语：现在，虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用，但仍是初级阶段。可以预见得到，虚拟现实技术将逐渐应用到设计制作的各个环节中，为设计制造业的蓬勃发展提供无限动力。
参考文献
[1]郑玉冬.浅谈人机工程分析软件在虚拟制造中的应用[J].机械，2010（S1）：45～47.
[2]周健，郑永前，刘宾.虚拟制造单元设计与评估[J].现代制造工程，2010（2）：13～17.
论文作者:朱卫波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：虚拟现实论文; 技术论文; 产品论文; 环境论文; 概念论文; 模型论文; 过程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;