虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用引言伴隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，人類禮會(huì)進(jìn)入了嶄新的世紀(jì)。各種新技術(shù)層出不窮，而各個(gè)學(xué)科相互融合發(fā)腱，又產(chǎn)生了許多新的學(xué)科技術(shù)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是這樣的一門學(xué)科。每一次新科技的出現(xiàn)，都會(huì)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)的途徑、方式帶來(lái)新的發(fā)展和變化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality，VR)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提的，對(duì)設(shè)計(jì)、加工、裝配、維護(hù)等，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一建模形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過(guò)程、虛擬的產(chǎn)

2、品。虛擬技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，到90年代才逐步發(fā)展完善起來(lái)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用劍了制造、軍工、醫(yī)學(xué)、航天、建筑等很多領(lǐng)域，并且都取得了很人的成功。虛擬技術(shù)應(yīng)川到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，更會(huì)體現(xiàn)出它的很多優(yōu)勢(shì)，給設(shè)計(jì)業(yè)帶來(lái)全新的理念和方式。1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人的想象力和電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一項(xiàng)綜合技術(shù)，是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視聽動(dòng)等行為的人機(jī)界面技術(shù)，它利用多媒體計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)成一種特殊的環(huán)境，用戶可以通過(guò)

3、各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進(jìn)行自然交互。虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征有沉浸(Immersion、交互(Interaction)和構(gòu)想(Imagination)。與其他的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，VR系統(tǒng)可提供實(shí)時(shí)交互性操作、三位視覺空間和多通道的人機(jī)界面。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被越米越多地應(yīng)用于科學(xué)研究，已逐漸被認(rèn)為是重要的科學(xué)探索工具。將虛擬技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，稱之為虛擬設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，它是以機(jī)械產(chǎn)品為對(duì)象的設(shè)計(jì)手段。本質(zhì)上講，虛擬

4、設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到投入使用的全過(guò)程在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的虛擬環(huán)境中虛擬地實(shí)現(xiàn)，其目標(biāo)不僅是對(duì)產(chǎn)品的物質(zhì)形態(tài)和制造過(guò)程進(jìn)行模擬和可視化，而且對(duì)產(chǎn)品的性能、行為和功能以及在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的各個(gè)階段中的實(shí)施方案進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。虛擬設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用有很多的方面，正由于其具有以上的優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越多的人關(guān)注。下面是虛擬設(shè)計(jì)在現(xiàn)階段的應(yīng)用狀況。(1)虛擬原型可視化并取代物理原型。例如1992年美國(guó)NASA建立航天飛機(jī)數(shù)字模型與虛擬風(fēng)洞川以觀察飛機(jī)流

5、線分布，驗(yàn)證飛機(jī)外型設(shè)計(jì)的合理性。(2)沉浸式設(shè)計(jì)環(huán)境。虛擬環(huán)境與設(shè)計(jì)互連，通過(guò)建立三維數(shù)字模型，設(shè)計(jì)者使用虛擬現(xiàn)實(shí)裝備在虛擬環(huán)境中直接指導(dǎo)操縱模型。在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段，對(duì)虛擬產(chǎn)品原形的結(jié)構(gòu)、功能、性能、加工工藝、裝配、生產(chǎn)組織等各個(gè)方面進(jìn)行虛擬環(huán)境下的仿真，從而保證設(shè)計(jì)的可靠、高效。(3)虛擬裝配。產(chǎn)晶往往不是單一的零件，多零件產(chǎn)品的裝配干涉是常見錯(cuò)誤。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這一錯(cuò)誤要到產(chǎn)品最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)，則可以及早發(fā)現(xiàn)

6、干涉甚至完全避免干涉的發(fā)生。通過(guò)裝配模擬軟件，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)虛擬原型進(jìn)行試驗(yàn)，分析應(yīng)力和變形等。若設(shè)計(jì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，可以方便地更改模型并重新生成模型。虛擬裝配設(shè)計(jì)（VirtualAssemblyDesign）是虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開發(fā)方面具有較大影響力的一個(gè)領(lǐng)域。虛擬裝配（VirtualAssembly）采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)仿真模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真裝配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、加工制造、裝配和調(diào)試，它是實(shí)際裝配的過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本

7、質(zhì)體現(xiàn)。目前，就其技術(shù)而言，已經(jīng)成熟，雖尚沒有商用虛擬裝配系統(tǒng)，也尚未充分地應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)的分析和評(píng)價(jià)，但這項(xiàng)技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中已得到肯定，并具有很重要的意義。述，物理模型能通過(guò)快速原型方法被迅速的制作出來(lái)。例如：美國(guó)波音公司777飛機(jī)的虛擬原形機(jī)，就利用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)字化三維描述，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的虛擬油泥模型和無(wú)紙工程等，這個(gè)模型可為產(chǎn)品開發(fā)不同的階段和設(shè)計(jì)原則提供參考。同時(shí)，虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)在造船等其他新產(chǎn)品開發(fā)方面也得

8、到了成功的應(yīng)用。另外，虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)與其它設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字連接，可實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程的集成，使并行工程(ConcurrentEngineering)得到充分體現(xiàn)與實(shí)施。從而縮短開發(fā)時(shí)間，降低開發(fā)成本，發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性潛能。2.1提高設(shè)計(jì)的直觀性和真實(shí)性虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)不同于一般的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并沒有從根本上、理念上改變?cè)瓉?lái)的設(shè)計(jì)方式，只是川顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤取代丫紙筆的設(shè)計(jì)。而虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)人員，不

9、必受到這些外界設(shè)備的各種約束，可以通過(guò)虛擬設(shè)備自由的在虛擬空問(wèn)內(nèi)發(fā)揮白己的想象力和創(chuàng)造力。2.2縮短設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率將虛擬設(shè)計(jì)應(yīng)用到流程后，可以省去原來(lái)的樣機(jī)試制，而且產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)（試用）都是虛擬完成的，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高效率。國(guó)際上許多大的制造商都爭(zhēng)先在設(shè)計(jì)中引入虛擬技術(shù)，如：通用汽車公司、波音公司、英國(guó)航空公司等。其中波音公司的777飛機(jī)的設(shè)計(jì)就是采用了虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，開發(fā)周期從通常的8年減少到了5年。2.3降低設(shè)計(jì)成本，

10、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力在商品競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今大，對(duì)于任何一個(gè)制造商而言，降低產(chǎn)品成本無(wú)疑是應(yīng)該首先考慮的問(wèn)題之一。在以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，光是實(shí)物模型和樣機(jī)的制作就花去了很多人力物力財(cái)力，還有對(duì)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。波音公司在設(shè)計(jì)707客機(jī)機(jī)艙時(shí)，曾山資50萬(wàn)美元，完成了1：1的機(jī)艙模型。為了對(duì)機(jī)艙座椅和食品服務(wù)艙進(jìn)行人體工程分析試驗(yàn)，模型被用于“模擬飛行”。虛擬技術(shù)可以虛擬產(chǎn)品建模，也可以對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行物理仿真、動(dòng)力學(xué)仿真，測(cè)試產(chǎn)品的性能和

11、可靠性等等，從而降低成本，提高效率。3虛擬技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計(jì)中的途徑3.1產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)采川虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的外形設(shè)計(jì)，可隨時(shí)修改、評(píng)測(cè)、方案確定后的建模數(shù)據(jù)可直接用于沖壓模具設(shè)計(jì)、仿真和加工，甚至用于廣告和宣傳。在其他產(chǎn)品（如飛機(jī)、建筑和裝修、家用電器、化妝品包裝等）的外形設(shè)計(jì)中同樣有極人的優(yōu)勢(shì)。3.2產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)在復(fù)雜產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)巾，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免可能出現(xiàn)的干涉和其他不合理問(wèn)題。例如，在復(fù)雜的管道設(shè)計(jì)巾，采

12、用虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以“進(jìn)入其中”進(jìn)行管道布置，并檢查可能的干涉等問(wèn)題。3.3產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等。例如，牛產(chǎn)線上各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)和配合是比較復(fù)雜的，采川仿真技術(shù)，可以直觀地進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)，保證工作的協(xié)調(diào)。3.4產(chǎn)品的廣告語(yǔ)漫游用虛擬現(xiàn)實(shí)或二維動(dòng)畫技術(shù)制作的產(chǎn)品廣告具有逼真的效果，不僅可以顯示產(chǎn)品的外形，還可以顯示產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)