黎旺

（湖南省長(zhǎng)沙市航天工業(yè)學(xué)校，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用文/高鵬本文通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行概述，探討了人機(jī)交互的方法，以期通過(guò)一些硬件設(shè)施來(lái)保證環(huán)境模擬效果，同時(shí)文章對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用進(jìn)行了分析，研究了當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)遇到的問(wèn)題及解決方法。摘要虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種環(huán)境仿真技術(shù)，它是隨著計(jì)算機(jī)仿真、圖像處理、傳感器技術(shù)等發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)下，隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為什么的生活帶來(lái)翻天覆地的變化，并在一些特有領(lǐng)域中發(fā)揮其重要價(jià)值。在二十世紀(jì)中期，有聲模擬的出現(xiàn)標(biāo)志著虛擬技術(shù)開(kāi)始形成，而到了二十世紀(jì)末期，在有聲模式的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了新型的仿真技術(shù)以及傳感技術(shù)，這為模擬技術(shù)的發(fā)展提供了新思路，也標(biāo)志著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸成熟化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是通過(guò)環(huán)境模擬、人機(jī)交互以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進(jìn)行衡量的，核心技術(shù)是環(huán)境模擬，可以利用人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)來(lái)增強(qiáng)人們的體驗(yàn)的真實(shí)性；網(wǎng)絡(luò)通信可以實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器部件連接的主要手段；人機(jī)交互通過(guò)一些硬件設(shè)施來(lái)保證環(huán)境模擬效果，需要相應(yīng)的設(shè)備以及硬件支持，如虛擬頭盔等。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（一）具有很強(qiáng)的交互感強(qiáng)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)。用戶(hù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)手套、三維控制器等交互設(shè)備,對(duì)虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行抓取、移動(dòng)、安裝、敲擊、操作等。在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中,用戶(hù)用手去抓取物體,物體可以隨著手移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等等,如果用戶(hù)抓得不緊,物體會(huì)滑落,甚至可以聽(tīng)到掉落的聲音;當(dāng)用戶(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部時(shí),用戶(hù)的視野里所看到的景觀(guān)也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。也即是說(shuō),通過(guò)觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué),全方位實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

（二）具有很強(qiáng)的真實(shí)感

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有真實(shí)感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),可以感受到仿真系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)的產(chǎn)品和真實(shí)產(chǎn)品完全一樣。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中,當(dāng)傳統(tǒng)的屏幕消失了,用戶(hù)真正走進(jìn)虛擬世界,就像置身于在真正的現(xiàn)實(shí)世界,甚至難以分辨真假。而且在使用此技術(shù)的過(guò)程中,用戶(hù)與外界是互相隔離的,因此可以排除外界對(duì)用戶(hù)的干擾影響,使用戶(hù)完全沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)世界之中。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用

（一）構(gòu)建初步的草圖

草圖是設(shè)計(jì)者最初構(gòu)思設(shè)計(jì)出來(lái)的，最后在很多個(gè)設(shè)計(jì)方案里確定確定最終方案。這次的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主題是汽車(chē)，目的是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)汽車(chē)產(chǎn)品，最后要把汽車(chē)外觀(guān)變得流暢富有線(xiàn)條感，并且把棱角處記憶打磨光滑。在把外形確定以后，設(shè)計(jì)組應(yīng)該依據(jù)對(duì)汽車(chē)性能的要求，仔細(xì)設(shè)計(jì)出汽車(chē)內(nèi)部構(gòu)造細(xì)節(jié)，并畫(huà)出有關(guān)的二維平面圖。

（二）完成裝配建模

汽車(chē)裝配是汽車(chē)設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一，需要和汽車(chē)工程師共同配合完成。在汽車(chē)裝配過(guò)程中，無(wú)論是小到零件裝配，還是主要機(jī)械系統(tǒng)裝配，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響汽車(chē)本身質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車(chē)裝配模擬檢測(cè)中的應(yīng)用，主要有以下幾方面意義：

1.實(shí)現(xiàn)精細(xì)化裝配檢測(cè)和模擬。一臺(tái)汽車(chē)有上萬(wàn)個(gè)不同零件，而很多零件及機(jī)械構(gòu)件之間的搭配和協(xié)調(diào)性至關(guān)重要，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀(guān)模擬這些精細(xì)化零件的裝配效果和功能表現(xiàn)，有利于提升汽車(chē)精細(xì)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.可以排除裝配隱患。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓裝配工程師按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬裝配，在過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響裝配質(zhì)量和工作安全的因素，及時(shí)在實(shí)際裝配系統(tǒng)中進(jìn)行改進(jìn)，為后續(xù)實(shí)際裝配生產(chǎn)保駕護(hù)航。

3.降低成本。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境模擬裝配過(guò)程，可以測(cè)算不同材料、不同裝配方式產(chǎn)生的各類(lèi)成本，并且通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整來(lái)找到最優(yōu)成本體系，便于在實(shí)際裝配生產(chǎn)中采用更合適的材料、技術(shù)和工作安排，進(jìn)而有效控制成本。

（三）產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)估

從駕駛便捷性和舒適性角度出發(fā)，當(dāng)今汽車(chē)產(chǎn)業(yè)消費(fèi)者越來(lái)越重視汽車(chē)內(nèi)外設(shè)計(jì)的美觀(guān)度，以及汽車(chē)功能操作便捷性。為了評(píng)估這些設(shè)計(jì)內(nèi)容是否符合消費(fèi)者需求，則需要進(jìn)行模擬感受。傳統(tǒng)方法依然是制作一比一的汽車(chē)模型，但即使是色彩搭配這樣的視覺(jué)模擬，如果僅憑傳統(tǒng)的三維圖像進(jìn)行模擬，受到真實(shí)性、視覺(jué)誤差等影響，依然無(wú)法保證檢測(cè)效果。所以為了提高檢測(cè)評(píng)估質(zhì)量，在不同材料、顏色和設(shè)計(jì)布局等方面都需要按照正式生產(chǎn)工藝進(jìn)行模型制作，這個(gè)過(guò)程需要耗費(fèi)大量工藝成本和時(shí)間成本。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，可以模擬汽車(chē)內(nèi)外飾三維立體影像，同時(shí)讓設(shè)計(jì)人員能夠“進(jìn)入”到虛擬汽車(chē)內(nèi)部，從駕駛位直觀(guān)感受不同色彩、材質(zhì)及布局搭配效果。更重要的是，設(shè)計(jì)人員還可以在該過(guò)程中直接對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和實(shí)時(shí)模擬，同時(shí)可以模擬不同中控臺(tái)布局的操作體驗(yàn)。這種方法讓設(shè)計(jì)人員更能從汽車(chē)用戶(hù)角度去感受設(shè)計(jì)質(zhì)量及合理性，有利于快速找到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)還能通過(guò)模擬來(lái)避免一些設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)一步提高汽車(chē)外觀(guān)和功能設(shè)計(jì)可靠性。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在人類(lèi)社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域中都擁有極高的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)面臨著技術(shù)革新和市場(chǎng)考驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借它的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動(dòng)了工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高速發(fā)展。