摘 要：虛擬技術(shù)作為新興技術(shù)，應(yīng)用于建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)，可更加直觀、立體的觀看建筑呈現(xiàn)效果，為建筑人員創(chuàng)造豐富的想象空間，提升設(shè)計(jì)效率，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間。本文主要例舉筑工程中反鏟載機(jī)的設(shè)計(jì)過程，概述虛擬技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中發(fā)揮的作用以及具體步驟的應(yīng)用，為建筑設(shè)計(jì)朝著高質(zhì)量方向發(fā)展保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用解析

一、虛擬技術(shù)概述

虛擬技術(shù)又被叫做VR技術(shù)，該技術(shù)改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)信息的靜態(tài)輸送，通過圖形交互技術(shù)，在傳感器以及人工智能硬件設(shè)備的幫助下，將合成的三維空間形象設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為圖表以及動(dòng)畫，帶來聽覺、視覺、觸覺感受盛宴。目前，虛擬技術(shù)所呈現(xiàn)出的特性包含三點(diǎn)：一是交互性。通過專用設(shè)備操作且模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，從而能夠?qū)崟r(shí)獲取環(huán)境反饋程度;二是構(gòu)想性，指的是在虛擬技術(shù)所合成的模擬環(huán)境中，能夠幫助人尋找理性的新意以及認(rèn)知，信息接收變被動(dòng)為主動(dòng)，創(chuàng)新且積極探索行業(yè)實(shí)際問題，并在VR技術(shù)的助力下得已解決;三是沉浸性。虛擬技術(shù)可以真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，給人一種真實(shí)的沉浸式感受[1]。

二、虛擬技術(shù)在建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用

（一）涵蓋建筑工程機(jī)械的全部信息

傳統(tǒng)的筑工程機(jī)械功能方案設(shè)計(jì)形式，涵蓋文字、圖片、模型、三維動(dòng)畫等四種呈現(xiàn)方式，其中前三個(gè)展現(xiàn)形式趨于靜態(tài)，只能片面觀察計(jì)算方案的局部，不能帶來全方位的視覺體驗(yàn)。而后者的三維動(dòng)畫盡管可以動(dòng)態(tài)的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)模型，但在方案修改方面，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互性，人們只能被動(dòng)式接受重新核算數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)過程會(huì)忽略掉現(xiàn)實(shí)實(shí)際問題的考量。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，將建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)推向高峰。通過CAD三維數(shù)據(jù)建造虛擬的三維環(huán)境，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互性。當(dāng)進(jìn)入虛擬環(huán)境后，可自由操控瀏覽路線，切換運(yùn)動(dòng)模式、環(huán)境效果場(chǎng)景、設(shè)計(jì)方案，并全面預(yù)覽并精細(xì)觀察工程機(jī)械內(nèi)部信息[2]。

（二）實(shí)時(shí)多方案比較

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可通過虛擬空間，進(jìn)行不同方案的設(shè)計(jì)、切換以及方案的局部修改，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，在有限時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)感受不同方案在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，多組合排列，從而決策出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，以有限的成本獲取優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)質(zhì)量[3]。

（三）實(shí)時(shí)修改

虛擬技術(shù)中的CAD 技術(shù)可以模擬實(shí)際模型，設(shè)計(jì)人員通過觀察成品模型可以及時(shí)更正錯(cuò)誤，完善方案。避免成品制造后投入市場(chǎng)所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，工程師可以進(jìn)入設(shè)計(jì)產(chǎn)品的世界，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造、尺度、聲音等進(jìn)行近距離的感受觀察，對(duì)于客戶提出的改進(jìn)問題，也可以實(shí)時(shí)快捷修改設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，完善設(shè)計(jì)方案[4]。

（四）降低項(xiàng)目投資成本

虛擬技術(shù)可以100%還原現(xiàn)實(shí)建筑設(shè)計(jì)，無論是設(shè)計(jì)者還是客戶，都可以結(jié)合設(shè)計(jì)方案對(duì)模擬模型展開修改、驗(yàn)證、瀏覽等工作，在此過程中節(jié)省成品模型的制作成本、返修費(fèi)用、產(chǎn)品運(yùn)行費(fèi)用以及用戶投資成本，實(shí)現(xiàn)合作雙方利益的最大化，并最終得到滿意的產(chǎn)品。

三、虛擬技術(shù)在建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）構(gòu)造虛擬產(chǎn)品系統(tǒng)框架

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)框架的組成包含兩大部分。一是軟件，二是硬件。首先，WTK三維虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)軟件，支持鼠標(biāo)、6個(gè)自由度輸入設(shè)備、跟蹤定位式的頭戴式立體顯示器等各種虛擬現(xiàn)實(shí)輸入、輸出工具設(shè)備的連接，建立實(shí)時(shí)的三維圖形應(yīng)用系統(tǒng);其次，硬件主要設(shè)備包含立體發(fā)聲器、跟蹤輸入到主用程序信息的位置和方向的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、顯示器、位置。方向跟蹤器、三位輸入裝置等內(nèi)部構(gòu)造[5]。

（二）初步設(shè)計(jì)階段

在反鏟載機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初步階段，需要參照工程圖建立初級(jí)的實(shí)體運(yùn)動(dòng)模型。實(shí)體模型需設(shè)置的內(nèi)容包含連桿，運(yùn)動(dòng)副，物件庫(kù)以及方法庫(kù)兩大模塊，同時(shí)還包含恒定驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)函數(shù)等在內(nèi)的5大運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)類型。其中，以實(shí)體打造物件庫(kù)模塊那零部件的尺寸型號(hào)以及相關(guān)的屬性信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，會(huì)造成空間時(shí)間以及人力物力的浪費(fèi)，但是通過虛擬CAD計(jì)數(shù)中的ADS便可以打造虛擬物件庫(kù)模塊參數(shù)化造型;方法庫(kù)模塊存儲(chǔ)過往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)步驟準(zhǔn)則等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，一方面用戶可以在方法庫(kù)模塊，檢索設(shè)計(jì)類型等相關(guān)參數(shù)性關(guān)鍵詞，系統(tǒng)一自動(dòng)或半自動(dòng)，兩種不同的方式生成設(shè)計(jì)方案。另一方面通過VC++5.0編制機(jī)械產(chǎn)品的交互式非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[6]。

（三）建模仿真階段

反鏟載機(jī)內(nèi)部構(gòu)造零部件約計(jì)1000多個(gè)，且每個(gè)零部件都具有不同的造型和結(jié)構(gòu)。但是在建模仿真階段，零部件三維實(shí)體造型的仿真，可以參照以下步驟進(jìn)行三維造型的建模。第1步采用參數(shù)化建模方法繪制模型的初步草圖，可以有效的防止設(shè)計(jì)變形，同時(shí)便于及時(shí)修改不合理的零件尺寸以及結(jié)構(gòu);第2步進(jìn)行零件三維模型的建模。但是在該過程當(dāng)中需要參考不同零部件的特征以及附加特性，構(gòu)建不同的零件三維模型;第3步，按照零部件之間的功能關(guān)聯(lián)以及羅列順序?qū)α慵M(jìn)行裝配，完成整機(jī)裝配仿真過程。

（四）虛擬系統(tǒng)技術(shù)路線

運(yùn)用 WTK虛擬開發(fā)軟件以及圖形庫(kù)，開發(fā)并創(chuàng)建產(chǎn)品的虛擬開發(fā)環(huán)境。其中虛擬開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建層次需要由高到低實(shí)現(xiàn)。低層次虛擬開發(fā)環(huán)境可調(diào)用WTK R9中VRML2現(xiàn)實(shí)語言得以創(chuàng)建，而通過與Ob j etARX可實(shí)現(xiàn)高層次虛擬環(huán)境的集成開發(fā)和創(chuàng)建。通過借助C語言函數(shù)等相關(guān)工具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝載文件幾何對(duì)象、虛擬產(chǎn)品設(shè)備實(shí)例等相關(guān)功能。CAD系統(tǒng)可以完成產(chǎn)品幾何對(duì)象的建模并運(yùn)用 dxf 等存儲(chǔ)對(duì)象文件[7]。

（五）虛擬環(huán)境下VTML與CAD集成

CD系統(tǒng)可以將CAD數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為VRML格式的虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的360度，無死角可視化以及可編輯性。設(shè)計(jì)者可不受空間的限制，虛擬操作反鏟載機(jī)操作桿以及其他部件，以防出現(xiàn)視野死角，造成制造樣機(jī)時(shí)間和費(fèi)用的浪費(fèi)。除此之外，VRML2.0格式的產(chǎn)品交互式三維圖形程序，可以定義虛擬機(jī)器的部件形狀、聲音、力學(xué)性質(zhì)等特性，同時(shí)計(jì)算虛擬機(jī)器的應(yīng)力、強(qiáng)度、高度等數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)結(jié)果的可視化。

四、結(jié)論

綜上所述，虛擬技術(shù)應(yīng)用于建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)過程，無論是產(chǎn)品的初級(jí)設(shè)計(jì)階段，還是產(chǎn)品最終制造階段，都對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新以及實(shí)際投入使用創(chuàng)造了重要價(jià)值。虛擬技術(shù)有著非常廣闊的發(fā)展前景，因此未來工程機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展，將會(huì)逐漸重視虛擬技術(shù)。目前，盡管虛擬技術(shù)處于初級(jí)起步階段，技術(shù)的熟練度以及相應(yīng)設(shè)備還不夠健全，但是相信隨著科技的發(fā)展以及新興技術(shù)的出現(xiàn)，將會(huì)使虛擬技術(shù)不斷得以開發(fā)和完善，為建筑工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。

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作者簡(jiǎn)介：鄭森（1983-），女，漢族，吉林省長(zhǎng)春市人，博士，任職于吉林建筑大學(xué)，講師，研究方向：工程機(jī)械設(shè)計(jì)。