浅谈虚拟现实技术及其在机械设计与制造中的应用

朱和鲲

摘 要：从虚拟现实技术的含义入手，分析相关文献后，总结出了这一技术在机械设计与制造中的实际应用情况，以期为今后虚拟现实技术的实际应用提供正确的参考。

关键词：虚拟现实技术；机械设计；机械制造；电子科技

中图分类号：TP319；TH122 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.140

随着我国科学技术的不断完善和发展，机械设计与制造在实际生产过程中也在不断改善和创新。为了满足不同顾客的需要，制造企业需要在竞争过程中不断自我完善和提高，进而保证产品质量。虚拟现实技术作为电子信息化创新的产物，在社会生产中能发挥着重要的作用。本文分析了这一技术在机械设计和制造中的应用情况，探究了该技术在机械设计和制造中的先进性。

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术是21世纪电子科技领域的先机技术，1982年，技术研发者以计算机仿真技术为模板进行研发创新，综合了当时各个领域的先进技术，开发出了全新的以人机界面形式存在的计算机系统。虚拟现实技术具有较高的真实性，在实际操作过程中，可以清晰捕捉到操作者的视觉、听觉和触觉，它是一种人机交互的计算工具。利用这一技术，操作者可以实现极端复杂的数据运算，使用户能够进入该环境中，实现了用户与环境的完美互动。在实际应用过程中，这种技术深刻地揭示了虚拟技术的本质，为人们带来了虚拟现实的便捷化服务。

在实际应用过程中，虚拟现实技术能够形成逼真的影响虚拟环境，使用户在虚拟空间中实现与现实的交互，在感受操作虚拟世界的同时，从这些环境中获得身临其境的感受。虚拟现实技术的具体特征有以下几点。

1.1 实时性

在虚拟网络技术的实际应用过程中，用户获得了实时参与的能力，在实际应用过程中，这一技术充分实现了用户与系统的一体化。用户在实际应用虚拟网络技术处理问题的过程中，运用完善的网络系统为用户营造智能化的软件应用，使用户的构思与系统创新相统一，让用户实现自主操作、便捷化操作，真正帮助用户更好地继续工作和学习。

1.2 交互性

虚拟现实系统是用户和计算机通过键盘、鼠标所实现的一种近乎自然的交互，用户运用多种交互手段，例如数据手套、声音命令、文字输入等，实现了与虚拟现实系统的交互。在虚拟现实技术的实际应用过程中，系统支持多种设计行为，例如仿真、评估、建模和预测等。利用这些设计行为，用户可以在虚拟现实系统中实现多样化的创新。

1.3 沉浸性

沉浸性是虚拟现实技术实际应用中的主要表现特征，用户在利用虚拟网络技术运算的过程中，可以将自身的情感反应通过虚拟网络有效传递出去，利用虚拟现实生成一个非常逼真的网络世界。在用户实际操作的过程中，视觉、听觉、触觉等因素都是用户用来感受虚拟世界的手段，这些因素使得用户在实际使用虚拟现实系统的过程中有一种身临其境的感觉，充分实现了该技术的沉浸性。

2 实际应用

2.1 虚拟制造

虚拟制造是虚拟现实技术实际应用于机械设计和制造的有效体现。这种全新的制造方式是指采用计算机仿真系统与虚拟现实技术实现高速网络下的计算机控制，在计算机群组中建立与产品相关的三维动态模型，使产品的设计、工艺、特点和加工制造都能通过三维模型直观地展现出来，以此实现虚拟制造的实际效用，为实际生产制造提供安全性保障。将虚拟制造应用于在企业中的成功案例有很多，例如，我国在研发波音777飞机时，在机械设计和制造过程中采用了虚拟现实技术，利用虚拟制造为客机的生产和加工提供了网络技术的全面性保障，使整个产品的生产通过三维实体模型进行了直观的研究和展现，将实际生产时间缩短了近3个月，使777飞机在研发成功后一次试制成功，极大地保证了机械生产的效率。

2.2 虚拟设计

虚拟设计是虚拟现实技术中的重要组成部分，具体是指设计人员在设计产品时，详尽地分析、检查和研究产品后，对产品进行了完善化的设计。在设计过程中加入虚拟技术，有效保证了产品设计的效率和准确性，减少了资金和材料的消耗，为企业生产研发提供了有效的保障。

目前，在我国工程研发的过程中，有2种基于虚拟技术的虚拟设计方法：①利用CAD系统进行产品设计建模，然后再将模式输入虚拟生产设备中进行产品设计。②利用VR-CAD系统将虚拟现实技术与CAD环境结合起来。在产品设计过程中，这种方式既保证了产品设计环境的稳定性，又保证产品的功能、外形、质量和材料等因素不会发生改变，使产品设计在虚拟技术的支持下能够高精度、高效率地完成。

2.3 虚拟产品概念设计

概念设计是机械设计中创新性思维的具体表现，又是一种理想化的物质形式。在机械设计和制造的过程中，为了保证产品起始设计构思的准确性，需要捕捉产品的基本形态，而虚拟产品概念设计恰恰可以满足这一要求。虚拟概念设计是用虚拟技术为用户提供了多种输入方式，使用户利用手势、语言等方式随时更改自己的形态建模，并且通过三维空间设计让用户可以直观地观察产品设计情况，从而达到用户满意的效果。虚拟现实技术在产品概念设计的过程中，使用户可以清晰地表达出自己所要设计的思路，让人们对这一系统产生一种直观性的交互感受。这种特性极大地降低了虚拟现实技术投放市场的风险，为该技术在今后的实际应用中提供了有效的保障。

3 结束语

综上所述，虚拟现实技术可以从根本上改变传统机械设计和制造中的设计与生产模式，使设计、制作、修改实现高效化和安全化，极大地减少产品生产、设计过程中的能源和资源消耗，为我国建设绿色节约型社会提供有效的保障。由此可见，虚拟现实技术具有广阔的实用前景，在今后的机械设计和制造中值得大力推广和应用。

参考文献

[1]刘进出.机械设计中的虚拟系统[J].信息技术教育，2013，12（09）：23-24.

[2]杨剑锋.虚拟现实技术[J].西北科技大学院报，2012，23（07）：23-25.

〔编辑：白洁〕

Abstract： Starting from the meaning of the virtual reality technology， analysis of the relevant literature， summed up the practical applications of this technology in the design and manufacture of machinery， in order to provide the correct reference for the practical application of virtual reality technology in the future.

Key words： virtual reality technology； mechanical design； mechanical manufacturing； electronic science and technology