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规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院第三章汽车虚拟现实技术3.1虚拟现实技术的概述3.2虚拟现实硬件的组成3.3虚拟现实的软件环境3.4虚拟设计技术3.5虚拟制造技术3.6虚拟装配过程汽车数字化开发技术第1页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院3.1虚拟现实技术的概述虚拟现实的基本概念虚拟现实的分类产品的虚拟原型虚拟现实在各个领域的应用汽车数字化开发技术第2页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念虚拟现实的概念可以从两个方面描述进行描述：一是从纯粹的技术层面加以描述；二是在技术的基础上结合使用者的感知加以描述。2019/8/16汽车数字化开发技术第3页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念1.技术层面的描述从技术上来讲，虚拟现实是从计算机仿真发展而来的，其实质是一种逼真的仿真模型。2.用户层面的描述虚拟现实试图从身体感官和知觉等感性层面进行仿真，这种仿真的基础又是理性层面的科学理论。虚拟现实的精致程度要受到科学理论和技术手段的制约，对决定感觉参数的数据流的处理是问题的关键。2019/8/16汽车数字化开发技术第4页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念虚拟现实的技术基础性描述将真实感的传达和交互两个方面综合起来就形成了虚拟现实的基本概念。迈克尔·海姆在《虚拟实在的形而上学》一书中对虚拟现实作了较为全面的描述，内容涉及七个方面：(1)模拟性，虚拟现实是计算机图像系统对真实景象的逼真模拟，三维音频令虚拟现实增色。(2)交互作用，虚拟现实就是他们能与之进行交互作用的电子象征物。(3)人工性，虚拟现实是一种人造物。2019/8/16汽车数字化开发技术第5页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念(4)沉浸性，虚拟现实的音像和传感系统能够使使用者产生浸没于虚拟世界中的幻觉，即虚拟现实意味着在一个虚拟环境中的感官沉浸。(5)到场(Presence)，,虚拟现实能够使人实时地以远程的方式于某处出场，即虚拟出场。(6)全身沉浸，这是一种不需要人体传感器的方式，摄像机和监视器实时地跟踪人的身体，将人体的运动输人到计算机中，人的影像被投影到计算机界面上，这使得人通过观察他的投影的位置，直接与计算机中的图形物体(图片、文本等)发生交互作用。(7)网络通信，虚拟现实可以通过网络实现共享，使用者通过自行规定并塑造虚拟世界中的物体和活动，就可以不用文字或真实世界的指标来共享幻象的事物和事件。2019/8/16汽车数字化开发技术第6页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院二、虚拟现实的分类交互和沉浸是所有虚拟现实的两个实质性的特征。早期的虚拟现实可能只有部分虚拟现实的特性，例如环幕电影或立体电影。实际应用中，不同虚拟现实系统设计的侧重点和所受约束各不相同，有些应用也不需要完全的沉浸和投入。受资金限制不能装备最先进的硬件设备，或是硬件本身的性能达不到要求，这样系统的计算速度、交互手段可能就会受到影响，此时主要从软件上着手可以弥补某些缺陷，例如虚拟全景空间、虚拟仿真等。由于工程应用本身并不限制使用的技术范围，只要能达到目标，是可以把各种技术有效地集成起来，设计出一个成功的虚拟现实系统。2019/8/16汽车数字化开发技术第7页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院二、虚拟现实的分类按虚拟现实系统沉浸的程度不同，虚拟现实系统可分为桌面虚拟现实系统(DesktopVR)沉浸式虚拟现实系统(ImmersionVR)分布式虚拟现实系统(DistributedVR)2019/8/16汽车数字化开发技术第8页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院二、虚拟现实的分类1.桌面虚拟现实系统桌面VR系统使用PC和低级工作站实现仿真，计算机的屏幕作为参与者观察虚拟环境的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭该虚拟环境，并且用于操纵在虚拟场景中的各种物体。桌面VR系统虽然缺乏头盔式显示器的那种完全沉浸功能，但它依然比较普及，这是因为它的成本相对较低。2019/8/16汽车数字化开发技术第9页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院二、虚拟现实的分类2019/8/16在桌面VR系统中，立体视觉效果可以增强沉浸的感觉。三维眼镜和安装在计算机上的立体观察器、液晶显示光闸眼镜等都会产生一种三维空间的幻觉。由于它采用标准的CRT显示器和立体（Stereoscopic）图像显示技术，其分辨率高，价格便宜。图3.2为桌面式VR系统的基本结构。汽车数字化开发技术第10页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院二、虚拟现实的分类沉浸式VR系统利用头盔式显示器和数据手套等交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，使参与者暂时与真实环境隔离，从而真正成为VR系统内部的一个参与者。2019/8/16沉浸式虚拟现实系统汽车数字化开发技术第11页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院分布式VR系统分布式VR系统是在沉浸式VR系统的基础上将不同的用户(参与者)连接在一起，共享一个虚拟空间，使用户协同工作达到一个更高的境界。2019/8/16二、虚拟现实的分类汽车数字化开发技术第12页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院三、产品的虚拟原型虚拟原型(VirtualPrototypling)是利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互地探索虚拟物体的功能，对产品进行几何、功能、制造等方面交互的建模与分析。它是在CAD模型的基础上，使虚拟技术与仿真方法相结合，为原型的建立提供的新的方法。虚拟原型技术可用来快速评价不同的设计方案，与物理原型相比较，虚拟原型生成的速度快，生成的原型可被人们直接感触、操纵和修改，且数据可被重新利用。运用虚拟原型技术，可以减少且甚至取消物理原型的制作，从而加速新产品的开发进程。2019/8/16汽车数字化开发技术第13页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院三、产品的虚拟原型2019/8/16虚拟现实数据模型是对设计对象进行的虚拟原型描述。它包含物体在虚拟环境中进行显示和操作所需要的信息，使产品可视化。虚拟环境数据模型包含由建模、显示和仿真工具产生的几何和光照渲染信息。通过人机交互操作装置解释用户的操作，进而改变相关参数，生成仿真操作的逻辑事件。汽车数字化开发技术第14页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院三、产品的虚拟原型为使用现有的软件，并将虚拟原型集成到产品开发过程中，还需要下列两个接口：1）虚拟环境和外部工具之间的接口。2）与产品数据模型库的接口。虚拟原型不是要代替现有的CAD技术，而是在CAD数据的基础上进行工作，虚拟原型给所设计的物体提供了附加的功能信息。产品数据模型库将包含完整的、集成的产品模型数据及管理，从而为产品开发过程各阶段提供共享的信息。2019/8/16汽车数字化开发技术第15页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院三、产品的虚拟原型建立虚拟原型的主要步骤如下：1)从CAD／CAM模型中取出几何模型。2)镶嵌：用多面体和多边形逼近几何模型。3)简化：根据不同要求删去不必要的细节。4)虚拟原型编辑：着色、材料特性渲染、光照渲染等。5)特征轮廓的粘贴，以更好地表达某些细节。6)增加周围环境和其他要素的几何模型。7)添加操纵功能和性能。2019/8/16汽车数字化开发技术第16页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用虚拟现实在工程中的应用虚拟现实在医学中的应用虚拟现实在航天和军事中的应用虚拟现实在商业中的应用环境管理在娱乐、艺术和教育中应用虚拟现实在车辆工程方面的应用2019/8/16汽车数字化开发技术第17页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用虚拟现实在车辆工程方面的应用计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，推动了虚拟现实技术在车辆工程方面的应用。1972年，美国通用汽车公司首先开发了车辆动力学和燃油经济性的通用预测程序GPSIM,该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累计油耗、行驶时间和距离，预计汽车设计参数：质量、传动比、空气阻力系数等的变化对汽车的影响。美国能源服用试验室NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）在Matlab的环境下，利用Simulink工具开发的ADVISOR(AdvanceVehicleSimulation)能够在汽车未成型前评价出普通汽车、电动汽车和混合动力汽车的动力性、经济性和排放等性能。2019/8/16汽车数字化开发技术第18页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用2019/8/16汽车数字化开发技术第19页美国MID公司开发的ADAMS软件是构成产品的虚拟原型的一个很好平台，其中的car模块是MID与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车虚拟设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发等方面的经验。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院3.2虚拟现实硬件的组成三维（3D）位置跟踪器视觉设备触觉与力觉反馈装置声音设备2019/8/16汽车数字化开发技术第20页规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院3.2虚拟现实硬件