虚拟仿真3D辅助设计系统

虚拟仿真3D辅助设计系统让虚拟现实设计直通工业生产Virtualrealitytomanufacture让真实更近序言随着全球化市场竞争的加剧，如何在产品设计阶段节约时间和成本、设计出市场需求的产品成为工业领域的企业的突出痛点。在这需求背景下，在产品设计开发阶段应用先进的虚拟仿真技术，搭建沉浸式显示系统来可视化呈现产品模型或流程工艺，进行设计、研究、分析、审核、评估或修改，使产品的开发、制造都置于计算机技术所构造的严格的数据环境中，可极大程度降低设计成本、时间，加快设计和优化合作过程中的决策进度，加速产品开发和整个项目的规划周期，节约相关成本，提高技术含量。Theintroduction技术进展虚拟仿真\工业设计\01虚拟仿真定义虚拟仿真技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。基于显示器3D仿真桌面式VR交互系统CAVE系统沉浸式VR系统AR系统虚拟仿真技术，或称为模拟技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。模仿系统可是实物也可以是计算机图形图像，而现在虚拟仿真多指由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。虚拟仿真种类01.实物仿真实物仿真是用实物模型采用机械式的方法模拟另一个实物系统原理、结构、操作等。如楼花、沙盘、微缩机械模型等。实物虚拟仿真模型02.半实物仿真半实物仿真是既有实际物体又有虚拟影像来模拟另一物体特征，半实物仿真多用来模拟宏大场景，如模拟飞行，驾驶等。03.全虚拟仿真全虚拟仿真是完全用计算机图形图像显示技术完全模拟另一物体，形状、结构、原理，流程，并实现对虚拟物体的交互操作。多通道投影系统（CAVE系统）VR虚拟仿真系统模拟驾驶模拟飞行虚拟仿真行业发展趋势随着技术的发展，虚拟仿真的人机交互形式不断创新进化，目前变化趋势主要是视觉及交互（输入）形式，使得更具有真实性和交互性，使用户可以身临其境的感知和支配这些内容。二维图像显示基于平面显示的三维仿真基于桌面式的3DVR交互显示多通道显示系统（CAVE)VR/AR系统趋势视觉正常人通过视觉接收的信息约占人脑接收到的所有外部信息的83%，完美的视觉体验是完整沉浸式体验的重要组成部分。随着技术的不断革新，视觉传达更具沉浸感。虚拟仿真行业发展趋势每一次的技术革新及产品升级，都会带来重大的人机交互方式变化。交互设计发展史上的每一个重要里程碑，都源自技术和人性的碰撞。从最初键盘输入、鼠标输入，发展到现在的触摸操作，语音识别，再到已经到来的3D手势识别、数据手套。未来还会实现脑波控制，意念识别等。目前主流应用的3D手势识别、数据手套，已经符合人体的自然动作，让人们以最舒适的方式获取信息。交互（输入）键盘鼠标VR手柄手势识别数据手套语音识别/脑电波控制VR对虚拟仿真行业的改变虚拟现实（VR）技术是一场交互方式的新革命，人们正在实现由界面到空间的交互方式变迁。VR技术的诞生，让虚拟仿真技术又上了一个新台阶，为人类创造出更多虚拟仿真情景进行学习和创作。目前许多三维设计软件增加了VR功能，给工业设计工程师带来的最大变化是用VR模拟人眼镜观看现实物体的特点将三维画面直观呈现在人的眼前，而不是通过3D眼镜方式，仿佛设计的产品就放在眼前。水平360°视野垂直360°视野VR头盔现实技术依据双目3D成像原理，给佩戴者呈现一个360°视野的沉浸场景。VR头盔不同的全虚拟仿真方案载体优劣对比优势布置简单，成本低，没有操作难度；受制显示器画面，对超大型物体三维细节表现欠佳，需要设计者三维空间思维能力强；缺点基于显示器的三维画面优势画面质量高，人佩戴东西少；眩晕，画面畸变，难做多人，位置固定，布置复杂，操作难度大；缺点非沉浸多通道3D显示（部分隔绝）优势所见即所得对三维物体表现好，可以上实现异地过多人，操作简单；单个VR头盔像素分辨率低；缺点沉浸式VR显示（隔绝一切现实画面）优势负重较少，同时能看到现实世界；视场角小，不能表现大型物件，细节表现差；缺点混合AR显示系统（不隔绝现实画面）解决方案虚拟仿真\工业设计\02工业仿真沉浸漫游3D辅助设计系统-VR/AR解决方案面向工业仿真设计领域，针对在虚拟环境中进行评估与审核的需求，帮助企业审核设计项目，提供了一个高级的项目评审模式:身体运动跟踪解决方案+沉浸式体验，一个顺畅与高科技的用于解决虚拟设计审核与人体工程学优化的解决方案。单人、多人、异地单人、多人、异地单人VR虚拟仿真多人VR虚拟仿真单人AR虚拟仿真多人AR虚拟仿真01.VR辅助3D设计系统02.AR辅助3D设计系统大空间VR/AR虚拟仿真原理X轴Y轴大空间VR和AR系统是由动作捕捉相机捕捉区域构成一个立体空间，这个虚拟立体空间内被捕捉的物体具有相对于这个空间的坐标信息，动作捕捉捕捉相机可以对标记点进行6自由度跟踪和链式运动。由VR和AR呈现的场景跟动作捕捉区域形成的立体空间1:1重合，实现了在虚拟空间中自由行走，即人动，虚拟场景不动，把虚拟场景作为固定参考系来进行视角调整。可实现多人、异地交互。大空间VR/AR仿真系统拓扑图•可支持200多种虚拟仿真软件，工业设计软件（SW,UG,……),无须数据转换；•运动跟踪系统可进行人体位置跟踪或设备位置导航，为现有的3D应用程序创建沉浸式体验。RTS动作捕捉相机运行服务器（动作捕捉软件）POE交换机……渲染服务器（techviz渲染组件）无线路由器……运行主机（techviz、3d设计程序）VR头盔交互手柄使用者1AR眼镜VR头盔交互手柄使用者NAR眼镜大空间VR/AR仿真系统特点异地联机可进行异地联机，共享虚拟工作空间；自然行走用脚自由行走，1：1位移；定位捕捉可进行实时定位捕捉身体姿态；兼容性强支持计多3D软件，具有极高的系统利用率；交互操作多样仿真交互操作，形式多样，自然直觉沉浸式视觉体验多人同场景沉浸式视觉体验，将设计物体直观成呈现在眼前，满足多人不同角度观看；真实还原虚拟场景还原真实物体大小；支持超多3D软件，具有极高的系统利用率Techviz支持200多种虚拟仿真软件、工业设计软件，可以大大提高系统的利用率，可在多种数据来源中不使用数据转换即可将数据置入到一个单一的环境中，而无需软件编程开发或数据转换，可视化数据，只需要载入模型就可以瞬间在虚拟VR环境下显示它。系统特点大空间VR仿真交互操作形式抓取移动放大缩小标注自然直觉交互操作形式体验者可以上下左右360°无死角看到体验的虚拟场景，将设计物体直观成呈现在眼前，满足多人不同角度观看。模拟在现实世界行走的视觉习惯将虚拟场景作为固定参照系，模拟现实世界中人走动而景不动的视觉习惯。多人同场景沉浸式视觉体验多人360°视野虚拟场景还原真实物体大小VR头戴显示器通过透镜原理，让佩戴者透过VR头戴显示器所看到的虚拟物体物理尺寸都和实际物体大小相等，不会视觉印象失真。车长5m车长5m虚拟真实动作捕捉技术实际在大空间多人互动VR方案中实现两种功能，其一是空间定位技术，将人在现实空间的位置信息定位到相应的虚拟场景中，让人能感知虚拟空间中自己的位置，其次就是对人的肢体活动进行六自由度运动捕捉，让人在现实世界中的肢体活动同步到虚拟人物身上，让虚拟人物活灵活现，更具有沉浸感和真实感。六自由度示意实时定位捕捉目前VR体验移动多是用手柄指定位置进行步进,场景的图像快速推进极易造成眩晕感。大空间多人互动VR系统特点是让体验者直接用双脚在虚拟空间行走，仿佛穿越到第二空间。传统VR体验大空间多人互动VR体验VS用脚自由行走1：1位移大空间多人互动VR最大的特点是可以让佩戴者在虚拟场景中行走，虚拟场景模拟现实中的场景特点，将虚拟场景作为固定参照系，让人感知到自身移位和视角的转动。如果说VR头戴显示器的是我们的眼睛的话，那么动作捕捉的作用就是相当于我们的脚。可进行异地联机，共享虚拟工作空间A地区B地区云服务器云端共享场景对于部门或子公司遍布世界各地的全球公司，团队合作至关重要。沉浸漫游3D辅助设计系统可打破地理限制进行协同工作，创建共享虚拟工作空间，不同地点的同事之间可以实现实时VR协作交互，可使得项目组成员加强沟通，节省时间，高效轻松交流想法。系统应用虚拟仿真\工业设计\03应用场景需求方工程师解决方案智力物力沉浸仿真系统可视化交互性真实性提出需求运用创新手段，满足需求。方案交付及反馈工具的升级，效率的提升常见应用场景技术评审验证流程维护操作培训结果演示研发-生产地点管理-工程部门（跨域评审）研究人员概念设计-操作员人体工程学应用模拟在专业环境中的操作者；可进行“可达性”干涉检查和人机工程学测试分析；查看人体模型能否从座椅位置接触到控制设备；查看人体模型的视野查看狭小空间（例如潜艇中）内能否布置多位操作人员；检查可达性：操作人员能否触摸到按钮或命令装置；检测用户与其环境之间的干涉：妨碍用户的障碍物会发生干涉；同事查看多个虚拟人体，检测它们相互之间的交互方式以及它们与虚拟环境之间的交互方式，研究有多个操作人员的工作环境。协同生产应用A城市B城市联机中…协同生产在世界各地的部门之间实现VR协同跨域评审增进公司连接无数据转换支持多样化显示系统实时VR协同完全沉浸式多个地点实时协同虚拟装配应用1.逐步实现精细位移，显示零件位置和方向2.可将模型的多个零件分组并整体移动3.关联零件与跟踪目标，选择对象并定义约束4.查看碰撞并记录路径，便于将来重新加载研究5.验证拆装任务、维护操作，或进行培训6.连接到PLM产品结构树7.基于工业级物理引擎，遵循严格的物理仿真8.显示力的大小和方向，支持力反馈设备数字样机评审应用测量：测量两点间距离，测量两面之间夹角，或测量圆的相关信息。保存视角（书签）：保存用户当前视角，一遍在其他评审进程中进行加载。添加剖面：沿着用户选择的方向对模型进行剖切。快照：将当前视图以图片形式保存在主计算机目录中。这些图片可用在报告存档，或将某个特定部分展示给同事或客户。隐藏/显示零部件：可以逐一隐藏选定的零件，然后再次进行显示，或在隐藏零件和显示零件之间切换。添加标注：在虚拟环境中添加指向位置的数字索引。自由行走：以虚拟方式参观建筑物或模型内部，可以模拟上下楼梯动作。VR应用案例VR头盔光学动作捕捉相机AR应用案例THANKYOU