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虚拟现实技术在机械制造行业中的应用1.1虚拟设计在传统的产品开发过程中，通常是在完成设计后制造物理样机来验证设计的正确性，当发现缺陷后只能回头修改设计并再次制造样机进行验证，一般要经过反复若干次的修改才能达到性能要求，设计周期长，严重制约了产品的质量提高、成本降低和对市场的快速反应。虚拟现实技术与CAD技术在产品开发过程中的有机结合，改善了虚拟设计中人与计算机的交互方式，在沉浸式的虚拟环境中，设计者通过直接三维操作对产品模型进行管理，以直观自然的方式表达设计概念。在设计过程中，借助交互设备可以方便的完成产品模型构建，修改设计缺陷，对模型进行运动仿真和检验，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案，设计者还可以把自己的经验和想象结合到计算机的虚拟模型里，让想象力和创造力充分发挥。计算机辅助设计升级到具有交互效果的“虚拟设计”，虚拟现实技术是一种“富有价值的工具”，可以提升传统产业层次、挖掘其潜力。（1）虚拟模型、节省费用。一些复杂的系统工程如飞船、机器人的设计，需要投入巨大的资金，若用虚拟现实技术建立仿真系统代替实物模型进行研究或样机设计，可以大大节约资金、人力和物力、优化系统设计。（2）人机验证、操作模拟。在虚拟环境中所进行的虚拟制造过程，用户可通过方便的接口进行干预，从制造的角度考察设计，为设计的更改和优化提供制造方面的依据。（3）工艺流程仿真对装配、制造和维修等工作进行虚拟仿真模拟，可在设计过程的最初阶段发现可能存在的缺陷和问题，减少不必要的浪费。1.2虚拟装配一般的装配仿真是在预先建立的仿真模型下将零部件组装在一起，即在利用三维建模软件建立产品各零部件的模型，在仿真软件中预先编制产品的装配顺序，最后进行仿真组装和运动干涉检查。在这种仿真的过程中仅是对零件组装顺序的动态演示，没有人的参与，装配仿真验证的仅是产品在装配过程中是否发生干涉，而且仿真的效果完全依赖于预先建立的仿真模型，信息量少，局限性很大。相比之下，基于虚拟现实技术的虚拟装配系统突出人的因素在虚拟装配中的重要性，尽量将装配技术人员的经验、专业知识融入装配系统，充分发挥人在装配过程的能动性，在装配过程中不仅可以验证产品设计和装配的可行性，即可装配性，还能寻找、验证设计和装配的科学性，即定出最优的装配序列和装配路径。1.3虚拟教学科研虚拟实验室能够为学生提供生动、逼真的学习环境，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。虚拟实验室可为学生提供一个学习和实践的平台，学生可以在这个平台上学习全世界各地的机械设计的优秀作品；同时，学生们也可以在这个平台上展示自己的作品并对之进行分析和改进。培养了学生科学实验的严谨作风，并为进一步培养学生从事科学研究方面的工作奠定相应的基础。1.4工程数据的可视化在产品设计的过程中，通过CAD软件设计的产品模型必须经各种分析软件进行有限元分析，以便发现设计中存在的不足之处并加以改正，从而确保其各方面性能完善，但现有的分析软件大大约束了对产品和物理现象的观察。融入虚拟现实的工程分析数据可视化，也称为工程分析数据沉浸可视化，利用这种沉浸可视化的方法来显示工程分析数据，有助于使学生更直观、更准确地理解数据，感知大型复杂模型中较隐蔽的细节信息，更快速容易地找出设计中存在的问题。例如，用多种不同方法表示出每一点的速度、压力、温度和组分等，并显示出涡流、冲击波、剪切层、尾流及湍流等。尤其是在汽车和飞机的造型设计中，涉及到计算流体动力学，计算的速度和准确度受网格划分的影响很大，通过可视化技术可以针对不同对象，找到最适合的网格划分方法。1.5机械产品的展示对于一些大型机械设备因受设备规模、场地条件等的限制，能在现场展示的产品的类型、时间非常有限，而且这种展示偏重外观的展示，不能很好的了解机器的性能和工作特点。借助虚拟现实技术的实时渲染和交互功能，老师和学生不但可以根据自己的需要变幻视角观察产品外观，还可以身临其境的体验产品的操作性能，同时还可以对设备内部运行状况进行详细的了解。通过强烈的视觉效果使学生对产品外观、内部构造、性能、甚至整个加工过程获得真实的感性认识，从而使产品特性深入人心，激发学生的学习欲望，提高学习效率。