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虚拟现实技术在制造业中的应用

发布时间:2022-10-17

编辑人:灵图互动

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1. 虚拟现实概念

虚拟拟现实技术是在计算机图形学、虚拟仿真技术、多媒体技术、传感技术以及人机接口技术的基础上发展起来的一门交叉性学科。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的具备浸人感、交互性和多感知性等特征的计算机高级人机界面。

虚拟现实技术抛弃了键盘、鼠标等传统的人机交互设备,取而代之的是更加具有真实感的虚拟环境,充分调动人的各种感觉器官,使参与虚拟体验的人们能够最大程度地参与其中,使用者可以通过虚拟现实技术,在产生的虚拟空间中感受在客观物理世界所经历的“身临其境”的逼真性。

虚拟现实技术应用

2. 虚拟现实涉及的关键技术

2.1 实时三维计算机图形生成技术

实时三维计算机图形生产技术,是计算机模型产生图形图像时,既要保证不同光照条件下各种物体的图形做到精确,还要做到状态实时同步。

2.2 立体显示和传感器技术

在虚拟现实中,要具备沉浸感,物体的立体还原是至关重要的,双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器,但用户带上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

2.3 人机交互技术

虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式,利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备,三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。

2.4 动态环境建模技术

动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术,而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术,两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

2.5 系统集成技术

由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统的集成技术为重中之重,包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术,识别和合成技术等等。

3. 虚拟现实技术在制造业中的应用

近些年来,虚拟现实技术应用在制造领域的案例越来越多,常见的有虚拟现实教学应用虚拟现实医疗应用,虚拟现实航空军工应用,虚拟现实城市规划应用等等。虚拟现实技术在制造业中的应用实现对产品设计及制造过程中的事物仿真,并借助计算机技术对产品的概念设计、工艺技术等生产制造过程进行管理、控制和优化。

虚拟现实技术可通过多感官的体现效果,能够让用户直接对产品进行感受,从而帮助产品设计者了解到用户的使用体验,对产品设计进行优化,从而降低沟通成本和加速设计周期;在制造生产中,虚拟现实技术则能够及时地发现产品问题,从而加以解决处理.提升产品品质性能,提升产品质量,降低制造成本。

虚拟现实技术在制造业中的应用主要聚焦于虚拟设计、协同设计、虚拟装配、模拟仿真、虚拟样机、虚拟培训等方面。

虚拟现实技术在制造业中的应用

3.1 虚拟设计

虚拟现实技术应用于产品设计,可以快捷地建立产品的模型族,迅速实现产品的变型设计和系列化设计。同时,利用多种传感器可以使设计人员在多维信息环境进行交互影响,从定量和定性两个方面对复杂的环境进行理性和感性的认识,从而有助于创新和深化概念。虚拟设计主要体现在产品的外形设计和产品的布局设计上。

虚拟现实技术应用于产品设计

3.2 协同设计

在产品设计阶段,往往分为多个设计部门进行不同部件的分工设计,使用不同的设计软件。如汽车行业的车身、内饰、发动机、零部件等等,当这些部门完成了各自的设计之后,却会发现诸如数据格式不同,整体车身的各种搭配问题和机械问题。虚拟现实技术应用于协同设计中,构建一个虚拟协同设计平台,为各个部门创造了三维模型的实时协同工作机制,实时获取多个设计师的不同设计软件下的设计成果,快速整合,达到工作效率的快速推进。

3.3 虚拟装配

虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范。产品设计的精度不同、形状不同,所模拟的产品的装配过程也是不同的,虚拟现实技术应用于装配中,用户可以通过交互的方式,对产品的模拟装配过程进行控制,从而检查产品的设计和操作过程是否得当,及时的发现装配过程中所出现的问题,修改模型。例如,该虚拟仿真系统根据产品设计的形状特性、精度特性,真实地模拟产品三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程,检验装配设计和操作的正确与否,以便及时发现产品装配中的问题,对模型进行修改。

3.4 模拟仿真

虚拟现实技术应用于模拟仿真主要包括产品的运动仿真和加工过程仿真。运动仿真能够有效发现并解决运动构件在运动过程中可能的运动干涉检查、运动范围设计、运动协调关系等问题。加工过程中通过仿真,可预先发现产品设计的加工方法、 加工过程等方面的问题,通过修改设计或采取其他措施,确保产品的质量和工期。

虚拟现实技术应用于模拟仿真

3.5 虚拟样机

产品的工作性能及质量,往往通过最终样机的试运转才发现的,但是此时所出现的很多问题都是没有办法改变的,修改设计就意味着全部或者是大部分的重新试制或报废。用虚拟样机取代传统的硬件样机来检测制造产品的质量和工作性能,可大大节约了新产品开发的时间与费用,并能明显地改善开发团体成员 之间的交流方式,审核最终产品。

3.6 虚拟培训

员工能熟练的使用生产设备对制造和运维阶段至关重要,利用虚拟现实技术进行培训,搭配VR头盔,可以让员工在精准映射的虚拟空间中身临其境的进行认知及实操培训,不仅可以全面的掌握专业知识、提高培训效率,同时还可以避免传统培训方式场地受限、操作存在危险性等情况。

虚拟现实技术应用于培训

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