仿真与虚拟设计技术2

目录第1章绪论第2章仿真与虚拟设计技术概述第3章虚拟设计技术第4章国内外研究现状第5章虚拟设计技术存在问题第6章未来发展方向第7章结束语伴随着科学的不断发展,人类社会步入了崭新的世纪。各种新技术层出不穷,而各个学科相互融合发展,又产生了许多新的学科技术。产品设计就是这样的一门学科。每一次新科技的出现,都会给产品设计的途径、方式带来新的发展和变化。仿真与虚拟现实技术是以计算机支持的仿真技术为前提的,对设计、加工、装配、维护等等,经过统一建模形成虚拟的环境,虚拟的过程,虚拟的产品。仿真与虚拟技术产生于20世纪40年代,到90年代才逐步发展完善起来,现在已经应用到了制造、军工、医学、航天、建筑等很多领域,并且都取得了很大的成功。仿真与虚拟技术应用到产品设计中,更会体现出它的很多优势,给设计业带来全新的理念和方式。如图１总结了几个世纪以来产品设计的演变过程。返回目录第１章绪论返回设计的演变过程第2章仿真与虚拟设计技术概述什么是仿真？什么是虚拟现实（ＶＲ）？返回目录什么是仿真?仿真Simulation属于一门基础性学科，仿真就是利用模型进行的一种试验，它可极为有效而经济地用于科研设计训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论相似原理数模与计算技术信息技术系统技术及其应用领域相关专业技术为基础，以计算机和多种专用物理效应设备为工具借助系统模型，对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门新兴综合性技术。

返回什么是虚拟现实（ＶＲ）？虚拟现实(Virtualreality简称VR)，是人类与计算机和极其复杂的数据进行交互的一种方法。虚拟现实技术是指利用人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术、电子技术、机械技术、视听技术等高新技术模拟人在特定环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。

返回第3章虚拟设计技术虚拟设计技术虚拟设计系统的构成虚拟设计技术应用虚拟现实技术应用到产品设计中的作用返回目录虚拟设计技术1.虚拟概念设计2.虚拟装配设计3.虚拟环境中的声音系统4.虚拟设计系统中的接触及力量反馈返回虚拟概念设计产品设计过程可以概括分为两个步骤：概念设计(ConceptualDesign)和构型设计(ConfigurationDe-sign)[1]。前者的目的是制定出设计方案，后者的目的是设计出具体构型。概念设计是设计的初步阶段，它的目的是获得足够多的有关产品式样和形状的信息。它是设计过程的重要阶段，因为产品成本的60%~70%是由这个阶段决定的。在概念设计阶段，人们需要研究大量可行的设计方案，从而确定经济效益最好的设计。虚拟概念设计使用虚拟现实技术，为设计者提供基于语音识别和手势跟踪的输入方式，设计者可以很方便地在三维虚拟环境中操纵产品及零件，进行各种形状建模和修改。利用这种系统进行计算机建模，无须精确的尺寸定义。虚拟现实技术消除了鼠标、键盘等的输入方式给用户带来的限制，同时系统还可以为用户提供三维立体图像，设计者可以在三维空间中对设计对象进行观察和操作。返回虚拟装配设计返回头盔显示器返回数据手套返回返回虚拟设计系统统构造图虚拟设计技术术应用1.虚拟现实实技术已成为为军事和航天天领域的先锋锋技术2.虚拟现实实技术已成为为一种商业经经营手段和战战略3.虚拟现实实技术成为学学校教学手段段和教学方式式的重要组组成部分4.虚拟现实实技术将成为为工程设计的的得力助手返回虚拟设计技术术军事和航天天领域的应用用返回虚拟现实技术术已成为一种种商业经营手手段和战略国际企业管理理挑战赛的核核心是一套完完善的电脑软软件系统，它它用模拟方式式把一个企业业在国际标准准市场环境中中所面临的各各种管理问题题反映出来，，参赛者作为为虚拟企业的的领导人就此此进行决策。。由于它与市市场中变化莫莫测的真实商商战相吻合，，国际上许多多公司将其作作为训练员工工的手段。虚虚拟仿真技术术已日渐成熟熟，如虚拟仿仿真技术的汽汽车演示厅，，人们可以在在汽车上面对对虚拟道路。。了解汽车的的性能。虚拟拟仿真技术的的驾驶厅，可可以帮助驾驶驶员在虚拟道道路上训练等等等。现在许多公司司都把代理人人模拟软件视视为企业经营营的有力工具具。在美国思思想工具公司司所开发的项项目挑战模拟拟装置中，挑挑战者以形神神兼备的虚拟拟工作组成员员的面貌出现现，展开激烈烈的商战。虚虚拟公司和虚虚拟经营策略略越来越受到到各大公司的的青睐。返回虚拟现实技术术成为学校教教学手段和教教学方式的重重要组成部分分早在1995年，华盛顿顿的中小学校校就开始了虚虚拟教学。教教室里没有黑黑板和讲台，，每个座位的的前方都有特特殊的头盔和和操纵杆。孩孩子们只要带带上头盔，手手握操纵杆，，眼前就会出出现一幅幅栩栩栩如生的景景象，既生动动又形象，这这是虚拟教学学。传统的教教学理论和教教学实践一直直忽视形象思思维的发展与与完善，片面面强调抽象思思维，这是目目前课堂教学学普遍存在的的枯燥、乏味味、抽象、难难懂的重要原原因之一。美国加州和印印第安纳州之之间的一堂关关于宇航和太太空知识的远远程教学课也也是一个很好好的实例。远远在美国东部部印第安纳州州的教师和他他的学生们一一起出现在大大屏幕电视上上。老师用生生动的讲解和和大量的影视视资料把孩子子带进了太空空，为了激发发学习兴趣和和参与意识，，课堂上还特特意准备了五五颜六色的小小墨镜和小扇扇子，这样当当孩子们和屏屏幕上的宇航航员一起”飞飞向”太空时时，孩子们戴戴上小塑料墨墨镜并扇起小小纸扇，仿佛佛真的有耀眼眼的太阳和灼灼热的高温需需要抵御。同同时课堂上还还可以品尝到到宇航员常吃吃的脱水后的的鸡蛋、苹果果酱和冰激凌凌……在整个个的教学活动动中，孩子们们都能和远隔隔千里的老师师交流自己的的感受和体会会所以说，利利用虚拟技术术就能实现形形象思维教学学，增强学生生们的学习兴兴趣，提高素素质教学的水水平。虚拟教教学已开始走走向全球化，，相信我国的的教学在这一一方面的应用用将越来越广广泛。返回虚拟设计技术术工程设计领领域的应用返回虚拟现实技术术应用到产品品设计中的作作用1、提高设计计直观性和真真实性2、缩短设计计流程，提高高设计效率3、降低设计计成本，提高高产品竞争力力返回第4章国内内外虚拟设计计技术的研究究现状国外虚拟设计计技术的研究究现状国内虚拟设计计技术的研究究现状返回目录国外虚拟设计计技术的研究究现状诺格公司用虚虚拟现实技术术为美设计新新航母返回国内虚拟设计计技术的研究究现状返回第5章虚拟拟设计技术存存在的问题1．由虚拟环环境到CAD的数据交换换问题2．数据接口口3．数据缩减减4．实时与真真实5．硬件方面面的问题6．网络传输输速度问题返回目录第6章仿真真与虚拟设计计未来发展方方向技术发展趋势势技术发展分析析返回目录技术发展趋势势建模/仿真真方法学、仿仿真计算机和和仿真软件将将仍然是计算算机仿真技术术中的重要课课题。科学计计算的可视化化(VISC)作为仿仿真的重要基基础将进一步步发展,为为了适应VD环境的要要求,高质质量的跟踪和和控制仿真模模型运行方式式将有很大发发展;鉴于于网络环境是是由多台处理理机(异构或或同构)连连接而成的分分布仿真系统统,将可以以支持多个子子仿真任务协协调统一执行行。分布仿真真系统将成为为我国电力、、邮电、铁路路、金融等行行业的通用技技术。面向对对象的建模/仿真技术术将逐步发展展到面向特征征、面向产品品的加工和装装配等;并并发仿真环境境将作为并行行设计技术的的一种支撑技技术而形成通通用的支撑系系统;专家家系统、模糊糊决策和人工工神经网络技技术将全面引引入仿真系统统。在仿真建建模、仿真实实验设计、仿仿真结果分析析和模型的修修正及维护等等多个方面大大大改善仿真真系统的适应应性和仿真的的准确性,形形成高效的的智能仿真系系统。VR技技术将很快快进入一个快快速发展的时时期,其主主要趋势是头头盔式显示器器(HMD)等可视化化设备、人体体(或四肢)方位跟踪踪系统、触觉觉系统等VR专用硬件将将全面上市,其性能价价格比会迅速速提高,VR技术所所需求的高性性能计算机将将以用户可以以接受的价格格出现。VR设备驱动动软件和用新新型传感装置置测得大量数数据的高效处处理软件也将将面市,ISO标准准化组织将推推出有关的信信息交换标准准,VR技技术在2010年左左右将获得普普遍应用,但但由于它对对人脑思维和和人体行为的的基础研究难难以在短时期期内突破,故故VR技术术还会有一个个较长的发展展时期。返回技术发展分析析实时仿真和VR技术都都要求有极高高的图象或图图形处理速度度,除了高高性能并行处处理计算机,一般的计计算机系统目目前还很难达达到要求。所所以,在产产品或工程系系统的整体仿仿真和虚拟设设计阶段,研研究实现以以复杂工程分分析计算为背背景的实时动动态图形仿真真技术就显得得特别重要。。研究实现跟跟踪和控制方方式的可视化化计算方法,探讨充分分利用计算机机空间和时间间协调达到动动态、实时显显示要求的软软、硬件技术术将十分有意意义。分布式式仿真主要研研究的问题是是仿真模型和和实验的并行行化分配,以以及有效的的分布仿真环环境的建立,如静、动动态数据及模模型和功能分分割技术,防防止通讯死死锁技术等。。美欧等国己己将分布交互互仿真技术用用于局部战场场的仿真(EADSIM)。面向向对象的仿真真技术主要体体现在2个个方面,一一是利用通用用的面向对象象程序设计语语言,如C++Smalltalk等等,建立仿仿真软件包;二是基于于0-0方法等,建立适于于某一范围的的建模与仿真真软件包。并并发仿真技术术的主要目的的是将仿真任任务各个阶段段的“人”和和“工序”有有机及时地联联系,从而而将逐步实现现的仿真工程程变为并发实实现的工程,当前研制制的一体化仿仿真环境是迈迈向并发仿真环境的重重要一步。并并发仿真的核核心部分是数数据库系统,它既是仿仿真建模、验验模、实验、、优化、分析析与处理的信息源泉,又是仿真真各部分协调调配合的连接接点。智能仿仿真技术中主主要研究的是是如何引入知知识表达及处处理技术以扩扩大仿真模型型中知识描述述的能力;如如何引入专专家知识和推推理,以辅辅助一般用户户对仿真结果果做出各种决决策;辅助助模型的修正正与维护等。。VR和VD系统包包括计算机生生成环境、物物理实现的建建模环境和真真实环境3部部分,其其关键技术包包括基于VR的建模方方法,如设设计对象给人人的视觉、听听觉、触觉等等有关的静、、动态属性的的定义与表示示;定性和和定量模型的的实时算法;VR支支撑系统有关关算法;VR支撑系统统有关技术;如多用户户冲突处理、、网络化、数数据库及操作作、声音组装装技术等;多多媒体技术术,如数据据压缩与编码码、媒体同步步、多媒体网网络和超媒体体等。返回第7章结束束语未来的虚拟现现实技术研究究主要体现在在基础研究、、虚拟产品开开发和虚拟组组织建设3个个方面。基础础研究方面,早在1998年,美国国克林顿总统统就美国政府府、学术界、、产业界联合合开发下一代代英特网发表表国情咨文,并呼吁此行行动立即着手手开始。正如其它新兴兴科学技术一一样，虚拟现