虛擬設計及其應用培訓資料

1、虛擬設計及其應用培訓資料主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、前一、前 言言二、二、CADCAD技術技術三、虛擬現(xiàn)實技術三、虛擬現(xiàn)實技術四、虛擬設計技術及其應用四、虛擬設計技術及其應用五、應用事例五、應用事例一、前一、前 言言010203040506070開發(fā)設計開發(fā)設計生產(chǎn)準備生產(chǎn)準備與加工與加工原料與外原料與外購件采購購件采購管理和銷售管理和銷售對成本的影響對成本的影響所需的工時成本所需的工時成本設計開發(fā)的重要性設計開發(fā)的重要性現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)設計設計評價評價產(chǎn)品產(chǎn)品報報廢廢 品品報報廢廢 品品制造制造原料原料外在因外在因 素變化素變化設備設備廠房廠房人員人員試制試制原料原料設備設備廠房

2、廠房人員人員0102030405060產(chǎn)品定義產(chǎn)品定義產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品開發(fā)工藝規(guī)劃工藝規(guī)劃制造制造檢驗檢驗應用應用 %避免錯誤、或盡早發(fā)現(xiàn)錯誤、盡早修正錯誤避免錯誤、或盡早發(fā)現(xiàn)錯誤、盡早修正錯誤設計開發(fā)目標設計開發(fā)目標75%75%修改源于設計開發(fā)修改源于設計開發(fā)80%80%修改由制造后修改由制造后續(xù)階段完成續(xù)階段完成 計算機技術的成熟為計算機技術的成熟為改變設計方式，提高設計改變設計方式，提高設計水平提供了很好的手段和水平提供了很好的手段和工具工具虛擬產(chǎn)品開發(fā)虛擬產(chǎn)品開發(fā) 虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術是以計算機虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術是以計算機仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎，仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎，計算機圖形學、

3、人工智能、網(wǎng)絡技計算機圖形學、人工智能、網(wǎng)絡技術、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術等術、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術等在產(chǎn)品開發(fā)（包括產(chǎn)品構(gòu)思、設計在產(chǎn)品開發(fā)（包括產(chǎn)品構(gòu)思、設計、制造、測試和分析等）的綜合應、制造、測試和分析等）的綜合應用技術。用技術。Simulation of product development activities based on Models of product development process and system虛擬產(chǎn)品開發(fā)的定義虛擬產(chǎn)品開發(fā)的定義測試測試設計設計裝配裝配加工加工分析分析數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/信息信息原料原料設備設備廠房廠房產(chǎn)產(chǎn)品品實際制造實際制造人員人員報廢

4、品報廢品設計設計虛擬樣機虛擬樣機評價評價反反饋饋 信信息息虛擬加工虛擬加工虛擬裝配虛擬裝配虛擬檢測虛擬檢測市場信息市場信息虛擬產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)虛擬產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)何謂虛擬何謂虛擬其一、完全高度的數(shù)字化其一、完全高度的數(shù)字化其二、異地協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)絡化其二、異地協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)絡化其三、虛擬現(xiàn)實技術提供的多維交互性其三、虛擬現(xiàn)實技術提供的多維交互性二、二、CADCAD技術技術工程分析工程分析繪圖造型繪圖造型智能設計智能設計產(chǎn)品建模技術的發(fā)展產(chǎn)品建模技術的發(fā)展 重點放在重點放在開發(fā)和制造開發(fā)和制造零件零件重點放在重點放在產(chǎn)品的形成過程產(chǎn)品的形成過程原型原型 3D CAD 2D CAD繪圖繪圖Digi

5、tal Mock-upDigital Prototype計算機輔助繪圖計算機輔助繪圖19601960年代初，美國年代初，美國I SutherlandI Sutherland提出交互式提出交互式 計算機輔助計算機輔助 繪圖的概念繪圖的概念 ，由此開創(chuàng)，由此開創(chuàng) 了計算機圖了計算機圖 形學和計算形學和計算 機輔助繪圖機輔助繪圖 技術的領域技術的領域計算機輔助幾何造型計算機輔助幾何造型產(chǎn)品的三維幾何模型包含更多的產(chǎn)品幾何產(chǎn)品的三維幾何模型包含更多的產(chǎn)品幾何信息，可以信息，可以用于進一步用于進一步的產(chǎn)品分析的產(chǎn)品分析和生產(chǎn)準備。和生產(chǎn)準備。同時三維幾同時三維幾何模型直觀，何模型直觀，便于設計人便于設計

6、人員直接評價員直接評價產(chǎn)品數(shù)字模型產(chǎn)品數(shù)字模型傳統(tǒng)傳統(tǒng)CADCAD系統(tǒng)的缺點系統(tǒng)的缺點人機交互手段不足人機交互手段不足幾何尺寸必須確定幾何尺寸必須確定以鼠標和鍵盤為代表的人機交互工具不符合以鼠標和鍵盤為代表的人機交互工具不符合設計人員習慣設計人員習慣在幾何尺寸等信息尚未確定的概念設計等上游設在幾何尺寸等信息尚未確定的概念設計等上游設計階段，傳統(tǒng)的計階段，傳統(tǒng)的CAD無能為力無能為力物理屬性考慮欠缺物理屬性考慮欠缺無法真實地表現(xiàn)產(chǎn)品的物理特性，因此不能無法真實地表現(xiàn)產(chǎn)品的物理特性，因此不能真實地分析產(chǎn)品性能真實地分析產(chǎn)品性能虛擬產(chǎn)品建模虛擬產(chǎn)品建模重點放在重點放在開發(fā)和制造開發(fā)和制造零件零件重點

7、放在重點放在產(chǎn)品的形成過程產(chǎn)品的形成過程原型原型重點放在重點放在產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品產(chǎn)品 3D CAD 2D CAD繪圖繪圖Digital Mock-upDigital PrototypeVirtual Prototype三三、虛擬現(xiàn)實技術、虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實？虛擬現(xiàn)實？ 虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality, VR) 是是一種三維計算機圖形技術與計算機硬件技一種三維計算機圖形技術與計算機硬件技術發(fā)展而實現(xiàn)的高級人機交互技術，允許術發(fā)展而實現(xiàn)的高級人機交互技術，允許用戶通過視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺和味用戶通過視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺和味覺等多種知覺方式實時地與

8、計算機所建造覺等多種知覺方式實時地與計算機所建造的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實! != 虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境 virtual environment= 人工現(xiàn)實人工現(xiàn)實 artificial reality= 計算機合成環(huán)境計算機合成環(huán)境 computer synthesized environment虛擬現(xiàn)實的基本特征虛擬現(xiàn)實的基本特征沉浸沉浸ImmersionImmersion交互交互InteractionInteraction想象想象ImaginationImagination3I虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)VRVR硬件硬件計計算算機機VRVR軟軟件件操操作作者

9、者方位跟蹤系統(tǒng)方位跟蹤系統(tǒng)聲音識別系統(tǒng)聲音識別系統(tǒng)場景顯示系統(tǒng)場景顯示系統(tǒng)觸覺反饋器觸覺反饋器虛擬現(xiàn)實設備（輸入設備）虛擬現(xiàn)實設備（輸入設備） 數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣 跟蹤系統(tǒng)的位置傳跟蹤系統(tǒng)的位置傳感器感器( (電磁式、聲學電磁式、聲學式、光學式、機械式、光學式、機械式式) )虛擬現(xiàn)實設備（輸出設備）虛擬現(xiàn)實設備（輸出設備）頭盔顯示器頭盔顯示器眼鏡眼鏡環(huán)幕環(huán)幕增強虛擬現(xiàn)實增強虛擬現(xiàn)實 增強現(xiàn)實技術增強現(xiàn)實技術(Augmented Reality) 是一種是一種“虛實結(jié)合虛實結(jié)合”的人機交互技術，是的人機交互技術，是“看穿看穿(see-through)”計算機生成顯示的技術。計算機生

10、成顯示的技術。 比如，在進行轎車整車裝配時，車身是由計算比如，在進行轎車整車裝配時，車身是由計算機產(chǎn)生的圖像，而車架、裝配環(huán)境則是實物，用機產(chǎn)生的圖像，而車架、裝配環(huán)境則是實物，用戶可以操作車身，使之逼真地安放在真實的車架戶可以操作車身，使之逼真地安放在真實的車架上，從而進行裝配分析。上，從而進行裝配分析。四、虛擬設計技術四、虛擬設計技術及其應用及其應用虛擬產(chǎn)品設計虛擬產(chǎn)品設計 虛擬產(chǎn)品設計是以虛擬現(xiàn)實技虛擬產(chǎn)品設計是以虛擬現(xiàn)實技術為基礎，實現(xiàn)產(chǎn)品或工程設計與術為基礎，實現(xiàn)產(chǎn)品或工程設計與評價分析的技術，是新一代的計算評價分析的技術，是新一代的計算機輔助設計技術。機輔助設計技術。虛擬產(chǎn)品設計技

11、術的應用虛擬產(chǎn)品設計技術的應用形狀設計形狀設計裝配設計裝配設計工程設計工程設計虛擬形狀設計虛擬形狀設計對于對于規(guī)則形體規(guī)則形體，可以，可以采用語音識別、手勢采用語音識別、手勢跟蹤的交互系統(tǒng)實現(xiàn)跟蹤的交互系統(tǒng)實現(xiàn)實體生成、尺寸更改實體生成、尺寸更改、形狀變更、實體變、形狀變更、實體變換（移動、旋轉(zhuǎn)等）換（移動、旋轉(zhuǎn)等），從而完成形體設計，從而完成形體設計虛擬形狀設計虛擬形狀設計單獨使用語音命令單獨使用語音命令“產(chǎn)生高產(chǎn)生高20mm、長、長100mm、寬、寬50mm的長方體的長方體”“放置對象于放置對象于X=10、Y=10、Z=20處處”“將對象沿將對象沿X移動移動10mm”語音與手勢合用語音與手

12、勢合用指著對象，指著對象，“選擇選擇”確定雙手間距，確定雙手間距，“長度這么長長度這么長”“改變長度改變長度”，作手勢，作手勢虛擬形狀設計虛擬形狀設計對于自由曲面，主要采用對于自由曲面，主要采用手勢和虛擬工具，完成曲手勢和虛擬工具，完成曲面設計。面設計。虛擬形狀設計虛擬形狀設計單獨使用手勢單獨使用手勢手勢比劃手勢比劃虛擬工具虛擬工具虛擬油泥建模虛擬油泥建模(Virtual Clay Modeling)：允許：允許工業(yè)造型技術人員以類似于傳統(tǒng)的手工設計工業(yè)造型技術人員以類似于傳統(tǒng)的手工設計方式（刮、削、掃、抹等）制作出隨心所欲方式（刮、削、掃、抹等）制作出隨心所欲的模型的模型虛擬裝配設計虛擬裝配設計借助虛擬裝配設計技術，設計人員借助虛擬裝配設計技術，設計人員可以在虛擬環(huán)境中使用各種裝配工可以在虛擬環(huán)境中使用各種裝配工具對產(chǎn)品的裝配性進行分析，而且具對產(chǎn)品的裝配性進行分析，而且可以產(chǎn)生裝配規(guī)劃可以產(chǎn)生裝配規(guī)劃虛擬裝配設計虛擬裝配設計設計人員可以利用手套或其它設備設計人員可以利用手套或其它設備按照自己的經(jīng)