章虚拟设计讲.ppt

先进设计系统机械系统设计 第 8 章 生产线 第 9 章 概念设计 第 10章 总体设计 第 11章 详细设计 第 12章 设计评价 第 13章 创新设计 第 14章 虚拟设计 第 15章 智能设计 第 14章 虚拟设计 14.1 虚拟现实 14.2 虚拟设计的概念与技术体系 14.3 虚拟设计系统的功能与结构 14.4 虚拟设计系统的硬件配置 14.5 虚拟设计的应用 14.1 虚拟现实 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 14.1.2 虚拟现实的功能与特征 14.1.3 虚拟环境 14.1.4 虚拟现实系统的类型与结构 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 产品开发流程已从断续的计算机辅助向计算机支持产品开发的全过程转变。这种过程的结合性在数字化的过程描述中得到了表达。由于对集成的要求，几何的二维处理已逐渐转变为三维处理。几何模型转变为虚拟的产品模型，借助虚拟的产品模型，产品开发过程的所有任务都可以得到支持。 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 “虚拟”有三层含义： ①它意味着完全数字化的方法； ②它是在虚拟企业的意义上通过网络分布式的工作方式来达到； ③它使用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术。 专家预言：未来所有复杂产品都可用虚拟方式产生 有人称21世纪为“VR时代”。 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 虚拟现实(Virtual Reality，VR) 是计算机交互界面上的一种技术， 在交互界面上用户所看到的世界是真实的， 动作起来是真实的， 声音听起来是真实的， 感觉起来是真实的。 用户进入这个界面后，是界面上所显示的世界中的一个参与者而不是一个被动的观察者。 VR利用一种特殊环境，使用户可以陶醉在工作之中，体验比现实世界更加丰富的感受。 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 虚拟现实 鼻祖是20世纪30年代的飞行模拟器。 60年代出现了电影摄影师的街道摩托车模拟器。 70年代开发了一种允许人们通过电视屏幕操作一个弹跳的乒乓球的电子游戏。 1963年Ivan Swthland提出“虚拟现实”这个概念。 1985年用头盔显示器(Head Mounted Display，HMD)来显示计算机图形。第一台基于LCD的封闭头盔显示器，使用了独特的棱镜系统，提供较宽的立体视角。它的分辨率很低，且显示器是单色的。目前已有20多家厂商提供的40多种HMD产品。 虚拟现实引用了CAD中的图形学，独立发展为一种新领域 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 虚拟现实VR的组成 图14-2 VR系统为用户提供视觉、听觉、触觉、嗅觉甚至味觉的多感知。 VR技术的相关技术包括 计算机图形学 图像处理与模式识别 智能接口技术 人工智能技术 多传感器技术 多媒体技术（语音处理与音响技术） 计算机仿真技术 网络技术 并行处理技术 高性能计算机系统 14.1.2 虚拟现实的功能与特征 (1) 虚拟现实的功能 1)给用户制造一个三维现实世界的感觉。 2)使用户能够与界面中的环境交互，并能在其中动作，使用户能直接和界面上的图形实时地交互。用户作为界面中的主人在虚拟世界中遨游。 3)用户能从任意的观察点来观察他所想看到的物体，改变物体的位置和方向，控制物体的行为和外形，对界面中的物体进行评价而不需要预先编程。 虚拟现实是要达到增强现实的目的，即用虚拟物体来丰富、增强真实的环境，而不是用它来代替真实的环境。 14.1.2 虚拟现实的功能与特征 （2）虚拟现实的3个基本特征 Immersion 沉浸： 在虚拟环境中，操作者应能很好地感觉各种不同的刺激 Interaction 交互： 操作者能对虚拟环境中的对象进行操作，并能感觉操作的结果 Imagination 想象： 操作者能感到虚拟环境中的对象是 自主的、可操作的，对象的行为符合物理规律 14.1.3 虚拟环境 虚拟环境Virtual Environment是体现了虚拟现实所具备的功能的一种计算机环境 图14-4中采用的设备： ①显示器：头盔或立体眼镜和屏幕，显示出虚拟环境的影像； ② 6自由度跟踪器，包括信息手套，信息接收器，声音识别装置等。 软件有：图形处理器， 声音处理器等。 14.1.3 虚拟环境 虚拟环境必备的三个条件： 1)和用户交互。用户可以用各种方法和虚拟环境交互，如手的姿势、头部的动作或身体其他部位的动作，通过传感器、跟踪器及接收器和虚拟环境中的显示装置交互。可以用声音交互，也可以触摸交互。 2)实时反映所交互的影像。显帧率(Frame rate)最好是25帧/s，最少是10帧/s。每帧安排1 300~5 000个多面体。 3)用户有自主性