虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

趙階晨+潘燕梅+胡偉

摘要：隨著全球信息技術(shù)的不斷發(fā)展，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于人們來說已經(jīng)不再陌生，本文將主要針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代化機(jī)械工程生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用展開討論，希望通過VR技術(shù)的應(yīng)用，使我國的機(jī)械工程制造水平變得更加強(qiáng)大。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）09-0068-01

機(jī)械工程項(xiàng)目是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要命脈，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要想強(qiáng)大起來，必須要提升機(jī)械工程的制造水平，這也是VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械工程領(lǐng)域中的重要意義，在VR技術(shù)支持下，可以更好地完善機(jī)械工程設(shè)計(jì)，做好機(jī)械產(chǎn)品的仿真建模，使得機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能夠在虛擬仿真的環(huán)境下完成對(duì)機(jī)械產(chǎn)品模型的有效交互，獲得更加準(zhǔn)確的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展

1.1 概念

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是將現(xiàn)代化仿真技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)以及圖形學(xué)等技術(shù)融合在一起的綜合性技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)模擬構(gòu)建一個(gè)非常真實(shí)的環(huán)境，給身處其中的用戶一種身臨其境的感覺，給予用戶真實(shí)的聽覺、視覺和感官享受，就好像真的在某種情境下做事一樣，用戶在移動(dòng)的過程中，計(jì)算機(jī)可以針對(duì)傳感器發(fā)回的數(shù)據(jù)展開計(jì)算，進(jìn)而構(gòu)建出虛擬仿真模型，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各種現(xiàn)代化生產(chǎn)領(lǐng)域中[1]。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 想象感

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用中，可以將用戶的想象展現(xiàn)出來，也就是說可以根據(jù)人們的想象來虛擬出各種情境，能夠充分發(fā)揮出人類的想象能力，進(jìn)而體現(xiàn)出VR虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造者的設(shè)計(jì)思想，通過想象來代替人們實(shí)現(xiàn)真正的目標(biāo)。

1.2.2 交互性

交互性主要指的是，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用中，可以完成人和虛擬空間的真實(shí)交互，就好像在真正的空間環(huán)境下一樣做出相應(yīng)的動(dòng)作反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)間的有效溝通與交流，交互性特點(diǎn)的體現(xiàn)主要在于虛擬現(xiàn)實(shí)空間中交互過程的實(shí)時(shí)性，快速、及時(shí)地反饋出用戶的操作信息[2]。

1.2.3 沉浸性

沉浸性，又被人們理解成為浸入感，主要側(cè)重強(qiáng)調(diào)用戶的主觀感受，意思是說當(dāng)用戶進(jìn)入VR虛擬現(xiàn)實(shí)空間時(shí)，會(huì)有一種身臨其境的參與感，整個(gè)人就仿佛處在真實(shí)的空間中一樣，有視覺、聽覺、嗅覺各種感官上的真實(shí)體驗(yàn)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 虛擬設(shè)計(jì)

關(guān)于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)代機(jī)械工程生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中的應(yīng)用有很多，首先是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方面，即虛擬設(shè)計(jì)，可以通過傳感器設(shè)備的連接，讓機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員更好地完成對(duì)產(chǎn)品外觀造型和產(chǎn)品性能的開發(fā)研究，比如說在過去的汽車機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行反復(fù)的圖紙修改，然后反復(fù)鑄模，無形之中浪費(fèi)了許多生產(chǎn)材料和精力，同使用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以后，就可以通過CAD制圖軟件和CAH電子數(shù)控程序針對(duì)汽車機(jī)械制造模型進(jìn)行模擬仿真，不需要再模擬建模了，只需要在汽車仿真模型上進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬操作設(shè)計(jì)就可以了。

2.2 虛擬裝配

在現(xiàn)代化機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與生產(chǎn)中，我們經(jīng)常會(huì)需要把很多精細(xì)的零件組裝到一起，才能夠完成對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的裝配，但是在零件裝配的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些裝配性的錯(cuò)誤，如果在裝配結(jié)束后才發(fā)現(xiàn)的話，就會(huì)要求返工，進(jìn)而降低機(jī)械工程的生產(chǎn)效率，通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠更加有效地完成機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化裝配，技術(shù)操作人員可以通過人機(jī)交互的方式，針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的整個(gè)裝配過程展開控制，在模擬智能化的機(jī)械操作過程中，檢查機(jī)械產(chǎn)品部件安裝的順序是否存在問題，完成機(jī)械產(chǎn)品裝配模型的技術(shù)設(shè)計(jì)與調(diào)整[3]。

2.3 虛擬機(jī)械仿真

所謂虛擬機(jī)械仿真，主要指的是通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，來對(duì)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的加工過程進(jìn)行模擬仿真，從而更好地了解機(jī)械化生產(chǎn)中，有一些零部件的加工運(yùn)動(dòng)體系是否存在不協(xié)調(diào)問題，然后開展機(jī)械生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)與檢查，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)仿真模擬的過程中，可以提前發(fā)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品在自動(dòng)化加工方法，加工流程上面是否存在問題，并且及時(shí)選擇正確的改進(jìn)措施，保證機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)項(xiàng)目可以按時(shí)完成作業(yè)，提高機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

2.4 虛擬樣機(jī)

對(duì)于虛擬樣機(jī)的使用，主要還是因?yàn)樵跈C(jī)械工程產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中，只有產(chǎn)品樣機(jī)能夠正常運(yùn)作，才意味機(jī)械產(chǎn)品的制作完成，但有些機(jī)械設(shè)計(jì)方面的問題，如果到機(jī)械樣機(jī)運(yùn)行時(shí)才發(fā)現(xiàn)的話，就只能重新修改設(shè)計(jì)，使樣機(jī)報(bào)廢，所以虛擬樣機(jī)概念的提出，就是要用虛擬樣機(jī)來代替真實(shí)樣機(jī)去進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品性能測(cè)試，進(jìn)而檢測(cè)出機(jī)械工程產(chǎn)品的使用性能，可以大幅度縮短產(chǎn)品的開發(fā)研制時(shí)間，增加了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員間的有效溝通，一起在虛擬樣機(jī)的反復(fù)檢測(cè)試驗(yàn)中獲得機(jī)械生產(chǎn)的最終產(chǎn)品。

3 真實(shí)感算法在虛擬現(xiàn)實(shí)中的分析比較

目前，人們又創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了一種基于真實(shí)感算法的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過真實(shí)感算法的應(yīng)用，可以讓機(jī)械工程生產(chǎn)中所模擬出來的場(chǎng)景更加具有真實(shí)的沉浸感，比傳統(tǒng)的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更具有真實(shí)的效果，可以從紋理映射、光照模型以及陰影場(chǎng)景設(shè)計(jì)、加速設(shè)計(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)。還有一種基于人臉識(shí)別的真實(shí)感重建算法，主要通過計(jì)算機(jī)雙目立體視覺技術(shù)，來進(jìn)行相機(jī)目標(biāo)定位，能夠自動(dòng)匹配出兩幅圖片中視覺差異特征點(diǎn)，在機(jī)械工程產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，可以針對(duì)3D圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行插值，然后完成三點(diǎn)集合重構(gòu)，建立一個(gè)三維表面模型，使用真實(shí)感算法所獲得的三維模型，誤差非常小，能夠很好地提升機(jī)械產(chǎn)品制作的可信度水平。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化的機(jī)械工程項(xiàng)目生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)離不開對(duì)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效應(yīng)用，通過將VR虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品的虛擬裝配，以及機(jī)械加工的虛擬仿真，可以有效地縮短機(jī)械產(chǎn)品制作周期，減少不必要的生產(chǎn)浪費(fèi)，進(jìn)而提高機(jī)械工程項(xiàng)目的生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)

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