虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在工程機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展與研究

李君強(qiáng)

[摘 要]近年來(lái)，隨著VR、AR技術(shù)快速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)生活中逐漸為大眾所熟知。工程機(jī)械作為施工建筑的專業(yè)設(shè)備，隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步需要新興技術(shù)來(lái)提升性能和效率。文章通過介紹VR、AR技術(shù)及其特點(diǎn)，并介紹了VR、AR技術(shù)在工程機(jī)械行業(yè)的實(shí)際使用情況及其發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]VR、AR技術(shù);應(yīng)用場(chǎng)景;工程機(jī)械

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2020.15.171 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的發(fā)展和完善，這類技術(shù)手段可以在工程機(jī)械企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、培訓(xùn)和營(yíng)銷等各個(gè)環(huán)節(jié)上解決相關(guān)問題，同時(shí)快速建立企業(yè)和客戶之間的聯(lián)系，幫助客戶解決工程機(jī)械在施工現(xiàn)場(chǎng)的問題。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），是指通過電腦建立一個(gè)虛擬空間環(huán)境，通過視覺、觸覺等多種感知方式進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬交互。虛擬環(huán)境是指利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），是將現(xiàn)實(shí)環(huán)境世界和虛擬信息集成一體的新技術(shù)，通過電腦合成技術(shù)，將虛擬的信息加載到真實(shí)圖像世界，通過人類感官接收信息，達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。通過真實(shí)環(huán)境和虛擬信息實(shí)時(shí)地加載到了圖像畫面。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的發(fā)展情況

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，VR、AR在技術(shù)上已經(jīng)越來(lái)越成熟，在一些電影和動(dòng)漫中，可以看到曾是幻想式的科技場(chǎng)景如今因?yàn)锳R技術(shù)的出現(xiàn)變得不再不可能，如名偵探柯南的眼鏡可以獲取實(shí)景信息并幫助人物分析現(xiàn)場(chǎng)情況?，F(xiàn)實(shí)生活中，VR、AR技術(shù)在機(jī)械、醫(yī)療、建筑、汽車、教育等領(lǐng)域也都有了一些應(yīng)用產(chǎn)品，且其數(shù)量和種類逐年增長(zhǎng)。

2018年4月，蘋果公司研發(fā)的最新專利，名為“基于立體成像的自適應(yīng)交通工具增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)”。蘋果自動(dòng)駕駛技術(shù)結(jié)合AR、VR技術(shù)，如圖1所示。駕駛員可以通過相關(guān)設(shè)備技術(shù)看到車輛的視覺盲區(qū)。自動(dòng)駕駛汽車的AR控制系統(tǒng)，可以將車輛行駛過程中采集的數(shù)據(jù)信息和來(lái)自云端中的3D信息進(jìn)行分析判斷，提供更加豐富及時(shí)的路況信息數(shù)據(jù)，幫助自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行決策。

另外，車輛的行駛信息可放映到汽車擋風(fēng)玻璃上，讓乘客查看。在無(wú)人駕駛環(huán)境中，云端將儲(chǔ)存的地理數(shù)據(jù)信息建立3D模型，包括道路、樓房、加油站等數(shù)據(jù)。而AR技術(shù)系統(tǒng)，通過自動(dòng)駕駛汽車的傳感器、激光雷達(dá)采集到的路況信息與3D模型信息進(jìn)行匯總分析，使駕駛員在車輛行駛過程中對(duì)實(shí)時(shí)路況掌握得更加精確和全面。

汽車駕駛應(yīng)用VR/AR技術(shù)是汽車行業(yè)的其中一個(gè)環(huán)節(jié)，VR/AR技術(shù)可用于汽車領(lǐng)域的各個(gè)環(huán)節(jié)，新技術(shù)的應(yīng)用是汽車產(chǎn)業(yè)的全新變革。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在工程機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展

VR和AR技術(shù)不僅在汽車行業(yè)有所突破與發(fā)展，在工程機(jī)械方面也有所運(yùn)用和發(fā)展。在施工現(xiàn)場(chǎng)，復(fù)雜工程機(jī)械設(shè)備因機(jī)器故障導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，工期延遲，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。利用遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，共享設(shè)備維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)等專業(yè)知識(shí)，可以幫助工人修理和進(jìn)行故障排除、保養(yǎng)維護(hù)等問題。VR（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）可以幫助解決可視化指導(dǎo)操作的一系列問題。同時(shí)，這種技術(shù)可以進(jìn)行設(shè)備使用的操作指導(dǎo)或解決設(shè)備問題的技術(shù)支持，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

Scope AR是一家基于Qualcomm Vuforia平臺(tái)提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能指令和支持視頻通話的系統(tǒng)方案供應(yīng)商，其VR和AR技術(shù)在工程機(jī)械中的智能管理如圖2所示。他們通過該平臺(tái)為客戶提供培訓(xùn)、維護(hù)、遠(yuǎn)程協(xié)助、評(píng)估、品控及診斷等全套服務(wù)。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）疊加動(dòng)畫說明，工人高效地學(xué)習(xí)工作程序，同時(shí)可精準(zhǔn)、安全地進(jìn)行工作。

卡特彼勒公司對(duì)外宣布其CAT LIVESHARE軟件平臺(tái)的應(yīng)用前景，通過該平臺(tái)可增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視頻通信，為其使用方進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程支持、培訓(xùn)指導(dǎo)和設(shè)備保養(yǎng)，同時(shí)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備建立虛擬工廠，對(duì)卡特彼勒的產(chǎn)品和廠房設(shè)計(jì)模型進(jìn)行數(shù)字化模擬仿真，使工程師能夠身臨其境地對(duì)產(chǎn)品的外觀、內(nèi)飾、各零部件進(jìn)行虛擬驗(yàn)證，或優(yōu)化工廠功能布局和生產(chǎn)制造流程。

目前，卡特彼勒的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分應(yīng)用了研發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提升研發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本，縮短研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用范圍

4.1 VR、AR虛擬裝配、生產(chǎn)線應(yīng)用

在機(jī)械制造中，通過零部件組裝成產(chǎn)品，到最后裝配時(shí)才發(fā)現(xiàn)相關(guān)的設(shè)計(jì)問題，例如機(jī)械產(chǎn)品配合、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤，造成廢品的產(chǎn)生，交貨期延誤，企業(yè)蒙受經(jīng)濟(jì)損失。采用VR技術(shù)建立虛擬零部件進(jìn)行裝配，用戶可以進(jìn)行產(chǎn)品的模擬裝配過程，在虛擬裝配過程中檢查零部件的設(shè)計(jì)，裝配過程是否產(chǎn)生干涉情況，對(duì)零部件設(shè)計(jì)圖進(jìn)行修改。

VR技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品生產(chǎn)中，能夠提高設(shè)計(jì)水平，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。VR技術(shù)的運(yùn)用使得企業(yè)提高市場(chǎng)反應(yīng)能力，生產(chǎn)環(huán)節(jié)加強(qiáng)柔性化。同時(shí)，AR技術(shù)能夠把培訓(xùn)、遠(yuǎn)程通信轉(zhuǎn)至生產(chǎn)一線，提高生產(chǎn)一線的工作效率，降低生產(chǎn)成本。在今后，隨著AR、VR技術(shù)的不斷完善發(fā)展，工程機(jī)械生產(chǎn)與AR、VR技術(shù)的聯(lián)系更緊密。

4.2 VR、AR在工程機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用

工程機(jī)械設(shè)備維修中使用AR技術(shù)，提高維修效率。利用針對(duì)機(jī)械設(shè)備維修的AR智能眼鏡查看設(shè)備故障維修的具體操作步驟。同時(shí)，通過智能眼鏡通信系統(tǒng)，幫助維修人員進(jìn)行維修操作指導(dǎo)。因此，工作經(jīng)驗(yàn)不錯(cuò)的維修人員，也可以在系統(tǒng)幫助下完成維修維護(hù)任務(wù)，也可保證操作過程的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。AR技術(shù)與設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，可分別判別機(jī)械設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，故障問題分析排除，實(shí)現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定的使用。

4.3 VR、AR技術(shù)在工程機(jī)械行業(yè)中的營(yíng)銷優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，專業(yè)設(shè)備制造企業(yè)已經(jīng)部分應(yīng)用VR、AR技術(shù)，把產(chǎn)品的外形、材質(zhì)、零部件和內(nèi)部構(gòu)造以及機(jī)械的設(shè)計(jì)原理、工作過程、性能特征、使用方式等，通過虛擬三維影像呈現(xiàn)出來(lái)，如圖3所示。隨著VR、AR技術(shù)的普及，各大工程機(jī)械公司已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

利用VR技術(shù)，客戶無(wú)死角地了解產(chǎn)品的內(nèi)部構(gòu)造和設(shè)備使用方法等。同時(shí)，還能把設(shè)備的檢修保養(yǎng)、故障判斷維護(hù)教程指導(dǎo)客戶學(xué)習(xí)使用，這樣可以保證設(shè)備正常運(yùn)行，還能更便捷地維修設(shè)備，大大地增加了客戶的購(gòu)買欲望。

對(duì)工程機(jī)械設(shè)備企業(yè)而言，應(yīng)用VR技術(shù)之后，展會(huì)、推行環(huán)節(jié)時(shí)，通過VR、AR技術(shù)加強(qiáng)客戶對(duì)產(chǎn)品的了解，減少設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)、布展等成本的付出。

5 結(jié)論

隨著以智能制造為核心發(fā)展的第四次工業(yè)革命，主要圍繞“智能工廠”的建設(shè)和“智能生產(chǎn)”的格局，可涉及整個(gè)工程機(jī)械企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、人機(jī)交互、AR/VR等新技術(shù)在企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、制造、營(yíng)銷過程中的各個(gè)方面，為企業(yè)和用戶提供依托于AR、VR技術(shù)的遠(yuǎn)程協(xié)作、培訓(xùn)指導(dǎo)、維修保養(yǎng)、安全預(yù)警等功能，降低人力、物力等各方面企業(yè)成本。同時(shí)，以便進(jìn)行設(shè)備維護(hù)支持，VR、AR技術(shù)會(huì)集成到工程機(jī)械設(shè)備的后市場(chǎng)中。這將為更方便服務(wù)于使用者，促進(jìn)服務(wù)的提升，提高品牌影響力，更好地了解終端用戶的使用情況，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，為企業(yè)和用戶創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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