虚拟制造技术论文范例6篇

虚拟制造技术论文

虚拟制造技术论文范文1

关键词:工业设计,虚拟现实技术,计算机

 

0.前 言

新世纪以来,随着计算机图像学,人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展,虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多,已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化,是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易,不记打打缩短了企业产品开发的时间,而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机,为企业在竞争中取胜添加了筹码,加快了企业发展的步伐。

1.虚拟现实的定义

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是一种计算机界面技术。从本质上讲,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具,最大限度地方便用户操作,提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同,VR的作用可以表现为不同的形式,如将设计概念或方案可视化和可操作化,以方便设计评价和优化;实现逼真的遥现场效果等。

2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用

(1)虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用

通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查,可以激发被访问者的兴趣,所得到的信息更丰富,更准确,并且有针对性,这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户,并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息,这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。

(2)虚拟现实技术在概念设计中的应用

在概念设计中运用虚拟现实技术,可以将体验设计思想更好地融于其中,也就是更多关注产品使用者感受,而非产品本身。在不同的虚拟环境中,让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件,在渲染和生成十分逼真的三维模型时,充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议,邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见,观察设计和修改过程,直至大多数人满意为止。

(3)虚拟现实技术在详细设计中的应用

详细设计是概念设计之后的一个重要阶段,包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等,其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时,通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析,避免可能出现的干涉和其他不合理问题,及虚拟装配。

(4)虚拟制造

虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境,通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题,进而在产品实际生产前就采取预防措施,达到产品一次性制造成功的目标,从而降低成本,缩短产品开发奏起,增强产品的竞争力。

虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源,也不生产实际的产品,而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程,它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。

(5)虚拟评价和测试

在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上,对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价,从中获得修改的依据,降低修改和生产的成本。

3.结束语

正如其它新兴科学技术一样,虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论,目前虚拟现实技术所取得的成就,绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力,仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题,还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时,人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日,虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统,成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献:

[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海:上海人民出版社,2003

[2]鲁晓波,覃京燕等. 计算机辅助工业设计[M].北京:高等教育出版社,2007

虚拟制造技术论文范文2

摘要:随着科学技术的迅速发展,数字技术越来越多的应用在电影制作的方方面面,电影中数字虚拟角色表演的艺术内涵正在不断的扩充和发展。本文试图从数字虚拟角色表演观念的拓展、数字虚拟角色表演核心理论的提炼、数字虚拟角色表演理论发展的意义等三个不同角度研究和探讨数字虚拟角色表演艺术理论。

关键词:演员;数字虚拟角色;表演理论

随着科学技术的迅速发展,数字技术越来越多的应用在电影制作的方方面面,电影中数字虚拟角色的内涵正在不断的扩充和发展。苏联的斯坦尼斯拉夫斯基表演体系、德国的布莱希特“间离效果”演剧观念和中国的梅兰芳民族戏曲表演流派堪称世界三大表演体系,数字虚拟角色表演是表演三大体系融合之下的脱胎,如今在最新科学技术的催化作用下,它以三大表演体系所融合的理论精华为基础进行了表演艺术上的发展和创新,最大限度的将电影表演艺术的魅力展现在观众面前。因此,我们有必要对数字虚拟角色表演艺术理论的发展和创新进行深入研究与探讨。

1数字虚拟角色表演观念的拓展

1.1三位“多”体

“三位一体”是源自舞台戏剧表演艺术的概念,著名艺术家泰依罗夫曾经生动形象地作了这样的论述:“唯有表演艺术,无论是创作人、材料、工具,还是艺术作品本身,全都有机地结合在同一个客体之中,彼此无法分开……一切都是您,一切皆备于您,也一切借助于您。”[1]在过去的电影表演观念里,常常会把电影表演的艺术特点也归纳为“三位一体”。如今电影表演艺术已经步入了数字技术时代,电影中角色塑造过程中开始运用CG等数字技术,数字虚拟角色的创作材料、创作者、创作成品并非集于演员一身,已经不再是“三位一体”的表演艺术。创作材料除了演员外还包括各种材料制作的道具、模型和技术设备等;创作者除了演员外还包括数字技术人员等;创作成品是银幕上由数字技术包裹而被观众忽略背后演员存在的数字虚拟角色。所以,数字虚拟角色表演艺术,是打破传统表演特点进行创新实践的三位“多”体的表演艺术。

1.2我们演“它”

在过去的表演定义里―“电影的表演艺术就是演员在虚拟的环境下以动作(形体动作及语言)进行人物塑造表现的过程。” [2]通常把这一过程简单的概括为“我演他”。“我演他”这样的表演艺术理念一直沿用多年,但对于数字技术开始广泛运用到电影角色塑造的今天,种种迹象已经充分证明这种电影表演理念早已显得落后、过时,无法有效指导正在蓬勃发展的数字虚拟角色表演艺术。例如由鲁伯・华尔特导演的科幻电影《猩球崛起》,片中无比生动的大猩猩其实没有一只是真正的大猩猩所扮演的,是由真实的演员与动作捕捉数字技术相结合而拍摄完成的。所以将过去电影中“我演他”取而代之的则是当代电影中“我们演它”的数字虚拟角色表演艺术形式,“我们”是指包括演员、数字技术人员等在内的创作主体,“它”是指包括人、机器人、外星人、动物等在内的所有形象。这既打破了演员自身外形条件的限制,又突破了过去传统角色的局限,使数字虚拟角色的发展空间越来越广阔。

1.3真情“虚”感

如果说过去的“我演他”表演艺术形式情感体验是真情“实”感的话,那么现在“我们演它”数字虚拟角色表演艺术情感体验则需要真情“虚”感。所谓“虚”主要是指两个方面,虚拟角色和虚拟环境,而真情“虚”感则是指演员在塑造数字虚拟角色过程中,既要发挥好对角色形象塑造的想象力,又要发挥好在虚拟环境下的与数字技术相结合的配合度,灌注于数字虚拟角色真实情感。演员与数字技术人员通过真情“虚”感来塑造数字虚拟角色的重要性是绝不可忽视的。在塑造数字虚拟角色过程中,对于演员来说需要通过大量丰富的想象力来感受那些现实生活中根本没有的角色,这样数字虚拟角色才能开始在演员心中活起来,把精准的表演动作和传神的面部表情与动作捕捉技术等数字技术有效的配合,将真实的情感融入数字虚拟角色之中。对于数字技术人员来说,应该把从演员身上捕捉的影像与数字技术生成的虚拟环境、虚拟影像细致、精准、有效的结合起来,让最终在银幕上出现的数字虚拟角色达到“拟真”、“传神”、“传情”的审美效果。

2数字虚拟角色表演核心理论的提炼

2.1真实的情感

在斯坦尼斯拉夫斯基表演体系中,其核心就是体验,即通过演员外在的肢体和表情深入地挖掘出人性、人心的复杂性。电影《阿凡达》中数字虚拟角色给观众真实情感的传达就是最好的说明:“《阿凡达》涉及多重技术领域:立体视觉、IMAX大屏幕、3D、CG等,尽管《阿凡达》属于技术应用的大手笔,但它不会在任何技术方面都领先。”[3]它的数字虚拟角色是蓝皮肤、不会出汗的外星人,因此虚拟角色外表的“拟真”不足促使观众集中注意力全身心投入到电影所营造的虚拟环境中,而真正打动观众内心的是角色表演的真实情感。正是由于角色在表演上有效运用了斯氏体系理论的“情感的真实体验”,才让电影《阿凡达》中的数字虚拟角色成为了一个个活生生的“人”,而极大的呼唤起观众的情感共鸣。

2.2陌生的角色

布莱希特为推行“非亚里士多德传统”的新型戏剧的核心就是间离理论。纵观大多以数字虚拟角色为代表的影片,一般而言,童话、神话、科幻、恐怖以及未来战争等题材类的电影比较适合数字虚拟效果体验,因此数字虚拟角的故事内容主要集中在这些题材类型上。这些的故事内容和角色,在生活中都是不可能的事情,但是在电影《阿凡达》中,却真实的出现了这样的场景。很多媒体用陌生而又熟悉,让人吃惊、诧异、震撼等词语来评论其中的数字虚拟角色的表演。岂不知,在这样的表演背后,真正发光发亮的是布莱希特理论的内容。它对剧情的展开和观众移情于剧情之中有一定的影响,并在这种间离效果中突出了虚拟角色的人物性格,也符合剧本基调的逐步展开。

2.3虚拟的表演

以梅派为代表的戏曲表演是高度综合性的舞台表演艺术,它提倡程式化的套路与表现相结合、载歌载舞、主观的绝对统一的创作原则。在中国京剧中,“兰花指”、“水袖”、“步辇”等戏曲常见的经典动作均是意念、动作、功能表达集于一身的精粹套式。虚拟表演,是戏曲表演风格的主调。虚拟动作,不但是戏曲表演区别于一切话剧表演的主要标志,而且也是戏曲表演体系区别于其他一切戏剧表演体系的主要标志。[4]由于当今3D电影作品中有大量通过虚拟技术而构建的虚拟环境,演员所饰演的虚拟角色需要在通过其想象中的环境里进行表演。这一点,与我们当代数字电影表演方法有异曲同工之妙,在表演观念上和数字时代表演艺术有着惊人的相似,有利于当今数字时代的电影表演艺术理论建立与完善。电影中数字虚拟角色很好的继承和发展戏曲里的虚拟表演理论,其发展主要表现在数字技术与表演艺术的密切联系。过去电影表演主要是以演员为创作材料塑造的不同人物形象,而如今数字虚拟角色表演结合数字技术和演员虚拟表演艺术为创作材料而塑造的角色形象,数字虚拟角色的表演是否活灵活现、栩栩如生,不仅需要数字虚拟技术的辅助,演员的虚拟表演水平也起着至关重要的作用。

3数字虚拟角色表演理论发展的意义

3.1表演三大体系走向融合的必然要求

三大表演理论体系为电影表演艺术的理论贡献是世界公认的,其影响也是极其深远的。如今,随着社会的不断进步和发展,对于利用最新数字技术、通过大量数字虚拟角色拍摄而成的电影而言,如《少年派的奇幻漂流》、《阿凡达》等,三大表演理论体系本身呈现的不足越来越明显,并开始影响到数字虚拟角色表演的进一步发展和创新,因此我们需要对三大表演理论体系的理论进行筛选、重组、取其各自精华,以适应当今电影表演为目标,规避单个表演体系的局限和劣势,将三大表演理论体系融合在一起取长补短,从而更好的指导当今电影中数字虚拟角色的表演。

3.2表演艺术与数字技术结合的必然要求

当数字虚拟角色作为新兴的表演艺术形式呈现在观众面前时,我们开始慢慢意识到,随着电影数字技术不断的发展,过去传统意义上电影表演理论已经无法全面的归纳现在电影中的数字虚拟角色表演方式了。在当今的电影发展中,面对不断涌现出的各种千奇百怪的数字虚拟角色形象,我们不得不好好思考和研究电影表演艺术理论的发展。数字虚拟角色表演理论的形成和发展不仅能打破过去表演上的局限,也让表演的精神更加的与时俱进,更加符合时代的要求和召唤。基于这种情况,数字技术与电影表演艺术相结合发展数字虚拟角色表演理论,为数字虚拟角色创作带来的创新性的视觉体验,就有了一定的必要性。

3.3观众审美需求不断提升的必然要求

人类与生俱来就拥有分辨美与丑的意识和能力,所有能引起人们心情愉悦的、和谐的、善良的事物,都可以被归纳为美的范畴。现在很多电影的成功并不仅仅在于讲故事,而且还在于在数字技术的催化作用下,三大表演理论体系的融合为虚拟角色创作带来的细腻、拟真、新鲜的视觉体验。银幕中震撼的场面和看似真实数字虚拟角色抓住了观众的注意力,让人们在不知不觉中被吸引和感染,全身心的陶醉于一场视觉奇观的享受之中,极大的满足了观众的审美需求。数字虚拟角色的产生,恰恰是观众审美不断提升的所要求的结果,观众有了这种审美的需求又会引起更多的学者对数字虚拟角色关注和研究,从而最终推动数字虚拟角色表演理论的发展。

4总结

总而言之,在电影表演艺术世界里,任何事物都不是一成不变的,只有良好的继承传统表演理论,才能为发展新的电影表演理论打下扎实基础,只有有效的发展电影的表演理论,才能更有效的创新表演理论。新时代赋予数字虚拟角色表演艺术的新要求,使得三大表演理论体系走向融合,也让数字虚拟表演艺术产生了新的表演观念,这不仅仅是其自身不足导致的,也是在全球商业化,文化大融合的趋势下,满足观众审美的客观现实需要。在3D电影有望成为电影艺术主流的趋势下,表演艺术理论的发展,使数字虚拟角色成为一种新的表演艺术形式,今后必将大力推动电影产业的进一步发展。

参考文献:

[1] 泰依罗夫(俄).导演札记.俄罗斯名家论演技[M].中国戏剧出版社,1985:190191.

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[3] 屠明非.技术与文化:数字媒体时代的电影艺术[J].当代电影,2010(7).

[4] 马也.论中国戏曲虚拟表演产生的原因――兼谈戏曲舞蹈的审美特性[J].戏剧艺术,1982(4).

[5]夏波.中国戏剧界认识和运用斯坦尼演剧体系的误区及问题[J].戏剧中央戏剧学院学报,2005.

[6] 贝・布莱希特.布莱希特论戏剧[M].丁扬忠等,译.中国戏剧出版社,1990(22).

虚拟制造技术论文范文3

论文摘要:论述了基于虚拟产品设计模式和虚拟环境的产品创新设计、人机工程分析、形态组构、设计管理等产品造型设计方法的应用,认为在 现代 工业设计中运用虚拟现实技术,将极大地加快产品设计周期,降低产品开发的成本,对工业设计方法的创新有着巨大影响。

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说,是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ,它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术,它不仅指那些戴着头盔和手套的技术,而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ,它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ,以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持,不同国家、不同时期面对不同的设计对象时,工业设计的程序与方法也是各不相同,大体上有以下几种:创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等  。将虚拟现实技术引入工业设计中,在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验,可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时,建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性,给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1.1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ,一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ,也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组,其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ,其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目,此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室,主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器,弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1.2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来,至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计,目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ,有 4家企业参与了这种新的探索,其主要的研究内容包括:① 产品的虚拟设计;② 热加工工艺模拟;③加工过程、装配过程的仿真;④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发;⑤虚拟企业。总体来看,我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad/cam 及仿真技术的基础上进行,而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展,还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中,尤其在产品的创新设计中,虚拟技术还未发挥出它应有的作用,应用水平远落后于发达国家。由此来看,我国重视产品设计水平的提升,将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2.1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ,市场产品没有创新就犹如失去了灵魂,很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下,设计创新将引导消费、把握机遇,成为决定产品生命力的重要条件之一,以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ,在传统 的工业设计中,人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件,最终也只能得到某个视角的立体效果图,难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体,全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ,主动索取信息,从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ,使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ,虚拟现实技术与网络技术的结合,将可以构建一个全新的开放式设计平台,以三维数字化模型作为设计思想的载体 ,全面表达设计者的意图。打破地域限制,实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2.2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题:①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大,且成本高 、周期长;②无法进行动态修订;③缺乏对于企业具体产品的针对性;④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据),即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上,通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ,实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ,故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况,精确研究产品的人机工程学参数 ,直接与设计的产品进行交互,并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中,人是操作者 ,机器只是被动的反应 ,而在虚拟产 品设计的人机系统中,人成为主动参与者 ,复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中,人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行.而在基于人机工程的虚拟产品设计中,人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行,也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示.基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行,若人机评价结果达不到要求 ,就需要进行重新设计 和样 品试 制 ,再进行人机评价,这样反复循环指导方能达到要求,这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式,人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ,而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ,大大 的节省 了时 间和资原,也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明,“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉,因此,形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造,依赖于深入观察理解生活与 自然 形态,及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是,通过对自然的学习、研究、分析,进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程,必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤,其头部造型形成了电锤强劲的冲击力,而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格,更有本款造型个性设计的明显特征;锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征,但也被赋予了更明确的时尚个性,线条形式随锤体轻微向外弯曲,以至前端产生运动感,海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破,但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时,设计师借助于freeform系统,依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究,见图6,找出形态变化的一般 规律 ,使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造,把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法

设计管理常以并行工程为模式[7],设计过程引入虚拟现实,将使参与产品开发的所有专业人员可采用并行工作模式系统地将市场需求、工艺制造水平、装配、维修、产品推广等来实现协同工作。图6所示的freeform建模系统即可以在设计过程中满足直观交流这一要求,设计师利用力反馈输入设备进行模型的塑造,也可在原来产品的基础上进行不断地修改,并在短时间内完成新的概念模型。为了让更多的专业人员参与到设计中,还可利用增强式虚拟现实系统,在真实的环境中增加虚拟物体、装饰、结构部件,改变样式,将信息与生产准备阶段的反馈信息相结合,选出最后方案。基于虚拟现实技术的设计管理能很好地遵循“赋予工作的喜悦”的理念,设计中注重理性因素的表达,使设计更加大胆地运用前卫个性的动物外观形态的处理手法,将产品的目标市场牢牢抓住,本文电锤产品便是作者为无锡锐克电动工具有限公司进行设计的典型范例。目前电锤产品包括八个系列,在虚拟设计中能感悟到该品牌的每一款产品,设计集个性、高性能、完美美学和实用乐趣于一身,在虚拟使用电锤中感悟到高科技,感悟到电锤凸形腰线的形态美,及至高境界的精神美。

虚拟制造技术论文范文4

[关键词]虚拟现实 工业旅游

随着计算机技术的飞速发展,涉及计算机图形技术、人机交互技术、人工智能、传感技术等领域的虚拟现实技术在近阶段同样高速发展。虚拟现实技术通过计算机模拟出一个三维的虚拟世界,为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟,令用户如同身临其境。由于虚拟现实技术所具有的突出特性,目前虚拟现实技术已广泛应用在军事、医疗、教育、文化、航天、水利、城市规划等方面,无形中改变着我们的工作、学习、生活的方式,因此也成为学者们当前关注和研究的热点。

工业旅游是伴随城市化和工业化高速发展而产生的,是融合知识、观光、休闲的一种旅游项目。工业旅游在满足大众好奇心的同时,也可以宣传企业文化、提升企业形象,随着工业旅游的深入发展,将来也可以成为企业新的经济增长点。工业旅游最早出现在西方,人们把倒闭、废弃的工矿企业重新进行改造,转变成为工业博物馆、景观公园、艺术表演场地、设计公司的办公场所等现代实用场所,逐渐发展成为工业遗产旅游。随着工业遗产旅游的发展,旅游开始进入生产经营中的工业企业,从而形成现在完整的工业旅游概念。我国在经历了几十年的工业高速发展后,工业企业逐步成熟,对于工业旅游的认识不断深入,近年来越来越多的工业企业开始加入到工业旅游中,并呈现出一种快速增长的趋势。

一、虚拟现实技术涉及了多种学科的技术,综合利用了多种先进技术装备,具有如下三个主要的特点

1. 沉浸性。指用户感觉完全置身于虚拟世界中,被虚拟世界所包围。由于虚拟现实技术提供的多感知性,用户不仅具有常见的视觉、听觉感知,还具有触觉感知、嗅觉感知、运动感知等。通过多感知性,使用户沉浸于虚拟世界中,由被动的观察者成为主动的参与者,参与虚拟世界的活动。

2. 交互性。在虚拟现实系统中,交互性的实现相比以往的人机交互方式有了巨大的改变,不再像以往那样完全依赖于键盘、鼠标,借助于虚拟现实系统殊的硬件设备,人与虚拟现实世界可以通过自然的方式进行交互,例如人的走动、头的转动、手的移动等等。

3. 想象性。虚拟现实技术不仅可以虚拟构建真实存在的环境,还可以构建人们的想象空间,从而去体现设计者的思想,实现一定的目标。虚拟现实技术为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段,为人类去探索和研究已知以及未知的问题提供了新的方法及思路。

充分利用虚拟现实技术所具有的鲜明特点,在工业旅游中发挥虚拟现实技术的优势,从而完善、促进工业旅游。

二、增强工业旅游中知识的传播与普及

在工业旅游过程中,工业企业或多或少都会对工业企业的制造流程、制造工艺进行一定的介绍,但是由于制造流程、制造工艺涉及的知识专业性、理论性较强,有些很难通过讲解员的讲解完全说明,并且很多机器设备内部结构也是无法直接观察到的,因此目前的讲解方式还不能十分有效的进行知识传播。但是通过虚拟现实技术,就可以完全解决这些问题,通过对厂房、机器设备的虚拟构建,在计算机的虚拟平台上就可以构建任何我们需要的部件,不仅可以渲染动画进行工作原理、工作流程的介绍,还可以提供计算机终端设备供参观者模拟操作,从而极大提高知识的普及和传播。

三、增强工业旅游中的冲击力、感染力

由于虚拟现实技术是以计算机平台为基础的,因此通过虚拟现实技术生成的虚拟环境、虚拟模型都可以利用计算机的图形技术进行画面的优化,从而为参观者呈现出精美绚丽的画面。在拥有了优质画面的前提下,充分发挥计算机多媒体技术的优势,声觉、触觉等设备营造出完整地虚拟现实环境将给予参观者多感官的刺激,带给参观者强劲的冲击力、感染力。

四、增强工业旅游过程中的安全性

在工业企业中,总是有些区域是具有一定危险性的。在参观过程中,由于人员数量多,人员的组成结构复杂,增加了工业企业管理上的难度。而利用虚拟现实技术,可以在实地参观中避开潜在危险区,通过在虚拟厂区系统中模拟游览来替代实地参观,从而彻底避免危险情况的发生,增强工业旅游的安全性。

五、增强工业旅游企业的宣传方式

通过虚拟现实技术完成了虚拟厂区的整个系统之后,可以利用系统在多种途径进行知识传播和企业宣传。例如:在多媒体放映厅进行大屏幕播放、装载在单机上供使用者单机操作、还可以通过互联网使普通民众在网络上进行浏览操作、通过系统导出数据刻录在光盘等媒介后,用户可以在个人电脑上进行浏览。总而言之,虚拟现实技术可以极大丰富工业企业现有的宣传方式。

六、增强工业旅游企业的规划管理能力

通过扩展系统功能,可以为工业企业提供一个全三维可视化的规划管理系统平台,在管理系统中工业企业可以对厂区的改建、扩建规划方案进行可视化的评估论证,为规划方案的修改完善提供有力的支持。同时对于厂区中的地下管线等隐蔽设备,通过系统可以进行可视化的管理,从而极大提高地下管线等隐蔽设备的管理、维护水平。

本文从虚拟现实技术入手,对虚拟现实技术在工业旅游方面的应用进行了阐述,结合虚拟现实的技术特点对它在工业旅游应用中的优势进行了初步的介绍,对于虚拟现实技术在工业旅游中更深入的应用,有待于以后的研究。随着工业旅游的不断发展,虚拟现实技术的进步,虚拟现实技术与工业旅游的结合必将更加紧密,推动工业旅游更加蓬勃的发展。

参考文献:

[1] 张 洁 李同升:我国工业旅游发展的现状与趋势[J].西北大学报(自然科学版),2007年6月,第37卷第3期.

[2] 莫毅华:基于VRML的可视化技术在科普展教中的应用[D]:(硕士学位论文).华中科技大学,2006.

[3] 黄心渊:虚拟现实技术及应用[M].北京:北京科学出版社,1999.

[4] 方 丽:虚拟校园的研究与实现[M].西安科技大学,硕士学位论文,2007.4.

[5] 丁爱玲 周琳等.计算机图形学.西安电子科技大学出版社,2005.7.

虚拟制造技术论文范文5

关键词 :虚拟设计 新产品开发  人机工程学

1.虚拟设计在新产品开发中的特征

由于当今市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快,使得产品开发的技术含量与复杂程度日益增加,同时也由于产品的生命周期不断地缩短,因此,缩短新产品开发的周期、提高新产品开发的技术水平、降低新产品开发的成本,并保证上市后产品的上市周期,是当前新产品开发着重要解决的问题。

虚拟设计(Virtual Design)属于多学科交叉技术,涉及众多的学科和专业技术知识,它是随着科学技术的发展,特别是计算机辅助CAX技术的发展,开始广泛地应用于企业的生产与制造之中。由于虚拟设计技术在新产品开发过程中的应用,使产品设计实现更自然的人机交互,采用并行设计工作模式,系统考虑各种因素,使相关的人员之间相互理解、相互支持,把握了新产品开发周期的全过程,提高了产品设计的一次性成功。从而缩短产品开发周期,降低生产成本,提高了产品质量,给企业带来了更多的商机。

2.虚拟设计在新产品开发中的应用

2.1虚拟产品设计

近几年来,CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持,但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型,多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型,其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来,设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来,在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。

随着虚拟现实(Virtual Reality)技术与多媒体技术的发展,虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用,以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术,改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前,所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境,这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能,又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司,在进行虚拟产品设计时,设计人员可以先利用现有的CAD系统建模,再转换到VR环境中,让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR-CAD系统,直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的设计时,设计人员在具有全交互性的设计环境中,利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置,将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连,不仅可以进行虚拟的合作,产生一种身临其境的感觉,而且还可以实时地对整个虚拟产品(Virtual Product)设计过程进行检查、评估,实地解决设计中的决策问题,使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上,设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计,提高了设计人员积极性与创造性的发挥。

有的企业在新产品开发设计时,还建立了物理试验模型PMU(Physical Mock-up),如油泥模型(Clay Modeling)等已逐步被计算机和仿真代替,在此基础上进行产品设计建模和仿真设计,以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU(Digital Mock-up),虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模(Virtual Clay Modeling),可以适应创造性设计过程所提出的直观要求,设计人员可以在虚拟环境空间中,利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的产品可得到精确的描述,物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。例如:美国波音公司777飞机的虚拟原形机,就利用虚拟产品设计对该产品进行全数字化三维描述,实现了产品设计的虚拟油泥模型和无纸工程等,这个模型可为产品开发不同的阶段和设计原则提供参考。同时,虚拟产品设计在造船等其他新产品开发方面也得到了成功的应用。

另外,虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接,可实现新产品开发过程的集成,使并行工程(Concurrent Engineering)得到充分体现与实施。从而缩短开发时间,降低开发成本,发挥设计人员的创造性潜能。

2.2虚拟装配设计(Virtual Assembly Design)

虚拟装配设计(Virtual Assembly Design)是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配(Virtual Assembly)采用计算机仿真与虚拟现实技术,通过仿真模型在计算机上进行仿真装配,实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试,它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前,就其技术而言,已经成熟,虽尚没有商用虚拟装配系统,也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价,但这项技术在新产品开发中已得到肯定,并具有很重要的意义。

过去传统的产品开发,常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究,力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题,在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度,及时优化设计方案。

虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型,然后进入并利用虚拟装配设计环境(Virtual Assembly Design Environment)系统,产品开发人员在VADE系统中开展工作,借助虚拟装配设计环境系统,设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验,帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷,全面掌握在虚拟制造中的装配过程,尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境,评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺,可将结果进行可视化处理。

实验表明,虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期,减轻设计返工的负担,加快了引入高级设计方法和技术的速度,提高新产品开发的质量与可靠性,同时也降低新产品开发的成本。

2.3虚拟人机工程学设计

虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机(Virtual prototype)系统,也有人称其为虚拟人机工程学环境,将它引入虚拟人机工程学评价系统,设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数,并且在必要时可以修改虚拟部件的位置,重新设计整个产品的构造。另外,它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能,有助于满足不同用户的特殊要求。

英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数,适时修改轿车虚拟部件的位置,对整个轿车的内部构造重新设计。这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法,可以不断地利用该系统来验证假设,既减少开发费用,又缩短了制造模型的时间,同时又可以满足产品多样化的要求。

2.4 虚拟设计在新产品开发中应用前景 DOLCN.com

随着多媒体技术软硬件飞速发展,特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合,加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度,使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段,在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高,但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力,而且应用前景广阔。应该深入开发研究,使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。

3、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合

虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上,都需要科学技术的支持。新产品开发以科学技术理论为基础,然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上,虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间,扩展了设计人员的艺术设计思维,使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由,让设计更趋人性化、艺术化。

虚拟设计在新产品开发中的应用,使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格,艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质,虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。

4、结束语

虚拟设计技术为新产品开发提供了数字设计平台,使新产品开发的周期减少、费用降低,提高了新开发的产品质量。但是如何更有效地利用虚拟设计技术为新产品开发服务,还有待于我们在实际的设计中进行探索。

参考文献

[1]柳冠中.科学×艺术的时代,

卢新华.科学与艺术——互溶的两个世界,

中央工艺美术学院 艺术设计论集 北京工艺美术出版社,1996.10

[2]刘宏增,黄靖远 编著. 虚拟设计. 北京:机械工业出版社,1999.12

虚拟制造技术论文范文6

关键词:虚拟制作技术;模具制造

一、虚拟制造技术概述

虚拟制造技术(virtual manufacturing technology,VMT)是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样,可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程,以此来优化产品的设计质量和制造过程,优化生产管理和资源规划,以达到产品开发周期和成本的最小化,产品设计质量的最优化和生产效率最高化,从而形成企业的市场竞争优势。虚拟制造是融合了计算机仿真技术与虚拟现实技术、由多学科先进知识组成的综合系统技术, 是为了实现企业或产品的柔性, 快速地响应市场以及一次制造成功而提出的一种虚拟现实技术。它是 CAD/CAE/CAM/CAPP 和仿真技术的更高阶段, 能在计算机上实现产品从设计到制造到检验的全过程: 根据物体的虚拟模型, 在计算机上模拟 “实际”加工的全过程及产品的装配情况; 还可以及时修改设计, 避免在生产过程中可能出现的问题, 达到新产品一次开发成功, 以缩短开发周期、降低开发成本、提高生产效率的目的。

二、虚拟制造技术在模具工业中的应用

(一)虚拟产品和模具设计

无论是塑料模具还是金属冲压模具,其最终的目的是能够生产出符合要求的产品。企业可以根据市场要求进行产品设计。在保证产品用途要求的前提下,外观和产品的最终成本也要兼顾。产品设计是模具工业中的第一环节,也是影响后续工作的重要一环,产品设计是否合理直接影响经济效益。一般借助计算机进行的模具设计不能有效、合理地把产品设计、模具设计、模具制造等结合起来考虑,在实际制造过程中造成返工修改的次数多、装配性不好,在交付使用过程中则发现满足不了用户的要求,而且设计出来的模具生产灵活性差。虚拟制造技术的虚拟设计过程能够克服上述缺点,因为虚拟设计能充分利用现有的CAD软件,基于特征设计的设计平台,较好地体现面向制造设计、面向装配设计的设计思想。在虚拟设计的过程中,可以充分利用虚拟制造、虚拟装配技术等初步的设计方案进行虚拟装配,并及早发现设计上的问题。

(二)虚拟制造与模具加工

“质量好”、“精度高”、“价格低”、“交货期短”等是人们对模具制造的基本要求。但是许多模具体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高, 设计制造相当困难。在模具设计阶段无法预料制造过程中将出现的问题, 有可能造成制造困难或无法进行加工。采用虚拟制造的方式, 可以优化模具零件加工过程中的工艺参数, 及时解决加工过程中出现的问题。数控仿真加工是目前应用较广的加工方法, 在计算机上采用仿真软件根据 Pro/E 产生的零件图即可生成零件的加工程序代码。通过计算机构造出一个虚拟的加工环境,在虚拟加工过程中可以观察到刀具完整的运行路径, 完成常规加工的各种功能, 如铣流道、铣平面、钻孔等, 同时还可以发现加工过程中存在的问题, 并及时修正。仿真加工结束后, 将加工程序输入数控机床即可进行实物加工。

(三)虚拟制造与模具装配

在传统模具装配过程中, 需要反复修改和调试, 才能得到满意产品。在调模过程出现的缺陷, 如破裂、起皱、回弹、翘角等, 主要凭装配人员的经验, 通过反复试模、修模、再试模、再修模的循环过程才能解决, 这样经常导致零件的报废或工期的延长。而虚拟制造技术可以大大缩短这一过程, 因为在虚拟现实环境下, 不需要建造实体模型, 工程师可以利用虚拟的“自然”环境、可视化优势进行设计, 避免出现干涉等问题, 这样可以避免反复修模,从而保证模具的精度和制造周期。在模具装配中,通过虚拟现实技术可以直观地进行设计,避免可能出现的干涉和其他不合理问题。产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查、产品动力学性能、强度、刚度等。例如,生产线上各个环节的动作协调和配合是比较复杂的,采用仿真技术,可以直观地进行配置和设计,保证工作的协调。

(四)虚拟调试

模具的调试主要是指虚拟模具的动作过程,对不合理的地方及时反馈信息进行调整。试模是具出厂前必须经历的一个阶段。虚拟试模是虚拟制造模具生产的产品,对于虚拟生产出的产品是否满足顾客需求予以检验,以确定模具能否投入正常生产。例如对塑料注射模具,通过虚拟注射过程检验生产出的制件是否有缺陷,浇口、浇道是否设计合理,型腔能否正常填满。

从时间上讲,产品的开发有先后顺序的,比如设计、工艺、制造,只有在设计进行之后才能进行工艺设计;从数据上来说,工艺性分析在设计数据给出后才能进行。然而,关键的问题在于设计后何时以及数据生成多少时进行工艺分析、工艺设计。在模具工业中,产品设计开始生成某些数据后,就可以将数据传递给模具设计、模具制造、模具装配等,即下游的工作人员可根据产品设计传递来的数据对其进行模具设计、制造、装配方面的分析,并将分析的结果反馈给设计人员。但产品设计与其相关领域的局部数据的一致并不能说明全局数据信息的一致性。

三、结语

总而言之,对于模具工业企业而言,首先必须立足于企业的现有条件,根据虚拟制造的思想发现问题,挖掘潜力;其次必须在组织结构、技术、人才和管理等方面进行进一步的改革,为虚拟制造技术的应用奠定基础;再次,对于模具工业有关的科研单位而言,必须紧紧跟踪国外虚拟制造技术的发展动态,加大国内的研究力度。

参考文献: