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1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理、構(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本要素

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬世界能夠滿足下列要求：首先，凸顯那些實(shí)際存在，然而由于某種原因?qū)е氯祟愲y以達(dá)到的區(qū)域，比如宇宙空間、核反應(yīng)堆或者人體內(nèi)部等距離非常遙遠(yuǎn)、具有很大危險(xiǎn)性、亦或根本無(wú)法進(jìn)入的領(lǐng)域，這時(shí)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行作業(yè)和感受；其次，反映那些實(shí)際根本不存在的事物，和實(shí)際存在的事物進(jìn)行比較，比如世界杯足球賽的模擬比賽就是一個(gè)非常典型的案例[3]；再次，發(fā)明在現(xiàn)實(shí)世界里不可能存在，并且日后也不可能存在的嶄新世界，致使人類步入這一全新的世界之后，能夠得到同現(xiàn)實(shí)世界完全不同的感受，比如，時(shí)空的轉(zhuǎn)變、驗(yàn)證木星等星球上有沒(méi)有人類生存的環(huán)境以及相應(yīng)措施等。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

在VRT當(dāng)中，通常不僅包括高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)備，而且還有實(shí)時(shí)三維圖形系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)交互尖端技術(shù)。通過(guò)利用實(shí)時(shí)三維圖形系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生有逼真感的圖形，這些圖像具有三維全彩色、明暗、紋理以及陰影等特點(diǎn)。而虛擬現(xiàn)實(shí)是一種交互式與高端的計(jì)算機(jī)顯示技術(shù)，通常雙向?qū)υ捠撬囊环N非常重要工作途徑。在開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)時(shí)，人往往是主動(dòng)的，必須參與，而不再擔(dān)任觀眾，有些時(shí)候甚至還擔(dān)當(dāng)主人的任務(wù)。

2虛擬技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的作用

2.1縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)周期

當(dāng)代機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)能夠全面利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，不但可以仿真實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程，而且還不用消耗實(shí)際的資源與能量，然而卻可以真實(shí)反映產(chǎn)品的相關(guān)狀況。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在概念設(shè)計(jì)與方案論證當(dāng)中通常用虛擬模型來(lái)取代現(xiàn)實(shí)模型驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，很好地規(guī)避了以往設(shè)計(jì)模式中設(shè)計(jì)階段的出現(xiàn)過(guò)的失誤對(duì)工期與成本的巨大影響將以不斷擴(kuò)大的方式向后續(xù)階段進(jìn)行傳播的問(wèn)題，這樣可以更加高效地降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期，從而提高新產(chǎn)品設(shè)計(jì)品質(zhì)與效率[4]。

2.2提升產(chǎn)品制造成功的概率

VRT虛擬技術(shù)通過(guò)對(duì)實(shí)際制造活動(dòng)中的人、事物、信息及其制造過(guò)程展開(kāi)全面的仿真活動(dòng)，通過(guò)從虛擬環(huán)境中得到的各種信息，能夠及時(shí)發(fā)掘制造中可能產(chǎn)生的問(wèn)題，感受未來(lái)產(chǎn)品裝配的特性與功能或者裝配系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而能夠做出預(yù)見(jiàn)性的決策和優(yōu)化實(shí)施計(jì)劃。在產(chǎn)品大量生產(chǎn)之前就采取預(yù)防辦法，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一次性制造成功，保障產(chǎn)品一次制造均不失敗。

2.3降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本

應(yīng)用系統(tǒng)仿真軟件在不同虛擬環(huán)境中精確地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它能夠在計(jì)算機(jī)上便捷地修改設(shè)計(jì)中存在的缺陷，模擬實(shí)驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)計(jì)劃，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，最終得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，從而做出物理樣機(jī)。這樣就規(guī)避了以往設(shè)計(jì)中不斷通過(guò)物理樣機(jī)驗(yàn)證然后修改設(shè)計(jì)方案的過(guò)程，在很大程度上減少了實(shí)驗(yàn)成本[5]，然后按照經(jīng)驗(yàn)把成本層層分解到各子裝配體與零件當(dāng)中，再對(duì)比零件的實(shí)際價(jià)格與預(yù)計(jì)成本之間的差異，進(jìn)而降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本。

3虛擬技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1虛擬制造

所謂虛擬制造（VM）是指將計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為技術(shù)支持，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程開(kāi)展統(tǒng)一建模，然后在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段及時(shí)地、并行地仿真產(chǎn)品，對(duì)將來(lái)制造整個(gè)過(guò)程及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要影響，進(jìn)而預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能與特性、可制造性以及成本等，然后更加高效地、柔性靈活地開(kāi)展生產(chǎn)，最終使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能夠一次實(shí)現(xiàn)成功[6]。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用能夠從本質(zhì)上轉(zhuǎn)變現(xiàn)行的制造方式，對(duì)將來(lái)制造業(yè)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響，為整個(gè)制造業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變化。

3.2虛擬儀器

所謂虛擬儀器（VI）是指一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的智能化設(shè)備，與以往儀器相比，其在概念與功能上有著很大創(chuàng)新。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)軟件把通用計(jì)算機(jī)和基本的信號(hào)采集及其調(diào)理硬件緊密結(jié)合了起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)儀器所具備的和無(wú)法具有的作用。虛擬儀器能夠使用一樣的硬件系統(tǒng)，運(yùn)用不同的軟件就能夠?qū)崿F(xiàn)功能幾乎完全不同的各類測(cè)量，從而使得測(cè)試儀器的費(fèi)用很大程度的降低，而且操作非常方便，降低了測(cè)試儀器的操作與維護(hù)的時(shí)間和復(fù)雜性等。

3.3虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

目前，虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)使用計(jì)算機(jī)及其工藝技術(shù)來(lái)研發(fā)和研究零部件，而且在裝配與制造等整個(gè)過(guò)程中運(yùn)用相關(guān)信息，最終建立全部產(chǎn)品總體模型[7]。而在虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)中，產(chǎn)品只被當(dāng)成一種數(shù)學(xué)模型，所以不僅修改方便快速，而且能夠減少成本，降低設(shè)計(jì)時(shí)間，提升產(chǎn)品品質(zhì)。即便面對(duì)的是一種復(fù)雜產(chǎn)品，也僅僅需要制作一次最終的實(shí)物模型，最終使得新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能夠獲得一次性成功。

4結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)是設(shè)計(jì)出合適的產(chǎn)品，就是設(shè)計(jì)出一個(gè)裝配體，以往的裝配體設(shè)計(jì)是一個(gè)自下而上的設(shè)計(jì)過(guò)程，這樣，非常容易產(chǎn)生裝配體各部件的相關(guān)和設(shè)計(jì)目的不一致等問(wèn)題。而虛擬設(shè)計(jì)就是為了避免這些缺陷而產(chǎn)生的。它不但能夠讓設(shè)計(jì)師看到甚至感受到自己的設(shè)計(jì)成果，還可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，降低設(shè)計(jì)時(shí)間。

作者：王鳳麗田向陽(yáng)單位：平頂山市國(guó)資委平高集團(tuán)有限公司