機(jī)電產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)與仿真-wenkub
2023-02-11 20:50:43 本頁(yè)面
【正文】 l Explorer)” 利用虛擬環(huán)境來考察遙遠(yuǎn)的行星 ， 他們的第一個(gè)目標(biāo)是火星 。 3D聲音生成器是利用人類定位聲音的特點(diǎn)生成出 3D聲音的一套軟硬件系統(tǒng)。雖然它們的樣式和大小各不相同，但它們大致上做相同的事情：推我們的手臂，并把機(jī)械或動(dòng)力信號(hào)記錄下來。 常見的數(shù)據(jù)手套 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)體系 （ 4） 三維鼠標(biāo) 普通的鼠標(biāo)只能感受在平面的運(yùn)動(dòng) ， 而立體鼠標(biāo)能夠感受用戶在六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng) 。在早期，人們主要采用機(jī)械方式測(cè)量上述參數(shù)；當(dāng)今，非接觸 3D跟蹤技術(shù)已經(jīng)取代了機(jī)械測(cè)量。 ? 4)通用的商用工具軟件包：如： WTK， VRML等。 ?沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。 機(jī)電產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)與仿真 姚進(jìn) 教授 本次課的內(nèi)容 1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 2 虛擬樣機(jī)技術(shù) 3 課程教學(xué)與考試 1 虛擬技術(shù)（ (Virtual Reality) ） ? 定義和特征 ? 虛擬設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系及支撐技術(shù) ? 虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷程 ? 虛擬現(xiàn)實(shí)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? 虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 定義和特征 ? 概念 “虛擬現(xiàn)實(shí)”（ virtual reality，簡(jiǎn)稱 vr）是用 計(jì)算機(jī)技術(shù) 來生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能 和 某些設(shè)備對(duì) 這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。 ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí) 如果多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)體系 ?虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ) ? （ 1）概論 ? 虛擬現(xiàn)實(shí)常用的主要硬件設(shè)備包括：高性能計(jì)算機(jī)；廣角（寬視野）的立體顯示設(shè)備；觀察者（頭、眼）的跟蹤設(shè)備；人體姿勢(shì)的跟蹤設(shè)備；立體聲；觸覺、力學(xué)反饋；語(yǔ)音輸入輸出等硬件設(shè)備。 3D非接觸跟蹤技術(shù)包括磁場(chǎng)、超聲波、雷達(dá)和攝象機(jī)等。 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)體系 ? （ 5）數(shù)據(jù)衣 數(shù)據(jù)衣采用與數(shù)據(jù)手套相同的光纖彎曲傳感技術(shù)，將大量的光纖安裝在一個(gè)緊身衣服上，它能測(cè)量肢體的位置，然后用計(jì)算機(jī)重建出圖像。力反饋的裝置相對(duì)于觸覺要容易，國(guó)際上已有一些機(jī)械的力反饋裝置。 人類進(jìn)行聲音的定位依據(jù)兩個(gè)要素：兩耳時(shí)間差和兩耳強(qiáng)度差 其他硬件 ? 雙筒全方位顯示器 (Binocular OmniOrientation Monitor— BOOM） ? 立體投影顯示 ? 立體眼鏡 ? 等等 虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 ? 發(fā)展歷程 1965年 Sutherland提出 1966年 開始 HDM的研究 1968年 研制出第一臺(tái) HMD 1975年 Myron Krueger提出 AR的思想 1985年 研制出數(shù)據(jù)手套 1986年 VIEW系統(tǒng)研制成功 1990年 Siggraph會(huì)議確定VR技術(shù)的發(fā)展方向 20世紀(jì) 90年代以來 VR應(yīng)用到眾多領(lǐng)域 ? 國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 – 美國(guó)宇航局 (NASA) ? 美國(guó)宇航局 (NASA)的 Ames實(shí)驗(yàn)室完善了 HMD， 并將 VPL的數(shù)據(jù)手套工程化 ， 使其成為可用性較高的產(chǎn)品 。 虛擬現(xiàn)實(shí)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 – 北卡羅來納大學(xué) (UNC)的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行 VR研究最早最著名的大學(xué)。 1985年 M1T成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。 此外 ， SRI還利用遙控技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)仿真的研究 。 – 歐共體 (CEC)認(rèn)為 VR是一門新興技術(shù) ， 已經(jīng)組織了幾次評(píng)價(jià) VR的專題活動(dòng) 。 VECTA的子項(xiàng)目 RAVE(Real And Virtual Environment)就是專門為在座艙內(nèi)訓(xùn)練飛行員而研制的，已在 1992年的 Famborough航空展示會(huì)上進(jìn)行了首次演示。 ARRL與Overview公司合作開發(fā)了一系列頭控立體攝像系統(tǒng)，同時(shí) ARRL還與 Airmuscle公司合作首先在手套和 3D／ 6D鼠標(biāo)上使用了觸覺反饋。 IGD的研究開發(fā)工作集中在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有關(guān)的領(lǐng)域，如可視模擬、可視化、圖像處理和 VR等，并對(duì)那些需要復(fù)雜底層結(jié)構(gòu)、技術(shù)支持和專業(yè)性的中長(zhǎng)期項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)承包管理方法。 – 哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢(shì)和手勢(shì)動(dòng)作，語(yǔ)音和語(yǔ)調(diào)的同步等。 – 中國(guó)科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實(shí)中視覺接口技術(shù)，完成了虛擬現(xiàn)實(shí)中的體視圖像對(duì)算法回顯及軟件接口。其中，上海交通大學(xué) CIM研究所承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“虛擬制造的理論與技術(shù)基礎(chǔ)”，在有關(guān)理論與方法、系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用、虛擬環(huán)境建設(shè)方面做了很好的工作。 數(shù)據(jù)手套用作煙的生成器 ， 以便用戶能觀察到局部氣流的流動(dòng)情況 。 虛擬環(huán)境的建立是 VR 技術(shù)的核心內(nèi)容 , 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù) , 并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。 ? ( 3) 新型交互設(shè)備的研制。 虛擬現(xiàn)實(shí)建模是一個(gè)比較繁復(fù)的過程 , 需要大量的時(shí)間和精力。 ? ( 5) 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展望。另外 , 研究人員還用 DVE 系統(tǒng)來支持協(xié)同設(shè)計(jì)工作。 2. 虛擬樣機(jī)技術(shù) 虛擬樣機(jī)定義 VP工具分類 Vp方法 ADAMS例子 （ Virtual Prototype) – 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，以產(chǎn)品的數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)中對(duì)模型的各種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析、測(cè)試和評(píng)估，并根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，從而達(dá)到以虛擬產(chǎn)品模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)的目的
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