【正文】 配等)不同環(huán)境之間的數(shù)據(jù)傳遞就是一個(gè)急待解決的問題。另外虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最主要的特色就是它的直觀性，它應(yīng)使設(shè)計(jì)者甚至產(chǎn)品的最終用戶在直觀自然的環(huán)境中對(duì)近乎真實(shí)的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，這就要求實(shí)時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)并具有一整套性能優(yōu)良的交互設(shè)備。然而，目前市場(chǎng)上的硬件尚難以滿足這樣的需要。1．由虛擬環(huán)境到CAD的數(shù)據(jù)交換問題由于虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)在圖形輸出和模型操縱方法上與其他計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用系統(tǒng)如CAD、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃)等存在很大的不同，從而導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息不能很好地被其它現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)共享。直到目前，由虛擬環(huán)境到CAD環(huán)境的數(shù)據(jù)交換能力仍非常薄弱，主要的問題是一般虛擬環(huán)境中多采用多邊形格式，而CAD環(huán)境常采用參數(shù)建模。2．?dāng)?shù)據(jù)接口目前所用的數(shù)據(jù)接口例如IGES(基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范)只能提供幾何數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。例如，它們只能提供一個(gè)孔的周邊信息而不能提供孔本身的信息如孔徑及中心位置，更不能提供孔的材料、質(zhì)地、顏色、力學(xué)特性等。3．?dāng)?shù)據(jù)縮減在硬件還不夠強(qiáng)大的情況下，若要保證足夠的圖像刷新率，CAD數(shù)據(jù)就需要轉(zhuǎn)換為多邊形格式并且很可能需要實(shí)施進(jìn)一步的縮減處理。4．實(shí)時(shí)與真實(shí)限于目前計(jì)算機(jī)的能力，為了在虛擬環(huán)境中完成較為理想的交互，系統(tǒng)必須在描繪的真實(shí)感和必要的刷新率之間進(jìn)行折衷。這樣的折衷應(yīng)該考慮系統(tǒng)的具體應(yīng)用環(huán)境和對(duì)沉浸感的要求。適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行紋理渲染處理有利于增強(qiáng)圖形的真實(shí)感并不增加三角形的數(shù)量。5．硬件方面的問題處理器計(jì)算能力不足、頭盔式顯示器分辨率太低、觸覺/力量反饋系統(tǒng)能力太差。跟蹤系統(tǒng)能夠精確跟蹤的范圍太小，抵抗外來干擾的能力不足。以上這些硬件問題是虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能的主要障礙。6．網(wǎng)絡(luò)傳輸速度問題全球虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)和異地制造，幫助企業(yè)占領(lǐng)全球市場(chǎng)是極其重要的，但目前網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度難以滿足這樣的要求。第6章 仿真與虛擬設(shè)計(jì)未來發(fā)展方向仿真與虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)大體可分為兩大類，即增強(qiáng)的可視化系統(tǒng)和基于虛擬現(xiàn)實(shí)的CAD系統(tǒng)。增強(qiáng)的可視化系統(tǒng)：利用現(xiàn)行CAD系統(tǒng)進(jìn)行建模，在對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換后輸入虛擬環(huán)境系統(tǒng)。在虛擬環(huán)境中便可利用三維交互設(shè)備(如數(shù)據(jù)手套，三維顯示監(jiān)視器等)在一個(gè)”真實(shí)”的環(huán)境中對(duì)模型進(jìn)行不同角度的觀察。增強(qiáng)的可視化系統(tǒng)通常采用空間球、飛行鼠標(biāo)等進(jìn)行導(dǎo)航，并采用帶有光閘眼鏡的立體監(jiān)視器來增強(qiáng)產(chǎn)品的真實(shí)感?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的CAD系統(tǒng)：利用這樣的設(shè)計(jì)系統(tǒng)用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)。與純粹的可視化系統(tǒng)相反，這種系統(tǒng)不再使用傳統(tǒng)的二維交互手段進(jìn)行建模，而直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。它們提供各種輸入設(shè)備(數(shù)據(jù)手套、三維導(dǎo)航裝置等)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。另外，它們也支持其他的輸入方法，如語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)跟蹤等。這樣的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)不需要進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)就可以掌握，一般的設(shè)計(jì)人員稍加熟悉后便能成功地利用這樣的系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。目前投入使用的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)大都屬于增強(qiáng)的可視化系統(tǒng)，這是因?yàn)榛谔摂M現(xiàn)實(shí)的建模系統(tǒng)還不夠完善，相比之下現(xiàn)行的CAD建模技術(shù)比較成熟，可以利用。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，新的方法和支持技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在三維建模方面，已經(jīng)出現(xiàn)了基于手勢(shì)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等的直接建模方法。盡管這些方法尚不夠成熟，但已經(jīng)現(xiàn)出強(qiáng)大的活力，它們使虛擬環(huán)境的建造向著多感知、更直觀、更自然的方向邁進(jìn)語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)跟蹤已經(jīng)成為目前人機(jī)交互研究的重要內(nèi)容。Aamp。T公司研制了一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)跟蹤系統(tǒng)，它采用數(shù)據(jù)手套跟蹤手的位置，并依靠簡(jiǎn)單的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)便可以進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)。另外，麻省理工學(xué)院也在研制基于語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)跟蹤的交互系統(tǒng)，它們的系統(tǒng)將采用雙手?jǐn)?shù)據(jù)手套輸入并伴有語(yǔ)音和眼神識(shí)別系統(tǒng)。可以看出，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的CAD系統(tǒng)將是虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。６．１技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)建模/ 仿真方法學(xué)、仿真計(jì)算機(jī)和仿真軟件將仍然是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的重要課題?？茖W(xué)計(jì)算的可視化(VISC) 作為仿真的重要基礎(chǔ)將進(jìn)一步發(fā)展, 為了適應(yīng)VD 環(huán)境的要求, 高質(zhì)量的跟蹤和控制仿真模型運(yùn)行方式將有很大發(fā)展。 鑒于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是由多臺(tái)處理機(jī)(異構(gòu)或同構(gòu)) 連接而成的分布仿真系統(tǒng), 將可以支持多個(gè)子仿真任務(wù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一執(zhí)行。分布仿真系統(tǒng)將成為我國(guó)電力、郵電、鐵路、金融等行業(yè)的通用技術(shù)。面向?qū)ο蟮慕? 仿真技術(shù)將逐步發(fā)展到面向特征、面向產(chǎn)品的加工和裝配等。 并發(fā)仿真環(huán)境將作為并行設(shè)計(jì)技術(shù)的一種支撐技術(shù)而形成通用的支撐系統(tǒng)。 專家系統(tǒng)、模糊決策和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將全面引入仿真系統(tǒng)。在仿真建模、仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、仿真結(jié)果分析和模型的修正及維護(hù)等多個(gè)方面大大改善仿真系統(tǒng)的適應(yīng)性和仿真的準(zhǔn)確性, 形成高效的智能仿真系統(tǒng)。VR 技術(shù)將很快進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期, 其主要趨勢(shì)是頭盔式顯示器(HMD) 等可視化設(shè)備、人體(或四肢) 方位跟蹤系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)等VR 專用硬件將全面上市, 其性能價(jià)格比會(huì)迅速提高, VR 技術(shù)所需求的高性能計(jì)算機(jī)將以用戶可以接受的價(jià)格出現(xiàn)。VR 設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和用新型傳感裝置測(cè)得大量數(shù)據(jù)的高效處理軟件也將面市, ISO 標(biāo)準(zhǔn)化組織將推出有關(guān)的信息交換標(biāo)準(zhǔn), VR 技術(shù)在2010 年左右將獲得普遍應(yīng)用, 但由于它對(duì)人腦思維和人體行為的基礎(chǔ)研究難以在短時(shí)期內(nèi)突破,故VR 技術(shù)還會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期。６．２技術(shù)發(fā)展分析實(shí)時(shí)仿真和VR 技術(shù)都要求有極高的圖象或圖形處理速度, 除了高性能并行處理計(jì)算機(jī), 一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)目前還很難達(dá)到要求。所以, 在產(chǎn)品或工程系統(tǒng)的整體仿真和虛擬設(shè)計(jì)階段, 研究實(shí)現(xiàn)以復(fù)雜工程分析計(jì)算為背景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形仿真技術(shù)就顯得特別重要。研究實(shí)現(xiàn)跟蹤和控制方式的可視化計(jì)算方法, 探討充分利用計(jì)算機(jī)空間和時(shí)間協(xié)調(diào)達(dá)到動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示要求的軟、硬件技術(shù)將十分有意義。分布式仿真主要研究的問題是仿真模型和實(shí)驗(yàn)的并行化分配, 以及有效的分布仿真環(huán)境的建立, 如靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及模型和功能分割技術(shù), 防止通訊死鎖技術(shù)等。美歐等國(guó)己將分布交互仿真技術(shù)用于局部戰(zhàn)場(chǎng)的仿真(EADSIM) 。面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)主要體現(xiàn)在2 個(gè)方面, 一是利用通用的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言, 如C+ + Smalltalk 等, 建立仿真軟件包。 二是基于0 0 方法等, 建立適于某一范圍的建模與仿真軟件包。并發(fā)仿真技術(shù)的主要目的是將仿真任務(wù)各個(gè)階段的“人”和“工序”有機(jī)及時(shí)地聯(lián)系, 從而將逐步實(shí)現(xiàn)的仿真工程變?yōu)椴l(fā)實(shí)現(xiàn)的工程, 當(dāng)前研制的一體化仿真環(huán)境是邁向并發(fā)仿真環(huán)境的重要一步。并發(fā)仿真的核心部分是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng), 它既是仿真建模、驗(yàn)?zāi)！?shí)驗(yàn)、優(yōu)化、分析與處理的信息源泉, 又是仿真各部分協(xié)調(diào)配合的連接點(diǎn)。智能仿真技術(shù)中主要研究的是如何引入知識(shí)表達(dá)及處理技術(shù)以擴(kuò)大仿真模型中知識(shí)描述的能力。 如何引入專家知識(shí)和推理, 以輔助一般用戶對(duì)仿真結(jié)果做出各種決策。 輔助模型的修正與維護(hù)等。VR 和VD 系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)生成環(huán)境、物理實(shí)現(xiàn)的建模環(huán)境和真實(shí)環(huán)境3 部分, 其關(guān)鍵技術(shù)包括基于VR 的建模方法, 如設(shè)計(jì)對(duì)象給人的視覺、聽覺、觸覺等有關(guān)的靜、動(dòng)態(tài)屬性的定義與表示。 定性和定量模型的實(shí)時(shí)算法。 VR 支撐系統(tǒng)有關(guān)算法。VR 支撐系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)。 如多用戶沖突處理、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)庫(kù)及操作、聲音組裝技術(shù)等。 多媒體技術(shù), 如數(shù)據(jù)壓縮與編碼、媒體同步、多媒體網(wǎng)絡(luò)和超媒體等。第7章 結(jié)束語(yǔ)未來的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)研究、虛擬產(chǎn)品開發(fā)和虛擬組織建設(shè)3個(gè)方面?；A(chǔ)研究方面,早在1998年,美國(guó)克林頓總統(tǒng)就美國(guó)政府、學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合開發(fā)下一代英特網(wǎng)發(fā)表國(guó)情咨文,并呼吁此行動(dòng)立即著手開始。到目前為止,美已開發(fā)了虛擬電視會(huì)議、虛擬臨床診斷、虛擬教學(xué)和培訓(xùn)等幾個(gè)方面的虛擬基礎(chǔ)研究現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬產(chǎn)品方面,主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子商務(wù)系統(tǒng)和太空模擬系統(tǒng)等。尤其是隨著社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)的交融,科學(xué)家們已經(jīng)在創(chuàng)造計(jì)算機(jī)內(nèi)模擬生命形式方面取得了一些重大進(jìn)展,所開發(fā)的人工生命虛擬軟件在很多領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的發(fā)展前景。虛擬組織主要有1997年7國(guó)集團(tuán)組建的網(wǎng)上虛擬警察組織,以監(jiān)視和偵破英特網(wǎng)上的犯罪活動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在迅猛的發(fā)展,它是全球信息化的重要特征,并正在不斷的改變著我們的生活和工作及學(xué)習(xí)。正如其它新興科學(xué)技術(shù)一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。它的研究?jī)?nèi)容涉及到人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能控制、心理學(xué)等。我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，雖然這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的，應(yīng)用前景也是很廣闊的，但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙?？陀^而論，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所取得的成就，絕大部分還僅僅限于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力，僅僅是剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合作用問題，還根本未涉及”人在實(shí)踐中得到的感覺信息是怎樣在人的大腦中存儲(chǔ)和加工處理成為人對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)”這一重要過程。只有當(dāng)真正開始涉及并找到對(duì)這些問題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí)，人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底的克服了。我們期待這有朝一日，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)成為一種對(duì)多維信息處理的強(qiáng)大系統(tǒng)，成為人進(jìn)行思維和創(chuàng)造的助手和對(duì)人們已有的概念進(jìn)行深化和獲取新概念的有力工具。參考文獻(xiàn)[1]陳定方，羅亞波等．虛擬設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．8[2]韋有雙，楊湘龍，王飛．虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真．國(guó)防工業(yè)出版社，2004．1.[3]崔杏園，錢樺．虛擬現(xiàn)實(shí)及演變發(fā)展．工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005．4[4]陳愛閩，李生錄等．仿真和虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)．起重運(yùn)輸機(jī)械．2003．8[5] 張茂軍，：科學(xué)出版社，2002 [6] 洪炳鎔, 蔡則蘇, ：國(guó)防工業(yè)出版社， [7](美) Grigore C. Burdea, (法) Philippe Coiffet著；魏迎梅, 欒悉道等譯,：電子工業(yè)出版社，2005 [8]：北京郵電大學(xué)出版社，2005 [9] 張樹生，楊茂奎，：西北工業(yè)大學(xué)出版社， [10] (美)萊丁(Jim Ledin)著；焦宗夏，：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[11] 技術(shù)發(fā)展綜述. 飛航導(dǎo)彈, [12]宿紅毅, 戰(zhàn)守義, 陳誼. 面向仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào), [13] :科學(xué)出版社,[14]Law A M, Kelton W D. Simulation modeling and analysisMcGrawHill,Inc. 1991 25 / 25