【正文】 基于語音識別和手勢跟蹤的 交互式修改模式 ，設(shè)計者可方便地修改對象的參數(shù)或自由表面的形狀。 ? 例 5 若要為現(xiàn)有的一個對象添加一個孔，設(shè)計者可指著需要打孔的位置并發(fā)出語音命令： “打孔，直徑 12，深 15”，一個孔就這樣在該位置被創(chuàng)建了。 2） 在表面修改模式下，設(shè)計者 可以對物體的材料類型 （選擇塑性的或彈性的）， 表面特征 （ 為對象表面添加“凸臺” 或“過渡曲面” 等） 進行變更； 也可利用系統(tǒng)提供的虛擬工具 對物體表面進行精細的修改。 ? 例 6 可使用球面工具、圓錐面工具加工出高層的過渡曲面。也可把設(shè)計者的手看作一種虛擬的成型工具，用戶來創(chuàng)建或修改對象類似于陶匠塑造陶器。 2/26/2023 74 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 圖 1426 COVIRDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三維音響 2/26/2023 75 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 ? 虛擬裝配設(shè)計簡稱虛擬裝配 VA。定義： 無需產(chǎn)品或支撐過程的物理實現(xiàn)，只需通過分析、實驗?zāi)Ｐ汀⒖梢暬蛿?shù)據(jù)表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關(guān)的工程決策 。 ? 對于概念設(shè)計，并行設(shè)計，虛擬裝配都很重要。 產(chǎn)品設(shè)計中最常見的、最難發(fā)現(xiàn)的問題就是裝配和維修方面的問題。因為 ? VA可幫設(shè)計者考核產(chǎn)品設(shè)計方案的可裝配性和可維修性， ?可幫設(shè)計者預(yù)先考核該產(chǎn)品上市的時間的快慢和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 ? 利用虛擬裝配技術(shù)獲得裝配信息。 先進設(shè)計系統(tǒng)可以為特殊的零部件裝配創(chuàng)建一定的“區(qū)域（ Zone）”，要同時考慮裝配及維修的需要。這些信息對裝配工藝的選擇具有很大的意義，因此也影響著設(shè)計方案的選擇。 2/26/2023 76 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 ? 虛擬裝配技術(shù)。它包括 ? VR技術(shù)、 ?高級可視化技術(shù)、 ?仿真技術(shù)、 ?決策理論、 ?裝配制造工藝及工具的開發(fā)等。 ? 在虛擬裝配研究工作中，作為一個裝配體中各零件之間的相互裝配的交互基礎(chǔ)， 有兩類方法： 1）基于物理建模法 Physicallybased Modeling 2）基于約束的幾何建模法 Constraintbased Geometric Modeling 2/26/2023 77 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 例 1 虛擬裝配設(shè)計環(huán)境 VADE ? 為了探討虛擬裝配設(shè)計的可行性以及虛擬系統(tǒng)與 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)，華盛頓州立大學(xué)開發(fā)研制了一個名為 ? “虛擬裝配設(shè)計環(huán)境” （ Virtual Assemble Design Environment）， 簡稱 VADE的虛擬設(shè)計系統(tǒng)。 ? 利用該系統(tǒng)，設(shè)計者在設(shè)計工作初期，便可考慮有關(guān)裝拆的問題，以避免這些方面的缺陷，可以獲得裝配軌跡和裝配順序等信息。供變更設(shè)計、培訓(xùn)設(shè)計人員、送入 CAPP、生成機器人工作路徑、輔助設(shè)計電子元件的專用裝配工具等。 ? VADE系統(tǒng)配置見圖 1427。 2/26/2023 78 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 圖 1427 VADE系統(tǒng)配置 2/26/2023 79 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 例 2 研究發(fā)動機拆裝過程的 VDS ? 美國麥道飛機公司采用了沉浸式的 VR系統(tǒng)以 幫助新型號發(fā)動機的設(shè)計 。這個 VDS首先用來研究發(fā)動機的拆裝過程，尤其是用來發(fā)現(xiàn)拆裝過程中發(fā)動機是否可能與其他零件發(fā)生干擾 。 ? 整個發(fā)動機的拆裝過程可以在虛擬環(huán)境中進行。 ? 若要進行拆卸，首先打開虛擬的發(fā)動機艙門，把拖車放到發(fā)動機的下面，然后用千斤頂將拖車頂?shù)揭欢ǖ母叨取＝酉氯タ墒褂锰摂M工具把固定發(fā)動機的螺栓松開，再把發(fā)動機固定在拖車上，降低拖車，把發(fā)動機移出去進行維修或替換。 ? 安裝發(fā)動機的過程與拆卸類似，只是過程相反。 ? 當(dāng)發(fā)動機從飛機上拆下以后，這個虛擬發(fā)動機的某些部件還可以再拆。 ? 利用 VDS，人們可以 為特定的零件開發(fā)專用工具 ，檢查零件拆裝是否方便，零件安裝有關(guān)困難等等。 ? 系統(tǒng)實時進行碰撞計算， 如果發(fā)生了碰撞，那么一定會發(fā)出聲音或放出火光的。 ? 若需要詳細觀察，可進行 場景凍結(jié)。 觀察者可以利用虛擬量具測量兩個對象的間距。用戶可以 跟蹤、存儲所有的動作和場景 ，并可再次播放。 2/26/2023 80 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 例 3 雙手操作進行裝配設(shè)計 圖 1428 這是一種在水平式顯示屏幕上作裝配設(shè)計的方法，可以多用戶使用，并用雙手操作，在屏幕上移動虛擬部件進行裝配。 ? 優(yōu)點 ：可以使多個用戶在相互討論的情況下同時在水平的屏幕上設(shè)計 3D裝配體，直觀而方便地在屏幕上移動多個模型，不需要建模，提高了效率。 它免除了戴頭盔操作時一人使用的局限性和令人疲勞的弊病。 ? 硬件： 水平顯示裝置，數(shù)據(jù)手套，跟蹤傳感器，立體眼鏡。 ? 軟件： 采用 Pro/Engineer， Auto CAD的 DXF及 VRML等，將一些多邊形 3D 幾何格式輸入到虛擬環(huán)境中去。 ? 缺點： 精度不夠高，在裝配零件之間產(chǎn)生干涉或縫隙。 2/26/2023 82 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 圖 1428 雙手操作進行裝配設(shè)計 2/26/2023 83 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 例 4 雙級漸開線圓柱齒輪減速器的虛擬裝配實例 陳定方 1）軟硬件配置。 計算機系統(tǒng)配置是基于一臺微機，PentiumⅣ 的 CPU，內(nèi)存為 256M，硬盤空間為 20G，安裝 。 VR交互設(shè)備配置包括數(shù)據(jù)手套、紅外發(fā)射器、三維鼠標(biāo)、立體眼鏡、圖形加速卡等輸入輸出裝置。 所用的開發(fā)平臺 。 WTK全稱 World Tool Kit，是美國 SENSER公司的產(chǎn)品，是一個商業(yè)化的 VR開發(fā)工具包，它實質(zhì)是一個由 1000多個 C函數(shù)組成的函數(shù)庫，用戶可以構(gòu)造出一個虛擬世界，并實現(xiàn)交互。 2）虛擬環(huán)境生成。 這是整個系統(tǒng)的核心，應(yīng)用到基于圖像和景物幾何相結(jié)合的建模方法。減速器的虛擬裝配環(huán)境采用圖 1429五層結(jié)構(gòu) 3) 裝配方法。 本例中采用樹狀層次結(jié)構(gòu)法。 4)結(jié)果。 應(yīng)用五層結(jié)構(gòu)生成 圖 1430，圖 1431 圖 1429 虛擬裝配環(huán)境結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層 支持工具層 模型層 物理 屬性 行為 規(guī)則 硬件接口 硬件層 2/26/2023 84 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬裝配設(shè)計 例 4 雙級漸開線圓柱齒輪減速器的虛擬裝配 圖 1431 減速器的虛擬裝配操作 圖 1430 雙級圓柱齒輪減速器的虛擬裝配 2/26/2023 85 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬人因?qū)W設(shè)計 例 5 人因?qū)W模型系統(tǒng)“ Ramsis” 圖 1432 ? 應(yīng)德國汽車工業(yè)聯(lián)合會的要求，開發(fā)商 Tccmath研制了一套名為“ Ramsis”的人因?qū)W模型系統(tǒng)。 ? 這個系統(tǒng)可用來客觀地評價汽車駕駛室的人因?qū)W性能。如： ? 司機的胳膊和腿的位置、視野和舒適程度等。 ? 將這個人因?qū)W模型引入虛擬環(huán)境，人們便可操縱一個虛擬人使它移動到不同位置，用戶可為虛擬人選定視點和坐姿。 ?考察概念車的座椅與周圍物體的關(guān)系； ?觀察者通過虛擬人可以查看司機的視覺條件； ?檢查儀表盤是否位于最佳視野范圍內(nèi)； ?觀察人體后傾時的狀況。 2/26/2023 86 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬人因?qū)W設(shè)計 圖 1432 虛擬環(huán)境 中 人因?qū)W模型系統(tǒng)“ Ramsis” 2/26/2023 87 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬人因?qū)W設(shè)計 例 6 汽車的人因?qū)W評價系統(tǒng) 圖 1433 ? 在設(shè)計制造一種新型汽車時，人們自然會提出許多的要求。 ? 汽車外形要具備美觀條件，又必須滿足安全、人因?qū)W，維護及裝配等方面的標(biāo)準。 ? 設(shè)計還需受到生產(chǎn)、時間以及費用等互相制約條件的限制。 ? 這些條件可以集成在設(shè)計過程中，并可以減少用于驗證概念設(shè)計所需的模型的個數(shù)。 ? 在設(shè)計過程的各個階段， 可以不斷地利用仿真系統(tǒng)來驗證假設(shè)， 既可以減少費用和制造模型的時間， 又可以滿足產(chǎn)品多樣化的要求。 2/26/2023 88 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬人因?qū)W設(shè)計 圖 1433 汽車的人因?qū)W評價系統(tǒng) 2/26/2023 89 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬電廠設(shè)計 例 7 VR主要應(yīng)用于大型和復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計。 ? 熱電廠，包括核電廠的設(shè)計，是一件非常復(fù)雜的工作。 ? 一個核電廠規(guī)模為： 裝機容量為 180萬 kW 建筑容積 850 000 m3 熱力設(shè)備 1 000 件 電力設(shè)備 5 000 件 管道件 17 000 件 管道安裝件 30 000 件 標(biāo)準件 3 000 件 安裝件 2 000 件 ? 如果做一個 1:25的實物模型，需要 5000 000美元。 ? 若采用 VR設(shè)計，可以省去這個投資。 ? 采用 VR設(shè)計核電廠的 優(yōu)點有： 1）設(shè)計者可以在總體布置環(huán)境中行走， 考查設(shè)計的合理性和人因?qū)W設(shè)計； 2）測量設(shè)備之間的距離，考查是否合理； 3）檢查設(shè)備和管道安裝是否相互干涉或碰撞。 2/26/2023 90 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 虛擬電廠設(shè)計 圖 1434 深圳大亞灣核電廠 2/26/2023 91 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 本章總結(jié) ? 本章介紹了 虛擬設(shè)計 VD的概念、原理、結(jié)構(gòu)、硬件、軟件和應(yīng)用系統(tǒng)。 ? VD自 20世紀 90年代以來得到了重視和發(fā)展。 ? 它與 虛擬制造、虛擬樣機、仿真、計算機圖形學(xué)、虛擬企業(yè)、可視化、多媒體技術(shù) 等概念有相對獨立性。 ? 虛擬是 指通過數(shù)字化手段對物質(zhì)世界的 真實表現(xiàn)。 ? VD是 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 在產(chǎn)品設(shè)計中 的應(yīng)用或?qū)崿F(xiàn)。 ? 運用 VD技術(shù)， 可以大大簡化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量， 提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級性能， 獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品 。 ★ 2/26/2023 92 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 本章的復(fù)習(xí)思考題 ? 什么是虛擬設(shè)計 ? ? 虛擬設(shè)計有哪些特點 ? ? 虛擬設(shè)計系統(tǒng)的有哪些基本硬件 ? ? 虛擬設(shè)計與虛擬原型的聯(lián)系與主要區(qū)別是什么？ ? 虛擬概念設(shè)計的原理是什么？ ? 虛擬裝配設(shè)計的原理是什么？ ? 虛擬工效學(xué)設(shè)計的原理是什么？ ? 什么是虛擬原型技術(shù)？ ? 虛擬設(shè)計技術(shù)有哪些相關(guān)技術(shù) ? ★ 2/26/2023 93 第 14章 虛擬設(shè)計 先進設(shè)計系統(tǒng) 演講完畢，謝謝觀看！