汽车虚拟现实技术在汽车开发中的应用

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虚拟现实的组成包括用户(操作者)、机 器及人机接口三个基本组成部分。
借助虚拟显示技术,可以对现实世界的事 物进行动态仿真。
计算机屏幕显示的场景能够跟踪用户的输 入,及时按照输入信息修改场景,使用户 和虚拟环境之间建立起实时交互性关系, 进而使用户产生身临其境的沉浸感觉。
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1)为了方便设计师对产品各方面包括外观、零部 件间的关系、性能等方面做出评价,以减少设计上 的错误和最大限度地满足客户需求。
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针对头盔显示器 戴上不舒适感进 行了改进,同时 分辨率上有所提 高。 通过多连杆机构 在操作范围的任 意移动,达到位 置跟踪的效果。
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与头盔显示器和双筒全方位显示器相比可供 多用户同时使用。 在操作者可以通过数据手套、位置跟踪器等 实现人机交互。
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可供用户10人左右
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建立全景虚拟环境(CAVE)的目的: 1)生成高清晰度全彩色的逼真影像,改善周边
物理系统

数学模型

计算机

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2)汽车虚拟样车仿真技术的内容: (1)几何仿真,整车结构的几何特性与装配关系的仿
真; (2)性能仿真,动力学性能和动力学特性的仿真 。
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3)虚拟试验的优点: (1)可以大幅度减少样机制造试验次数,缩短新产品
试验周期,降低实际试验的费用。 (2)可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互
4)立体声场、触觉以及其他非视觉技术的应用大 大加深了虚拟环境的沉浸感。
5)在不同地点的人通过网络可以分享虚拟环境, 在虚拟空间中相会、交谈和动作交互。(多用户)
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具有沉浸感的虚拟环境硬件系统包括: 一、可视化视觉通道 二、虚拟幕墙 三、全景空间 四、立体声场的听觉通道 五、语言、位置和姿态输入装置

4)CAE技术应用非常广泛,可用于以下(

)

A.虚拟实验 B.VPG C.VR D.CFD

E. 有限元分析

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5)FOA使用( )来进行拓扑优化,为新结构 的设计、优化提供启示,并提出一些结构修改的建 议。
6)以( )、( )为基础的数字化设计技术和以( )为基础的数字化制造技术,是产品数字化开发技术 的核心
汽车数字化开发技术

数字开发有哪些技术,具体应用、与传统开发相比 有哪些优势?
例如:CFD技术(计算流体动力学),是研究流体 在基本控制方程下运动的数值模拟方法。用于计算 分析汽车外流场,与传统的风洞试验相比,CFD方 法不需要实车模型,具有周期短、成本低、可反复 计算等优点。
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1)仿真的三个基本要素是: 系统、模型、计算机
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1)汽车虚拟原型
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John Deere公司的装载机虚拟原型
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3)虚拟维修 4)虚拟风洞
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3.4.1数字制造的定义 一、定义:
数字制造又称虚拟制造,可以定义为“借助建模和 仿真技术提高制造企业各层面决策和控制水平的、 集成化的、在计算机上人工合成的制造环境”。
是数字化开发的重要组成部分,可以检验关键零件 的可制造性以及整机的易装配程度。
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为了实现在虚拟现实中的漫游,必须知道浏览者在 三维空间中的位置和方向,尤其是必须知道头部的 位置与方向,以相应地改变场景。这就需要位置跟 踪器跟踪头部的位置与方向,也就是需要位置跟踪 器描述物体的3D位置。
目前采用的位置跟踪器有磁场式、超声波式、红外 线式及发光二极管式等,但使用较多的是磁场式及 超声波式。
2)为了缩短产品的设计周期和节省试制费用,避 免多次制造样机。
3)为了使数字化产品模型具有更强的人机交互功 能,使用户能在虚拟环境中感觉到产品的存在。
4)为了方便产品设计开发人员、生产管理人员、 营销人员组成的团队可以从不同角度对产品的设计 方案进行讨论。
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虚拟现实在工程中的应用 虚拟现实在医学中的应用 虚拟现实在航天和军事中的应用 虚拟现实在商业中的应用 在娱乐、艺术和教育中应用 虚拟现实在车辆工程方面的应用
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为使用现有的软件,并将虚拟原型集成到产品开发过 程中,还需要下列两个接口: 1)虚拟环境和外部工具之间的接口。 2)与产品数据模型库的接口。
虚拟原型不是要代替现有的CAD技术,而是在CAD数 据的基础上进行工作,虚拟原型给所设计的物体提供 了附加的功能信息。产品数据模型库将包含完整的、 集成的产品模型数据及管理,从而为产品开发过程各 阶段提供共享的信息。
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20 .10.16 20.10 .16Friday, October 16, 2020



人生得意须尽欢,莫使金樽空对月。 10:57: 2210: 57:22 10:571 0/16/ 2020 10:57:22 AM



安全象只弓,不拉它就松,要想保安 全,常 把弓弦 绷。20 .10.16 10:57 :2210 :57Oct -201 6-Oct- 20
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3.2.1人机交互方式发展历程 3.2.2具有沉浸感虚拟环境的特点 3.2.3虚拟环境硬件配置 3.2.4虚拟环境软件配置
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5个阶段: 1)传统的屏幕显示、键盘和鼠标 2)从三维图形到观看“桌面虚拟现实” 3)头盔显示器和双筒全景显示器(具有沉浸感) 4)数据手套和触觉反馈装置 5)超大屏幕或全景虚拟环境(多用户深度沉浸感)
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1.电子数据仓库和文档管理 2.工作流程和过程管理 3.产品结构和配置管理 4.分类和检索 5.过程和项目管理
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习题:

1)简述有限元分析的基本步骤。

2)逆向工程的主要过程可分为( )和( )。

)、(

3) 结构离散就是将求解区域分割成具有某种几何 形状的单元,也称为( )。

A.几何建模 B.划分网格 C.划分边界 D.单元分 析
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3.1.1虚拟现实的定义 3.1.2虚拟环境开发的目的 3.1.3虚拟现实在各个领域的应用
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是一种为改善人与计算机的交互方式、提 高计算机可操作性的人机界面综合技术。
它通过高速图形计算机、头盔显示器或其 他三维视觉通道、三维位置跟踪器和立体 声音响,使计算机用户能够沉浸到计算机 屏幕所显示的场景中去,从而产生一种类 似“幻觉”的人工三维环境——“虚拟环 境或灵境”。
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二、数字制造虚拟环境的组成:
1)虚拟机器建模环境 2)虚拟产品设计环境 3)虚拟产品制造环境 4)虚拟产品装配环境
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三、虚拟制造的特点
(1)集成性:虚拟制造包含了虚拟设计、虚拟加工、 虚拟装配等过程。其次,各子过程并不是独立运行的, 而是彼此之间相互影响、相互支持,共同完成对实际 制造过程的分析与仿真。 (2)反复性:虚拟制造大多数环节都遵循 “方案拟 定——仿真评价——方案修改”的一个多次反复的工 作流程。 (3)并行性:指的是分布在不同节点的工程技术人员、 计算仿真资源和数据知识资源,在计算机网络和分布 式虚拟现实环境下,针对生产中的某一任务,群组协 调工作。 (4)人机交互性:虚拟制造通过虚拟现实环境将计算 机的计算和仿真的过程与人的分析、综合和决策的过 程有机地结合起来。
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1)头盔显示器 2)双筒全方位显示器 3)虚拟桌面和虚拟幕墙 4)全景虚拟环境
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可以提供立体场 景显示、立体声 音输出以及头部 位置跟踪的功能。
头盔前方的小盒有两个小液晶显示屏,利用光学 原理让左右眼看到的图像略有差别以达到立体效 果。 位置追踪器能够不断测量用户头部的位置和方向, 并将计算机生成的场景调整到与头部位置和姿态 相适应的场景,使用户可以在各个角度观看生成 的虚拟产品。
视野效果; 2)减少用户负重的硬件,消除头部转动的误差; 3)开发能够同时看到现实世界和虚拟世界的显
示装置; 4)开发能够与超级计算机联网的可视化的工具
和数据源。
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利用CAVE开发奔驰新车型
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数据手套 操纵杆 操纵手轮 三维控制装置
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数据手套(DataGlove)是 一种把手势输入计算机的 工具。戴上数据手套后, 当手活动时手套检测这些 活动,并向计算机送出相 应数据,计算机将这些数 据转化为虚拟手的动作, 如握拳、手平直、伸出食 指等。根据系统的规定, 不同的手势可以表示不同 的控制指令,例如用手平 直指出飞行的方向,用握 拳表示返回等。
Leabharlann Baidu
CIMData公司总裁EdMiller认为:PDM是一门用 来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过 程的技术。
在计算机网络中,对产品数据进行安全的存储、 分配、追踪、监测、更新以及控制。
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1)产品增值链的核心环节 2)应用系统的集成平台 3)数据安全性的重要保证 4)虚拟(数字化)产品的管理工具 5)知识管理系统的重要组成部分 6)电子商务的核心技术 7)产品全生命周期管理的基础
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1)采用与人体位置有关的观察方法,从而提供了 在三维空间中运动的视觉界面,为用户在虚拟环境 中东张西望、走进走出或飞越创造了基本条件。
2)超大 屏幕的立体景观加强了空间的深度和广度, 全景虚拟环境将与人的身材大小相适应。
3)通过数据手套、操纵杆、遥控器空间球和立体 鼠标等装置可以操纵和控制虚拟对象。
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3.5.1数字工厂的定义
数字工厂是一个集成化的虚拟仿真环境,它将制 造企业信息管理系统与虚拟制造的各种应用结合 到一起,提供了一个从产品设计到产品废弃的全 生命周期数据管理平台。
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原型车的构建的步骤:
(1)计算察看方向; (2)分析用户接触; (3)渲染。
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汽车数字化开发技术
它是在CAD模型的基础上,使虚拟技术与仿真方法 相结合,为原型的建立提供的新的方法。
虚拟原型技术可用来快速评价不同的设计方案,与 物理原型相比较,虚拟原型生成的速度快,生成的 原型可被人们直接感触、操纵和修改,且数据可被 重新利用。运用虚拟原型技术,可以减少且甚至取 消物理原型的制作,从而加速新产品的开发进程。
反馈。 (3)可对试验过程进行回放、再现和重复。
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4)汽车碰撞安全仿真试验从哪几个方面进行? 要研究的内容包括哪几个?
试验从哪五个方面进行:(1)正面碰撞( 2)后部 碰撞 (3)侧面碰撞( 4)顶部压垮 (5)侧门强 度。
研究的内容包括:(1)车身结构的耐撞性研究 (2 )碰撞生物力学研究 (3)乘员约束系统研究 (4 )安全内部饰件研究。
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虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,利用虚拟 装配,可以验证装配设计和操作的正确性,及早 发现装配中的问题,对模型进行修改,并通过可 视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员 考虑可行的装配序列,自动生成装配规划。
虚拟装配系统包括数值计算、装配工艺规划、工 作面布局、装配操作模拟等。
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虚拟装配场景示意
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1)从CAD/CAM模型中取出几何模型。 2)镶嵌:用多面体和多边形逼近几何模型。 3)简化:根据不同要求删去不必要的细节。 4)虚拟原型编辑:着色、材料特性渲染、光照渲染
等。 5)特征轮廓的粘贴,以更好地表达某些细节。 6)增加周围环境和其他要素的几何模型。 7)添加操纵功能和性能。
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虚拟现实应用工具箱——MRTK软件包 虚拟现实系统应用工具箱——WTK程序包 CDK(Cyber space Developer Kit)软件
包 虚拟现实建模语言VRML
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3.3.1虚拟原型的概念 3.3.2建立虚拟原型的主要步骤 3.3.3虚拟原型的应用
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虚拟原型(Virtual Prototypling)是利用虚拟环境在 可视化方面的优势以及可交互地探索虚拟物体的功 能,对产品进行几何、功能、制造等方面交互的建 模与分析。



加强交通建设管理,确保工程建设质 量。10 :57:22 10:57 :2210 :57Friday, October 16, 2020



安全在于心细,事故出在麻痹。20.1 0.162 0.10.1 610:5 7:221 0:57:2 2Octo ber 16, 2020
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5)汽车碰撞安全仿真的发展趋势: (1)提高仿真运算速度,它是汽车碰撞仿真技术发展
的核心; (2)发展新的人体模型模拟技术; (3)寻求接触搜寻新算法; (4)研究降解积分新技术; (5)子循环技术。
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汽车数字化开发技术

3.1虚拟现实技术的概述 3.2虚拟环境的建立 3.3产品的虚拟原型 3.4数字制造 3.5数字工厂
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