虚拟设计的基本概念

虚拟设计是以虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术为基础，以机械产品为对象的设计手段，虚拟地制造产品，在计算机上对虚拟模型进行产品的设计、制造、测试。它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合进展的产物。
5.1.1虚拟现实
虚拟设计的技术基础为“虚拟现实”。“虚拟现实”一词由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初提出，是指综合利用计算机图形系统和各种显示、操纵等接口设备，生成可提供沉醉感受和交互操作的三维环境技术。虚拟现实是—种计算机界面技术，从本质上讲，虚拟现实确实是—种先进的计算机用户接口，它通过给用户及时提供视觉、听觉、触觉等各种客观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地点便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率，体验比现实世界更加丰富的感受。简言之，虚拟现实确实是人与虚拟世界的交流。人的动作和情绪能够操纵虚拟世界中的物体。反之，虚拟世界中的物体也能使人产生真实的感受，包括视觉、听觉、触觉等。
(4) 1975年，Myron Krueger提出了“人工现实(Artificial Reality)”的思想，展示了称之为Video place的“并非存在的概念化环境”。
(5) 20世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。
而以虚拟现实技术为基础的虚拟设计是20世纪90年代进展起来的一个新的研究领域。所谓虚拟设计确实是利用“仿真”与“虚拟现实”技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，采纳群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，在计算机上实现产品制造的本质的设计过程。
与传统的CAD软件相比，虚拟设计有专门大的优势。CAD软件差不多上只起到“电子图板”的作用，在设计方面功能甚弱。而虚拟设计技术可考虑到受力、变形分析或与其它应用软件的集成，其辅助设计功能大大增强，更有利于计算机辅助设计／制造／装配的集成。
(8) 1990年，在美国达拉斯召开的SIGGRAPH 会议上，对VR技术进行了讨论，明确提出了VR技术的要紧内容是实时三维图形生成技术，多传感交互技术，以及高分辨显示技术。这为VR技术的进展确定了研究方wenku.baidu.com。
(9) 20世纪90年代以来，在“需求牵引”和“技术推动”下，VR取得了突飞猛进的进展，并将技术成果成功地集成于—些专门有有用前景的应用系统中，如Apple公司的人机接口实验组(ATG)建立—个基于实景的成像环境，用户能在其中用Quick Time数字视频数据交互，用虚拟现实技术设计波音777获得成功，这是引起科技界瞩目的一项工作。
第
5.1虚拟设计的
科学技术的进展不断推动着设计的进步，日新月异的信息技术也深刻阻碍着设计的变革。信息技术进展的深度决定着设计师可在多大程度上利用信息技术为设计服务。早期引入计算机技术进行文档治理、二维图形处理，把设计师从枯燥无味的事务性工作中解放出来；计算机软、硬件的升级换代使得设计师能够使用计算机进行三维建模、渲染表现，人们能够从多个角度对产品进行审视。现在，信息技术的集成化、智能化进展使设计发生了全面、深刻的变化，设计进入了一个新的时代——虚拟设计时代。虚拟设计（Virtual Design，简称VD）代表了一种全新的制造体系和模式。
(2) 1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个头盔式显示器(HMD)的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到那个系统中。
(3) 1968年，Ivan Sutherland使用两个能够戴在眼睛上的阴极射线管(CRT)，研制出了第一台头盔式立体显示器(HMD)，并发表了题为“A Head-Mounted 3D Display”的论文，对头盔式三维显示装置的设计要求、构造原理进行了深入的讨论，并绘出了这种装置的设计原型，成为三维立体显示技术的奠基性成果。
虚拟现实经历了以下进展历程：
(1) 1965年，在IFIP会议上，有VR“先锋”之称的计算机图形学的创始人Ivan Sutherland作了题为“The Ultimate Display(终极的显示)”的报告，提出了一项富有挑战性的计算机图形学研究课题。他首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的差不多思想，指出人们能够把显示屏当作一个窗口观看一个虚拟世界，使观看者有身临其境的感受。这一思想提出了虚拟现实概念的雏形。至此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探究历程。
几十年来，计算机辅助设计和制造技术取得了重大成功，虚拟现实则提供了一个通向虚拟工程空间的途径。在虚拟工程空间中，我们能够设计、生产、检测、组装和测试各种模拟物体。
虚拟现实技术广泛应用于航天发动机设计、潜艇设计、建筑设计、工业概念设计等领域。1997年5月福特公司宣布，其已成为第一个着眼于“地球村”概念，采纳计算机虚拟设计装配工艺的汽车厂商。使用“虚拟工厂”的战略目标是减少其生产中采纳的90％的实体模型，这一目标的实现为福特公司每年节约2亿美元。据可能，使用“虚拟工厂”将在推出一辆新车的过程中，至少减少20％的因生产缘故修改最初设计的事件。美国通用汽车公司利用虚拟现实系统CAVE(Computer-Assisted Virtual Environment)来体验置于汽车之中的感受，其目标是减少或消除人体模型，缩短开发周期。
(6) 1985年，Scott Fisher等研制了闻名的称之为VIEW的一种“数据手套(Data Glove)”，这种柔性、轻质的手套装置能够测量手指关节的动作、手掌的弯曲以及手指间的分合，从而可编程实现各种“手语”。
(7) 1986年，第一套基于HMD数据手套的VR系统VIEW研制成功。这是世界上第一个较为完整的多用途、多感知的VR系统，它使用了头盔显示器、数据手套、语音识不与跟踪等技术，并应用于空间技术、科学数据可视化、远程操作等领域，被公认为当初VR技术的发源地。