虚拟设计及其应用课件

产品数字模型
传统CAD系统的缺点
人机交互手段不足
以鼠标和键盘为代表的人机交互工具不符合 设计人员习惯
几何尺寸必须确定
在几何尺寸等信息尚未确定的概念设计等上 游设计阶段，传统的CAD无能为力
物理属性考虑欠缺
无法真实地表现产品的物理特性，因此不能 真实地分析产品性能
虚拟产品建模
Virtual Prototype
虚拟现实!
虚拟环境 virtual environment
人工现实 artificial reality
计算机合成环境 computer synthesized environment
虚拟现实的基本特征
沉浸
Immersion
3I
交互
Interaction
想象
Imagination
虚拟现实系统
报 废 人员 品
产品
评价 制造
设备
厂房
设备
厂房
外在因 素变化
设计开发目标
避免错误、或尽早发现错误、尽早修正错误
60
75%修改源于50 设计开发
40
80%修改由制造 后续阶段完成
%
30
20
10
0 产品定义 产品开发 工艺规划
制造
检验 应用
计算机技术的成熟 为改变设计方式，提高 设计水平提供了很好的 手段和工具
零件
重点放在 产品的形成过程
原型
计算机辅助绘图
1960年代初，美国I Sutherland提出交互 式
计算机辅助 绘图的概念 ，由此开创 了计算机图 形学和计算 机辅助绘图 技术的领域
计算机辅助几何造型
产品的三维几何模型包含更多的产品几何 信息，可以 用于进一步 的产品分析 和生产准备。 同时三维几 何模型直观， 便于设计人 员直接评价
厂房
何谓虚拟
其一、完全高度的数字化 其二、异地协同产品开发的网络化 其三、虚拟现实技术提供的多维交互性
二、CAD技术
CAD技术的发展
智能设计 绘图造型 工程分析
产品建模技术的发展
Digital Mock-up Digital Prototype
3D CAD 2D CAD 绘图
重点放在 开发和制造
Digital Mock-up Digital Prototype
3D CAD
2D CAD 绘图
重点放在
重点放在
重点放在
开发和制造 产品的形成过程 产品全生命周期
零件
原型
产品
三、虚拟现实技术
虚拟现实？
虚拟现实技术(Virtual Reality, VR) 是一种三维计算机图形技术与计算机硬件 技术发展而实现的高级人机交互技术，允 许用户通过视觉、听觉、触觉甚至嗅觉和 味觉等多种知觉方式实时地与计算机所建 造的仿真环境发生相互作用。
比如，在进行轿车整车装配时，车身是 由计算机产生的图像，而车架、装配环境则 是实物，用户可以操作车身，使之逼真地安 放在真实的车架上，从而进行装配分析。
四、虚拟设计技术 及其应用
虚拟产品设计
虚拟产品设计是以虚拟现实 技术为基础，实现产品或工程设 计与评价分析的技术，是新一代 的计算机辅助设计技术。
虚拟厂房
虚拟生产线
虚拟工程
五、应用事例
虚拟人工拆卸
工程设计与仿真
六、结束语
虚拟设计技术使人类从虚拟的世界中获得巨大的现实效益
使人类更多的梦想成真
•
每一个优秀的人，都有一段沉默的时 光。那 一段时 光，是 付出了 很多努 力，忍 受孤独 和寂寞 ，不抱 怨不诉 苦，日 后说起 时，连 自己都 能被感 动日子 。。22. 3.2322. 3.23We dnesda y, March 23, 2022
语音与手势合用
指着对象，“选择” 确定双手间距，“长度这么长” “改变长度”，作手势
虚拟形状设计
对于自由曲面，主要采 用手势和虚拟工具，完 成曲面设计。
虚拟形状设计
单独使用手势
手势比划
虚拟工具
虚拟油泥建模(Virtual Clay Modeling)： 允许工业造型技术人员以类似于传统的 手工设计方式（刮、削、扫、抹等）制 作出随心所欲的模型
主要内容
一、前 言 二、CAD技术 三、虚拟现实技术 四、虚拟设计技术及其应用 五、应用事例
一、前 言
设计开发的重要性
70 60 50 40 30 20 10
0 开发设计
生产准备 与加工
原料与外 购件采购
管理和销售 对成本的影响 所需的工时成本
现实产品开发与生产
设计
原料
人员
试制
报 废 品 原料
虚拟产品开发
虚拟产品开发技术是以计算机 仿真和产品生命周期建模为基础 ，计算机图形学、人工智能、网 络技术、多媒体技术和虚拟现实 技术等在产品开发（包括产品构 思、设计、制造、测试和分析等 ）的综合应用技术。
虚拟产品开发的定义
Simulation of product development activities based on
虚拟产品设计技术的应用
形状设计 装配设计 工程设计
虚拟形状设计
对于规则形体，可以 采用语音识别、手势 跟踪的交互系统实现 实体生成、尺寸更改 、形状变更、实体变 换（移动、旋转等） ，从而完成形体设计
虚拟形状设计
单独使用语音命令
“产生高20mm、长100mm、宽50mm的长方体” “放置对象于X=10、Y=10、Z=20处” “将对象沿X移动10mm”
场景显示系统 触觉反馈器
操
VR 计
作 VR硬件 软 算
者
件机
方位跟踪系统 声音识别系统
虚拟现实设备（输入设备）
数据手套和数据衣 跟踪系统的位置传
感器(电磁式、声 学式、光学式、机 械式)
虚拟现实设备（输出设备）
头盔显示器 眼镜 环幕
增强虚拟现实
增强现实技术(Augmented Reality) 是一种 “虚实结合”的人机交互技术，是“看穿 (see-through)”计算机生成显示的技术。
Models of product development process and system
分析
设计
加工
装配
测试
Product Development in Computer
虚拟产品开发与生产
市场信息
报废品
设计
反
馈
虚拟加工
百度文库
信
虚拟装配
息
原料 人员 产
虚拟检测
虚拟样机 评价
数据/信息
实际制造
品
设备
虚拟装配设计
借助虚拟装配设计技术，设计人员 可以在虚拟环境中使用各种装配工 具对产品的装配性进行分析，而且 可以产生装配规划
虚拟装配设计
设计人员可以利用手套或其它设备 按照自己的经验装配或拆卸零件
虚拟工程设计
对于生产线、厂房车间、 地铁等大型工程设计，虚拟 设计技术提供对设计方案评 价的非常直观的手段