第3章 汽车虚拟现实技术

2013-7-10
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二、虚拟现实的分类
1.桌面虚拟现实系统 桌面VR系统使用PC和低级工作站实现仿真，计算 机的屏幕作为参与者观察虚拟环境的一个窗口，各 种外部设备一般用来驾驭该虚拟环境，并且用于操 纵在虚拟场景中的各种物体。桌面VR系统虽然缺 乏头盔式显示器的那种完全沉浸功能，但它依然比 较普及，这是因为它的成本相对较低。
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一、虚拟现实的基本概念
(4) 沉浸性，虚拟现实的音像和传感系统能够使使用者产生 浸没于虚拟世界中的幻觉，即虚拟现实意味着在一个虚拟 环境中的感官沉浸。 (5) 到场(Presence)，,虚拟现实能够使人实时地以远程的 方式于某处出场，即虚拟出场。 (6) 全身沉浸，这是一种不需要人体传感器的方式，摄像机 和监视器实时地跟踪人的身体，将人体的运动输人到计算 机中，人的影像被投影到计算机界面上，这使得人通过观 察他的投影的位置，直接与计算机中的图形物体(图片、文 本等)发生交互作用。 (7) 网络通信，虚拟现实可以通过网络实现共享，使用者通 过自行规定并塑造虚拟世界中的物体和活动，就可以不用 文字或真实世界的指标来共享幻象的事物和事件。
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3.1虚拟现实技术的概述
虚拟现实的基本概念 虚拟现实的分类 产品的虚拟原型 虚拟现实在各个领域的应用
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三、产品的虚拟原型
建立虚拟原型的主要步骤如下： 1)从CAD／CAM模型中取出几何模型。Βιβλιοθήκη Baidu 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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第三章 汽车虚拟现实技术
3.1虚拟现实技术的概述 3.2虚拟现实硬件的组成 3.3 虚拟现实的软件环境 3.4 虚拟设计技术 3.5虚拟制造技术 3.6 虚拟装配过程
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二、虚拟现实的分类
按虚拟现实系统沉浸的程度不同，虚拟现实系统可分为 桌面虚拟现实系统(Desktop VR ) 沉浸式虚拟现实系统(Immersion VR ) 分布式虚拟现实系统(Distributed VR)
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一、虚拟现实的基本概念
虚拟现实的技术基础性描述 将真实感的传达和交互两个方面综合起来就形成了 虚拟现实的基本概念。迈克尔· 海姆在《虚拟实在 的形而上学》一书中对虚拟现实作了较为全面的描 述，内容涉及七个方面： (1) 模拟性，虚拟现实是计算机图像系统对真实景 象的逼真模拟，三维音频令虚拟现实增色。 (2) 交互作用，虚拟现实就是他们能与之进行交互 作用的电子象征物。 (3) 人工性，虚拟现实是一种人造物。
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四、虚拟现实在各个领域的应用
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 环境管理 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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一、虚拟现实的基本概念
虚拟现实的概念可以从两个方面描述进行描述：
一是从纯粹的技术层面加以描述； 二是在技术的基础上结合使用者的感知加以描述。
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一、虚拟现实的基本概念
1.技术层面的描述 从技术上来讲，虚拟现实是从计算机仿真发展而来 的，其实质是一种逼真的仿真模型。 2. 用户层面的描述 虚拟现实试图从身体感官和知觉等感性层面进行仿 真，这种仿真的基础又是理性层面的科学理论。虚 拟现实的精致程度要受到科学理论和技术手段的制 约，对决定感觉参数的数据流的处理是问题的关键 。
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三、产品的虚拟原型
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。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。
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二、虚拟现实的分类
在桌面VR系统中，立体视 觉效果可以增强沉浸的感觉。 三维眼镜和安装在计算机上 的立体观察器、液晶显示光 闸眼镜等都会产生一种三维 空间的幻觉。由于它采用标 准的CRT显示器和立体 （Stereoscopic）图像显示 技术，其分辨率高，价格便 宜。图3.2 为桌面式VR系统 的基本结构。
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四、虚拟现实在各个领域的应用
虚拟现实在车辆工程方面的应用
计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，推动了虚 拟现实技术在车辆工程方面的应用。1972年，美国通用汽 车公司首先开发了车辆动力学和燃油经济性的通用预测程 序GPSIM,该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油 耗、累计油耗、行驶时间和距离，预计汽车设计参数：质 量、传动比、空气阻力系数等的变化对汽车的影响。美国 能源服用试验室NREL（National Renewable Energy Laboratory）在Matlab的环境下，利用Simulink工具开发 的ADVISOR(Advance Vehicle Simulation)能够在汽车未 成型前评价出普通汽车、电动汽车和混合动力汽车的动力 性、经济性和排放等性能。
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二、虚拟现实的分类
沉浸式虚拟现实系统 沉浸式VR系统利用 头盔式显示器和数据 手套等交互设备把用 户的视觉、听觉和其 他感觉封闭起来，使 参与者暂时与真实环 境隔离，从而真正成 为VR系统内部的一 个参与者。
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三、产品的虚拟原型
虚拟现实数据模型是对设计对象进行的虚拟原型描 述。它包含物体在虚拟环境中进行显示和操作所需 要的信息，使产品可视化。虚拟环境数据模型包含 由建模、显示和仿真工具产生的几何和光照渲染信 息。通过人机交互操作装置解释用户的操作，进而 改变相关参数，生成仿真操作的逻辑事件。
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三、产品的虚拟原型
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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二、虚拟现实的分类
分布式VR系统 分布式VR系统是在沉浸式VR系统的基础上将不同 的用户(参与者)连接在一起，共享一个虚拟空间， 使用户协同工作达到一个更高的境界。
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二、虚拟现实的分类
交互和沉浸是所有虚拟现实的两个实质性的特征。
早期的虚拟现实可能只有部分虚拟现实的特性，例如环幕 电影或立体电影。实际应用中，不同虚拟现实系统设计的 侧重点和所受约束各不相同，有些应用也不需要完全的沉 浸和投入。受资金限制不能装备最先进的硬件设备，或是 硬件本身的性能达不到要求，这样系统的计算速度、交互 手段可能就会受到影响，此时主要从软件上着手可以弥补 某些缺陷，例如虚拟全景空间、虚拟仿真等。由于工程应 用本身并不限制使用的技术范围，只要能达到目标，是可 以把各种技术有效地集成起来，设计出一个成功的虚拟现 实系统。