現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法虛擬設(shè)計(jì)

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1、虛擬設(shè)計(jì)【摘要】介紹了虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展背景及應(yīng)用領(lǐng)域，論述了以虛擬設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)和體系結(jié)構(gòu)，虛擬設(shè)計(jì)的幾何建模、基于圖像的建模、圖像與幾何相結(jié)合的建模技術(shù)等基木的建模方法，以及應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵字】虛擬設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)建?；A(chǔ)1虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展背景虛擬設(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息處理、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物，在機(jī)械行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景，如虛擬布局、虛擬裝配、產(chǎn)品原型快速生成、虛擬制造等。目前，虛擬設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的革命性影響已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。由于虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本上不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與加工

2、過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即完成產(chǎn)品的數(shù)字化過(guò)程。與傳統(tǒng)的的設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)相比較，它具有高度集屮、快速成型、分布合作等特征。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)不僅在科技界，在企業(yè)界引起了廣泛關(guān)注，成為研究的熱點(diǎn)。2虛擬設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)“虛擬現(xiàn)實(shí)”虛擬現(xiàn)史(virtualreality)是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)處擬世界(virtualworld)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬設(shè)計(jì)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)理念和技術(shù)手段的設(shè)計(jì)，是在由高性能計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的虛擬空間中通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)的輔助進(jìn)行產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)過(guò)程。虛擬設(shè)計(jì)充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多感知和沉浸感兩個(gè)重耍特征，構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境、人類(lèi)不可能到達(dá)的環(huán)境和耗資巨大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境。在

3、虛擬設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)對(duì)象可以通過(guò)極具沉浸感的顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)在人們的眼前，通過(guò)力反饋系統(tǒng)將設(shè)計(jì)對(duì)象的力學(xué)特性傳遞給設(shè)計(jì)者，通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的觀(guān)察、檢測(cè)、優(yōu)化，從而在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段模擬出產(chǎn)品即虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程并評(píng)估對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響：預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能、性能、制造成本、可制造性、可維護(hù)性、可拆卸性；提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功率，靈活經(jīng)濟(jì)地組織生產(chǎn)制造，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期和降低成本，縮小產(chǎn)品設(shè)計(jì)與用戶(hù)之間的距離。虛擬設(shè)計(jì)的概念融入了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理念，同時(shí)具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及其方法的一些特點(diǎn)，側(cè)重具體的設(shè)計(jì)、應(yīng)用。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)需要借助虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，借助虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境能更好地發(fā)揮

4、虛擬技術(shù)的效能。3虛擬設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)3.1虛擬設(shè)計(jì)的特點(diǎn)虛擬設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對(duì)在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立的模型進(jìn)行修改。一個(gè)虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備三項(xiàng)功能：3D用戶(hù)介面；選擇參數(shù)；數(shù)據(jù)表達(dá)與雙向數(shù)據(jù)傳輸。就“設(shè)計(jì)”而言，所有的設(shè)計(jì)工作都是圍繞虛擬原型而展開(kāi)的，只要虛擬原型能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則實(shí)際產(chǎn)品必定能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；而進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，所有的設(shè)計(jì)工作都是針對(duì)物理模型（或概念模型）展開(kāi)的。就“虛擬”而言，設(shè)計(jì)者可實(shí)時(shí)、交互、可視化地對(duì)原型在沉浸或非沉浸環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)改進(jìn)，并能馬上看到修改結(jié)果；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者是面向圖紙的，是在圖紙上用線(xiàn)條、線(xiàn)框勾勒出概

5、念設(shè)計(jì)。3.2虛擬設(shè)計(jì)、制造的優(yōu)點(diǎn)虛擬設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):①虛有擬設(shè)計(jì)繼承/虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的所有特點(diǎn)②繼承丫傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，便于利用原有成果;③具備仿真技術(shù)的可視化特點(diǎn)，便于改進(jìn)和修正原有設(shè)計(jì)；④支持協(xié)同工作和異地設(shè)計(jì)，利用資源共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；⑤便于利用和補(bǔ)充各種先進(jìn)技術(shù)，保持技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。圖1所示為傳統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)制造，它需要從設(shè)計(jì)一＞試制一?評(píng)價(jià)一＞制造反復(fù)循環(huán)，需要反復(fù)制造與實(shí)驗(yàn)物理樣機(jī)，從試制階段起就需要投入大量原料、人員、廠(chǎng)房、cmrrn圖2所示為虛擬制造，它的設(shè)計(jì)一?加工一?裝配一?評(píng)價(jià)階段都可以在虛擬環(huán)境下進(jìn)行，即所謂“數(shù)字樣機(jī)”的反復(fù)設(shè)計(jì)一?加工一?裝配一

6、S平價(jià)，得到的和傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息；在實(shí)際制造階段才需要投入原料、人員、廠(chǎng)房、設(shè)備，時(shí)間短、成本低、效率高、風(fēng)險(xiǎn)小，可以迅速對(duì)市場(chǎng)的需求作出反應(yīng)。1虛擬設(shè)計(jì)建?；A(chǔ)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程是在虛擬的條件下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和分析。它的顯著特點(diǎn)之一就是利用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化模型一一虛擬產(chǎn)品來(lái)代替實(shí)物模型進(jìn)行仿真、分析，從而提高產(chǎn)品在時(shí)間、質(zhì)量、成木、服務(wù)和環(huán)境等多目標(biāo)優(yōu)化中的決策水平，達(dá)到全局優(yōu)化和一次性開(kāi)發(fā)成功的目的。建模概念完整意義上的虛擬環(huán)境由硬件、軟件和用戶(hù)界面三個(gè)部分組成。如果把虛擬環(huán)境的硬件部分看做其肢體，則虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的軟件控制部分就是其大腦。虛擬環(huán)境中采用的軟件有以下四

7、類(lèi)：⑴語(yǔ)言類(lèi)如C++、OpenGL、VRML等；⑵建模軟件類(lèi)如AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer、I-DEAS、CATIA等；(3)應(yīng)用軟件類(lèi)指用戶(hù)按自己的各種需求，選擇或開(kāi)發(fā)的自用軟件；(4)通用的商用工具軟件氈指幫助用戶(hù)建立虛擬環(huán)境的通用和基木的軟件，可以使用戶(hù)顯著地加快虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。目前，己經(jīng)有了一些可用于建立虛擬環(huán)境的圖形軟件如，WTK、OpenGL、