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1、虛擬設計概述專業(yè)：機械制造及其自動化姓名：彭昶學號：2201300289虛擬設計概述摘要：虛擬設計是利用計算機應用技術在計算機中構造成創(chuàng)建一個虛擬的、數字化的產品數字樣機，代替部分或全部的物理樣機，利用數字樣機來完成初期設計階段需通過物理樣機完成的各項試驗的虛擬考核。基于虛擬現實技術對產品進行不投入實物生產前的各項模擬現實測試，仿真模擬，以保證產品在初期設計階段的一次成功率。虛擬設計在制造業(yè)應用前景很廣，它所創(chuàng)建的數字樣品擁有和物理樣品相同的特性，而由于數字化使得修改，分析，優(yōu)化更容易實現，以及與各元素之間的交互性使產品設計更能適應具體要求，節(jié)約成本
2、，能實現敏捷制造，以及并行工程。虛擬設計符合綠色設計的要求，是可持續(xù)發(fā)展以及高科技技術發(fā)展的必然趨勢。關鍵詞：虛擬設計；數字化；虛擬現實技術；仿真模擬；交互性1虛擬設計的內容及產生背景虛擬設計（VirtualDesign）是以計算機輔助設計為基礎，利用虛擬現實技術發(fā)展而來的一種新的設計手段。虛擬設計涉及眾多學科和專業(yè)知識,廣泛應用于企業(yè)的生產與制造之中。本質上講,虛擬設計是將產品從概念設計到投入使用的全過程(產品的生命周期)在計算機上構造的虛擬環(huán)境中虛擬地實現,其目標不僅是對產品的物質形態(tài)和制造過程進行模擬和可視化,而是對產品的性能,行為和功能以及在
3、產品實現的各個階段中的實施方案進行預測、評價和優(yōu)化。它是產品開發(fā)的測試床。虛擬設計是20世紀90年代發(fā)展起來的一個新的研究領域，它是計算機圖形學、人工智能、計算機網絡、信息處理、機械設計與制造等技術綜合發(fā)展的產物。虛擬設計產生的背景是基于第三次計算機為代表的信息技術革命的發(fā)生，計算機技術的發(fā)展為其創(chuàng)造條件。而且在世界范圍內新的發(fā)展理念可持續(xù)發(fā)展的提出為探索新的設計方法誕生指明了方向。由于虛擬設計主張設計將從有形設計向無形設計轉變,從物質設計向非物質設計轉變,從實物產品的設計向虛擬產品的設計轉變,這一主張對環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展是非常有利的，進而對其產生發(fā)展
4、起來推動作用。2虛擬設計的特征2.1虛擬現實(VirtualReality簡稱VR)技術虛擬設計最根本特征是利用了虛擬現實技術。虛擬現實技術是一種高度逼真的模擬人在自然環(huán)境中的視聽動等行為的人機界面技術,簡單的說是一種可以創(chuàng)建的體驗虛擬世界的計算機系統。計算機所創(chuàng)造的三維虛擬環(huán)境能使參與者得以全身心地置入該環(huán)境中,并通過專用設備(立體顯示系統、頭盔顯示器、跟蹤定位器、3D鼠標)實現人類自然的對虛擬環(huán)境中實體的交互考察與操作。利用VR技術可以建立虛擬的產品模型用于設計研究,并可作為虛擬產品讓消費者試用,極大縮短了產品開發(fā)的時間,降低新產品的風險。虛擬現
5、實技術在不同領域的發(fā)展也推動虛擬設計的發(fā)展。21世紀虛擬現實技術己在建筑設計、產品設計、航天航空飛行仿真、模擬軍事演習等方面應用并取得神奇效用。以往的產品設計主要集中在產品的詳細設計階段,由于手段的限制、資金的限制對概念設計投入不多。利用虛擬現實技術能夠實現設計過程中任一環(huán)節(jié)的交互考察與操作,且所見即所得,有助于設計師更加快速、形象具體的實現和修改設計方案,減少不必要勞動,加強工業(yè)設計師與結構工程師資源共享,加強設計師與業(yè)主以及使用者之間的交流,提高產品更新速度,降低市場風險,創(chuàng)造更好經濟效益。如美國波音公司777飛機的虛擬原型機,就是利用虛擬產品設
6、計技術設計的虛擬油泥模型:在對波音777飛機進行風洞試驗時,也是完全在電腦上進行的虛擬現實試驗;美國福特汽車公司科隆研究中心設計部經理羅勃認為,采用虛擬設計技術,可使整個設計過程時間減少2/3。2.2虛擬設計的數字化虛擬設計本質的一個特征就是數字化。虛擬相對于現實而言的，顧名思義,“虛擬設計”即“非物質設計’是在計算機技術的支持下以數字形式取代了傳統的物質模型形式，具有低成本，易修改，交互性強等特點。虛擬設計按照系統工程的設計思想,以先進設計理論和方法為指導,運用新技術、新觀念進行的產品開發(fā)設計。首先利用各種信息,在數字化系統平臺里進行功能設計、結構
7、設計、形態(tài)設計、色彩設計、材質設計、人機設計等方面的產品造型方案設計；然后在數字裝配系統中實現數字化裝配；進一步在綜合評價系統中進行系統的分析評價，最后將最終方案輸出到加工設備加工出產品,投放到市場之后再收集有關信息,反饋到數字化設計平臺,實現再設計。虛擬設計數字化以CAD為產品設計的主要手段,如Pro/Engineer、Unigraphies、Solidworks等都提供了產品設計的系統模塊；利用網絡和其他平臺相連接,設計師從一開始就必須考慮到產品生命周期的每一個環(huán)節(jié)，設計、制造、使用、反饋等方面合理組織,及時解決出現的問題。2.3虛擬設計的交互性
8、虛擬設計采用的交互模式使得設計更靈活，讓設計與周圍環(huán)境更容易實現交互，能更好地滿足設計要求，完善設計產品。一
