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1虛擬現實技術的原理、構成和關鍵技術

1.1虛擬現實技術的基本要素

基于虛擬現實技術的虛擬世界能夠滿足下列要求：首先，凸顯那些實際存在，然而由于某種原因導致人類難以達到的區域，比如宇宙空間、核反應堆或者人體內部等距離非常遙遠、具有很大危險性、亦或根本無法進入的領域，這時能夠通過計算機進行作業和感受；其次，反映那些實際根本不存在的事物，和實際存在的事物進行比較，比如世界杯足球賽的模擬比賽就是一個非常典型的案例[3]；再次，發明在現實世界里不可能存在，并且日后也不可能存在的嶄新世界，致使人類步入這一全新的世界之后，能夠得到同現實世界完全不同的感受，比如，時空的轉變、驗證木星等星球上有沒有人類生存的環境以及相應措施等。

1.2虛擬現實技術的關鍵技術

在VRT當中，通常不僅包括高性能計算機系統軟硬件設備，而且還有實時三維圖形系統與虛擬現實交互尖端技術。通過利用實時三維圖形系統，能夠產生有逼真感的圖形，這些圖像具有三維全彩色、明暗、紋理以及陰影等特點。而虛擬現實是一種交互式與高端的計算機顯示技術，通常雙向對話是它的一種非常重要工作途徑。在開展虛擬現實交互技術時，人往往是主動的，必須參與，而不再擔任觀眾，有些時候甚至還擔當主人的任務。

2虛擬技術在現代機械工程中的作用

2.1縮短產品的開發和生產周期

當代機械產品研發能夠全面利用計算機仿真技術，不但可以仿真實現產品的研發與生產過程，而且還不用消耗實際的資源與能量，然而卻可以真實反映產品的相關狀況。虛擬設計技術在概念設計與方案論證當中通常用虛擬模型來取代現實模型驗證設計方案，很好地規避了以往設計模式中設計階段的出現過的失誤對工期與成本的巨大影響將以不斷擴大的方式向后續階段進行傳播的問題，這樣可以更加高效地降低新產品開發的周期，從而提高新產品設計品質與效率[4]。

2.2提升產品制造成功的概率

VRT虛擬技術通過對實際制造活動中的人、事物、信息及其制造過程展開全面的仿真活動，通過從虛擬環境中得到的各種信息，能夠及時發掘制造中可能產生的問題，感受未來產品裝配的特性與功能或者裝配系統的運行狀態，進而能夠做出預見性的決策和優化實施計劃。在產品大量生產之前就采取預防辦法，最終實現產品一次性制造成功，保障產品一次制造均不失敗。

2.3降低產品開發成本

應用系統仿真軟件在不同虛擬環境中精確地模擬系統的運動狀態，它能夠在計算機上便捷地修改設計中存在的缺陷，模擬實驗不同的設計計劃，通過對整個系統進一步改進，最終得到最優設計方案，從而做出物理樣機。這樣就規避了以往設計中不斷通過物理樣機驗證然后修改設計方案的過程，在很大程度上減少了實驗成本[5]，然后按照經驗把成本層層分解到各子裝配體與零件當中，再對比零件的實際價格與預計成本之間的差異，進而降低產品的開發成本。

3虛擬技術在現代機械工程中的應用領域

3.1虛擬制造

所謂虛擬制造（VM）是指將計算機仿真與虛擬現實技術作為技術支持，通過對產品設計和制造等過程開展統一建模，然后在產品設計階段及時地、并行地仿真產品，對將來制造整個過程及其產品設計的主要影響，進而預測產品功能與特性、可制造性以及成本等，然后更加高效地、柔性靈活地開展生產，最終使新產品開發能夠一次實現成功[6]。虛擬制造技術的應用能夠從本質上轉變現行的制造方式，對將來制造業的發展將會產生極其深遠的影響，為整個制造業帶來翻天覆地的變化。

3.2虛擬儀器

所謂虛擬儀器（VI）是指一種應用計算機技術與電子技術發展起來的智能化設備，與以往儀器相比，其在概念與功能上有著很大創新。虛擬儀器利用計算機軟件把通用計算機和基本的信號采集及其調理硬件緊密結合了起來，實現了傳統儀器所具備的和無法具有的作用。虛擬儀器能夠使用一樣的硬件系統，運用不同的軟件就能夠實現功能幾乎完全不同的各類測量，從而使得測試儀器的費用很大程度的降低，而且操作非常方便，降低了測試儀器的操作與維護的時間和復雜性等。

3.3虛擬產品開發

目前，虛擬產品開發使用計算機及其工藝技術來研發和研究零部件，而且在裝配與制造等整個過程中運用相關信息，最終建立全部產品總體模型[7]。而在虛擬產品開發環境當中，產品只被當成一種數學模型，所以不僅修改方便快速，而且能夠減少成本，降低設計時間，提升產品品質。即便面對的是一種復雜產品，也僅僅需要制作一次最終的實物模型，最終使得新產品開發能夠獲得一次性成功。

4結束語

機械設計的根本目標是設計出合適的產品，就是設計出一個裝配體，以往的裝配體設計是一個自下而上的設計過程，這樣，非常容易產生裝配體各部件的相關和設計目的不一致等問題。而虛擬設計就是為了避免這些缺陷而產生的。它不但能夠讓設計師看到甚至感受到自己的設計成果，還可以簡化設計流程，降低設計時間。

作者：王鳳麗田向陽單位：平頂山市國資委平高集團有限公司