虛擬現實，用數字技術詮釋生產力

電影《少數派報告》中有著這樣一個情節：主人公在空中用手指揮舞了幾下，很快，在他面前憑空出現了一個虛擬的立體城市。通過手指拖拽，這座城市可以旋轉，也可以被放大縮小、變換視角。

與之類似的場景已經無數次地被科幻電影導演們搬上銀幕。但是從今天起，如果再有科幻電影運用這樣的橋段，那么我們可以毫不猶豫地認為，這個電影的導演已經落伍了。因為，這類應用已經實實在在地來到我們的身邊，而不再是科學幻想。

IT技術植入工業設計

這類將使用者所見以三維立體呈現出來的技術被稱為虛擬現實（Virtual Reality）。利用信息技術，虛擬現實可以逼真地描繪出視、聽和嗅覺，并允許使用者以更自然的方式與虛擬世界進行交互。虛擬現實融合了計算機圖形、計算機仿真、人工智能、傳感、顯示以及網絡并行處理等多種技術門類，是IT技術發展的一個綜合體。

在虛擬現實發展的基礎上，又隨之誕生了名為增強現實（Augmented Reality）的概念。與虛擬現實著重用戶在虛擬世界的沉浸感不同，增強現實主要強調將所創造的虛擬物體與真實世界結合，而并不隔斷人與真實世界的聯系。現在大熱的谷歌眼鏡（Google Glasses），就是增強現實的一種體現。數據顯示，到2016年預計全球增強現實領域相關產品的市場規模將達到51.5億美元，5年間的年復合增長率為95.3%。

近年來，隨著相關技術的逐漸成熟，增強現實和虛擬現實技術的應用日益廣泛。特別是在工業設計、工業制造領域，這兩類技術發揮了巨大的作用。

最早讓虛擬現實技術大顯身手的，是在交通工具設計方面。大名鼎鼎的波音777客機在設計階段就采用了虛擬現實技術，實現了無圖紙設計和制造。借此，波音的工程師們可以在產品的設計階段，就徜徉于這臺飛機之中，審視各方面的設計，并隨時從300多萬塊零部件中調取任意一個進行修改。甚至于，在虛擬現實技術的幫助下，飛機制造公司還可以對產品的性能進行物理仿真、動力仿真，并借此測試產品的可靠性。

與之相比，在設計707客機時，波音公司花費50萬美元搭建1：1客艙模型的做法就顯得不是那么經濟實惠了。有數據顯示，使用虛擬現實技術設計飛機座艙，可以使設計周期從兩年縮短到兩個半月。

除了在設計中應用虛擬現實技術以外，波音公司也在將增強現實技術引入產品制造之中。在波音計算機服務研究和技術組的研究成果中，就包含了利用增強現實技術進行飛機內部電力線纜連接以及裝配適配器的部分。通過這一研究，一個從沒受過相關培訓的工人也可以勝任相關工作。顯而易見，這節省了大量的培訓經費。

如何與工業整合

虛擬現實和增強現實技術為產品設計和制造過程提供了更為貼近實際的仿真環境，業內普遍認為，采用這兩項技術能夠有效提高效率，控制產品上市的時間和成本，增強企業的競爭力。這一點在當今應用模式快速變化的社會中極為重要。

目前來看，這兩項技術大多被應用于產品的造型和裝配設計中。在產品設計上，虛擬現實技術能夠提供極為接近真實物品的形狀、外觀，甚至是材質表現，并可以實現即改即現的效果。這不僅降低了設計的復雜度，同時也節省了時間和金錢。

而從裝配上，虛擬現實可以靈活對產品進行組裝、分解和構造展現，解決了傳統制造中的一個大難題：零件不匹配。這種預先的虛擬檢驗過程，避免了不必要的浪費。這一部分內容在工業領域非常重要，以至于還出現了一個專有的名詞——虛擬裝配設計（Virtual Assembly Design）。借助虛擬裝配設計系統，設計人員可以在虛擬環境中使用各種裝配工具對產品進行裝配檢驗。虛擬裝配設計技術包含了多種基礎技術，除了虛擬現實技術以外，還包括CAD技術、仿真技術、高級可視化技術、裝配制造工藝及工具開發等，

目前，在虛擬現實和增強現實技術與工業、制造業結合的領域，德國和美國表現得非常積極。德國帕德博恩大學、Heinz Nixdorf研究所、亞琛工大、Fraunhofer和慕尼黑工大研究所等德國高校和科研部門很早就已經設立了相關的科研項目。同時，包括博世、空中客車、寶馬、大眾等知名企業也都在就此進行投資。這些德國高校和企業在這方面一直保持著緊密的合作關系。

在美國，麻省理工大學專門成立了圖象導航外科手術室，哥倫比亞大學則擁有自己的圖形和用戶交互實驗室。目前在虛擬現實和增強現實業界盛行的一款名為ARToolkit的快速開發開源軟件，也來自于美國人的實驗室項目。

目前，除了ARToolkit以外，虛擬現實領域還擁有著自己的通用編程語言VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現實建模語言）。可以說，這個領域的技術根基已經非常成熟。

通過對虛擬現實和增強現實技術的運用，企業不僅可以在工業設計和制造的初期構造起廉價的數字模型，對產品進行分析和改進，而且還能夠獲得產品運行的模擬實驗數據（包括裝配流程、裝配軌跡、裝配公差、零件特性數據、零件方向等）。利用這些數據，企業可以對產品的生產流程、工藝機械進行規劃。即使在百密一疏的情況下出現問題，利用虛擬現實技術，企業也能更好對問題進行回溯、拆解和逆向。

經過以上這些流程，企業能夠更加合理有效地安排產品的生產計劃，減少庫存。目前來看，在工業領域，盡管虛擬現實技術還存在著人機交互性不足、與CAD系統數據接口不統一、產生數據量過大等問題，但是瑕不掩瑜，從長遠來看，這一技術已經成為工業生產中的必然組成元素。

通過對虛擬現實和增強現實技術的運用，企業不僅可以在工業設計和制造的初期構造起廉價的數字模型，對產品進行分析和改進，而且還能夠獲得產品運行的模擬實驗數據。利用這些數據，企業可以對產品的生產流程、工藝機械進行規劃。