基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架

王妍 黃曉延 張宇飛

摘要：汽車造型評審是整車研發(fā)流程的重要控制節(jié)點(diǎn)，評審的進(jìn)度和質(zhì)量將直接影響整車開發(fā)進(jìn)度。傳統(tǒng)汽車造型評審主要采用制作油泥模型的方式，研發(fā)和時間成本高。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，CAVE逐漸在汽車造型設(shè)計評審中得以應(yīng)用。本文提出一種基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架，其相比傳統(tǒng)裝置具有方便移動、快速布置與收納等特點(diǎn)，有助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在整車研發(fā)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

Abstract： Automobile modeling review is an important control node of the whole vehicle R & D process. The progress and quality of the review will directly affect the development progress of the whole vehicle model. The traditional automobile modeling evaluation in automobile enterprises mainly adopts the way of making sludge model， which has high R & D and time cost. In recent years， With the development of virtual reality technology， CAVE is gradually applied in the review of automotive styling design. In this paper， a surround cave technology display framework based on sealed mobile structure is proposed. Compared with traditional display devices， it has the characteristics of convenient movement， rapid layout and storage， which contribute to the promotion and application of virtual reality technology in the field of vehicle research and development.

關(guān)鍵詞：CAVE;虛擬現(xiàn)實(shí);汽車研發(fā)設(shè)計

Key words： CAVE;virtual reality;automobile R & D design

中圖分類號：U463.62?????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0234-02

0? 引言

汽車造型評審是整車研發(fā)流程的重要控制節(jié)點(diǎn)，評審的進(jìn)度和質(zhì)量將直接影響整個車型的開發(fā)進(jìn)度。傳統(tǒng)汽車造型評審階段主要采用制作不同比例的油泥模型，制作周期長且投入成本高。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)作為融合計算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理等的綜合性技術(shù)，逐漸引入到整車開發(fā)階段，以滿足車企縮短研發(fā)周期和降低研發(fā)成本的迫切需求。CAVE作為一種高度沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，配合虛擬引擎模型，可以讓實(shí)在整車造型在沉浸化環(huán)境中交互評審。但傳統(tǒng)CAVE系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝調(diào)難度大、投入成本高等問題，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣和應(yīng)用。本文提出一種基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架，具有方便移動、快速布置與收納等特點(diǎn)，對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車研發(fā)設(shè)計階段的應(yīng)用發(fā)展具有一定的實(shí)際意義。

1? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)融合計算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理等的綜合性高新實(shí)用技術(shù)[1]，其發(fā)展始于20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。2016年至今，我國政府和各部門發(fā)布了諸多專項(xiàng)行動、創(chuàng)新規(guī)劃等，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在文化娛樂、信息通信、教育教學(xué)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的落地應(yīng)用提供政策保障[2]。

對于傳統(tǒng)汽車行業(yè)，隨著軟件技術(shù)和硬件產(chǎn)品成熟度的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)逐漸貫穿從汽車研發(fā)、生產(chǎn)制造、宣傳銷售及售后維修等汽車產(chǎn)品的全過程，以滿足車企縮短研發(fā)周期和降低研發(fā)成本的迫切需求。

2? CAVE技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般分為三種類型，即頭盔式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、單屏式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和洞穴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中洞穴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Cave Automotic Virtual Environment，CAVE）是一種基于投影的高度沉浸式系統(tǒng)，其特點(diǎn)是分辨率高、沉浸感強(qiáng)、交互性好。CAVE系統(tǒng)通常由三個及以上投影面組成，形成立方體投影空間，多名參與者配合VR眼鏡則可以完全沉浸在虛擬仿真環(huán)境中[3]。國外主機(jī)廠較早將CAVE系統(tǒng)引入到了造型評審、空間評估、方案對比等汽車研發(fā)環(huán)節(jié)。如福特汽車、雷諾汽車、戴姆勒公司等[4]。

當(dāng)前的CAVE顯示裝置多是基于投影儀，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大，一些技術(shù)方案中提出將投影顯示替換為LED顯示，以此大大減少系統(tǒng)的復(fù)雜性。然而，由于CAVE系統(tǒng)組成的立體顯示空間較大，因此LED顯示屏的面積也相應(yīng)的較大，重量較重，這給CAVE顯示的快速布置和收納造成了難題，并且不方便移動，由此一定程度上限制了CAVE系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

3? 基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架介紹

基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示安裝構(gòu)架，包括底板，所述底板上設(shè)有密封式移動結(jié)構(gòu)，所述密封式移動結(jié)構(gòu)包括矩形腔、缺口、空腔、電機(jī)A、轉(zhuǎn)動通孔、延伸板、豁槽、螺紋通孔A、固定塊、滑輪A、螺桿A、凹槽A、電機(jī)B、轉(zhuǎn)動板、凹槽B、環(huán)形滑道、轉(zhuǎn)動槽、滑輪B、頂罩、支撐塊、側(cè)板、顯示屏、連接塊、螺紋槽、嵌裝槽、沉頭孔以及螺栓，所述矩形腔由底板側(cè)壁向內(nèi)開入，所述缺口開在所述矩形腔內(nèi)相對兩側(cè)壁，所述空腔開在所述底板內(nèi)，所述顯示屏通過所述連接塊嵌裝在所述嵌裝槽內(nèi)，所述螺栓穿過沉頭孔旋擰連接在所述螺紋槽內(nèi)。其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

一種環(huán)視CAVE技術(shù)顯示安裝構(gòu)架由設(shè)有密封式移動結(jié)構(gòu)的底板（1）作為底層支撐。

密封式移動結(jié)構(gòu)包括矩形腔（2）、缺口（3）、空腔（4）、電機(jī)A（5）、轉(zhuǎn)動通孔（6）、延伸板（7）、豁槽（8）、螺紋通孔A（9）、固定塊（10）、滑輪A（11）、螺桿A（12）、凹槽A（13）、電機(jī)B（14）、轉(zhuǎn)動板（15）、凹槽B（16）、環(huán)形滑道（17）、轉(zhuǎn)動槽（18）、滑輪B（19）、頂罩（20）、支撐塊（21）、側(cè)板（22）、顯示屏（23）、連接塊（24）、螺紋槽（25）、嵌裝槽（26）、沉頭孔（27）以及螺栓（28）。其中，矩形腔（2）由底板（1）側(cè)壁向內(nèi)開入，缺口（3）開在矩形腔（2）內(nèi)相對兩側(cè)壁，空腔（4）開在底板（1）內(nèi)，轉(zhuǎn)動通孔（6）開在空腔（4）與矩形腔（2）之間且相連通，電機(jī)A（5）設(shè)置在空腔（4）內(nèi)，延伸板（7）嵌裝在矩形腔（2）內(nèi)，豁槽（8）開在延伸板（7）底面，螺紋通孔A（9）開在豁槽（8）內(nèi)側(cè)壁，固定塊（10）設(shè)置在豁槽（8）底面，滑輪A（11）活動連接在固定塊（10）側(cè)壁，螺桿A（12）活動套裝在轉(zhuǎn)動通孔（6）內(nèi)與電機(jī)A（5）相連接且一端旋擰連接在螺紋通孔A（9）內(nèi)，凹槽A（13）開在底板（1）正面，凹槽B（16）開在轉(zhuǎn)動板（15）底面，電機(jī)B（14）設(shè)置在凹槽B（16）內(nèi)，轉(zhuǎn)動板（15）通過凹槽B（16）與電機(jī)B（14）輸出端相連接，環(huán)形滑道（17）開在底板（1）正面，轉(zhuǎn)動槽（18）開在轉(zhuǎn)動板（15）底面，滾輪B活動連接在轉(zhuǎn)動槽（18）內(nèi)，頂罩（20）設(shè)置在底板（1）正面，支撐塊（21）設(shè)置在延伸板（7）正面，側(cè)板（22）設(shè)置在支撐塊（21）頂面，連接塊（24）設(shè)置在顯示屏（23）側(cè)壁，螺紋槽（25）開在連接塊（24）側(cè)壁，嵌裝槽（26）分別開在側(cè)板（22）與頂罩（20）側(cè)壁，沉頭孔（27）分別開在頂罩（20）與側(cè)板（22）側(cè)壁且與嵌裝槽（26）相連通，顯示屏（23）通過連接塊（24）嵌裝在嵌裝槽（26）內(nèi)，螺栓（28）穿過沉頭孔（27）旋擰連接在螺紋槽（25）內(nèi)。所述底板（1）底面開有一對的讓位槽（29），所述延伸板（7）底面與所述讓位槽（29）內(nèi)均設(shè)有萬向輪（30）。

4? 基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架使用方法

整體構(gòu)架可以通過萬向輪進(jìn)行移動，移動到展示地點(diǎn)后，轉(zhuǎn)動螺桿，使螺桿在螺紋通孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，使下端的頂塊接觸地面起到固定作用，然后啟動電機(jī)，電機(jī)輸出端帶動螺桿，使通過螺紋通孔連接在螺桿上的延伸板在矩形腔內(nèi)向外移動，延伸板在移動過程中，豁槽內(nèi)的滑輪能夠起到輔助滑動作用，移動到最大距離后，參觀的人員可以進(jìn)入到頂罩內(nèi)，然后再啟動電機(jī)將延伸板收回，參觀人員通過內(nèi)部的四面顯示屏來體驗(yàn)，頂部的通氣網(wǎng)孔透氣不透光，顯示屏的分辨率也高于投影效果，這樣能讓體驗(yàn)效果更好，完全沉浸在之中，底板上表面的轉(zhuǎn)動桿也就是體驗(yàn)人員站在的位置上，可以通過電機(jī)帶動進(jìn)行轉(zhuǎn)動來配合體驗(yàn)，轉(zhuǎn)動時底面的滑輪在環(huán)形滑道內(nèi)輔助轉(zhuǎn)動，顯示屏通過連接塊與嵌裝槽處進(jìn)行插裝，然后通過螺栓與螺紋槽來配合進(jìn)行固定，這樣讓四個面的顯示屏之間的間隙更小。

基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架方便移動、布置和收納，且內(nèi)部形成密封式，提高虛擬環(huán)境的體驗(yàn)效果和沉浸感。圖2為三折式CAVE系統(tǒng)顯示方案，硬件設(shè)備結(jié)合交叉融合與拼接融合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對汽車整車設(shè)計流程中的虛擬評審、虛擬裝配等環(huán)節(jié)的方案優(yōu)化。

5? 結(jié)束語

汽車造型評審是整車研發(fā)流程的重要控制節(jié)點(diǎn)，評審的進(jìn)度和質(zhì)量將直接影響整個車型的開發(fā)進(jìn)度。目前車企傳統(tǒng)研發(fā)流程中存在研發(fā)成本高、周期長、生產(chǎn)與研發(fā)脫節(jié)等痛點(diǎn)問題。CAVE作為一種高度沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以為整車企業(yè)傳統(tǒng)造型設(shè)計評審提供多樣化的解決方案。本文提出的基于密封式移動結(jié)構(gòu)的環(huán)視CAVE技術(shù)顯示構(gòu)架，其相比傳統(tǒng)顯示裝置具有方便移動、快速布置與收納等特點(diǎn)，真正地高效地輔助汽車設(shè)計、縮短研發(fā)周期，有助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在整車研發(fā)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用[M].高等教育出版社，2004.

[2]2020年全國及各省市虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）行業(yè)相關(guān)政策梳理 [EB/OL].http：//zhengce.chinabaogao.com/it/2020/0R151232H020.html，

2020.

[3]張善立，施芬.虛擬現(xiàn)實(shí)概論[M].北京：北京理工大小出版社，2017.

[4]唐輝，王國鋒，朱凌，等.汽車虛擬現(xiàn)實(shí)CAVE系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用[C]//第十五屆中國CAE工程分析技術(shù)年會.