虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用

趙階晨+潘燕梅+胡偉

摘要：隨著全球信息技術(shù)的不斷發(fā)展，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于人們來說已經(jīng)不再陌生，本文將主要針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代化機械工程生產(chǎn)實驗中的應(yīng)用展開討論，希望通過VR技術(shù)的應(yīng)用，使我國的機械工程制造水平變得更加強大。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；機械工程實驗；應(yīng)用

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0068-01

機械工程項目是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要命脈，國民經(jīng)濟發(fā)展要想強大起來，必須要提升機械工程的制造水平，這也是VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)被應(yīng)用在機械工程領(lǐng)域中的重要意義，在VR技術(shù)支持下，可以更好地完善機械工程設(shè)計，做好機械產(chǎn)品的仿真建模，使得機械工程產(chǎn)品設(shè)計者能夠在虛擬仿真的環(huán)境下完成對機械產(chǎn)品模型的有效交互，獲得更加準確的機械產(chǎn)品設(shè)計信息。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展

1.1 概念

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是將現(xiàn)代化仿真技術(shù)同計算機技術(shù)，傳感技術(shù)以及圖形學等技術(shù)融合在一起的綜合性技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)會模擬構(gòu)建一個非常真實的環(huán)境，給身處其中的用戶一種身臨其境的感覺，給予用戶真實的聽覺、視覺和感官享受，就好像真的在某種情境下做事一樣，用戶在移動的過程中，計算機可以針對傳感器發(fā)回的數(shù)據(jù)展開計算，進而構(gòu)建出虛擬仿真模型，因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各種現(xiàn)代化生產(chǎn)領(lǐng)域中[1]。

1.2 特點

1.2.1 想象感

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用中，可以將用戶的想象展現(xiàn)出來，也就是說可以根據(jù)人們的想象來虛擬出各種情境，能夠充分發(fā)揮出人類的想象能力，進而體現(xiàn)出VR虛擬現(xiàn)實創(chuàng)造者的設(shè)計思想，通過想象來代替人們實現(xiàn)真正的目標。

1.2.2 交互性

交互性主要指的是，在VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用中，可以完成人和虛擬空間的真實交互，就好像在真正的空間環(huán)境下一樣做出相應(yīng)的動作反饋，進而實現(xiàn)人機間的有效溝通與交流，交互性特點的體現(xiàn)主要在于虛擬現(xiàn)實空間中交互過程的實時性，快速、及時地反饋出用戶的操作信息[2]。

1.2.3 沉浸性

沉浸性，又被人們理解成為浸入感，主要側(cè)重強調(diào)用戶的主觀感受，意思是說當用戶進入VR虛擬現(xiàn)實空間時，會有一種身臨其境的參與感，整個人就仿佛處在真實的空間中一樣，有視覺、聽覺、嗅覺各種感官上的真實體驗。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用

2.1 虛擬設(shè)計

關(guān)于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在當代機械工程生產(chǎn)實驗領(lǐng)域中的應(yīng)用有很多，首先是在產(chǎn)品的設(shè)計方面，即虛擬設(shè)計，可以通過傳感器設(shè)備的連接，讓機械產(chǎn)品設(shè)計人員更好地完成對產(chǎn)品外觀造型和產(chǎn)品性能的開發(fā)研究，比如說在過去的汽車機械設(shè)計中，需要進行反復的圖紙修改，然后反復鑄模，無形之中浪費了許多生產(chǎn)材料和精力，同使用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)以后，就可以通過CAD制圖軟件和CAH電子數(shù)控程序針對汽車機械制造模型進行模擬仿真，不需要再模擬建模了，只需要在汽車仿真模型上進行數(shù)據(jù)模擬操作設(shè)計就可以了。

2.2 虛擬裝配

在現(xiàn)代化機械工程實驗項目與生產(chǎn)中，我們經(jīng)常會需要把很多精細的零件組裝到一起，才能夠完成對機械產(chǎn)品的裝配，但是在零件裝配的過程中，可能會出現(xiàn)一些裝配性的錯誤，如果在裝配結(jié)束后才發(fā)現(xiàn)的話，就會要求返工，進而降低機械工程的生產(chǎn)效率，通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠更加有效地完成機械產(chǎn)品的自動化裝配，技術(shù)操作人員可以通過人機交互的方式，針對機械產(chǎn)品的整個裝配過程展開控制，在模擬智能化的機械操作過程中，檢查機械產(chǎn)品部件安裝的順序是否存在問題，完成機械產(chǎn)品裝配模型的技術(shù)設(shè)計與調(diào)整[3]。

2.3 虛擬機械仿真

所謂虛擬機械仿真，主要指的是通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，來對機械工程實驗中的加工過程進行模擬仿真，從而更好地了解機械化生產(chǎn)中，有一些零部件的加工運動體系是否存在不協(xié)調(diào)問題，然后開展機械生產(chǎn)流程的設(shè)計與檢查，在VR虛擬現(xiàn)實仿真模擬的過程中，可以提前發(fā)現(xiàn)機械產(chǎn)品在自動化加工方法，加工流程上面是否存在問題，并且及時選擇正確的改進措施，保證機械工程實驗生產(chǎn)項目可以按時完成作業(yè)，提高機械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

2.4 虛擬樣機

對于虛擬樣機的使用，主要還是因為在機械工程產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中，只有產(chǎn)品樣機能夠正常運作，才意味機械產(chǎn)品的制作完成，但有些機械設(shè)計方面的問題，如果到機械樣機運行時才發(fā)現(xiàn)的話，就只能重新修改設(shè)計，使樣機報廢，所以虛擬樣機概念的提出，就是要用虛擬樣機來代替真實樣機去進行機械產(chǎn)品性能測試，進而檢測出機械工程產(chǎn)品的使用性能，可以大幅度縮短產(chǎn)品的開發(fā)研制時間，增加了機械產(chǎn)品設(shè)計人員間的有效溝通，一起在虛擬樣機的反復檢測試驗中獲得機械生產(chǎn)的最終產(chǎn)品。

3 真實感算法在虛擬現(xiàn)實中的分析比較

目前，人們又創(chuàng)新設(shè)計出了一種基于真實感算法的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過真實感算法的應(yīng)用，可以讓機械工程生產(chǎn)中所模擬出來的場景更加具有真實的沉浸感，比傳統(tǒng)的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)更具有真實的效果，可以從紋理映射、光照模型以及陰影場景設(shè)計、加速設(shè)計的方式來實現(xiàn)。還有一種基于人臉識別的真實感重建算法，主要通過計算機雙目立體視覺技術(shù)，來進行相機目標定位，能夠自動匹配出兩幅圖片中視覺差異特征點，在機械工程產(chǎn)品生產(chǎn)時，可以針對3D圖像中的坐標點進行插值，然后完成三點集合重構(gòu)，建立一個三維表面模型，使用真實感算法所獲得的三維模型，誤差非常小，能夠很好地提升機械產(chǎn)品制作的可信度水平。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化的機械工程項目生產(chǎn)實驗中，已經(jīng)離不開對VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有效應(yīng)用，通過將VR虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到機械產(chǎn)品的虛擬設(shè)計，機械產(chǎn)品的虛擬裝配，以及機械加工的虛擬仿真，可以有效地縮短機械產(chǎn)品制作周期，減少不必要的生產(chǎn)浪費，進而提高機械工程項目的生產(chǎn)效益。

參考文獻

[1]趙海山，姜海.虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學中的應(yīng)用[J/OL].科技資訊，2016，14（19）：153+155.

[2]彭文君.淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導報，2015，12（01）：39.

[3]邸馗，于天彪，陳培媛，孟麗君.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械工程實驗教學中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（10）：10-12.endprint