虛擬現實技術在汽車領域的應用及發展

田巖 李任君 賈鐘書 周任斌 宋雅詩

摘要：虛擬現實技術通過計算機技術模擬現實世界的三維實景，并可與使用者進行實時交互。文章介紹了虛擬現實技術的原理、特點、應用，綜合闡述了虛擬現實技術在汽車行業的研究進展并展望了虛擬現實技術的發展趨勢。

關鍵詞：虛擬現實（VR）;汽車領域

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）05-0020-04

田巖

畢業于吉林大學，學士學位，從事汽車研發領域工作6年，主要負責汽車CAE仿真技術研究。

1 研究現狀

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術是一種應用計算機圖形與仿真技術構建虛擬空間的技術，通過各種控制及現實等接口設備，實現受眾與虛擬環境的交流。VR技術具備沉浸性、交互性和構想性等特點[1-2]。

虛擬現實概念由Jaron Lanier在1989年提出[3]。80至90年代，美國國家航空航天局推出了初級的VR設備。2014年微軟公司進軍虛擬現實領域，2015年臉書、谷歌及蘋果公司進入該領域，并開發相應設備[4]。隨著計算機技術的發展，中國的科研人員對VR技術進行了系統的研究，并取得了一系列研究成果[5]。目前，我國虛擬現實技術在城市規劃、醫療、房地產等領域得到了廣泛的應用[6]。

2 應用場景

VR技術，作為跨時代的終端計算平臺，憑借其跨時代的交互性、想象性和沉浸感，最直接也是最具有開發價值的應用就是在游戲領域。VR技術能夠直接提升游戲的觀感和體驗[7]。直播也是VR技術的核心應用之一，包括體育賽事直播，娛樂演唱會直播及其他事件直播[8]。VR技術應用于房地產領域，最主要的價值是重塑了傳統的依靠房產中介帶領消費者看房的老舊模式，使消費者可以異地同時看房，極大提升了房產銷售效率[9]。VR技術在教育領域的使用，主要體現在其可以更為直觀，高效的展示書本難以完全展現的信息，特別是在物理學，動植物學，天文學等領域[10]。

如上圖所示為VR技術在各領域的發展情況。除此之外，VR技術還在旅游、工程、醫療、藝術設計等領域有著廣闊的應用和發展前景，其對重塑各領域產業鏈及深化技術升級及創新存在重要作用。

3 VR技術在汽車領域的發展

隨著全球虛擬現實技術的蓬勃發展，汽車行業的VR技術也由萌芽階段逐步走向成熟。針對虛擬現實技術在汽車領域的發展，我國在“十三五”開局之年大力推動VR科技的研發和應用[11]。

3.1 汽車設計及研發

在傳統汽車的設計中，從等比油泥模型到樣車試制，都需要大量的人力物力及時間。當設計人員利用VR技術進行汽車設計時，可以在等比例的空間中把控每一處設計細節，更加直觀快速地看到不同參數及結構導致的不同結果，從而可以及時調整車輛構造參數，評估和優化產品結構，最大程度避免設計失誤[12]。

同時，由于VR技術能使模擬場景接近現實，所以可以利用虛擬車型進行一系列試驗，如碰撞、風動、路試等[13]。通過仿真軟件的后處理可視化模塊，可以大大加強仿真技術人員的溝通便利性，對技術的成熟及發展有著重要的作用。如圖4所示為應用Meta仿真后處理模塊的VR應用場景。

3.2 汽車生產及維修教學

汽車、物流和服務等領域，可以利用VRR術建立數字化工廠，將所有資源、信息進行整合，建立虛擬加工生產線裝配線，模擬實車的生產裝配。工程師及流水線工人通過虛擬的生產裝配對實際產品的生產裝配進行預估和校準，調試來降低生產誤差，降低成本[14]。

高校教學中，由于實訓拆裝零部件少，特別是精密的汽車零部件較少，導致教學中的內容比較抽象，學生學習的積極性不高[15]。三維虛擬技術逐步應用現代化的教學中，成為解決上述傳統汽車維修教學缺點的有效途徑[16]。利用三維虛擬仿真技術在汽車維修專業教學中進行應用，可以提高學生的積極性、主動性及降低實訓成本。在維修方面，也可以通過VR進行遠程指導[17]。

3.3 汽車營銷及服務

在汽車營銷與服務方面，VR技術的應用可以吸引更多的用戶。在車展、新車發布會等大型活動中，VR技術可以讓更多的用戶在家“親臨”現場，即用戶可以坐在“家”中完成看車、選車及試駕的過程。例如奧迪和Oculus合作推出的基于VR技術的選車服務，極大的提升了用戶體驗[18]。

四 實現方法

虛擬現實包括硬件和軟件兩個部分，硬件包括電腦服務器、顯示器、環繞屏幕、數據手套、數據鼠標等一系列設備。軟件是指操作這些硬件設備具體實現虛擬環境的機器語言編碼[19]。

4.1 硬件

虛擬現實設備一般包含計算單元，顯示設備及交互設備三個基本模塊[20]。計算單元用來進行大規模運算，實時輸出虛擬環境的模擬信號，包括視頻，音頻及其他交互設備的反饋信號等。顯示設備用來輸出虛擬的環境。交互設備是用戶實現與虛擬環境進行溝通交流的媒介，通過視覺捕捉技術，體感技術，以及其他直接觸摸的設備進行。

4.2 軟件

計算機圖形學是完成虛擬現實的技術的主要支撐。為了虛擬現實技術的沉浸式場景感受，計算機圖形學需要達到高質量、實時的圖像生成及高分辨率三個指標[21]。虛擬現實軟件有環境內容軟件Vega Prime;虛擬現實系統高級跨平臺開發環境WTK;具備豐富互動行為模塊的實時3D環境編輯軟件Virtools;多平臺綜合型游戲開發工具Unity3D及我國具有完全知識產權的三維虛擬現實平臺軟件Converse3D等。在汽車行業，應用于仿真分析后處理的可視化軟件Meta也較流行[22]。

5 VR技術發展展望

5.1 智慧化

VR技術是適應信息社會發展需求而出現的一種高端人機接口，可實現虛擬化感受，并實時模擬和交互。VR技術的智慧化發展，可使參與者超越時間與空間的限制，改變人們傳統的創新意念。結合人工智能技術的發展，VR技術會更具有智慧性。未來隨著5G技術的發展，VR技術將會更加真實地與現實世界聯系起來[23]。

5.2 普適化

隨著計算機科學的不斷發展與進步，VR技術正朝著滿足人類不同需要的方向發展，比如日常購物，學習深造等。隨著VR技術的發展，越來越多的普通人也將會受到虛擬現實技術的影響，也會在該技術的影響下受益。

5.3 生態化

生態化是指多個生產體系或環節之間通過系統的耦合和物質、能量的多級利用，實現高效的產出和資源環境的持續利用L2a1。虛擬現實的生態化是指VR技術可以在各行各業中得到越來越廣泛地應用，并將各關聯產業耦合與高效利用。運用VR技術進行智能網聯系統的研發與制作，不僅使各行業的生產效率迅速提高、成本降低，也能夠滿足消費者個性化的需求。

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