虛擬現實技術在汽車設計中的應用(2)

李永耀　李國榮

摘 要：汽車是大眾出行方式之一，其安全性、舒適性和駕駛體驗都是不容忽視的因素，所以汽車行業要不斷提高設計水平。本文圍繞虛擬現實技術基本概念進行介紹，并闡述了其技術特征，并且從汽車設計的角度出發，簡要論述了汽車設計中應用虛擬現實技術的相關策略。

關鍵詞：虛擬現實技術 汽車設計 應用

1 引言

虛擬現實技術具備十分先進的輸入設備，比如手勢或者語音識別等，同時也具備豐富的反饋系統，比如聲音、觸覺以及立體視覺等方面，促使設計對象和設計者實現了多感知交互。事實證明，虛擬現實技術在使汽車設計方法和理念得到優化的同時，還節約了生產成本，提升了客戶體驗，也提高了研發效率。

2 在汽車設計中應用虛擬現實技術概述

虛擬現實技術是通過計算機仿真系統在三維圖像技術的支持下所營造的一個虛擬環境，在多種操作端和傳感器的作用下，使人獲得猶如身臨其境一般的體驗。近年來，汽車產業正在面臨嚴峻挑戰，迫切需要技術革新，而虛擬現實技術能夠為汽車產業指明發展方向。虛擬現實技術能夠將計算機和用戶當做一個整體，能讓用戶猶如置身于真實情境中感受汽車環境和設備，當前虛擬現實技術正在不斷完善，本著由淺入深、由簡到繁的原則提高應用性能。

3 在汽車設計中應用虛擬現實技術原因分析

3.1 傳統檢測車身空氣動力學特性方法不科學

為了提高車身外觀設計科學性，需要檢測車身空氣動力學特性，然而傳統檢測方法存在成本高、準確性差的問題。

3.2 評估汽車外觀與操作便捷性方法不合理

當今消費者對汽車美觀度和操作便捷性越來越重視，所以需要進行模擬感受，而傳統方法會受到視覺誤差以及真實性等影響，檢測效果難以保證。

3.3 在汽車裝配過程中容易出現誤差

在汽車設計過程中，汽車裝配是重要環節之一，但是整個過程非常復雜，比如在一些零件裝配或者機械系統裝配時，很容易出現失誤，對汽車質量產生影響。

4 虛擬現實技術在汽車設計中的應用策略

4.1 車身造型空氣動力學特性檢測

在設計汽車外觀過程中，車身整體造型是否合理，對汽車空氣動力學特征有很大影響，比如在行駛過程中，汽車外觀呈現的不同造型對風阻系數等關鍵指標會產生影響，這就意味著汽車的行駛穩定性、汽車操控性以及汽車的燃油消耗量都會受到影響。在影響整車空氣動力學特性的因素中，車身造型非常關鍵，因此車身外觀設計一定要科學合理，而要想提升其合理性，便需要對車身空氣動力學特征展開檢測。在傳統方法中，主要借助風洞實驗進行檢測，檢測對象是用油泥制作的縮小比例的車身造型，將這個油泥模型放置于風動實驗場，然后觀察模型表面的變化或者觀察空氣流動煙霧，以測試相關性能。但是風動實驗有一些問題難以避免。比如其制作的油泥模型和實物大小存在出入，所以檢測結果存在誤差;為了結果能夠貼近實際，需要按照1：1比例設計車身模型，但是大尺寸的風洞結構比較復雜，且造價非常昂貴，并非所有汽車企業都能夠負擔;車身造型設計往往不能一步到位，需要修改，這就意味著需要重新制作實物模型，然后再次進行風洞實驗。這些方法無法保證準確性，而且消耗的成本較大，這就需要設計師尋求有效的方法以及引進創新型技術解決這些問題。

比如設計師可以運用虛擬現實技術，在此技術支持下構建虛擬風洞，然后將精心設計的汽車數字模型放置在虛擬的風洞里，然后請一些經驗豐富的實驗者進行操控，將汽車在不同速度下的駕駛情況以及車身各部位在行駛中產生的空氣流動路徑和動態效果等進行模擬，在虛擬現實技術的作用下，這些路徑都可以變成真實圖像，并且連帶的一些相關數學數據也能展開實時計算。這種方法省去了制作真實汽車設計模型的環節，也節省了大量的成本，同時也縮短了修改與檢測汽車設計方案的周期。站在消費者角度而言，他們可以借助特殊的立體跟蹤顯示器感受虛擬空間的空氣流場，讓消費者猶如真實處于風洞中一般，而且消費者的出現不會干擾到流體運動。由于車身模型是按照1：1比例制作的，消費者可以充分研究車身空氣動力學特征，也可以進行全方位的檢查。

4.2 車身造型和內外飾的評價與審查

在開發新車型過程中，為了將實車的外形比例和細節真實的反映出來，通常開發者會按照1：1比例制作全尺寸樣車模型，并且嚴格的按照預期的色彩上色。同時也要放置相應的內飾件，使各部位線條能夠得到最終的確定。同時還對模型比例進行檢查，以便確定其是否能夠符合大眾的視覺習慣。最后由決策者對全尺寸樣車模型進行審查，然后決定是否正式生產該車型。此外還要考慮到車門把手的高度是否便于操作，車門的開度是否設計合理，乘客和駕駛員在車室內的視野是否足夠開闊、各種踏板以及方向盤的位置是否舒適且便于操作、汽車儀表板的放置是否便于觀察、座椅的位置和形狀能否幫助駕駛員降低疲勞感等，這些都是整車質量評價指標。通常情況下，評價和檢測這些內容是通過檢測全尺寸樣車模型進行的，而樣車和全尺寸模型花費了大量人力、財力以及時間，一旦需要更改設計，整個流程也需要重新進行，這便限制了汽車開發進度，無形中增加了開發成本。此外，即使不考慮成本以及時間等問題，傳統方法依然不可取，其原因在于傳統方法容易受到視覺誤差和真實性的影響，檢測效果根本無法保證，所以設計者要尋求有效的措施。

比如可以采用虛擬現實技術，通過對汽車內外飾三維立體進行模擬，以影像的方式呈現出來，給設計人員一種猶如進入汽車內部的感受，從而能夠站在駕駛員的角度去感受車內的布局、材質以及色彩的搭配效果等。比如設計人員可以結合數據手套或者立體眼鏡等交互設備，進行相關的修改和體驗。在此過程中，設計人員也可以直接進行實時模擬，也可以實現模擬不同中控臺布局的操作體驗。這種方法的優勢在于設計人員能夠站在使用者的角度感受汽車的設計合理性和汽車設計的質量，便于設計人員快速獲取最佳的設計方案。在模擬的作用下，還能有效避免一些設計缺陷，使汽車功能設計和外觀的可靠性得到保障。這樣便省去了樣車制作的繁瑣過程，也縮短了車身的開發周期，尤其在當前市場競爭已經到達白熱化階段，汽車行業面臨著巨大的挑戰，若能采用新的設計手段，便能夠在市場占有一席之地。因此，在汽車行業引入虛擬現實技術是一種必然趨勢。

4.3 汽車裝配模擬

在汽車設計過程中，汽車裝備是重要環節之一，而且是在汽車工程師的配合下共同完成的，不僅提高了工藝過程的仿真產品設計的效率，同時也提高了生產計劃的管理水平，也使生產作業控制可以有效的進行，讓生產者和工藝工程師可以在計算機虛擬環境中調整和改進工裝夾具和工藝流程。并且結合這些改變，判斷對最終裝配質量有哪些影響，以此為依據進行調整，可以有效提高產品的加工質量。在汽車整車質量中，汽車車體質量地位舉足輕重，在車體制造中，裝配水平起著關鍵性作用，尤其車體質量生產被車體生產裝配的每一個環節所影響。在汽車裝配過程中，無論是機械系統裝配還是零件裝配，任何環節對車身質量都會產生影響，因此設計者要綜合考慮這些因素，并且尋求有效的策略。

比如設計者可以結合虛擬裝配技術對現有制造方法進行改進，以便使產品的質量得到提高，力求在低成本條件下將車體整體誤差控制在合理范圍中。在汽車裝配模擬檢測中應用虛擬現實技術主要有以下幾點意義：①有效排除了裝配隱患。在虛擬現實技術的支持下，裝配工程師可以結合設計方案展開模擬裝配，如果在裝配過程中發現影響因素，裝配工作可以在實際裝配系統中進行及時的修改，為后期實際裝配生產奠定良好的基礎。②降低成本。在汽車裝配模擬檢測中應用虛擬現實技術，可以測算不同裝配方式、不同材料產生的各種成本，然后通過優化和調整，尋求最佳的成本體系，以便能夠在實際裝配過程中使用最合理的技術和材料以及制定最科學的工作安排，從而能夠對成本進行有效的控制。③實現精細化裝配模擬和檢測。制作一輛汽車需要運用成千上萬個零件，很多機械構件和零件之間的協調性和搭配性非常關鍵，在虛擬現實技術的支持下，可以將這些精細化零件的功能表現和裝配效果進行模擬，讓設計者進行直觀的了解，如此便能使汽車精細化設計質量得到有效的提高。

5 結論

在汽車設計制造領域，虛擬現實技術作為一種先進的手段，有效提高了汽車設計制造的水平，并且在全球化得到了推廣。虛擬現實技術的出現，憑借自身的智能化、交互性以及沉浸感特征，分別將汽車設計階段的調整、優化和檢測工作進行簡化，使評估分析效率得到了提高，同時還降低了汽車設計與開發的成本以及保證了汽車設計的質量。

參考文獻：

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