虛擬設(shè)計(jì)及其應(yīng)用培訓(xùn)資料

1、虛擬設(shè)計(jì)及其應(yīng)用培訓(xùn)資料主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、前一、前 言言二、二、CADCAD技術(shù)技術(shù)三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)四、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用四、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用五、應(yīng)用事例五、應(yīng)用事例一、前一、前 言言010203040506070開發(fā)設(shè)計(jì)開發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備生產(chǎn)準(zhǔn)備與加工與加工原料與外原料與外購件采購購件采購管理和銷售管理和銷售對(duì)成本的影響對(duì)成本的影響所需的工時(shí)成本所需的工時(shí)成本設(shè)計(jì)開發(fā)的重要性設(shè)計(jì)開發(fā)的重要性現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)產(chǎn)品產(chǎn)品報(bào)報(bào)廢廢 品品報(bào)報(bào)廢廢 品品制造制造原料原料外在因外在因 素變化素變化設(shè)備設(shè)備廠房廠房人員人員試制試制原料原料設(shè)備設(shè)備廠房

2、廠房人員人員0102030405060產(chǎn)品定義產(chǎn)品定義產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品開發(fā)工藝規(guī)劃工藝規(guī)劃制造制造檢驗(yàn)檢驗(yàn)應(yīng)用應(yīng)用 %避免錯(cuò)誤、或盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、盡早修正錯(cuò)誤避免錯(cuò)誤、或盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、盡早修正錯(cuò)誤設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)75%75%修改源于設(shè)計(jì)開發(fā)修改源于設(shè)計(jì)開發(fā)80%80%修改由制造后修改由制造后續(xù)階段完成續(xù)階段完成 計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟為計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟為改變?cè)O(shè)計(jì)方式，提高設(shè)計(jì)改變?cè)O(shè)計(jì)方式，提高設(shè)計(jì)水平提供了很好的手段和水平提供了很好的手段和工具工具虛擬產(chǎn)品開發(fā)虛擬產(chǎn)品開發(fā) 虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、

3、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等在產(chǎn)品開發(fā)（包括產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)（包括產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和分析等）的綜合應(yīng)、制造、測(cè)試和分析等）的綜合應(yīng)用技術(shù)。用技術(shù)。Simulation of product development activities based on Models of product development process and system虛擬產(chǎn)品開發(fā)的定義虛擬產(chǎn)品開發(fā)的定義測(cè)試測(cè)試設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)裝配裝配加工加工分析分析數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/信息信息原料原料設(shè)備設(shè)備廠房廠房產(chǎn)產(chǎn)品品實(shí)際制造實(shí)際制造人員人員報(bào)廢

4、品報(bào)廢品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)虛擬樣機(jī)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)反反饋饋 信信息息虛擬加工虛擬加工虛擬裝配虛擬裝配虛擬檢測(cè)虛擬檢測(cè)市場(chǎng)信息市場(chǎng)信息虛擬產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)虛擬產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)何謂虛擬何謂虛擬其一、完全高度的數(shù)字化其一、完全高度的數(shù)字化其二、異地協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化其二、異地協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化其三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的多維交互性其三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的多維交互性二、二、CADCAD技術(shù)技術(shù)工程分析工程分析繪圖造型繪圖造型智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)產(chǎn)品建模技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)品建模技術(shù)的發(fā)展 重點(diǎn)放在重點(diǎn)放在開發(fā)和制造開發(fā)和制造零件零件重點(diǎn)放在重點(diǎn)放在產(chǎn)品的形成過程產(chǎn)品的形成過程原型原型 3D CAD 2D CAD繪圖繪圖Digi

5、tal Mock-upDigital Prototype計(jì)算機(jī)輔助繪圖計(jì)算機(jī)輔助繪圖19601960年代初，美國年代初，美國I SutherlandI Sutherland提出交互式提出交互式 計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算機(jī)輔助 繪圖的概念繪圖的概念 ，由此開創(chuàng)，由此開創(chuàng) 了計(jì)算機(jī)圖了計(jì)算機(jī)圖 形學(xué)和計(jì)算形學(xué)和計(jì)算 機(jī)輔助繪圖機(jī)輔助繪圖 技術(shù)的領(lǐng)域技術(shù)的領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助幾何造型計(jì)算機(jī)輔助幾何造型產(chǎn)品的三維幾何模型包含更多的產(chǎn)品幾何產(chǎn)品的三維幾何模型包含更多的產(chǎn)品幾何信息，可以信息，可以用于進(jìn)一步用于進(jìn)一步的產(chǎn)品分析的產(chǎn)品分析和生產(chǎn)準(zhǔn)備。和生產(chǎn)準(zhǔn)備。同時(shí)三維幾同時(shí)三維幾何模型直觀，何模型直觀，便于設(shè)計(jì)人便于設(shè)計(jì)

6、人員直接評(píng)價(jià)員直接評(píng)價(jià)產(chǎn)品數(shù)字模型產(chǎn)品數(shù)字模型傳統(tǒng)傳統(tǒng)CADCAD系統(tǒng)的缺點(diǎn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)人機(jī)交互手段不足人機(jī)交互手段不足幾何尺寸必須確定幾何尺寸必須確定以鼠標(biāo)和鍵盤為代表的人機(jī)交互工具不符合以鼠標(biāo)和鍵盤為代表的人機(jī)交互工具不符合設(shè)計(jì)人員習(xí)慣設(shè)計(jì)人員習(xí)慣在幾何尺寸等信息尚未確定的概念設(shè)計(jì)等上游設(shè)在幾何尺寸等信息尚未確定的概念設(shè)計(jì)等上游設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的計(jì)階段，傳統(tǒng)的CAD無能為力無能為力物理屬性考慮欠缺物理屬性考慮欠缺無法真實(shí)地表現(xiàn)產(chǎn)品的物理特性，因此不能無法真實(shí)地表現(xiàn)產(chǎn)品的物理特性，因此不能真實(shí)地分析產(chǎn)品性能真實(shí)地分析產(chǎn)品性能虛擬產(chǎn)品建模虛擬產(chǎn)品建模重點(diǎn)放在重點(diǎn)放在開發(fā)和制造開發(fā)和制造零件零件重點(diǎn)

7、放在重點(diǎn)放在產(chǎn)品的形成過程產(chǎn)品的形成過程原型原型重點(diǎn)放在重點(diǎn)放在產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品產(chǎn)品 3D CAD 2D CAD繪圖繪圖Digital Mock-upDigital PrototypeVirtual Prototype三三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)？虛擬現(xiàn)實(shí)？ 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality, VR) 是是一種三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)與計(jì)算機(jī)硬件技一種三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)與計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展而實(shí)現(xiàn)的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，允許術(shù)發(fā)展而實(shí)現(xiàn)的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，允許用戶通過視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺和味用戶通過視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺和味覺等多種知覺方式實(shí)時(shí)地與

8、計(jì)算機(jī)所建造覺等多種知覺方式實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)所建造的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)! != 虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境 virtual environment= 人工現(xiàn)實(shí)人工現(xiàn)實(shí) artificial reality= 計(jì)算機(jī)合成環(huán)境計(jì)算機(jī)合成環(huán)境 computer synthesized environment虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征沉浸沉浸ImmersionImmersion交互交互InteractionInteraction想象想象ImaginationImagination3I虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)VRVR硬件硬件計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)VRVR軟軟件件操操作作者

9、者方位跟蹤系統(tǒng)方位跟蹤系統(tǒng)聲音識(shí)別系統(tǒng)聲音識(shí)別系統(tǒng)場(chǎng)景顯示系統(tǒng)場(chǎng)景顯示系統(tǒng)觸覺反饋器觸覺反饋器虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（輸入設(shè)備）虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（輸入設(shè)備） 數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣 跟蹤系統(tǒng)的位置傳跟蹤系統(tǒng)的位置傳感器感器( (電磁式、聲學(xué)電磁式、聲學(xué)式、光學(xué)式、機(jī)械式、光學(xué)式、機(jī)械式式) )虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（輸出設(shè)備）虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（輸出設(shè)備）頭盔顯示器頭盔顯示器眼鏡眼鏡環(huán)幕環(huán)幕增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality) 是一種是一種“虛實(shí)結(jié)合虛實(shí)結(jié)合”的人機(jī)交互技術(shù)，是的人機(jī)交互技術(shù)，是“看穿看穿(see-through)”計(jì)算機(jī)生成顯示的技術(shù)。計(jì)算機(jī)生

10、成顯示的技術(shù)。 比如，在進(jìn)行轎車整車裝配時(shí)，車身是由計(jì)算比如，在進(jìn)行轎車整車裝配時(shí)，車身是由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像，而車架、裝配環(huán)境則是實(shí)物，用機(jī)產(chǎn)生的圖像，而車架、裝配環(huán)境則是實(shí)物，用戶可以操作車身，使之逼真地安放在真實(shí)的車架戶可以操作車身，使之逼真地安放在真實(shí)的車架上，從而進(jìn)行裝配分析。上，從而進(jìn)行裝配分析。四、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)四、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用及其應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì) 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)與術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)分析的技術(shù)，是新一代的計(jì)算評(píng)價(jià)分析的技術(shù)，是新一代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)技

11、術(shù)的應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用形狀設(shè)計(jì)形狀設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)對(duì)于對(duì)于規(guī)則形體規(guī)則形體，可以，可以采用語音識(shí)別、手勢(shì)采用語音識(shí)別、手勢(shì)跟蹤的交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤的交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)體生成、尺寸更改實(shí)體生成、尺寸更改、形狀變更、實(shí)體變、形狀變更、實(shí)體變換（移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等）換（移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等），從而完成形體設(shè)計(jì)，從而完成形體設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)單獨(dú)使用語音命令單獨(dú)使用語音命令“產(chǎn)生高產(chǎn)生高20mm、長、長100mm、寬、寬50mm的長方體的長方體”“放置對(duì)象于放置對(duì)象于X=10、Y=10、Z=20處處”“將對(duì)象沿將對(duì)象沿X移動(dòng)移動(dòng)10mm”語音與手勢(shì)合用語音與手

12、勢(shì)合用指著對(duì)象，指著對(duì)象，“選擇選擇”確定雙手間距，確定雙手間距，“長度這么長長度這么長”“改變長度改變長度”，作手勢(shì)，作手勢(shì)虛擬形狀設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)對(duì)于自由曲面，主要采用對(duì)于自由曲面，主要采用手勢(shì)和虛擬工具，完成曲手勢(shì)和虛擬工具，完成曲面設(shè)計(jì)。面設(shè)計(jì)。虛擬形狀設(shè)計(jì)虛擬形狀設(shè)計(jì)單獨(dú)使用手勢(shì)單獨(dú)使用手勢(shì)手勢(shì)比劃手勢(shì)比劃虛擬工具虛擬工具虛擬油泥建模虛擬油泥建模(Virtual Clay Modeling)：允許：允許工業(yè)造型技術(shù)人員以類似于傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)工業(yè)造型技術(shù)人員以類似于傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方式（刮、削、掃、抹等）制作出隨心所欲方式（刮、削、掃、抹等）制作出隨心所欲的模型的模型虛擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配設(shè)計(jì)借助虛擬裝配設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員借助虛擬裝配設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在虛擬環(huán)境中使用各種裝配工可以在虛擬環(huán)境中使用各種裝配工具對(duì)產(chǎn)品的裝配性進(jìn)行分析，而且具對(duì)產(chǎn)品的裝配性進(jìn)行分析，而且可以產(chǎn)生裝配規(guī)劃可以產(chǎn)生裝配規(guī)劃虛擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人員可以利用手套或其它設(shè)備設(shè)計(jì)人員可以利用手套或其它設(shè)備按照自己的經(jīng)