汽車虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用課件

1、第七章 汽車虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)第七章 汽車虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)數(shù)字開發(fā)有哪些技術(shù)，具體應(yīng)用、與傳統(tǒng)開發(fā)相比有哪些優(yōu)勢？例如：CFD技術(shù)（計算流體動力學(xué)），是研究流體在基本控制方程下運動的數(shù)值模擬方法。用于計算分析汽車外流場，與傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗相比，CFD方法不需要實車模型，具有周期短、成本低、可反復(fù)計算等優(yōu)點。思考：2數(shù)字開發(fā)有哪些技術(shù)，具體應(yīng)用、與傳統(tǒng)開發(fā)相比有哪些優(yōu)勢？思考1）仿真的三個基本要素是： 復(fù)習(xí)：3物理系統(tǒng)計算機數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)、模型、計算機1）仿真的三個基本要素是：復(fù)習(xí)：3物理系統(tǒng)計算機數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)2）汽車虛擬樣車仿真技術(shù)的內(nèi)

2、容： (1)幾何仿真，整車結(jié)構(gòu)的幾何特性與裝配關(guān)系的仿真； (2)性能仿真，動力學(xué)性能和動力學(xué)特性的仿真 。42）汽車虛擬樣車仿真技術(shù)的內(nèi)容： 43）虛擬試驗的優(yōu)點：(1)可以大幅度減少樣機制造試驗次數(shù)，縮短新產(chǎn)品試驗周期，降低實際試驗的費用。(2)可以實現(xiàn)設(shè)計者、產(chǎn)品用戶在設(shè)計階段信息的互反饋。(3)可對試驗過程進(jìn)行回放、再現(xiàn)和重復(fù)。53）虛擬試驗的優(yōu)點：54）汽車碰撞安全仿真試驗從哪幾個方面進(jìn)行？要研究的內(nèi)容包括哪幾個？試驗從哪五個方面進(jìn)行：（1）正面碰撞（ 2）后部碰撞 （3）側(cè)面碰撞（ 4）頂部壓垮 （5）側(cè)門強度。研究的內(nèi)容包括：（1）車身結(jié)構(gòu)的耐撞性研究 （2）碰撞生物力學(xué)研究 （

3、3）乘員約束系統(tǒng)研究 （4）安全內(nèi)部飾件研究。64）汽車碰撞安全仿真試驗從哪幾個方面進(jìn)行？要研究的內(nèi)容包括哪5)汽車碰撞安全仿真的發(fā)展趨勢： (1)提高仿真運算速度，它是汽車碰撞仿真技術(shù)發(fā)展的核心； (2)發(fā)展新的人體模型模擬技術(shù)；(3)尋求接觸搜尋新算法；(4)研究降解積分新技術(shù)；(5)子循環(huán)技術(shù)。75)汽車碰撞安全仿真的發(fā)展趨勢： 7第七章 汽車虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)第七章 汽車虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述3.2虛擬環(huán)境的建立3.3產(chǎn)品的虛擬原型3.4數(shù)字制造3.5數(shù)字工廠93.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述93.1.1虛擬現(xiàn)實的

4、定義3.1.2虛擬環(huán)境開發(fā)的目的3.1.3虛擬現(xiàn)實在各個領(lǐng)域的應(yīng)用3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述103.1.1虛擬現(xiàn)實的定義3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述10是一種為改善人與計算機的交互方式、提高計算機可操作性的人機界面綜合技術(shù)。它通過高速圖形計算機、頭盔顯示器或其他三維視覺通道、三維位置跟蹤器和立體聲音響，使計算機用戶能夠沉浸到計算機屏幕所顯示的場景中去，從而產(chǎn)生一種類似“幻覺”的人工三維環(huán)境“虛擬環(huán)境或靈境”。3.1.1 虛擬現(xiàn)實的定義11是一種為改善人與計算機的交互方式、提高計算機可操作性的人機界虛擬現(xiàn)實的組成包括用戶（操作者）、機器及人機接口三個基本組成部分。借助虛擬顯示技術(shù)，可以對現(xiàn)實世界的事物

5、進(jìn)行動態(tài)仿真。計算機屏幕顯示的場景能夠跟蹤用戶的輸入，及時按照輸入信息修改場景，使用戶和虛擬環(huán)境之間建立起實時交互性關(guān)系，進(jìn)而使用戶產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。12虛擬現(xiàn)實的組成包括用戶（操作者）、機器及人機接口三個基本組成虛擬環(huán)境的特征13虛擬環(huán)境的特征131）為了方便設(shè)計師對產(chǎn)品各方面包括外觀、零部件間的關(guān)系、性能等方面做出評價，以減少設(shè)計上的錯誤和最大限度地滿足客戶需求。2）為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期和節(jié)省試制費用，避免多次制造樣機。3）為了使數(shù)字化產(chǎn)品模型具有更強的人機交互功能，使用戶能在虛擬環(huán)境中感覺到產(chǎn)品的存在。4）為了方便產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)人員、生產(chǎn)管理人員、營銷人員組成的團隊可以從不同角度對

6、產(chǎn)品的設(shè)計方案進(jìn)行討論。3.1.2虛擬環(huán)境開發(fā)的目的141）為了方便設(shè)計師對產(chǎn)品各方面包括外觀、零部件間的關(guān)系、性能虛擬現(xiàn)實在工程中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實在航天和軍事中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實在商業(yè)中的應(yīng)用在娛樂、藝術(shù)和教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實在車輛工程方面的應(yīng)用3.1.3虛擬現(xiàn)實在各個領(lǐng)域的應(yīng)用15虛擬現(xiàn)實在工程中的應(yīng)用3.1.3虛擬現(xiàn)實在各個領(lǐng)域的應(yīng)用153.2.1人機交互方式發(fā)展歷程3.2.2具有沉浸感虛擬環(huán)境的特點3.2.3虛擬環(huán)境硬件配置3.2.4虛擬環(huán)境軟件配置163.2虛擬環(huán)境的建立3.2.1人機交互方式發(fā)展歷程163.2虛擬環(huán)境的建立5個階段：1）傳統(tǒng)的屏幕顯示、鍵盤和鼠標(biāo)2）從

7、三維圖形到觀看“桌面虛擬現(xiàn)實”3）頭盔顯示器和雙筒全景顯示器（具有沉浸感）4）數(shù)據(jù)手套和觸覺反饋裝置5）超大屏幕或全景虛擬環(huán)境（多用戶深度沉浸感）3.2.1人機交互方式發(fā)展歷程175個階段：3.2.1人機交互方式發(fā)展歷程171）采用與人體位置有關(guān)的觀察方法，從而提供了在三維空間中運動的視覺界面，為用戶在虛擬環(huán)境中東張西望、走進(jìn)走出或飛越創(chuàng)造了基本條件。2）超大 屏幕的立體景觀加強了空間的深度和廣度，全景虛擬環(huán)境將與人的身材大小相適應(yīng)。3）通過數(shù)據(jù)手套、操縱桿、遙控器空間球和立體鼠標(biāo)等裝置可以操縱和控制虛擬對象。4）立體聲場、觸覺以及其他非視覺技術(shù)的應(yīng)用大大加深了虛擬環(huán)境的沉浸感。5）在不同地點

8、的人通過網(wǎng)絡(luò)可以分享虛擬環(huán)境，在虛擬空間中相會、交談和動作交互。（多用戶）3.2.2具有沉浸感虛擬環(huán)境的特點181）采用與人體位置有關(guān)的觀察方法，從而提供了在三維空間中運動具有沉浸感的虛擬環(huán)境硬件系統(tǒng)包括：一、可視化視覺通道二、虛擬幕墻三、全景空間四、立體聲場的聽覺通道五、語言、位置和姿態(tài)輸入裝置3.2.3虛擬環(huán)境硬件配置19具有沉浸感的虛擬環(huán)境硬件系統(tǒng)包括：3.2.3虛擬環(huán)境硬件配置1）頭盔顯示器2）雙筒全方位顯示器3）虛擬桌面和虛擬幕墻4）全景虛擬環(huán)境一、可視化視覺通道201）頭盔顯示器一、可視化視覺通道20頭盔顯示器21頭盔前方的小盒有兩個小液晶顯示屏，利用光學(xué)原理讓左右眼看到的圖像略有

9、差別以達(dá)到立體效果。位置追蹤器能夠不斷測量用戶頭部的位置和方向，并將計算機生成的場景調(diào)整到與頭部位置和姿態(tài)相適應(yīng)的場景，使用戶可以在各個角度觀看生成的虛擬產(chǎn)品。可以提供立體場景顯示、立體聲音輸出以及頭部位置跟蹤的功能。頭盔顯示器21頭盔前方的小盒有兩個小液晶顯示屏，利用光學(xué)原理雙筒全方位顯示器22針對頭盔顯示器戴上不舒適感進(jìn)行了改進(jìn)，同時分辨率上有所提高。通過多連桿機構(gòu)在操作范圍的任意移動，達(dá)到位置跟蹤的效果。雙筒全方位顯示器22針對頭盔顯示器戴上不舒適感進(jìn)行了改進(jìn)，同虛擬桌面23與頭盔顯示器和雙筒全方位顯示器相比可供多用戶同時使用。在操作者可以通過數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器等實現(xiàn)人機交互。虛擬桌面

10、23與頭盔顯示器和雙筒全方位顯示器相比可供多用戶同時虛擬幕墻24可供用戶10人左右虛擬幕墻24可供用戶10人左右建立全景虛擬環(huán)境（CAVE)的目的：1）生成高清晰度全彩色的逼真影像，改善周邊視野效果；2）減少用戶負(fù)重的硬件，消除頭部轉(zhuǎn)動的誤差；3）開發(fā)能夠同時看到現(xiàn)實世界和虛擬世界的顯示裝置；4）開發(fā)能夠與超級計算機聯(lián)網(wǎng)的可視化的工具和數(shù)據(jù)源。全景虛擬環(huán)境（CAVE）25建立全景虛擬環(huán)境（CAVE)的目的：全景虛擬環(huán)境（CAVE）26利用CAVE開發(fā)奔馳新車型26利用CAVE開發(fā)奔馳新車型數(shù)據(jù)手套操縱桿操縱手輪三維控制裝置 五、語言、位置和姿態(tài)輸入裝置27數(shù)據(jù)手套五、語言、位置和姿態(tài)輸入裝置2

11、7數(shù)據(jù)手套28數(shù)據(jù)手套(DataGlove)是一種把手勢輸入計算機的工具。戴上數(shù)據(jù)手套后，當(dāng)手活動時手套檢測這些活動，并向計算機送出相應(yīng)數(shù)據(jù)，計算機將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為虛擬手的動作，如握拳、手平直、伸出食指等。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)定，不同的手勢可以表示不同的控制指令，例如用手平直指出飛行的方向，用握拳表示返回等。數(shù)據(jù)手套28數(shù)據(jù)手套(DataGlove)是一種把手勢輸入計為了實現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實中的漫游，必須知道瀏覽者在三維空間中的位置和方向，尤其是必須知道頭部的位置與方向，以相應(yīng)地改變場景。這就需要位置跟蹤器跟蹤頭部的位置與方向，也就是需要位置跟蹤器描述物體的3D位置。目前采用的位置跟蹤器有磁場式、超聲波式、

12、紅外線式及發(fā)光二極管式等，但使用較多的是磁場式及超聲波式。三維（3D）位置跟蹤器29為了實現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實中的漫游，必須知道瀏覽者在三維空間中的位置虛擬現(xiàn)實應(yīng)用工具箱MRTK軟件包虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用工具箱WTK程序包CDK（Cyber space Developer Kit)軟件包虛擬現(xiàn)實建模語言VRML3.2.4虛擬環(huán)境軟件配置30虛擬現(xiàn)實應(yīng)用工具箱MRTK軟件包3.2.4虛擬環(huán)境軟件配3.3.1虛擬原型的概念3.3.2建立虛擬原型的主要步驟3.3.3虛擬原型的應(yīng)用313.3產(chǎn)品的虛擬原型3.3.1虛擬原型的概念313.3產(chǎn)品的虛擬原型虛擬原型(Virtual Prototypling)是利用虛擬

13、環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢以及可交互地探索虛擬物體的功能，對產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、制造等方面交互的建模與分析。它是在CAD模型的基礎(chǔ)上，使虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為原型的建立提供的新的方法。虛擬原型技術(shù)可用來快速評價不同的設(shè)計方案，與物理原型相比較，虛擬原型生成的速度快，生成的原型可被人們直接感觸、操縱和修改，且數(shù)據(jù)可被重新利用。運用虛擬原型技術(shù)，可以減少且甚至取消物理原型的制作，從而加速新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。323.3.1虛擬原型的概念虛擬原型(Virtual Prototypling)是利用虛為使用現(xiàn)有的軟件，并將虛擬原型集成到產(chǎn)品開發(fā)過程中，還需要下列兩個接口：1）虛擬環(huán)境和外部工具之間的接口。

14、2）與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型庫的接口。虛擬原型不是要代替現(xiàn)有的CAD技術(shù)，而是在CAD數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，虛擬原型給所設(shè)計的物體提供了附加的功能信息。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型庫將包含完整的、集成的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)及管理，從而為產(chǎn)品開發(fā)過程各階段提供共享的信息。33為使用現(xiàn)有的軟件，并將虛擬原型集成到產(chǎn)品開發(fā)過程中，還需要下1)從CADCAM模型中取出幾何模型。2)鑲嵌：用多面體和多邊形逼近幾何模型。3)簡化：根據(jù)不同要求刪去不必要的細(xì)節(jié)。4)虛擬原型編輯：著色、材料特性渲染、光照渲染等。5)特征輪廓的粘貼，以更好地表達(dá)某些細(xì)節(jié)。6)增加周圍環(huán)境和其他要素的幾何模型。7)添加操縱功能和性能。343.3.2建立虛擬原型的

15、主要步驟1)從CADCAM模型中取出幾何模型。343.3.2建立虛汽車轉(zhuǎn)向盤的嵌砌和簡化模型35汽車轉(zhuǎn)向盤的嵌砌和簡化模型35邊界縫補示意36邊界縫補示意36駕駛儀表盤照片的粘貼37駕駛儀表盤照片的粘貼371）汽車虛擬原型3.3.3虛擬原型的應(yīng)用381）汽車虛擬原型3.3.3虛擬原型的應(yīng)用382）工程機械虛擬原型39John Deere公司的裝載機虛擬原型2）工程機械虛擬原型39John Deere公司的裝載機虛擬3）虛擬維修4）虛擬風(fēng)洞403）虛擬維修403.4.1數(shù)字制造的定義一、定義：數(shù)字制造又稱虛擬制造，可以定義為“借助建模和仿真技術(shù)提高制造企業(yè)各層面決策和控制水平的、集成化的、在計算

16、機上人工合成的制造環(huán)境”。是數(shù)字化開發(fā)的重要組成部分，可以檢驗關(guān)鍵零件的可制造性以及整機的易裝配程度。3.4數(shù)字制造413.4.1數(shù)字制造的定義3.4數(shù)字制造41二、數(shù)字制造虛擬環(huán)境的組成：1）虛擬機器建模環(huán)境2）虛擬產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境3）虛擬產(chǎn)品制造環(huán)境4）虛擬產(chǎn)品裝配環(huán)境42二、數(shù)字制造虛擬環(huán)境的組成：42三、虛擬制造的特點(1)集成性：虛擬制造包含了虛擬設(shè)計、虛擬加工、虛擬裝配等過程。其次，各子過程并不是獨立運行的，而是彼此之間相互影響、相互支持，共同完成對實際制造過程的分析與仿真。(2)反復(fù)性：虛擬制造大多數(shù)環(huán)節(jié)都遵循 “方案擬定仿真評價方案修改”的一個多次反復(fù)的工作流程。(3)并行性：指的

17、是分布在不同節(jié)點的工程技術(shù)人員、計算仿真資源和數(shù)據(jù)知識資源，在計算機網(wǎng)絡(luò)和分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，針對生產(chǎn)中的某一任務(wù)，群組協(xié)調(diào)工作。(4)人機交互性：虛擬制造通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境將計算機的計算和仿真的過程與人的分析、綜合和決策的過程有機地結(jié)合起來。43三、虛擬制造的特點43虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設(shè)計和操作的正確性，及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配規(guī)劃。虛擬裝配系統(tǒng)包括數(shù)值計算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作模擬等。3.4.2虛擬裝配過程44虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部

18、分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配45虛擬裝配場景示意45虛擬裝配場景示意3.5.1數(shù)字工廠的定義數(shù)字工廠是一個集成化的虛擬仿真環(huán)境，它將制造企業(yè)信息管理系統(tǒng)與虛擬制造的各種應(yīng)用結(jié)合到一起，提供了一個從產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品廢棄的全生命周期數(shù)據(jù)管理平臺。3.5數(shù)字工廠463.5.1數(shù)字工廠的定義3.5數(shù)字工廠46UGS公司提供的數(shù)字工廠基本框架47UGS公司提供的數(shù)字工廠基本框架47原型車的構(gòu)建的步驟：(1)計算察看方向；(2)分析用戶接觸；(3)渲染。3.5.2數(shù)字工廠的應(yīng)用48原型車的構(gòu)建的步驟：3.5.2數(shù)字工廠的應(yīng)用484949第八章 產(chǎn)品開發(fā)的組織和管理汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)第八章 產(chǎn)品開發(fā)的組織和

19、管理汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)CIMData公司總裁EdMiller認(rèn)為：PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程的技術(shù)。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行安全的存儲、分配、追蹤、監(jiān)測、更新以及控制。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）51CIMData公司總裁EdMiller認(rèn)為：PDM是一門用來52521）產(chǎn)品增值鏈的核心環(huán)節(jié)2）應(yīng)用系統(tǒng)的集成平臺3）數(shù)據(jù)安全性的重要保證4）虛擬（數(shù)字化）產(chǎn)品的管理工具5）知識管理系統(tǒng)的重要組成部分6）電子商務(wù)的核心技術(shù)7）產(chǎn)品全生命周期管理的基礎(chǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的作用531）產(chǎn)品增值鏈的核心環(huán)節(jié)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的作用531.電子數(shù)據(jù)倉庫和文檔管理2.工作流程和過

20、程管理3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理4.分類和檢索5.過程和項目管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本功能541.電子數(shù)據(jù)倉庫和文檔管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本功能541）簡述有限元分析的基本步驟。2）逆向工程的主要過程可分為（ ）、（ ）和（ ）。3） 結(jié)構(gòu)離散就是將求解區(qū)域分割成具有某種幾何形狀的單元，也稱為( )。A.幾何建模 B.劃分網(wǎng)格 C.劃分邊界 D.單元分析4）CAE技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，可用于以下( ) A.虛擬實驗 B.VPG C.VR D.CFDE. 有限元分析55習(xí)題：1）簡述有限元分析的基本步驟。55習(xí)題：5）FOA使用（ ）來進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，為新結(jié)構(gòu)的設(shè)計、優(yōu)化提供啟示，并提出一些結(jié)構(gòu)修改的建議。6）以( )、( )為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)和以( )為基礎(chǔ)的數(shù)字化制造技術(shù)，是產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)技術(shù)的核心565）FOA使用（ ）來進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，為新結(jié)構(gòu)的設(shè)計樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。9月-229月-22Tuesday, September 27, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽