虚拟现实技术及其在CADCAM上的应用

LOGO虚 拟 现 实 （ VR） 技 术 及 其 在CAD/CAM中 的 应 用 张 广 林10721290 Company Logo目 录 什 么 是 虚 拟 现 实1 虚 拟 现 实 技 术 特 点2 虚 拟 现 实 系 统3 VR技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用4 Company Logo一 .虚 拟 现 实v虚 拟 现 实 （ Virtual Reality， 简 称 VR） 技 术 ，又 称 灵 境 技 术 ， 是 以 沉 浸 性 、 交 互 性 和 构 想性 为 基 本 特 征 的 计 算 机 高 级 人 机 界 面 。 它 综合 利 用 了 计 算 机 图 形 学 、 仿 真 技 术 、 多 媒 体技 术 、 人 工 智 能 技 术 、 计 算 机 网 络 技 术 、 并行 处 理 技 术 和 多 传 感 器 技 术 ， 模 拟 人 的 视 觉 、听 觉 、 触 觉 等 感 觉 器 官 功 能 ， 使 人 能 够 沉 浸在 计 算 机 生 成 的 虚 拟 境 界 中 ， 并 能 够 通 过 语言 、 手 势 等 自 然 的 方 式 与 之 进 行 实 时 交 互 ，创 建 了 一 种 人 性 化 的 多 维 信 息 空 间 。 Company Logo二 .虚 拟 现 实 技 术v 虚 拟 现 实 技 术 的 3I特 性1.Immersion沉 浸 性 又 称 临 场 感 ， 指 用 户 感 到 作 为 主角 存 在 于 模 拟 环 境 中 的 真 实 程度 。2.Interaction交 互 性 指 用 户 对 模 拟 环 境 内 物 体 的 可 操作 程 度 和 从 环 境 得 到 反 馈 的 自然 程 度 （ 包 括 实 时 性 ） 。3.Imagination构 想 性 人 可 从 定 性 和 定 量 综 合 集 成 的 环境 中 得 到 感 性 和 理 性 的 认 识 从 而 深 化 概 念 和 萌 发 新 意 ， 而 不仅 从 以 定 量 计 算 为 主 的 结 果 中得 到 启 发 和 对 事 物 的 认 识 。 IMMERSON沉 浸INTERACTION交 互 IMAGINATION构 想I3 Company Logo二 .虚 拟 现 实 技 术v关 键 技 术虚 拟 现 实 是 多 种 技 术 的 综 合 ， 其 关 键 技 术 和 研 究 内 容 包括 以 下 几 个 方 面 ： 1.环 境 建 模 技 术2.立 体 声 合 成 和 立 体 显 示 技 术3.触 觉 反 馈 技 术4.交 互 技 术5.系 统 集 成 技 术 Company Logo三 .虚 拟 现 实 系 统v典 型 的 虚 拟 现 实 系 统 由 一 下 几 方 面 组 成 ：1.效 果 产 生 器 。2.实 景 仿 真 器 。3.应 用 系 统 。4.几 何 构 造 系 统 。 Company Logo三 .虚 拟 现 实 系 统v实 际 应 用 的 虚 拟 现 实 系 统 可 分 为 三 类 ：1.桌 面 虚 拟 现 实 系 统 ， 也 称 窗 口 中 的 VR， 成 本 低 ， 主要 用 于 CAD CAM、 建 筑 设 计 等 领 域2.沉 浸 式 虚 拟 现 实 系 统 ， 使 用 头 盔 显 示 器 把 用 户 的 视 觉 、听 觉 及 其 他 感 觉 封 闭 起 来 ， 产 生 一 种 身 临 其 境 的 错 觉3.分 布 式 虚 拟 现 实 系 统 ， 它 建 立 在 沉 浸 式 虚 拟 现 实 系 统和 分 布 式 交 互 仿 真 (DIS Distributed Interaction Simulation)的 基 础 上 Company Logo三 .虚 拟 现 实 系 统v硬 件 支 持1.高 性 能 计 算 机2.头 盔 显 示 器3.跟 踪 定 位 系 统4.立 体 声 音 响 和 三 维 空 间 定位 装 置 系 统5.触 觉 /力 量 反 馈 装 置 Company Logo附 件 Company Logo三 .虚 拟 现 实 系 统v软 件 支 持 在 软 件 方 面 ， 虚 拟 现 实 系 统 除 一 般 所 需 的 软 件 支 撑 环境 之 外 ， 主 要 是 需 要 提 供 一 个 产 生 虚 拟 环 境 的 工 具集 或 产 生 虚 拟 环 境 的 外 壳 。 它 至 少 具 有 以 下 的 功能 : 1.能 够 接 受 各 种 高 性 能 传 感 器 的 信 息 ， 如 头 盔 的 跟踪 信 息 ； 2.能 生 成 立 体 的 显 示 图 形 ； 3.能 把 各 种 数 据 库 (如 地 形 地 貌 数 据 库 、 物 体 形 象 数据 库 等 )、 各 种 CAD软 件 进 行 调 用 和 互 联 的 集 成 环 境 。 具 有 典 型 代 表 性 的 虚 拟 现 实 系 统 软 件 有 :虚 拟 世 界 工具 箱 WorldToolKit(WTK)、 MultiGen Creator、 Vega、 Maya、 IRIS Performer、VTree、 Open GVS等 等 。 Company Logo四 .虚 拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用v计 算 机 的 性 能 快 速 提 高 ， 已 经 能 在 微 机 上 进 行CAD/CAM的 虚 拟 现 实 研 究 和 应 用 。 对 身 临 境 的 真 实感 和 对 超 越 现 实 的 虚 拟 性 ， 以 及 建 立 个 人 能 够 沉 浸 其中 ， 具 有 交 互 作 用 的 多 维 信 息 系 统 的 追 求 ， 推 动 了 虚拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM中 的 应 用 与 发 展 。CAD/CAM的 虚 拟 现 实 技 术 涉 及 CAD/CAM各 个 学 科 ，已 显 示 出 它 的 实 用 性 ， 技 术 潜 力 巨 大 ， 应 用 前 景 十 分广 阔 。 Company Logo四 .虚 拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用v传 统 的 仿 真 与 建 模 产 品 的 建 模 和 仿 真 ， 是 虚 拟 现 实 技 术 在CAD/CAM的 基 本 应 用 ， CAD/CAM软 件 从 线框 造 型 、 曲 面 造 型 发 展 到 特 征 参 数 化 实 体 造型 ， 反 映 了 制 造 领 域 对 几 何 建 模 技 术 的 需 求 。在 CAD/CAM中 计 算 机 仿 真 已 经 应 用 于 如 下几 个 方 面 :(l)机 构 运 动 轨 迹 方 式 的 仿 真 ;(2)构 件 受 力 的 有 限 元 分 析 ;(3)机 器 装 配 整 体 性 能 模 拟 ;(4)工 程 构 件 破 坏 性 实 验 分 析 。 Company Logo四 .虚 拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用v基 于 虚 拟 现 实 技 术 的 仿 真 与 建 模 CAD/CAM的 建 模 (造 型 )是 CAD/CAM的技 术 核 心 和 基 础 。 虚 拟 现 实 技 术 在CAD/CAM中 主 要 应 用 于 以 下 几 个 方 面 : (l)运 动 仿 真 (2)模 拟 制 造 过 程 (3)机 械 部 件 及 机 器 整 体 性 能 评 价 Company Logo四 .虚 拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用vCAD/CAM虚 拟 现 实 系 统 分 析 CAD/CAM虚 拟 现 实 系 统 是 一 种 集 立 体 图 形 、自 然 交 互 等 技 术 ， 以 建 造 与 客 观 世 界 高 度逼 真 、 虚 拟 的 环 境 为 主 要 内 容 进 行 模 拟 应用 的 系 统 。 CAD/CAM虚 拟 现 实 系 统 的 重 要特 性 是 具 有 一 种 身 临 其 境 的 临 场 感 。 在 微机 上 建 立 虚 拟 现 实 系 统 具 有 以 下 特 点 : (l)生 动 真 实 的 计 算 机 场 景 图 像 (2)自 然 的 人 机 交 互 (3)通 用 的 图 形 软 件 平 台 （ 常 用 OpenGL） Company Logo四 .虚 拟 现 实 技 术 在 CAD/CAM上 的 应 用vCAD/CAM虚 拟 现 实 技 术 的 应 用 在 设 计 规 划 中 的 应 用 在 工 程 设 计 过 程 中 的 应 用 在 机 械 设 计 中 的 应 用 数 控 加 工 Company Logo实 例 展 示D:我 的 文 档 桌 面 张 广 林PECVD_SystemPECVD_System.exe Company Logo结 语v虚 拟 现 实 技 术 的 发 展 和 应 用 从 根 本 上 改 变 了人 类 的 思 维 方 式 。 已 经 和 理 论 分 析 、 科 学 实验 一 起 ， 成 为 人 类 探 索 客 观 世 界 规 律 三 大 手段 。 CAD/CAM的 虚 拟 现 实 技 术 涉 及CAD/CAM各 个 学 科 ， 已 显 示 出 它 的 实 用 性 ，技 术 潜 力 巨 大 ， 应 用 前 景 十 分 广 阔 。 近 年 来 ，虚 拟 现 实 造 型 语 言 (VRML)已 成 为 信 息 技 术业 界 的 一 种 标 准 语 言 。 人 们 正 在 深 人 研 究 和探 讨 虚 拟 现 实 和 真 实 现 实 之 间 的 关 系 ， 发 现和 挖 掘 真 与 虚 两 种 现 实 中 的 科 研 课 题 ， 创 建各 种 逼 真 的 虚 拟 现 实 演 示 系 统 、 操 作 系 统 和应 用 系 统 。 LOGO