現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)理論-VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)理論與方法主講人：XXX導(dǎo)師：XXX教授—虛擬設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的演變

伴隨著科學(xué)的不斷發(fā)展,人類社會(huì)步入了嶄新的世紀(jì)。各種新技術(shù)層出不窮,而各個(gè)學(xué)科相互融合發(fā)展,又產(chǎn)生了許多新的學(xué)科技術(shù)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是這樣的一門學(xué)科。每一次新科技的出現(xiàn),都會(huì)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)的途徑、方式帶來(lái)新的發(fā)展和變化。仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提的,對(duì)設(shè)計(jì)、加工、裝配、維護(hù)等等,經(jīng)過(guò)統(tǒng)一建模形成虛擬的環(huán)境,虛擬的過(guò)程,虛擬的產(chǎn)品。仿真與虛擬技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代,到90年代才逐步發(fā)展完善起來(lái),現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到了制造、軍工、醫(yī)學(xué)、航天、建筑等很多領(lǐng)域,并且都取得了很大的成功。仿真與虛擬技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,更會(huì)體現(xiàn)出它的很多優(yōu)勢(shì),給設(shè)計(jì)業(yè)帶來(lái)全新的理念和方法。如下圖1就總結(jié)了工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的演變過(guò)程圖1產(chǎn)品設(shè)計(jì)的演變過(guò)程虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的基本特征

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什么是虛擬現(xiàn)實(shí)1

虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域

3什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

概括地說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的儀器虛擬設(shè)計(jì)的基本特征一、多感知性

多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺(jué)、聽覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。二、浸沒(méi)感浸沒(méi)感（Immersion）又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。

三、交互性

交互性（Interactivity）指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。四、構(gòu)想性

構(gòu)想性（Imagination）強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

由于浸沒(méi)感、交互性和構(gòu)想性三個(gè)特性的英文單詞的第一個(gè)字母均為I，所以這三個(gè)特性又通常被統(tǒng)稱為3I特性。多感知性沉浸性交互性構(gòu)象性指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)之外，還有聽覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感，甚至包括味覺(jué)、嗅覺(jué)等。指參與者對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求解答，形成新的概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以歸納為以下特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域城市規(guī)劃旅游景區(qū)醫(yī)學(xué)軍事和航天中娛樂(lè)以及工業(yè)藝術(shù)方面

一，城市規(guī)劃中1/15/2023VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)07年項(xiàng)目-邯鄲稷山商業(yè)街（1）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性而創(chuàng)建的三維場(chǎng)景不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，也有利于設(shè)計(jì)與管理人員對(duì)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后的效果也可得到更高的效益。1/15/2023（2），大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金，提供合作平臺(tái)。（3），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖。有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動(dòng)畫等所不能達(dá)到的。（4），加強(qiáng)宣傳效果對(duì)于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來(lái)制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來(lái)。1/15/2023二，旅游景區(qū)

通過(guò)3D互動(dòng)技術(shù)還原現(xiàn)實(shí)中的旅游景區(qū)，而從在網(wǎng)上構(gòu)建一個(gè)3D虛擬景區(qū)。游客可以通過(guò)建立個(gè)性化的3D虛擬化身，在3D的景區(qū)環(huán)境中直接試玩旅游景點(diǎn)，身臨其境的查看擬真的景點(diǎn)信息，足不出戶的體驗(yàn)千姿百態(tài)的風(fēng)景勝跡以及景點(diǎn)背后的傳奇故事。游客還可以與其它游客（3D虛擬化身）以及景區(qū)的導(dǎo)游（3D虛擬化身）互動(dòng)交談，一起討論對(duì)相關(guān)景點(diǎn)的旅游心得、奇聞趣事、出行指南等，通過(guò)這一切的有效交流，游客在未到真實(shí)景點(diǎn)之前就已經(jīng)掌握了很多的景點(diǎn)知識(shí)以及出行須知。景點(diǎn)管理人員或?qū)в我部梢栽诰€主動(dòng)推薦特色旅游景點(diǎn)，更好的推廣旅游景點(diǎn)。同時(shí)，也可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，聽取游客的建議及點(diǎn)評(píng)，更好的規(guī)劃與建設(shè)現(xiàn)實(shí)中的旅游景點(diǎn)。1/15/2023VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)08年項(xiàng)目-八達(dá)嶺長(zhǎng)城虛擬展示VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)09年項(xiàng)目-天壇公園虛擬展示1/15/2023三、醫(yī)學(xué)中它的原理就是：使用計(jì)算機(jī)技術(shù)（主要是計(jì)算機(jī)圖形與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)）來(lái)模擬和指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過(guò)程。在時(shí)間段上包括了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后；旨在實(shí)現(xiàn)手術(shù)教學(xué)、手術(shù)計(jì)劃制定、手術(shù)排練演習(xí)、手術(shù)技能訓(xùn)練、術(shù)后康復(fù)等模擬應(yīng)用。VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用是非常有前景的，學(xué)員在進(jìn)行手術(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的之前，可以通過(guò)VR制作的模擬手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)習(xí)，這樣，在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)侯，有的放矢，教學(xué)效果相比預(yù)習(xí)文字描述的步驟要深刻的多，將大大減少失誤造成的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和標(biāo)本的浪費(fèi)。這樣與傳統(tǒng)教學(xué)就有以下優(yōu)勢(shì)：（1）、課堂教學(xué)不在局限于有形的教室中，教學(xué)活動(dòng)的空間和時(shí)間得到了無(wú)形擴(kuò)展，更好的加深了學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容的認(rèn)知和理解。（2）、通過(guò)虛擬仿真三維軟件技術(shù)建立的人體結(jié)構(gòu)模型，可以使學(xué)生通過(guò)人機(jī)交互對(duì)人體模型進(jìn)行瀏覽，在模型內(nèi)部“漫游”讓學(xué)生非常直觀輕松的學(xué)習(xí)人體解剖結(jié)構(gòu)。不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，給學(xué)生留下深刻的記憶，也給教員提供了方便，且大大提高了教學(xué)質(zhì)量。（3）、另外，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過(guò)程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術(shù)都有十分重要的意義1/15/2023四、軍事與航天中模擬訓(xùn)練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)，以提供坦克協(xié)同訓(xùn)練，該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺(tái)模擬器。另外利用VR技術(shù)，可模擬零重力環(huán)境，以代替現(xiàn)在非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。五，娛樂(lè)以及工業(yè)藝術(shù)1、如家庭中的桌面游戲，公共場(chǎng)所的各種仿真等。目前基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的游戲主要有駕駛型游戲、作戰(zhàn)型游戲和智力型游戲三類。2、在北京奧運(yùn)會(huì)的開幕式中也用到了虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。3、三維沙盤軟件：包括各種活動(dòng)的三維動(dòng)畫展示。4、電影3D效果：為電影提供逼真，震撼的視覺(jué)效果1/15/2023汽車仿真方面汽車虛擬開發(fā)工程即在汽車開發(fā)的整個(gè)過(guò)程中，全面采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，在轎車開發(fā)的造型、設(shè)計(jì)、計(jì)算、試驗(yàn)直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)聯(lián)為一體的綜合技術(shù)，使汽車的開發(fā)、制造都置于計(jì)算機(jī)技術(shù)所構(gòu)造的嚴(yán)格的數(shù)據(jù)環(huán)境中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了市場(chǎng)反應(yīng)能力。如曼恒數(shù)字為東風(fēng)汽車開發(fā)出一套商用車虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)

整車零部件的設(shè)計(jì)工作、同時(shí)對(duì)機(jī)車性能進(jìn)行模擬分析，