近年來，隨著信息技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術的應用很好地解決了傳統(tǒng)制造業(yè)中存在的問題。與傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)相比，虛擬產(chǎn)品開發(fā)不消耗物資資源和能源，而且可在產(chǎn)品投產(chǎn)前對產(chǎn)品實現(xiàn)的方案進行評估和優(yōu)化，提高了產(chǎn)品實現(xiàn)的可行性，增強了企業(yè)的市場競爭力。
1 虛擬現(xiàn)實技術
虛擬現(xiàn)實技術是一種有效的模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術；它采用計算機技術生成一個逼真的虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人能通過各種傳感交互設備與這一虛擬環(huán)境進行相互操作，達到彼此交換更迭，融為一體的程度。
1.1 虛擬現(xiàn)實特征
虛擬現(xiàn)實技術具有以下四個重要特征：
(1)多感知性所謂多感知就是說除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知、甚至應該包括味覺感知、嗅覺感知等。
(2)存在性又稱為臨場感，它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。
(3)交互性是指用戶對模擬環(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。
(4)自主性 自主性是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動作的程度。
1.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成
用戶通過傳感裝置直接對虛擬環(huán)境進行操作，并得到實時三維顯示和其它反饋信息（如觸覺、力覺反饋等）。當系統(tǒng)與外部世界通過傳感裝置構成反饋閉環(huán)時，在用戶的控制下，用戶與虛擬環(huán)境間的交互可以對外部世界產(chǎn)生作用（見圖1）。
圖1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)
1.3 VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實建模語言)，是描述虛擬環(huán)境中場景的一種標準。它定義了虛擬現(xiàn)實環(huán)境中幾乎全部的常用屬性，如層次變換、光源、視點、材料特性和紋理影射等，并提供了簡單的行為特征描述功能。VRML本質(zhì)上可以說是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，它定義了一系列對象用來實現(xiàn)三維場景、多媒體以及交互性，這些對象稱作“節(jié)點”(Node)�；バ裕@些對象稱作“節(jié)點”(Node)。
節(jié)點包含的基本元素有“域”(Field)和“事件”(Event)。域是節(jié)點中包含的參數(shù)，事件用于參數(shù)的傳遞。一個三維場景由具有層次結(jié)構的多個子節(jié)點組成，子節(jié)點的集合可以構成復雜的結(jié)構，這使得幾何對象中被指定的部分成為可控制的整體；傳感器(Sensor)則提供了人機交互及節(jié)點同路由的能力，這使得VR世界的真實感大大增強；在VRML中可以嵌人程序腳本，Java、JavaScript等擴展接口極大地提高了應用擴展能力。
2 虛擬制造
虛擬制造技術首先在飛機、汽車等工業(yè)領域獲得了成功的應用。其實質(zhì)是，實際制造過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即利用計算機仿真和虛擬現(xiàn)實技術，在計算機上模擬出產(chǎn)品的整個制造過程，從而對產(chǎn)品開發(fā)設計、加工制造、性能分析、生產(chǎn)管理和調(diào)度、銷售及售后服務做出綜合評價，以增強制造過程各個層次的決策與控制能力。虛擬制造并不產(chǎn)生真實產(chǎn)品，不消耗材料和能量，而只是利用制造對象、制造資源和制造過程的模型實現(xiàn)制造的本質(zhì)過程。目前，虛擬制造技術的應用主要在以下幾個方面。
2.1 虛擬產(chǎn)品制造
應用計算機仿真技術，對零件的加工方法、工序順序、工藝參數(shù)的選用，加工工藝性、配合件之間的配合性、運動構件的運動性等均可建模仿真。建立數(shù)字化虛擬樣機是一種嶄新的設計模式和管理體系。
虛擬樣機是基于三維CAD的產(chǎn)物。三維CAD系統(tǒng)是造型工具，能支持“自頂向下”和“自底向上”等設計方法，完成結(jié)構分析、裝配仿真及運動仿真等復雜設計過程，使設計更加符合實際設計過程。三維造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)集成，進行仿真分析；能提供數(shù)控加工所需的信息，如NC代碼，實現(xiàn)CAD/CAE/CAM的集成。通過數(shù)字化虛擬樣機的建立、實施，幫助企業(yè)建立起一套基于三維CAD的產(chǎn)品開發(fā)體系，實現(xiàn)設計模式的轉(zhuǎn)變，加快產(chǎn)品推向市場的周期。
2.2 虛擬企業(yè)
虛擬企業(yè)是目前國際上一種先進的產(chǎn)品制造方式，采用的是“兩頭在內(nèi)，中間在外”啞鈴型生產(chǎn)經(jīng)營模式，即產(chǎn)品研究、開發(fā)、設計和組裝、調(diào)試、銷售兩頭在公司內(nèi)部進行，而中間的機械加工部分則通過外協(xié)、外購方式進行。其特征是：企業(yè)地域分散化。虛擬企業(yè)從用戶訂貨、產(chǎn)品設計、零部件制造，以及總成裝配、銷售、經(jīng)營管理都可以分別由處在不同地域的企業(yè)，按契約互惠互利聯(lián)作，進行異地操作。企業(yè)信息共享化是構成虛擬企業(yè)的基本條件之一，企業(yè)伙伴之間通過互聯(lián)網(wǎng)及時溝通信息，保證虛擬企業(yè)各部門步調(diào)高度協(xié)調(diào)，在市場波動條件下，確保企業(yè)最大整體利益。
3 實例設計與實現(xiàn)
下面是利用三維造型軟件AutoCAD和VRML語言完成虛擬機械零部件的設計實例，即所謂虛擬產(chǎn)品制造，具體的設計方法和實現(xiàn)途徑如下：
3.1 三維建模及格式轉(zhuǎn)換
在通過三維造型軟件AutoCAD環(huán)境下，根據(jù)設計參數(shù)完成實體建模（見圖2）。然后將生成的DXF格式文件利用RSVRMLED、3DS Max或TGS 3D Tool中的VRML輸出口生成相應文件。以下是通過3DS Max的輸出口導出的齒輪幾何外觀圖和VRML文件內(nèi)容。由于數(shù)據(jù)量較大，僅給出簡化了的WRL文件，并添加了理解性注釋。生成的WRL文件的總體框架和齒輪外觀圖（見圖3）。
圖2 三維實體建模
圖3 齒輪外觀
以上代碼主要是實現(xiàn)機械零部件的三維實體建模，生成齒輪的各部分結(jié)構，并定義虛擬環(huán)境中的視點、場景背景等特征，完成實體建模階段。
3.2 修改WRL文件
齒輪的幾何形狀及場景特征已經(jīng)定義好后，可以利用VRML瀏覽器選擇任何視點來觀察靜態(tài)的齒輪。至此，還沒有任何動態(tài)效果及可控因素。下面擬用鼠標接觸來控制齒輪傳動，來說明如何形成動態(tài)效果及控制流。
3.2.1 加入動態(tài)節(jié)點
上述代碼通過TouchSensor、TimeSensor變換方位動態(tài)節(jié)點等功能節(jié)點，為實現(xiàn)齒輪傳動過程做準備。
3.2.2 建立控制流
為了使控制流能準確地傳遞，必須建立事件路由，來實現(xiàn)齒輪轉(zhuǎn)動過程。在已生成的VRML文件的末尾加入代碼，建立實際的控制機制。
4 結(jié)論與展望
作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)、基礎產(chǎn)業(yè)和先導產(chǎn)業(yè)，信息產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展意義重大，利用虛擬現(xiàn)實等高科技信息技術發(fā)展新型制造業(yè)和現(xiàn)代裝備制造業(yè)，加速推進老工業(yè)基地振興，在信息化迅速發(fā)展的條件下，東北老工業(yè)基地的振興步伐一定會不斷加快。有理由相信，若干年后，東北老工業(yè)基地必將再現(xiàn)輝煌，成為推動中國經(jīng)濟發(fā)展的又一個動力十足的“發(fā)動機”。
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