2013年4月26日，由大連交通大學(xué)主辦，曼恒數(shù)字技術(shù)有限公司協(xié)辦的“虛擬仿真助推工業(yè)和教育信息化”交流會在大連交通大學(xué)圖書館會議室舉行。在交流會開始前還進(jìn)行了大連交通大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的揭牌儀式，宣告該實(shí)驗(yàn)室正式投入使用。該實(shí)驗(yàn)室采用了曼恒公司G-FlOAt虛擬仿真系統(tǒng)平臺，并使用了該公司自主研發(fā)的DVS3D虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)引擎，打造出了集教學(xué)、研究、開發(fā)等多項(xiàng)功能國內(nèi)一流水平的虛擬仿真平臺。該項(xiàng)目前后歷時(shí)3年，曼恒公司在這個項(xiàng)目中傾注了大量的心血，虛擬仿真平臺最終成功交付并投入使用。本次項(xiàng)目也獲得了大連交通大學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的一致好評，成為了業(yè)內(nèi)一個新的應(yīng)用典范和成功案例。

圖1 大連交通大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室揭牌儀式

圖2 “虛擬仿真助推工業(yè)和教育信息化”交流會

    本次活動也是曼恒公司開展虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域“燈塔之行”的首站，曼恒公司也寄希望通過這樣的活動齊聚專家智慧、分享寶貴經(jīng)驗(yàn)，為虛擬仿真在國內(nèi)更多行業(yè)更多領(lǐng)域的應(yīng)用助力，真正提升中國高校和企業(yè)的軟實(shí)力。

    在活動現(xiàn)場，e-works記者也親身感受了這個平臺的魅力，站在巨大的折疊屏幕面前，呈現(xiàn)在記者眼前的是一個接近真實(shí)環(huán)境的三維場景，并感覺自身已經(jīng)融入其中，場景內(nèi)的大型設(shè)備仿佛就在身邊，觸手可及。值得一提的是該系統(tǒng)通過先進(jìn)的無線紅外追蹤技術(shù)，任何一個微小的移動動作都可以使眼前的場景發(fā)生改變，使記者的視角隨身體的移動不斷的產(chǎn)生變化，可以自由查看場景中的每一處角落、每一處細(xì)微的結(jié)構(gòu)，始終感覺自身沉浸于一個真實(shí)的環(huán)境中。

圖3 技術(shù)人員現(xiàn)場講解

圖4 三維場景

    除了體驗(yàn)G-Float所實(shí)現(xiàn)的三維立體場景環(huán)境外，在演示過程中，技術(shù)人員還通過該虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為記者打開了一個具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維零件模型，通過一些簡單的操作就可以在一個沉浸感很強(qiáng)的真實(shí)環(huán)境下對三維零部件模型進(jìn)行全方位審查，也可以進(jìn)行裝配、剖切、測量等操作，通過沉浸式的環(huán)境來模擬真實(shí)操作。相信平臺投入使用后一定會產(chǎn)生非常好的反響，同時(shí)也會創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會價(jià)值。

圖5 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺演示1

圖6 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺演示2

真誠合作 攜手共贏

    在本次活動中，e-works記者有幸采訪到了大連交通大學(xué)的關(guān)天民副校長，就虛擬仿真技術(shù)、該項(xiàng)目設(shè)立的初衷、以及未來實(shí)驗(yàn)室的使用規(guī)劃進(jìn)行了深入的交流。

    在采訪過程中，關(guān)校長高度評價(jià)了這次與曼恒公司的合作：“在合作過程中，曼恒公司方面在設(shè)備、軟件、技術(shù)服務(wù)、培訓(xùn)等方面給予了全力的支持，使項(xiàng)目獲得了巨大的成功，這與雙方的真誠合作是密不可分的”。另外關(guān)校長還透露，未來大連交通大學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還將與曼恒公司繼續(xù)開展合作，共同承擔(dān)一些高水平的虛擬仿真試驗(yàn)項(xiàng)目，立志將該實(shí)驗(yàn)室打造成東三省的知名品牌。

圖7 大連交通大學(xué)關(guān)天民副校長

    回顧本次合作過程，不難看出，大連交通大學(xué)非常關(guān)注虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，尤其是一些前沿應(yīng)用，并且也深知虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值所在。大連交通大學(xué)原名大連鐵道學(xué)院，是東北地區(qū)惟一一所以軌道交通為特色的高等學(xué)校。該校創(chuàng)建于1956年，時(shí)為大連機(jī)車車輛制造學(xué)校，1958年升格為大連鐵道學(xué)院，2004年5月經(jīng)教育部批準(zhǔn)更名為大連交通大學(xué)。

    從大連交通大學(xué)的研究歷史和研究方向來看，虛擬仿真技術(shù)一直處于一個非常重要的地位。在采訪中，關(guān)校長為記者介紹了學(xué)校的虛擬仿真技術(shù)在鐵路行業(yè)發(fā)展過程中的一些廣泛應(yīng)用。

    大連交通大學(xué)是整個北車集團(tuán)虛擬樣機(jī)研發(fā)的平臺，其虛擬樣機(jī)技術(shù)涵蓋疲勞可靠性、碰撞，動力學(xué)以及模擬各種各樣的工況等非常全面的虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在虛擬環(huán)境下對整車的驗(yàn)證分析過程，并且應(yīng)用的非常深入，在國內(nèi)具有很高的影響度。

    這次建立的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為學(xué)校未來的科學(xué)研究提供了一個更好的平臺，完善了學(xué)�？蒲信c試驗(yàn)體系，可以進(jìn)一步開展一系列應(yīng)用基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，同時(shí)能夠有效提高相關(guān)應(yīng)用創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提高學(xué)院教學(xué)水平與質(zhì)量，使該校的研究水平上升到了一個新的高度，也為未來推動技術(shù)進(jìn)步和社會發(fā)展能夠做出更多的貢獻(xiàn)。

虛擬仿真創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)價(jià)值

    虛擬仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括其它各項(xiàng)新的技術(shù)的集成，在這些技術(shù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)上獲得了“井噴”式的快速發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)的難點(diǎn)就是仿真，把虛的東西變得像“真”的一樣，包括其內(nèi)在的各種特性，只有這樣才能發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的最大優(yōu)勢。

    從工業(yè)角度來看：大型飛機(jī)、動車的虛擬仿真、虛擬樣車技術(shù)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)等的應(yīng)用會極大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。另外，新產(chǎn)品的性能通過應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證可以讓設(shè)計(jì)師了然于心，對自己的產(chǎn)品可靠性有很大的信心。

    從教育角度來看：虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用前景應(yīng)該更廣闊。現(xiàn)在的虛擬技術(shù)包括實(shí)驗(yàn)、仿真、虛擬、虛擬裝備等方面，如果要把這些設(shè)備真實(shí)組建在實(shí)驗(yàn)室里，會存在很多困難，如資金問題、空間問題、時(shí)間問題。但如果建立一個虛擬的試驗(yàn)室仿真平臺，就能夠使學(xué)生身臨其境，更好地掌握知識。

    虛擬仿真技術(shù)就像物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，應(yīng)該滲透到工業(yè)部門、國民經(jīng)濟(jì)活動的各個領(lǐng)域，有很大的提升空間，該領(lǐng)域前途非常光明。大連交通大學(xué)對這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展一直給予高度的關(guān)注。“隨著虛擬仿真技術(shù)不斷向前邁進(jìn)，它將會有一個更高更廣闊的發(fā)展前景。未來幾年，虛擬仿真技術(shù)將會成為工程部門非常重要的技術(shù)工具和手段。”關(guān)校長說道。

    從未來工業(yè)發(fā)展的角度來看，確實(shí)也是這樣，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用勢必能夠?yàn)槠髽I(yè)工程部門創(chuàng)造更多的價(jià)值。因?yàn)殡S著沉浸感、交互、真實(shí)感等技術(shù)進(jìn)一步完善，虛擬仿真技術(shù)必將會得到越來越深入廣地應(yīng)用，虛擬仿真技術(shù)將來在工業(yè)部門可以用來替代試驗(yàn)技術(shù)，并在技術(shù)培訓(xùn)、研發(fā)、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期等各個方面取得效益。

    目前，大連交通大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是省級高校人機(jī)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、省級運(yùn)動與康復(fù)器械重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、市級工程實(shí)驗(yàn)室，這三個平臺通過借助虛擬樣機(jī)、虛擬仿真的環(huán)境將會成為大連市、乃至整個遼寧省在人機(jī)工程科學(xué)方面的一個公共的平臺，并提供全方位、專業(yè)的服務(wù)。為了更好的詮釋這次項(xiàng)目的價(jià)值，在采訪中關(guān)校長還介紹了學(xué)校未來針對這套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)劃，主要分為三大部分：

• 實(shí)現(xiàn)基于人機(jī)工程的個性化輪椅、特種輪椅定制

    眾所周知，大連交通大學(xué)擁有我國首家研究輪椅技術(shù)的機(jī)構(gòu)即貝林輪椅技術(shù)研究中心，這是世界輪椅基金會和大連交通大學(xué)于2004年在大連交通大學(xué)成立的，該研究中心有多項(xiàng)研究成果在國內(nèi)領(lǐng)先，有的還達(dá)到國際先進(jìn)水平。大連交通大學(xué)在輪椅設(shè)計(jì)方面具有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，但時(shí)常會面臨一些棘手的問題，那就是如何實(shí)現(xiàn)輪椅個性化定制以及滿足人機(jī)工程學(xué)的要求。

    在外界看來，輪椅是一個普通、通用化的產(chǎn)品。其實(shí)不然，輪椅是一個個性化非常強(qiáng)的產(chǎn)品，受到很多關(guān)鍵因素的制約，因?yàn)槊恳幻麣埣踩硕加胁煌�的體形、高矮和殘疾程度，并且他們也有不同的個性化需求，比如收入水平不同對材料的需求也不近相同，另外其色彩、適應(yīng)度、舒適度等方面的要求也很多。

    大連交通大學(xué)通過這次虛擬仿真項(xiàng)目的成功實(shí)施，可以真正的建立一個產(chǎn)品的虛擬平臺。具體的實(shí)施方案是通過三維掃描儀先將使用者的各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)掃描并導(dǎo)入到平臺中去，形成一個真實(shí)的使用者模型，同時(shí)也將根據(jù)使用者的基本數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)的輪椅模型導(dǎo)入到平臺中進(jìn)行相互匹配，也就是我們常說的進(jìn)行人機(jī)工程中的人機(jī)匹配，來驗(yàn)證匹配后的環(huán)境適應(yīng)性、人機(jī)之間的合理性；同時(shí)還有輪椅的強(qiáng)度性、運(yùn)動性、碰撞性、極限運(yùn)動是否滿足各種各樣的條件。通過這樣的虛擬環(huán)境，每一名殘疾人將根據(jù)自己的不同條件、不同需求，獲得適合自己的個性化輪椅。

圖8 DVS3D應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)

    “未來在全國各個地方，只要通過采集一些需要的數(shù)據(jù)輸入平臺，就能夠在虛擬環(huán)境中造出這個虛擬的產(chǎn)品，經(jīng)虛擬裝配驗(yàn)證合格后，生成制造用圖紙，輪椅生產(chǎn)企業(yè)就可以根據(jù)圖紙快速生產(chǎn)出符合不同人群需要的個性化輪椅，類似現(xiàn)在的個性化汽車的制造流程一樣”關(guān)校長說道。

• 顱骨鈦合金修復(fù)假體

    近十余年來，由于醫(yī)療事業(yè)的迅猛發(fā)展和人們對醫(yī)療效果追求的提高，修復(fù)重建外科學(xué)得以逐步形成并迅速發(fā)展。顱骨的修復(fù)重建作為其重要組成部分，是開展最早的領(lǐng)域之一。由于顱骨結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對于其缺損的修復(fù)，一直是修復(fù)重建外科學(xué)具有挑戰(zhàn)性的課題之一，據(jù)關(guān)校長介紹，虛擬仿真技術(shù)在這項(xiàng)課題中的應(yīng)用具有非常大的價(jià)值。在虛擬仿真的環(huán)境下，通過虛擬裝配和檢驗(yàn)可以有效保障修復(fù)假體與缺損部位的貼合性。

    在未來，病人進(jìn)入醫(yī)院后，將顱骨缺損的部位照完彩超以后，可以直接把數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺中，通過平臺使缺損部位在虛擬的環(huán)境下與設(shè)計(jì)的鈦合金修復(fù)假體進(jìn)行擬合、重構(gòu)，同時(shí)還可以進(jìn)行性能測試、分析。如果在虛擬環(huán)境下通過檢驗(yàn)，就可以直接在數(shù)控機(jī)床里進(jìn)行加工，快速、精確的完成顱骨鈦合金修復(fù)假體的設(shè)計(jì)工作。“我們的目標(biāo)就是面向全國并在患者進(jìn)入醫(yī)院的48小時(shí)內(nèi)，完成這種符合患者本身需要的顱骨鈦合金修復(fù)假體的設(shè)計(jì)工作”關(guān)校長信心十足的談到。據(jù)了解目前該技術(shù)已處于研究階段，并已取得階段性研究成果，實(shí)物樣品已經(jīng)成功完成。

• 深入教學(xué)領(lǐng)域，大力發(fā)展教育信息化

    自從擴(kuò)招以來，學(xué)生的實(shí)踐環(huán)境一直是困擾很多高校的一個難題，始終沒有得到徹底改善，目前學(xué)生的動手能力、實(shí)踐能力、工程意識下降的比較厲害，主要原因是學(xué)生沒有那么多機(jī)會親臨現(xiàn)場。通過這次合作，可以把原來學(xué)生不容易去的實(shí)踐環(huán)境，利用虛擬仿真的技術(shù)演示出來，讓學(xué)生可以親臨生產(chǎn)一線，還原工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)原貌，加深對學(xué)科的理解。

    通過仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，可以大大的提高學(xué)生的實(shí)地動手能力，也是一座讓學(xué)生與真實(shí)環(huán)境對接的橋梁。教育信息化的推進(jìn)一直是大連交通大學(xué)非常關(guān)注的一個問題，并且各項(xiàng)先進(jìn)的信息技術(shù)都得到了非常廣泛的應(yīng)用，大連交通大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室將會成為利用虛擬環(huán)境打造工程教育實(shí)踐中心的一個典范。

后記

    在這次采訪中，留給記者印象比較深的地方是關(guān)校長描述虛擬現(xiàn)實(shí)平臺未來的幾個應(yīng)用場景，在工業(yè)應(yīng)用中，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺重新定義了我們以往的產(chǎn)品研發(fā)流程，使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)被完整保留，讓設(shè)計(jì)方案能夠真實(shí)的展現(xiàn)眼前，并進(jìn)行人機(jī)交互、評估設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理性等一系列工作，成為了產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)制造中不可或缺一環(huán)，極大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率。在教學(xué)應(yīng)用中，學(xué)生們不但有機(jī)會體驗(yàn)最前沿的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的應(yīng)用，而且還能夠在虛擬的環(huán)境下去學(xué)習(xí)了解日常課本中難以理解的陌生工業(yè)場景。

    隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來將會快速滲透到工業(yè)應(yīng)用的各個領(lǐng)域，如虛擬造型、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬工藝制造、虛擬裝配等。它不僅為我們創(chuàng)造了更為自由的工作環(huán)境，而且從根本上動搖了一些曾經(jīng)被視為經(jīng)典的設(shè)計(jì)創(chuàng)新體系。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的推廣和應(yīng)用將使工業(yè)的思想概念、開發(fā)方式、組織形式、市場競爭及人才培訓(xùn)方面產(chǎn)生全方位的創(chuàng)新和變革。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來發(fā)展中，虛擬產(chǎn)品和真實(shí)產(chǎn)品之間的界線將會變得越來越模糊。

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本文標(biāo)題：曼恒：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)定義新的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)體系

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