虚拟现实技术工业设计

虚拟现实技术工业设计（共12篇）

虚拟现实技术工业设计 篇1

随着经济社会的迅速发展,现代工业设计需要革新观念,创新工业设计方式,满足新形势下消费者的需求。传统的工业产品设计和展示方式已不能适应社会经济发展的需要,必须作出改变。而虚拟现实技术的出现,恰好能够为工业设计提供新思路。通过利用虚拟现实技术,建设企业的工业设计虚拟展示平台能够提高企业产品的市场竞争力,缩短设计周期,减少企业的投资成本,增加设计者和受众群之间的交流和互动,可帮助企业提高经济效益。

1 虚拟现实技术概述

1.1 何谓虚拟现实技术

总体而言,虚拟现实技术是以计算机技术、仿真技术、可视化技术等为基础,结合了统计学、符合学等理论,营造一个高度逼真的虚拟场景,通过人的触觉、嗅觉、视觉以及听觉等感官功能,将置身于虚拟环境中体验者与场景中的实物进行交互的可视化操作。

该技术与计算机仿真有着密切的关系,但在一定程度上也有着差异。虚拟现实技术有着“沉浸-交互-构想”的特征。从沉浸的方面看,计算机仿真技术的用户在计算机环境中只能作为旁观者,不能真正参与到计算机仿真系统中,可视化的场景不能随着用户视点的变化而做出调整,用户无法体会到身临其境的感觉。从交互方面看,计算机仿真技术只能实现用户听觉和视觉的感官体验,容易忽视计算机系统和用户之间的交流互动。而虚拟现实技术能够在营造的虚拟场景中让用户全方位地接触实物,增强了两者之间的互动性。从构想方面来看,计算机仿真技术的智能化程度不足,一般只是执行预定好的仿真程序,无法满足用户多样性的需求。而虚拟现实技术则具有更多的智能化操作功能,已成为计算机仿真技术的未来发展方向。

1.2 虚拟现实技术在工业设计中的应用

虚拟现实技术打破了传统二维平面设计模式,以三维的设计方式展示产品的功能、性质,为用户呈现更加真实鲜明的产品效果。将这种技术应用于现代工业设计中,可让用户对产品有更直接的观察和接触,迅速找出产品设计中的问题和不足,有助于企业改进设计方法,节省设计时间,降低设计成本,也能帮助设计者更准确清晰地表达其的设计理念和设计思维。在产品投入生产和销售前,通过这种技术让用户参与工业设计产品的体验,可有效减少产品投入市场后的运营风险,提高企业的经济效益。

2 利用虚拟现实技术建设工业设计虚拟展示平台

利用虚拟现实技术进行工业设计虚拟展示平台的建设,以汽车产品的工业设计为例,需要进行三个层次的平台支撑,分别是整体设计方案、平台支撑环境以及平台的配置功能。下文将从这三个方面进行详细的阐述。

2.1 整体设计方案

现代工业设计的目的是为了优化设计产品,将产品进行全方位地展示,并实现用户与产品的全接触,从而达到提升用户体验,提高产品经济效益的目的。虚拟现实技术能够为企业的工业产品设计搭建高度真实且具有高互动性的展示平台。以某企业的汽车产品工业设计为例,首先要确定产品工业设计展示平台的整体方案,利用虚拟现实技术构造的支撑环境建立多个应用服务工具系统,主要包括汽车虚拟驾驶系统,汽车功能DIY设置系统、虚拟数字车站系统等,将这些系统进行集成,构建成为一个面向汽车产品工业设计展示的虚拟平台系统。这个系统的结构共有三层,分别是服务层、应用工具层以及环境层。每个层次负责的内容各不相同。服务层主要负责在以虚拟现实技术和VR技术为支撑的环境下为用户提供汽车配置设计体验、虚拟场景展示、决策支持等服务,使用户能够真切体验到汽车的全方位性能和个性化服务,提高产品设计的质量。应用工具层由四个核心的VR工具系统构成,与虚拟支撑环境一起为汽车产品的展示和体验服务。环境层指的是汽车产品工业设计展示的支撑环境,包括VR环境和网络环境。VR环境包括专业的硬件设备、VR建模以及应用开发软件构成。网络环境主要包括外网和内网两个部分。

2.2 平台支撑环境

工业设计的虚拟展示平台离不开其需要的平台支撑环境。这个支撑环境主要依靠五大系统作为支撑。投影显示系统能够为产品提供更加立体和鲜明的展示效果,并具有更多的交互性。其中的设备主要包括立体投影机、投影屏幕、工作站、人体追踪设备、数字头盔和手套以及反馈装置。计算机控制系统担负着VR内容的生成和传输任务,是产品设计展示效果好坏的关键因素。人机交互系统是其中的关键部分,正因为使用了这个系统,才能实现人机交互体验,增加平台支撑环境的真实感。其主要是对操作位置进行跟踪和捕捉,并提供可感知力,包括空间位置跟踪系统、三维交互设备以及数据头盔和手套等。VR软件系统主要是为展示平台提供VR软件和辅助设备。辅助外设系统负责的是支撑环境中为用户增加体验效果,并确保各项设备正常运行的部分。

2.3 平台功能设置

虚拟现实展示平台的建设中平台功能的设置仍以汽车产品的工业设计为例,这个集成系统主要包括四个子系统,分别是数字虚拟驾驶系统、虚拟功能设置、虚拟汽车产品展示系统以及数字汽车产业员园系统。

数字虚拟驾驶系统可为用户提供场景逼真的感官驾驶体验,让用户在真实的驾驶场景中体会到汽车驾驶的各项性能,并提供相应的驾驶功能操作指示,有汽车驾驶辅助人员对汽车虚拟驾驶的情况和反馈做出分析和研究,并采纳用户的体验意见,对汽车的驾驶功能作出改进,使其更加完善。虚拟汽车功能设置系统能让用户根据的个人喜好和兴趣对汽车的座椅颜色、高度、轮胎、仪表盘、刹车车内装饰等进行调节和设置,使汽车产品更具个性化。并利用虚拟现实技术所具有的沉浸式特点,让用户能够身临其境地感受设置后的汽车改型效果。虚拟汽车展示系统主要是利用web系统将所体验的汽车产品在网络展示厅中进行3D展示,实现Web系统与企业网站的无缝对接。同时也可在网站上对汽车产品模型进行展示,起到对汽车产品的宣传和推广作用。数字汽车产业园系统可将与汽车产品有关的产业信息进行展示,提供查询与统计功能,为企业的产业规划布局和项目咨询提供参考。

3 工业设计展示平台的应用前景

如今,随着科技水平的提高,虚拟现实技术正在不断发展和完善,其在工业设计的应用远不止于展示平台的搭建,还涉及到工业产品的外观设计、环保设计以及人性化设计等。未来,通过利用VR技术搭建的虚拟现实展示平台不仅可用于汽车产品展示,还可带动零部件产品的发展,帮助形成汽车和零部件产品产业链,为制造业形成产业集群优势,占据更大的市场份额。

4 结束语

现代工业设计需要利用虚拟现实技术以创新设计方法、革新设计理念,满足消费者对产品的多样化需求,在激烈的市场竞争中立于不败之地。虚拟现实技术能够增加工业产品设计的交互性,让用户在高度逼真的虚拟环境中通过感官全方位体验产品的性能,实现人机交互式操作。未来,现代工业设计中还会更多地应用到虚拟现实技术,其应用范围会不断扩大,为现代工业产品设计提供更有效的解决方案,实现现代工业设计的长远发展。

参考文献

[1]戚鹏等.基于虚拟现实技术的工业设计虚拟展示平台的建设研究[J].科技展望,2015(20):160.

[2]陈浩磊等.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线,2011(01):1-5+14.

[3]李广丽等.基于虚拟现实技术的商品展示平台研究[J].华东交通大学学报,2010(06):59-65.

虚拟现实技术工业设计 篇2

虚拟现实技术是随着计算机技术的发展而产生的一门综合性技术。虚拟现实技术涉及计算机图形学、数字图像处理、传感技术、多媒体技术、网络技术、模式识别、并行处理和人工智能等多个领域，在三维显示和人机交互方面具备强大的呈现能力和互动优势。在虚拟现实技术帮助下，用户可以完全融入其中,并与系统发生交互，产生身临其境的效果。在工业设计人才培养过程中，如何融合虚拟现实和三维动画的优势辅助教学、丰富教学手段，从而加强学生自主学习的能力；如何通过运用这种新技术和实施新教学模式，丰富工业设计人才培养内容，提升高校工业设计人才培养层次，是文章主要研究的内容。

一、虚拟现实技术的特性与交互式学习情境搭建可行性分析

1.虚拟现实技术的特征

本质上来讲，人与人之间存在各种接口，而虚拟现实就是其中的一种，它以先进的技术手段为用户提供视觉、听觉和触觉等各种真实而又自然的体验，极大地提高了系统的可用性和易用性，从而减轻用户的认知压力，提高系统的整体工作效率。虚拟现实技术的特性可总结为以下几点：其一，包括视觉、听觉、触觉、力觉、味觉、运动等的多感知性；其二，用户在环境中完全作为主角的真实感和沉浸感；其三，用户对操作对象的顺畅把握和操作反馈的流畅自然性；其四，物体在虚拟环境中完全遵循物理定律。

2.虚拟现实的认知特性

根据建构主义的观点，教学的过程其实是借助一定的环境和工具，让学生自主地建立起对知识体系的认知和理解的过程。而虚拟现实在架构虚拟环境方面具备无与伦比的优势，在此基础上再植入丰富的学习资源，学生便能非常容易地融入其中，从而汲取到系统的知识点。虚拟现实的强交互性更是可以让学生在知识的基础上形成相应的见解和观点。

3.虚拟现实技术的学习情境设计

在三维动画和虚拟现实技术的帮助下，教师可以营造出虚拟的学习环境，学生通过虚拟环境进行体验、训练和探究，并通过与系统的交互，从而对知识点进行认知和理解。根据建构主义的观点，情境、协作、会话和意义建构是学习环境中的四大基本要素，也正是虚拟现实技术的最大优势。

二、工业设计类课程教学特点与需求

工业设计是工业化生产和市场经济的产物，工业产品设计开发是科学技术转化为生产力的核心环节，其从消费者与市场终端拉动生产力的发展。在课程设置方面，教师应注重使学生在达到各自专业方向基本要求的前提下能够一专多能，使之能够具备适应设计领域多种设计工作的综合能力。

三、虚拟现实技术在工业设计专业人才培养中的应用模式

借助虚拟现实的高度可控性与真实的用户体验效果，教师可以开展崭新的概念学习、技能训练和协作学习模式。教师应以学生为本，采用针对性强、个性突出的教学策略和教学活动，因材施教。在虚拟技术的帮助下，学生可以开展新知识和专业技能的学习，还可以根据自己的需要、爱好和能力进行兴趣性学习、补偿式学习、验证性学习，从而实现真正的自主学习。虚拟现实技术在工业设计专业人才培养中的作用，有以下几个方面：其一，虚拟实验和演示。在教学过程中，借助虚拟现实技术，学生可以开展各种实验。如，针对产品结构的合理性测试，受力情况下或在极端条件下的稳定性测试。其二，数字场景漫游。虚拟现实具有沉浸性和交互性，可用于空间展示设计、产品展示的环境搭建等方面。其三，技能训练。学生可以在虚拟的环境中实现角色扮演，从而全身心地融入虚拟学习环境，通过各种技能训练，提高实践能力。此外，由于虚拟的环境没有任何危险，学生可以安全、反复地训练，直到完全掌握。

通过三维建模、材质制作、演示动画设计、虚拟交互开发等一整套的制作，人们可实现基于电脑的虚拟产品开发与展示系统。教师可建立一种声像立体全息的表现形式，给予学生视、听、触觉多方位的感官刺激，使得产品开发与教学流程更有表现力和吸引力，将廉价、可行、实用的虚拟现实技术学融入工业设计教学，开启情境式教学，提升工业设计类课程教学质量。对于工业设计专业来说，这种沉浸式的用户体验感有助于设计过程中的模型构造、材质设定和交互式动画演示，这种实时交互的操作方式也有利于工业设计专业的学生实现虚拟的技能训练和协作学习。

虚拟现实技术在景观设计中的应用 篇3

关键词：三维模型；虚拟现实技术；景观设计；辅助工具

三维虚拟现实技术又称为灵境技术，它是一门崭新的综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。

一　虚拟系统的组成

虚拟景观环境主要包括两个部分模型环境和实时漫游环境（见图）：

二　运用虚拟现实技术辅助景观设计的工作流程

工作流程：收集资料→构建三维场景→基于平台实现集成。

（1）模型制作

设计一个虚拟现实系统最关键的问题在于如何构建一个逼真的虚拟环境，包括三维场景、立体声音等等。在人的感觉中，视觉摄取的信息量最大，约占70%，反应亦最为敏捷。场景太简单，会使用户觉得虚假，而复杂逼真的场景又势必会增加交互的难度，并影响实时性。虚拟景观环境视觉建模中可分为：地形模型、建筑模型、地物模型三类。

（2）地形模型建模

地形是自然界最复杂的景物，对于地形平坦或起伏较小的作业区，一般不考虑地形变化而用简单的几何模型来代替，如城市的街道等。对于公园、广场等地形变化不是很复杂的区域，则可以选用手工生成地形的方式。可以在3DSMAX中跟踪绘制等高线，然后根据每根等高线的高程分别移动，应用“合成物体”中的“山脉生成命令”，将各条等高线曲线加入山体中，这样地形就大体形成了。如果只是少量的地形变化，可以采用“NURBS Surfaces”命令，创造一个控制点曲线，通过编辑个别曲面控制点来达到所需地形效果的目的。对于山丘、山林等复杂地形的地域，可以借助灰度图像来完成。使用3DSMAX中的位移（Displace）修改器制作。位移修改器通过对三维物体施加一个灰度图，利用图像的灰度明暗变化来改变对像表面结构以形成高低错落的地形地貌。

（3）建筑模型建模

对于简单的建筑，按照实际尺寸大小根据平面图在3DSMAX中用Line勾勒出建筑的底线轮廓，Extrude拉伸一定高度，形成建筑的大体轮廓，然后采用一系列操作添加门、窗、楼梯、栏杆等细节。对于结构复杂的景观古建筑，我们则采用贴图代替法。如南宁市“金汇如意坊”模型的建造。“金汇如意坊”是南宁市政府重点建设项目，它汲取中国传统建筑的精粹，整个建筑群呈现“如意”的形状，中式花街建筑群空间错落有致，其中十层高的“邕城楼”，雍容大度、气势非凡。该模型的建造就是利用逼真的纹理来表现模型的细节，在保证真实度的同时又不增加三维几何造型的复杂度，达到减少模型多边形数量的目的。尽管纹理贴图增加了下载时间和屏幕重画时间，但这比建造物体细节代价要小得多。

三　注意事项

一个VR模型的基本内容包括场景尺寸、单位、模型归类塌陷、命名、节点编辑，纹理、坐标、纹理尺寸、纹理格式、材质球等，它们必须是符合制作规范的。一个归类清晰、面数节省、制作规范的模型文件对于程序控制管理是十分必要的。在建模过程中还需要注意一下几点。

（1）比例、尺寸

在建模之前首先要确定单位，一般应用mm。在制作场景中的单体时，在有CAD图的情况下要严格按CAD建模，没有CAD图时，要参考照片、视频等资料进行建模，参照其他物体尺寸，符合常理。

（2）材质和贴图

材质标准：材质类型只能是标准材质和多维材质。Specular Level和Glossiness属性在导入到map中后将不可调节，必须前期在max中将其设置好。一般模型的材质不勾选双面；对于带有透明贴图的单面物体必须选择双面，如栅栏、树木、花草等。Ambient: 默认灰色。Diffuse: 默认灰色Self-Illumination:一般设为20-30°多维材质中没有空的（指没有指定贴图同时也没用到的）子材质。子材质的ID号必须是连续的。不能出现多维材质嵌套。材质属性Coordinates一栏中的参数都禁止改动。

（3）模型的细化

当场景模型经过最初建立、简化后，需要进一步的细画。在进行细化时，首先考虑添加能够使场景能够丰富的元素。为节省面数而用纹理表现的部分大多是建筑的细节，例如建筑立面的线条、窗框、立面上的突出物。制作时只需要在原有简模的基础上添加这些细节，使用目前建筑所用的纹理即可，这样可以在不增加纹理的基础上丰富场景。这些细节可以通过LOD控制在场景中的计算显示。模型细化在操作时布尔减操作通常要避免使用，因为它容易出错如扭曲模型、丢失面和增加许多无用的面。有两种方法可以取代布尔操作：通过样条突出二维图形和在网格模式编辑副选项。

（4）模型的优化

影响虚拟平台最终运行速度的三大因素为：VR场景模型总的面数、VR场景模型总的个数、VR场景模型总的贴图量。采用的应对办法有：① 忽略看不见的细节，忽略对整体视觉效果影响不大的细节。例如，如果建筑内部不必显示，则用实心体来代替。② 用纹理表现一些细节。③在不失精确度的前提下缩减模型的段数。段数和视觉效果之间的平衡是很重要的。当模型的段数增加，模型的平滑性会更好，但是数据量也就随之变得更大。④编辑模型的子对象和删除对场景效果影响甚微的子节点。

（5）灯光烘焙

为了让产品表现真实的光影效果，需要在3DSMAX里进行灯光设置，进行Rendertotextur烘焙处理。烘焙能把在非实时环境中渲染完成的灯光材质等效果转换到实时交互的环境中去，因此烘焙纹理的质量直接影响最终效果，提高烘焙技术非常重要。

参考文献

[1] 吴启迪.系统仿真与虚拟现实[M]. 北京:化学工业出版社，2002（10）.

虚拟现实技术工业设计 篇4

1 虚拟现实技术的分类

虚拟现实技术是一项划时代的技术。根据其“沉浸”程度和交互程度的差异, 可以分为四种类型。

1.1 沉浸式虚拟现实系统

该系统是一种比较高级的虚拟现实系统, 它能够为用户带来置身于真实世界的体验, 使用户沉浸其中。该系统的优点是沉浸性高, 缺点是价格昂贵。

1.2 桌面式虚拟现实系统

该系统将计算机屏幕作为用户与虚拟世界产生交集的工具。它的设备是初级图形工作站或个人计算机, 采用自然交互技术、立体图形等, 产生三维立体空间的交互场景。该系统技术简单、实用性强、成本低, 因此应用较为广泛。

1.3 增强式虚拟现实系统

该系统能使用户既可以看到真实的世界, 也可以看到叠加在真实世界上的虚幻因素。也就是说同时将真实与虚幻结合起来, 创造出似真似幻、亦真亦幻的世界。

1.4 分布式虚拟现实系统

该系统是将在不同位置的用户或将多个虚拟世界通过网络连接起来, 实现资源和信息共享的系统。它是虚拟现实技术应用的新境界。

2 虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用优势

虚拟现实技术这一概念从提出到现在, 虽然只有短短的不到二十年时间, 但却为人类各个领域的发展开辟了广阔的天地。其中, 虚拟现实技术在建筑景观设计中有着非常明显的优势。

2.1 能够创造虚拟世界

虚拟现实技术能够创造和体现虚拟世界。将虚拟现实技术应用于建筑景观设计中, 能够使设计过程可视化, 建筑师能够产生一种正在身处设计场地的感觉, 并对建筑物的布局、功能、优缺点等有详细的了解, 从而设计出更加科学的图纸。

2.2 拥有强大的图形处理能力

虚拟现实技术拥有强大的计算与图形处理能力。它最大的特点是能够脱离原物体而对其视觉、嗅觉、听觉等进行具体表现。例如在对已经被毁坏的建筑群进行复原设计时, 就可以利用该技术对这些已经不存在的建筑进行复原。

2.3 能够对复杂的施工方案进行计算

利用该技术能够在虚拟环境下对待建场地、周围场景、机械设备、结构构件等进行创造, 形成三维模型, 并且模型具有动态性能。然后使模型进行虚拟的模拟操作, 如此即可对复杂的施工方案中的具体情况进行观察, 并对不合理的地方进行修改。

3 虚拟现实技术中制约其在建筑景观设计中的应用因素

1) 在目前的技术条件下, 所使用设备的性能及种类等都远远没有达到虚拟现实技术所定义的标准, 使得虚拟现实技术的许多功能都无法实现。而且所使用的设备及软件等价格昂贵, 在许多建筑院校都经费缺乏的情况下, 虚拟现实技术的应用受到了限制。

2) 虚拟现实技术是与计算机紧密相连的, 因此在进行应用时, 会涉及到一些非常专业的计算编程方面的知识。但绝大部分建筑设计人员并没有计算机编程的基础, 而专业的编程人员又对建筑方面的知识一知半解, 限制了虚拟现实技术的应用。

3) 虚拟现实技术的一部分理论的算法并不是很成熟及完善, 阻碍了它的应用。例如快速生成立体图的技巧、虚拟图像生成的算法等。而且一部分实时效果的实现并不理想, 例如对光照的模拟。此外, 虚拟现实技术的专业性过强, 与传统的计算机辅助建筑设计工具并没有实现很好的连接。

4) 虽然现阶段提倡建设信息化和数字化社会, 但建筑学院的教学中对数字建筑和信息建筑的教学水平较低, 大部分都停留在传统绘图或CAAD制图阶段, 相应的使用虚拟技术进行绘图及设计的课程并不多见, 并且对相关的计算机技术等也没有系统的介绍。

4 虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用

虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用是多方面的, 例如文化遗产的复原、新型建筑物的设计、城市规划、建筑教育以及其他方面的使用。

4.1 文化遗产的复原

文化遗产一般由于经历了漫长的历史的风霜雨雪, 因此变得残破甚至消失。虚拟现实技术能够在现有技术的基础上对文化遗产的原貌进行修复, 或对已经消失的文化遗产进行创造, 使人们能够看到它们当时的风貌。例如在对残破的古村落进行修复时, 可按照以下流程进行。具体情况见图2。

4.2 新型建筑物的设计

新型建筑物设计是相对于建筑复原而言的。新型建筑物的设计既要进行形象的空间思维, 又要将用户的感受考虑进去。而且一旦开始施工所产生的成本都是不可逆转的, 因此对设计的准确性提出了很高的要求。虚拟现实技术能够创造出一个真实的场景, 使设计师产生一种身在待建场地的感觉, 极大的增加了设计的准确性、科学性及可行性, 同时节省了时间及设计成本, 并提高了设计质量。

4.3 城市规划

虚拟现实技术在城市规划中的应用非常广泛, 例如制作大比例尺的城市模型、对城市的环境及规划进行考虑等。在城市规划中使用虚拟现实技术, 能够将各种设计方案与现实环境融入起来, 且能够观察出设计方案对现实环境的影响, 从而对方案的合理性及科学性进行评估, 最终缩短设计时间、节约设计成本, 同时提高设计的可行性及建成之后的美观度。

此外, 虚拟现实技术还在建筑教育以及其他领域都有较为广泛的应用, 促进了这些领域的发展。

5 结语

综上所述, 虚拟现实技术对各个行业的发展都起着重要的推动作用。但目前该技术受自身一些缺陷及技术方面的制约, 使其作用的发挥受到阻碍。因此要加大对相关技术及设备的研究力度, 使虚拟现实技术能够更好的为社会进步和人们生活质量的提高做出自己的贡献。

参考文献

[1]常林梅.虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用研究[J].数字技术与应用, 2014, (8)

[2]陈薇, 冯炜, 焦泽阳等.虚拟现实技术与沿江景观研究[J].建筑学报, 2011, (6)

[3]吴波.建筑仿真与虚拟现实技术[J].文学与艺术, 2010, (2)

虚拟现实技术工业设计 篇5

虚拟现实技术(VR)是一个可以根据使用者提供的信息创建虚拟世界的计算机仿真系统，能够实现多源信息的融合，创建出交互式的三维动态视景和实体行为，让使用者融入其中亲身体验［1］。一个城市的规划设计是否科学合理，关系到这个城市在未来数十年的发展态势，因此必须确保规划方案的科学合理性，在城市规划设计的过程中，采用虚拟现实技术验证设计方案的质量，是一种极为便捷且高效的方式，能够让设计师及相关审核人员亲身直观全面地感受整个设计，提出具有建设性的修改意见，不断优化城市规划设计方案。

1虚拟现实技术简介

虚拟现实技术的应用，必须满足两个基本要求，其一为沉浸感，即能够让使用者有身临其境的感觉，这要求该系统必须通过一定的技术措施创造出逼真的`具有视觉、触觉、听觉、嗅觉等感官形式的虚拟世界;其二为交互作用，就是使用者的行为会对虚拟世界产生影响，并且将这种影响反馈给使用者［2］。目前虚拟现实技术在城市规划设计中的应用，还不能达到预期的效果，需要不断改进不断磨合，且随着城市的不断发展，不断调整规划方案，不断改变构建的虚拟世界。虚拟现实技术在城市规划设计中的应用效果显著，设计师能够直接在虚拟世界中进行体验和考察，感受空间设计的合理性，同时结合其他审核人员及城市居民的感受及建议改进设计方案，大大提升了城市规划设计质量及其工作效率。在虚拟现实技术实时辅助城市规划设计的过程中，主要应用的技术有:①3D建模技术，包括几何建模和行为建模两种，是实现虚拟世界创建的基础，根据设计部门提供的信息建立大量的三维模型;②实时动态绘制技术，这一技术能够根据使用者的方位创建出相应的画面，并且随着其方位的变化改变其所体验到的环境，这一过程数据处理量极大，且难度较高;③人及自然交互技术，能够消除人与虚拟世界之间的界限，以视觉、触觉、听觉等多种形式让使用者真实感受到虚拟世界，并且对其产生真实的影响;④立体显示和传感器技术，利用全息技术能够真实还原物体的三维信息，逼真效果更佳，再通过传感器技术让使用者获得真实的感知。

虚拟现实技术工业设计 篇6

关键词 虚拟现实技术 环境艺术设计 应用

中图分类号：TP3 文献标识码：A

1 虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用概述

自计算机问世以来，人们就开始不断地探索利用计算机辅助艺术设计，并取得了惊人的效果，其中虚拟现实技术更是在环境艺术设计中发挥出其惊人作用。目前，我国虚拟现实技术由于成本高、技术还不成熟等因素还未在环境艺术设计方面广泛应用。虚拟现实技术给环境艺术设计带了全新的局面，使环境艺术设计更加便捷、快速。在一定程度上降低了艺术工作者的工作劳动强度，并且丰富了人类的创作手段，提升了创作能力，使艺术以更加多元形式展现给人们。

2 虚拟现实技术的发展

2.1 虚拟现实技术的起源

虚拟现实技术由于计算机技术的飞速发展而产生的一门超越多媒体技术、三维动画、计算机网络技术的综合性计算机技术。虚拟现实技术结合了计算机多媒体技术、图形学、智能学、计算机网络技术等技术的知识。我国从上世纪90年代开始对虚拟现实技术的研究，像其他国家一样我国虚拟现实技术发源于研究所和高校。虚拟现实技术给艺术创作者带来了与传统艺术设计不同的创作手段。虚拟现实技术使艺术想象能够在最短上的时间内转化为艺术作品，使艺术创作过程更加的可控、可行，就相当于给艺术创作者按上了三头六臂。

2.2 虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

（1）虚拟现实技术弥补环境艺术创作中存在的不足

在虚拟现实技术辅助环境艺术设计出现以前，环境艺术设计往往受到活动经费、场地、工作设备的限制，使环境艺术设计不能顺利进行，不但不能使环境艺术设计达到预期的效果，还会浪费人力物力。而虚拟现实技术在很大程度上弥补了环境艺术设计中的缺陷，艺术设计工作者只要移动鼠标，足不出户就可以完成环境艺术设计所需的现场构建，这不但能够降低设计成本，还能够及时对设计作出修改，有效地对环境设计做出预案，加深工作者对环境艺术设计工作内容的理解以及把握。虚拟现实技术辅助环境艺术设计在很大程度上提升了艺术创作的效率。

（2）虚拟现实技术能够避免实际操作过程中的威胁

环境艺术设计中难免存在一些潜在的危险和一些突发状况，一般我们看到的电视节目都是利用提前录像来代替直博，以免发生突发状况，但是这大大的降低了设计者对作品的感性认识。而虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用可以模拟现场，给设计者极大的现场感受，并避免了对人身的伤害及其他安全隐患，并能够及时修改设计方案。借助虚拟现实技术艺术创作者能够极大程度地表达自己的艺术意图，欣赏者可以更加方面的领悟作者的创作精华。

（3）虚拟现实技术打破了环境艺术设计的时间及空间限制

利用虚拟现实技术设计者完全可以打破时间以及空间的限制，各个环节的联系一目了然，进而整个环境艺术作品能够全部展现出来。设计者也可以及时发现问题，及时改正，有效地提高环境艺术设计作品的效率和质量。

（4）虚拟现实技术实现了科学技术与艺术的完美结合

虚拟现实技术利用先进的科学技术使环境艺术创作达到全新的高度，环境艺术创作也是科学技术得到充分地利用。两者相辅相成，使科学技术力充满艺术内涵，也是艺术在科学技术的基础上得到更好的发展，也使人类的生活更加丰富多彩。

（5）虚拟现实技术能够提高项目预算精确度

虚拟现实技术能够模拟现场，提高设计人员对作品的认识，进而能够有效地提高项目预算精确度。

3 结束语

环境艺术设计正在因为计算机的普及以及虚拟现实技术成熟发生巨大的转变，相比于传统的环境艺术设计，虚拟现实技术辅助艺术设计的优势也越来越突出，虚拟现实技术帮助环境艺术设计者冲破传统的束缚，激发了环境艺术设计所蕴含的的巨大潜力，为环境艺术设计开拓出巨大的发展空间。环境艺术设计师也已经不像以前那样依靠繁琐、单一的手段来表达环境艺术设计思维。但是虚拟现实技术成本还较为昂贵，不能广泛地应用到环境艺术中。而且虚拟现实技术并非圣物，没有一点点瑕疵，艺术家只有学会将艺术与技术适当的结合起来，才能做出经典的艺术作品。

参考文献

[1] 刘丹.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2008，08（15）：458-461.

[2] 谭毅.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用研究[D].昆明理工大学，2006，03（10）.

[3] 何博知.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用研究[J].大众文艺，2012，04（15）：95-96.

[4] 王晖.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].现代装饰（理论），2012，07（15）：14.

虚拟现实技术工业设计 篇7

工业旅游是伴随城市化和工业化高速发展而产生的, 是融合知识、观光、休闲的一种旅游项目。工业旅游在满足大众好奇心的同时, 也可以宣传企业文化、提升企业形象, 随着工业旅游的深入发展, 将来也可以成为企业新的经济增长点。工业旅游最早出现在西方, 人们把倒闭、废弃的工矿企业重新进行改造, 转变成为工业博物馆、景观公园、艺术表演场地、设计公司的办公场所等现代实用场所, 逐渐发展成为工业遗产旅游。随着工业遗产旅游的发展, 旅游开始进入生产经营中的工业企业, 从而形成现在完整的工业旅游概念。我国在经历了几十年的工业高速发展后, 工业企业逐步成熟, 对于工业旅游的认识不断深入, 近年来越来越多的工业企业开始加入到工业旅游中, 并呈现出一种快速增长的趋势。

一、虚拟现实技术涉及了多种学科的技术, 综合利用了多种先进技术装备, 具有如下三个主要的特点

1. 沉浸性。

指用户感觉完全置身于虚拟世界中, 被虚拟世界所包围。由于虚拟现实技术提供的多感知性, 用户不仅具有常见的视觉、听觉感知, 还具有触觉感知、嗅觉感知、运动感知等。通过多感知性, 使用户沉浸于虚拟世界中, 由被动的观察者成为主动的参与者, 参与虚拟世界的活动。

2. 交互性。

在虚拟现实系统中, 交互性的实现相比以往的人机交互方式有了巨大的改变, 不再像以往那样完全依赖于键盘、鼠标, 借助于虚拟现实系统中特殊的硬件设备, 人与虚拟现实世界可以通过自然的方式进行交互, 例如人的走动、头的转动、手的移动等等。

3. 想象性。

虚拟现实技术不仅可以虚拟构建真实存在的环境, 还可以构建人们的想象空间, 从而去体现设计者的思想, 实现一定的目标。虚拟现实技术为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段, 为人类去探索和研究已知以及未知的问题提供了新的方法及思路。

充分利用虚拟现实技术所具有的鲜明特点, 在工业旅游中发挥虚拟现实技术的优势, 从而完善、促进工业旅游。

二、增强工业旅游中知识的传播与普及

在工业旅游过程中, 工业企业或多或少都会对工业企业的制造流程、制造工艺进行一定的介绍, 但是由于制造流程、制造工艺涉及的知识专业性、理论性较强, 有些很难通过讲解员的讲解完全说明, 并且很多机器设备内部结构也是无法直接观察到的, 因此目前的讲解方式还不能十分有效的进行知识传播。但是通过虚拟现实技术, 就可以完全解决这些问题, 通过对厂房、机器设备的虚拟构建, 在计算机的虚拟平台上就可以构建任何我们需要的部件, 不仅可以渲染动画进行工作原理、工作流程的介绍, 还可以提供计算机终端设备供参观者模拟操作, 从而极大提高知识的普及和传播。

三、增强工业旅游中的冲击力、感染力

由于虚拟现实技术是以计算机平台为基础的, 因此通过虚拟现实技术生成的虚拟环境、虚拟模型都可以利用计算机的图形技术进行画面的优化, 从而为参观者呈现出精美绚丽的画面。在拥有了优质画面的前提下, 充分发挥计算机多媒体技术的优势, 声觉、触觉等设备营造出完整地虚拟现实环境将给予参观者多感官的刺激, 带给参观者强劲的冲击力、感染力。

四、增强工业旅游过程中的安全性

在工业企业中, 总是有些区域是具有一定危险性的。在参观过程中, 由于人员数量多, 人员的组成结构复杂, 增加了工业企业管理上的难度。而利用虚拟现实技术, 可以在实地参观中避开潜在危险区, 通过在虚拟厂区系统中模拟游览来替代实地参观, 从而彻底避免危险情况的发生, 增强工业旅游的安全性。

五、增强工业旅游企业的宣传方式

通过虚拟现实技术完成了虚拟厂区的整个系统之后, 可以利用系统在多种途径进行知识传播和企业宣传。例如:在多媒体放映厅进行大屏幕播放、装载在单机上供使用者单机操作、还可以通过互联网使普通民众在网络上进行浏览操作、通过系统导出数据刻录在光盘等媒介后, 用户可以在个人电脑上进行浏览。总而言之, 虚拟现实技术可以极大丰富工业企业现有的宣传方式。

六、增强工业旅游企业的规划管理能力

通过扩展系统功能, 可以为工业企业提供一个全三维可视化的规划管理系统平台, 在管理系统中工业企业可以对厂区的改建、扩建规划方案进行可视化的评估论证, 为规划方案的修改完善提供有力的支持。同时对于厂区中的地下管线等隐蔽设备, 通过系统可以进行可视化的管理, 从而极大提高地下管线等隐蔽设备的管理、维护水平。

本文从虚拟现实技术入手, 对虚拟现实技术在工业旅游方面的应用进行了阐述, 结合虚拟现实的技术特点对它在工业旅游应用中的优势进行了初步的介绍, 对于虚拟现实技术在工业旅游中更深入的应用, 有待于以后的研究。随着工业旅游的不断发展, 虚拟现实技术的进步, 虚拟现实技术与工业旅游的结合必将更加紧密, 推动工业旅游更加蓬勃的发展。

参考文献

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[6]曾建超俞志和等.虚拟现实的技术及其应用[M].清华大学出版社, 1996.

虚拟现实技术工业设计 篇8

(1) 虚拟现实, 顾名思义, 是对现实的一种虚拟表达。它与多媒体技术、互联网技术一起被公认为目前最有发展前途的新生计算机技术。这种虚拟技术可以通过计算机技术的高水平操作构造出非常接近现实情况的多维立体环境。它能让人更直观的看到虚拟出来的环境布置, 能让人对事物的认知一目了然。现代的虚拟现实技术已经能够逼真的将视觉和听觉感受融合到应用中来, 也有一些可以将触觉感触融合进来, 使人与虚拟环境能够互动。人们能够像在真实环境一样去感受环境中的一些不足和问题。使设计能够得到不断的完善和优化, 设计产品能够更好地符合人们的感官感受。

(2) 计算机辅助技术经过长时间的发展, 已经被各领域公认为不可替代的创新性技术力量, 在较早的建筑设计中, 就采用计算机CAD画图软件进行图纸的设计, 逐渐的, 计算机技术的建筑设计优势也日益明显。它能帮助设计人员免除人工画图, 修改, 计算等一些繁琐的数据和图形处理工作。使设计周期缩短, 设计效率提升。虚拟现实技术更是一项综合性的、全面建筑设计方法。它能创建接近真实的三维效果环境。使建筑设计更加人性化, 互动性强。

2 建筑设计中虚拟现实技术的作用

虚拟现实技术在建筑设计行业内的作用和价值主要体现在虚拟现实技术的实际应用效果。具体的作用表现为以下几个方面:

(1) 能将建筑设计效果直观的展现出来。虚拟现实技术能将设计效果通过一种理想的角度全方位的展示出来, 虚拟现实技术可以让设计方能够将设计方案以一个纵观全局的形式展现给用户, 既方便设计讲解又方便用户全面了解设计效果。而且双方还可以根据不同的意见交流进行及时的方案修改。虚拟现实技术的应用将建筑项目实际中的场景以真实的形式一一展现。比如:对地形的设计, 人文景观的构造, 交通道路的规划, 桥梁施工方案等都纳入到三维建筑设计系统中来。用户可以像在环境中漫游一样来审视建筑设计方案任何角度的建筑感受, 及时发现建筑设计中需要修改和完善的地方。这就很大程度上提升了建筑设计的可操作性, 特别是随着互联网技术的发展, 可以将这种设计效果直接传送到需求者眼前, 通过远程沟通形式就可以实现对设计效果的浏览和意见交流。

(2) 虚拟现实技术可以方便多个方案的比较分析。在建筑设计中, 往往要设计几个备选方案, 根据设计构想和用户的意向, 要规划至少两套设计方案, 通过建模的形式进行展示。通过虚拟现实技术, 可以方便的实现不同设计方案的随时切换, 让用户真够体验同一个位置不同的设计感受。从而能够很直观的比较分析出最佳设计图案来。

(3) 虚拟现实技术可以有效节省项目投资成本。通过虚拟技术在建筑设计阶段的全方位演示, 可以使设计方案经得起设计者和用户的反复验证和浏览, 使设计产品最终是双方最满意的结果。按照这种设计方案进行施工, 可以使工程项目基本上不用再进行大规模的返修, 从而很大程度上节省了投资和运行成本。

(4) 虚拟现实技术可以使施工方法得到有效的验证。实践证明, 我国的建筑施工水平特别是高层的施工水平已经有了很大程度的提升。但是随着施工新技术的不断涌现, 这些新技术是否存在着高风险, 通过虚拟现实技术可以进行先期的建筑演示, 从而避免了施工后发生重大建筑安全事故的发生。提高了施工方法的投入成功率。

3 建筑设计中虚拟现实技术的实现方式

虚拟现实技术是一项难度较大的高科技技术, 将虚拟现实熟练地运用到建筑设计领域中, 目前来看虽然也是需要进行深入的研究和分析, 但是, 通过以上不难看出, 通过虚拟现实技术在建筑设计领域中的运用, 可以将设计效果很直观形象的展示出来, 而且还能大大节省投资成本和费用。还能有助于建筑设计者进行多种设计方案对比分析, 最重的是可以使用户以身临其境的形式来体验设计效果。所以, 如果能将虚拟现实技术广泛的用到建筑设计领域, 对我国的建筑行业将起到一个历史性的推动作用。根据最新的相关虚拟技术实现方法分析, 目前的虚拟现实技术在建筑设计中的实现主要分为软件和硬件两个方面。

(1) 虚拟现实技术的硬件系统方面。简单的虚拟现实系统不涉及负责的硬件设备配置, 系统主要有输入和输出两种对应的设备即可, 比如, 计算机显示器的桌面互动系统就类似一个简单的虚拟现实系统。但要想使虚拟现实技术能够在真实感、互动性、创造力三个方面有所突破, 就必须配备专业的信息输入和输出设备。信息输入设备包括电脑键盘、鼠标、手写输入板等。信息输出设备则指电脑显示器、多种通道形式的投影设备、3D眼镜等。借助传感设备可以将用户实际的动作行为通过映射的形式传给虚拟环境。用户化身可以将用户自己和虚拟环境进行实时的互动和交互。另外, 具备测量功能的方位跟踪器还可以将用户实际的行为范围进行取样并映射给虚拟环境, 虚拟环境又根据收到的映射信息进行用户动作和传感器力反馈技术将虚拟环境的测量信息反馈给用户。这就使得客户虽然置身境外但有身临其境的感受, 还能进行人机互动。这种对于个人和环境的有效感应和映射对建筑设计的虚拟现实技术有着非常重要的意义。

(2) 虚拟现实技术的软件系统方面。虚拟现实技术的软件是指通过一种计算机程序, 能够实践建筑设计与用户都能看得见的一种虚拟环境。在这个虚拟环境中, 用户可以有置身其中的感觉, 这就要求有一个软件可以方便设计者建立一个与现实环境一直或者与设计设及用户预想的一样的虚拟三维模型设计。这个模型不仅可以准确的表现真实环境中的地形, 建筑物, 环境配套, 室内布局等, 还要非常真是的反映出将来的实际场景中色彩搭配、材料材质、光照阴影等。对三维模型的大件, 主要分为三个步骤: (1) 模型的几何构造搭建。根据实际场景的建设比例建立虚拟标准尺寸几何结构; (2) 模型的外观美化。对几何构造进行虚拟的施工, 具体有材料建模, 建筑物上色, 光照处理等; (3) 模型的行为模拟。对虚拟模型进行一些逼近真实的动态模型塑造。这些模型的建造都可以通用, 使整体模型看起来非常逼真。

4 结语

综上所述, 建筑设计中虚拟现实技术的运用能够有效的促进建筑行业的发展和创新。随着虚拟现实技术的不断提升, 建筑设计也会获得更高层次的升华。建筑设计专业人员要根据虚拟现实技术的发展不断的进行新应用的掌握。在提高设计效率的同时, 也能使自己的想象空间得到发挥。从而在建筑设计领域获得更广阔的发展空间。虚拟现实技术的应用还有助于建筑设计速度和质量的提升。设计人员可以根据客户的需求进行实时的设计完善, 而且设计结果也能比较直观的展示给客户, 以达成双方对项目最终设计的共识。虚拟现实技术的应用可以让建筑设计单位和个人能够在激烈的市场竞争中获得更多的优势。

摘要：虚拟现实技术在建筑领域的使用还属于一种比较新颖的技术。该技术能否带动建筑设计向更高水准迈进, 还需要进行长期的探索实践。国内建筑领域在虚拟现实技术的应用上也进行了全面的研究, 取得了一定的科技成果。但是要想真正的将虚拟现实技术科学的用到建筑设计中, 还需要建筑设计人员结合专业知识进行深入的研究。所以, 在今后的建筑设计领域, 要强化对虚拟现实技术纳入到建筑设计领域的课题探讨。促进我国建筑设计领域能够向更加先进的科技领域迈进。

关键词：建筑设计,虚拟现实技术,运用,探微

参考文献

[1]张伟东.虚拟现实技术在未来建筑设计中的应用[J].科学中国人, 2014 (10) :244.

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[3]周波.基于虚拟现实技术的展示设计创新研究[J].现代装饰 (理论) , 2011 (9) :66.

虚拟现实技术工业设计 篇9

随着高校扩建的步伐不断加快以及招生宣传的竞争, 传统的学校二维平面地图仅仅提供校园导航的简单功能, 已不能满足校园信息化的要求, 而集成校容校貌展示、招生宣传、校园信息化管理的新一代三维虚拟校园系统, 将是大势所趋, 将成为校园门户网站不可缺少的重要栏目, 对学校的对外形象宣传、招生宣传、信息化管理将产生重要的作用。

二、虚拟现实技术

虚拟现实技术 (vimlal Reality, 简称VR) 又称“灵境技术”, 最早是由美国人兰尼尔 (J.artier) 提出实定义的:“用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界, 让用户可以从自己的视点出发, 利用自然的技能和某些设备对这一虚拟世界客体进行浏览和交互考察。”它综合了计算机图形、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语言处理与音响技术、网络技术等多门科学, 是现代仿真技术的高级发展和突破。

虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。虚拟现实技术具有沉浸感、交互性、思维构想性的特点, 它融合了其它先进技术, 能够将现实生活中的事物对象, 以三维图像的模式呈现在计算机中, 给人以仿真真实世界的感觉。

也许你会认为虚拟化现实技术离我们的生活仍然很遥远。但目前世界上已经有很多通过虚拟现实技术开发的产品了, 虚拟现实产品一般通过网络渠道进行网上传输、宣传。比如顾客通过键盘按键或鼠标点击可实现简单对产品进行了解, 查看相关信息。有的甚至可以直接用鼠标拖拽对象, 实现真实世界的实地察看。

三、三维虚拟校园的总体设计

(一) 模型设计。

三维虚拟校园制作的首要任务就是要进行校园内所有模型的建模, 利用AUTOCAD与3DS MAX软件可实现模型设计。

(二) 材质设计。

要实现仿真设计, 所有建筑的材质需要和实地相仿, 用专业的数码相机采集校内场景, 记录各建筑的材质, 由PHOTOSHOP软件实现软件的编辑修改, 由3DSMAX软件可实现材质的设计制作。

(三) 仿真设计。

要实现在校园内行走、校园自动漫游等效果, 需用VRP软件导入3DSMAX制作的校园建筑, 再进行仿真设计。

(四) 信息管理设计。

将仿真校园与后台数据相连接, 可实现校内数据管理。

四、三维虚拟校园的技术实现

(一) 硬件部分。

高配置计算机、存储用服务器、渲染用服务器、数码高清的摄像机、录像机、照相机。

(二) 软件部分。

WINDOWS XP操作系统、AUTOCAD软件、3DS MAX软件、VRP虚拟现实的软件。

(三) 技术实施流程。

一是校园整体实地考察, 用AUTO-CAD制作校园建筑平面图。二是运用3DS MAX软件导入AUTOCAD图进行校园建筑建模。三是使用数码相机进行实地材质采集。四是利用3DS MAX软件实现各建筑的材质贴图, 并设置相关的灯光与摄影机。五是结合VRP软件实现校园三维建筑虚拟现实。六是综合运用3D建模与VRP技术实现虚拟现实的仿真设计与制作。技术实施整体流程图, 如图1所示。

(四) 技术关键及创新点。

虚拟现实技术, 不仅应用于学校, 而且能够实现广告宣传, 推动广告产业发展。实现校园数据的集中可视化展示与管理, 为基层单位提供校园地理信息服务。三维虚拟校园作为各个部门信息展示的载体, 可以直观形象地进行可视化展示。定位展示、全部校园单位的路线导引, 快速放大、缩小, 360全景等多角度三维立体展示, 提供招生展示发布、新生报到导引、学生生活服务导引功能。

虚拟现实技术在当今市场还有很大的发展空间, 目前应用的单位企业较少, 技术制作人员很少, 制作费用高昂。我们有制作虚拟空间的成功案例, 积累了丰富的经验, 对应用虚拟现实技术起到了推动作用。

五、结语

本系统运用AUTOCAD软件实现二维平面制图, 综合运用3DS MAX软件实现了校园内建筑建模、材质贴图与灯光设置, 运用VRP软件实现了校园的仿真制作。对于辅助教师管理成绩起到很大作用。

参考文献

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[2] .王勇.EXCEL在班主任日常管理工作中的应用[J].科技创新导报, 2012

[3] .徐秀勤.Excel中数据安全处理方法探讨[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2012

虚拟现实技术工业设计 篇10

虚拟现实技术是指利用计算机技术模拟三维空间的虚拟世界, 向使用者提供视觉、听觉、触觉等感官模拟, 如同身临其境一般, 可以准确、及时、没有限制地观察、操作三维空间内的事物。将虚拟现实技术应用于工业领域, 将具有重要的意义。

2 先进制造领域

在先进制造领域借助虚拟现实技术, 可以实现虚拟产品设计、虚拟产品制造、虚拟生产过程、创建先进制造工厂、产品展示与维护等等。虚拟现实技术在完善产品设计、优化产品性能、提高产品质量和设计效率、降低开发成本方面具有重要的作用。

以汽车制造为例, 通过虚拟现实技术, 不仅可以提前发现和解决汽车整体以及零部件设计制造中的问题, 还可以为生产管理提供充分的信息, 实现制造管理一体化。通过建立汽车三维模型, 设计人员可以进入汽车内部体验车体设计是否舒适、驾驶模拟、故障模拟等, 全方位验证设计指标, 如图1所示。

汽车的虚拟开发即在汽车开发的整个过程中, 全面采用计算机辅助三维虚拟现实技术实现汽车的造型、设计、计算、实验、制模、冲压、焊接、总装等一系列的流程, 虚拟技术以网络技术和产品数据管理技术支撑, 实现异地协同设计。虚拟协通设计是指汽车在模型的设计阶段, 由分布于全球的设计研发中心进行汽车不同部分的分工设计, 如车身、发动机、底盘、内饰、零部件等, 利用虚拟平台创造三维模型实现实时协同设计, 实时获取所有设计人员的工作成果, 高效整合、快速优化设计内容。设计完成之后, 可以进行汽车虚拟装配, 设计人员可以在产品原型实际加工之前检查零部件的装配是否符合要求, 以提高实际装配的成功率, 减少零部件的返工。在虚拟装配完成之后, 可以进行虚拟实验检测, 采用虚拟实验技术可以在计算机上模拟真实的实验环境、实验条件, 进行虚拟仿真实验, 以预测汽车的安全性、可靠性、动力性能及舒适程度等, 对不符合要求的部分进行改进, 同时可以进行虚拟碰撞实验。通过虚拟培训, 可以使一线操作人员熟悉生产装配流程, 避免出现错误, 提升企业效益。

3 安全防护领域

虚拟现实技术可以在安全防护领域发挥重要作用。例如煤炭行业, 借助虚拟仿真技术进行生产监测培训, 即通过虚拟现实技术构建矿井作业场景, 将相应的监测系统数据显示出来, 监测人员通过报警状况提示、数据回放等操作来了解各个作业面的设备运行状况与瓦斯浓度, 达到监测分析的目的, 如图2所示

利用虚拟现实技术可以模拟紧急救援演练, 对井下人员进行避灾救助培训, 将井下场景展现在三维空间中, 配合相应的语音提示, 操作人员能够任意调整视角位置和以及进行缩放操作, 观察井下环境布局, 虚拟救援支持多人协同模拟, 为作业安全防护提供了新的途径。

通过虚拟现实技术, 可以虚拟各种大型机床和加工设备, 通过添加虚拟安全产品如安全光幕、安全激光扫描器、安全垫、安全触边等, 可以实现对机械设备的多种安全等级的安全防护。

安全事故救援是抢救生命、挽救损失的重要手段, 利用虚拟现实技术模拟突发事故, 采用动态监测与救援分析, 及时迅速地对泄露、火灾等作出预测, 制定应急措施。例如通过虚拟现实技术构建石化企业工作场景, 进行典型事故模拟与应急救援演练, 如图3所示。

采用虚拟现实的培训模式, 体现了储罐区工作和事故紧急救援的难度和危险性, 以此提高一线工作人员在现场的正确操作能力和安全作业意识。

4 建筑与艺术设计领域

在建筑与艺术设计领域, 虚拟现实技术可以有效地将抽象思维变成实体, 使设计人员在设计阶段就可以与实际结合, 以缩短设计时间, 提高设计质量。虚拟现实技术可以快速地建立复杂的建筑模型, 同时对建筑场景进行设置, 如添加天气、阳光、地形、植被等等, 使建筑模型更全面、更真实, 提高设计效果。虚拟建筑的三维模型可以实时切换不同的方案, 更有助于客户体验, 有助于客户与设计者的沟通。例如迪士尼虚拟建筑设计, 如图4所示。

运用人机交互技术, 在虚拟环境中建立1:1的三维建筑场景, 便于项目管理人员直观全面地了解建筑设计, 为建筑项目的管理实施提供虚拟平台和决策参考, 同时便于设计人员向客户展示设计理念, 利用虚拟现实技术, 将建筑模型快速可视化, 便于项目管理人员与设计人员沟通和交流, 提升项目建设效率。

5 结语

虚拟现实技术利用计算机技术进行三维建模来虚拟现实世界, 应用于工业领域, 可以对操作人员进行培训, 指导设计生产制造工作, 进行安全事故模拟与事故紧急救援演练, 还可以应用于机器的安全防护、建筑设计与艺术设计, 虚拟现实技术在工业领域中具有重要的应用价值。

虚拟现实技术工业设计 篇11

关键词：虚拟现实；工业遗产；数字化

1 虚拟现实技术和工业遗产数字化的发展

虚拟现实（Virtual Reality，简称“VR”）是一种由计算机技术组成的具有沉浸感的一种新的媒介，通过捕捉人体发出的动作来进行交互，和较为传统触屏的二维交互方式相比，虚拟现实技术的交互方式具有增强多种不同的感官反馈，能够让人的大脑产生一种沉浸在虚拟世界的感受，从而获得更真实的感觉反馈。

2016年被称为“VR元年”，在2016年年初的美国国际消费类电子产品展览会上，VR设备就已经取代了智能手机成了各个科技大会的科技产品，现在各个互联网公司也争先恐后地推出有关VR的产品，虚拟现实技术也在普通的消费者之间得到了普及。早在2015年的时候，虚拟现实技术的迅速发展使得其运营的成本有所下降，有利于在人们在商用和民用上得到推广。现在虚拟现实技术的发展长在为各行各业带来深刻的变革，无论在技术还是信息方面的变化，例如人们在日常利用虚拟现实技术来进行学习、娱乐、进行数据计算等等的方式将会发生变化，通过虚拟现实技术的交互性和沉浸性的特点，让用户能够有身临其境的感受，提高用户的信息接受能力。例如，在2010年上海世博会进行了网上的模拟展馆，通过三维立体建模能够真实地再现上海世博会的盛况，用户只需要通过鼠标和键盘进行交互，能够看到世博园区的全貌，还能切换不同的视角，如全景、平视、俯视、和夜景等。

工业遗产是由工业发展所形成的文化的遗留物组成的，由于英国是最早进行工业革命，所以也是最早进行工业遗产保护的国家，保护范围包括了很多领域，如蒸汽机、发电站、工厂厂房、工厂办公建筑等都在工业遗产的范围之内。随着我国工业产业的蓬勃发展，有一些陈旧的落后的工业产区逐渐被淘汰，面临着改造再利用，如北京798由之前的工厂到艺术区的成功转型，也成为了一个艺术文化符号，吸引着很多艺术家和文化创作人员来进行办展览等文化活动，工业遗产的核心是让人们了解工厂遗留下来的文化，但是人们只能通过一些工厂的建筑来和一些简单的介绍对工厂的历史进行了，这和工业遗产做要传达的历史意义并不是很吻合，但是随着科学技术的发展，尤其是当前虚拟现实技术的快速发展和普及，使利用虚拟现实技术来实现工业遗产的数字化变得具有可能性。

2 虚拟现实技术与工业遗产数字化结合的意义

2.1 虚拟现实技术应用于工业遗产数字化中的优势

虚拟现实技术具有沉浸性、交互性和想象性特点。首先利用计算机等技术能够提供给用户具有身临其境的感受，能够让用户更好的接受所要传达的信息；其次在交互性上，与PC端的鼠标键盘交互方式不同，如HTC公司的VR眼镜可以利用手柄来进行交互；还有诸多传感器与用户或者周围的环境进行交互，最后虚拟现实技术还具有想象性的特点，人们可以在这种虚拟世界里面加深对于事物的认知并且更加有利于新的想法的出现。基于虚拟现实技术的特点，应用在工业遗产数字化中有着很明显的优势：

第一，虚拟现实技术能够更好地让人们在构建的工业遗产的3D模型中真实地感受工业的历史文化，利用计算机技术生成的三维交互环境，不仅能够切身感受到过去的历史和现在环境的变化，而且还能与过去的历史进行交互，提高了趣味性；第二，在感官上的知觉刺激上更加多样化，和现实世界一样，在参观历史古迹时，人们的视觉、听觉和触觉都会参与进来，同样虚拟现实技术能够在一个构建的虚拟世界中调动你的视觉、听觉和触觉，能够给予在现实世界中同样的感官刺激，使人们获得更好的体验；第三，利用虚拟现实技术能够构建比现实更加丰富的科普宣传的形式，在工业遗产制作过程中，想要人们去了解工业文化就必须用文字或者机器设备来播放有关视频，但是在虚拟现实技术构建的工业遗产数字化中，利用计算机技术能够在科普的过程中制作不同形式的文字图片和视频等，实现这些只需要一个VR设备，大大提高了科普的成本并且减少了科普的局限性。

2.2 虚拟现实技术在工业遗产数字化应用的范例

随着我国重工业转型的加快进行，诸多城市逐渐步入了后工业时代，在城区的重工业已经阻碍了城市绿色发展的道路，重工业厂区在进行搬迁以后，原有的工业厂区就形成了工业遗产。这些工业遗产不但是一个工业时代发展的产物，也是一个城市发展的里程碑，所以探索一种适合展示工业遗产所传达的工业历史文化显得尤为重要。例如，在首钢的工业遗产数字化中，很好地运用了虚拟现实技术来进行改造。首先对首钢厂区和周边的环境进行测量，然后对测量的数据进行记录，并根据所测得的数据进行建立三维虚拟场景，场景包括了首钢的厂房等建筑物，使改造前的首钢能够保持原貌向人们进行展现。

由于首钢的厂区面积很大，各个厂区的情况也不一样，所以针对建模所用的方法也不一样。例如针对常见的厂房和工人居住的场所，可以使用数字划线图的方法进行建模；针对一些非常有展示价值的厂区和机器设备可以先进行地面激光扫描，然后在进行三维的建模；还有一些很复杂的工业厂区或者机器设备，可以使用车载激光扫描，然后在进行三维的建模。在建模完毕以后，可以把厂区的三位模型导入unity 3D里面进行再创作，例如，加入一些首钢厂区的图文视频的科普介绍，还有一些可以交互的趣味动画，增强人们对于工业遗产历史文化的认知，提高人们对于居住城市工业发展的认可度。

由于首钢工业遗产已经在建设中，很多厂区进行了改造。对于一些还没有进行工业遗产改造的在用的工业区，我们可以预先进行利用全景摄像机进行全景拍摄，这样就可以避免以后在工业遗产数字化过程中的建模的繁琐过程，把全景视频进行缝合和后期加工，然后在unity 3D里面在进行创作，例如增加交互和一些有趣的科普场景，能够使工业遗产真正地数字化，真实地向人们展现一个城市工业的历史文化，让工业遗产所包含的精神文明展示在人们面前。

3 结语

虚拟现实技术工业设计 篇12

1 虚拟现实技术的定义和主要内涵

那么虚拟现实技术是什么样的呢?正如其字面所示的那样, 就是用现在先进的硬件技术和软件技术来虚拟现实中的事或者物以达到人们能够轻易地对其进行操作与处理的目的。虚拟现实技术所包含的内涵主要有如下几个: (1) 首先虚拟现实技术应当是一个计算机系统, 该系统能够创造虚拟世界并且允许人们进行体验。 (2) 虚拟现实技术是一种以用户为核心的、足够先进的计算机接口。 (3) 虚拟现实技术能够让人把自己所熟知的空间与计算机系统处理信号时的处理空间保持一致。 (4) 虚拟现实技术是可以让人通过计算机看见并且能够操作比较复杂的数据, 且能够和其交互的一种操作方式。 (5) 虚拟现实技术是一种具有三维的合成环境的媒介, 人们能够按照自己的愿望从任何一个视点自由且实时地完成设计、探测和模拟。

虚拟现实技术是一种应运而生的技术, 然而在早期的应用之中主要是用在互动娱乐上面。随着硬件条件不断地升级、软件技术不断地得以提高, 虚拟现实技术才能够在工程设计、机械设计制造、医疗、电子商务、教育和军事等方面进行较为成熟的应用。由于现在虚拟现实技术趋于日渐成熟, 所以其在各个领域当中发挥的作用不可忽视, 对此要跟上技术前沿发展的脚步, 关注虚拟现实技术的继续发展。

2 机械设计制造中的虚拟现实技术的主要特征以及关键技术

虚拟现实技术同样也在机械设计制造领域中有所应用, 由于机械设计制造领域当中涉及到机械模型设计、模具设计, 而这些用虚拟现实技术能够方便快速地设计机械模型、对机械模型进行仿真, 并且能够快速地对不满意的地方进行修改。

虚拟现实技术是一种集计算机技术、仿真技术、传感与测量技术以及微电子技术等为一体的新型技术。它的学术特点体现在各个学科间的相互交错, 因而其应该具备以下几个主要特征。

(1) 多感知性。因为要求虚拟现实技术能够虚拟出现实世界, 并让我们人类更好地进行体验, 其就必须具备多感知的特性:这不仅仅包括视觉、触觉、听觉, 还应当包含有嗅觉和味觉。

(2) 存在感。要求让用户有种在现实世界中的存在感。虚拟世界中的所有的一切用户都能明确的感觉到, 并且能够触摸得到、看得见、闻得到以及感觉得到。

(3) 自主性。用虚拟现实技术创造出来的虚拟世界中的物体必须按照物理学规律进行运动。实时地显示、交互和参与, 把人的主要活动提升成人机合一的活动, 完成了自主性的职能开发系统。

(4) 交互性。这是虚拟现实技术中的重要特性, 是指用户能够对虚拟环境中的各个物体进行操作并且能从物体中得到某些反馈信息。人机交互是虚拟现实系统中的一种近乎自然的交互, 使用者能够利用多种交互手段例如电脑键盘、鼠标进行交互并且支持更多的设计行为。

(5) 沉浸性。对于虚拟世界, 观察者的情感反映就是沉浸性, 由于虚拟现实技术能够虚拟出非常逼真的现实世界, 用户利用触觉、听觉、视觉来感受发生在虚拟世界中的一切, 可以虚拟出机械创新的设计环境并且产生一种身临其境的感觉。

虚拟现实技术在机械设计制造中关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、立体展示和传感技术、应用系统开发技术和系统集成技术。而在机械设计制造中用的最多的技术就是动态环境建模技术、实时三维图向生成技术以及立体展示和传感技术。这些技术在实际工程运用当中是相当重要的, 用得好就能事半功倍, 能够设计出更好的产品、制作出出色的产品。

3 虚拟现实技术在机械设计制作中的应用

虚拟现实技术在机械设计制作中的应用应当包括前期的概念设计、中期的产品虚拟设计以及后期的虚拟制作。下面对各个时期虚拟现实技术的运用给予一些简要说明。

(1) 前期虚拟概念设计。概念设计是指一个产品该如何设计, 需要考虑到那些方面的因素、问题以及所花的时间、资金等很多综合情况, 属于创造性思维的体现。虚拟现实技术在这个阶段中为设计者提供一定的语言识别录入和手势跟踪的输入, 使设计者更为方便有效地完成产品各个模块的建模工作。

(2) 中期虚拟设计。是指设计人员设计一个虚拟的产品, 然后对其进行相关测试来判定是否满足设计的需要。

(3) 后期虚拟制造。就是用虚拟现实技术模拟产品的制作过程, 能够及时发现制作过程中的错误, 避免实际生产制造中的损失。

在制造业中已经成功地推广应用虚拟制造技术, 尤其是在汽车、航空航天等领域的应用特别典型。虚拟制造能够在汽车生产模具、工装与设备, 甚至是设计校车之前, 就很容易地在工艺过程与生产系统时进行分析、修改、建模及优化。例如, 早在1997年通用电动车部就利用UG II软件, 建成了世界上第一个完全数字化的机车样机模型, 并围绕这个数字模型并行地进行产品设计、分析、制造夹模具工装设计和可维修性设计。例如, 波音飞机公司设计777飞机的时候, 就是使用了虚拟制造技术, 从设计、装机、测试都是在计算机中完成模拟的, 分散在全球各地的波音公司的技术人员能够从777客机难以数清的零部件中, 随意调出其中任何一种在计算机上进行讨论、研究、观察, 所有的零部件都是三维实体模型。

4 结语

现在, 虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用, 但仍是初级阶段。可以预见得到, 虚拟现实技术将逐渐应用到设计制作的各个环节中, 为设计制造业的蓬勃发展提供无限动力。

摘要：虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用。本文从虚拟技术的定义内涵、关键技术以及机械设计制作中的应用来论述虚拟现实技术在机械设计制造中的应用。

关键词：虚拟现实,机械设计,感知

参考文献

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