汽車虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用

第七章汽車虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)數(shù)字開發(fā)有哪些技術(shù)，具體應(yīng)用、與傳統(tǒng)開發(fā)相比有哪些優(yōu)勢(shì)？例如：CFD技術(shù)（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)），是研究流體在基本控制方程下運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬方法。用于計(jì)算分析汽車外流場(chǎng)，與傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)相比，CFD方法不需要實(shí)車模型，具有周期短、成本低、可反復(fù)計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。思考：11）仿真的三個(gè)基本要素是：

復(fù)習(xí)：2物理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)2）汽車虛擬樣車仿真技術(shù)的內(nèi)容：(1)幾何仿真，整車結(jié)構(gòu)的幾何特性與裝配關(guān)系的仿真；(2)性能仿真，動(dòng)力學(xué)性能和動(dòng)力學(xué)特性的仿真。33）虛擬試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：(1)可以大幅度減少樣機(jī)制造試驗(yàn)次數(shù)，縮短新產(chǎn)品試驗(yàn)周期，降低實(shí)際試驗(yàn)的費(fèi)用。(2)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者、產(chǎn)品用戶在設(shè)計(jì)階段信息的互反饋。(3)可對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行回放、再現(xiàn)和重復(fù)。44）汽車碰撞安全仿真試驗(yàn)從哪幾個(gè)方面進(jìn)行？要研究的內(nèi)容包括哪幾個(gè)？試驗(yàn)從哪五個(gè)方面進(jìn)行：（1）正面碰撞（2）后部碰撞（3）側(cè)面碰撞（4）頂部壓垮（5）側(cè)門強(qiáng)度。研究的內(nèi)容包括：（1）車身結(jié)構(gòu)的耐撞性研究（2）碰撞生物力學(xué)研究（3）乘員約束系統(tǒng)研究（4）安全內(nèi)部飾件研究。55)汽車碰撞安全仿真的發(fā)展趨勢(shì)：(1)提高仿真運(yùn)算速度，它是汽車碰撞仿真技術(shù)發(fā)展的核心；(2)發(fā)展新的人體模型模擬技術(shù)；(3)尋求接觸搜尋新算法；(4)研究降解積分新技術(shù)；(5)子循環(huán)技術(shù)。6第七章汽車虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述3.2虛擬環(huán)境的建立3.3產(chǎn)品的虛擬原型3.4數(shù)字制造3.5數(shù)字工廠8虛擬現(xiàn)實(shí)的定義虛擬環(huán)境開發(fā)的目的虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述9是一種種為改改善人人與計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)的交交互方方式、、提高高計(jì)算算機(jī)可可操作作性的的人機(jī)機(jī)界面面綜合合技術(shù)術(shù)。它通過(guò)過(guò)高速圖圖形計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)、頭盔顯顯示器器或其他他三維視視覺(jué)通通道、三維位位置跟跟蹤器器和立體聲聲音響響，使計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)用戶戶能夠夠沉浸浸到計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)屏幕幕所顯顯示的的場(chǎng)景景中去去，從從而產(chǎn)產(chǎn)生一一種類類似““幻覺(jué)覺(jué)”的的人工工三維維環(huán)境境——“虛擬擬環(huán)境境或靈靈境””。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的定義義10虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的組成成包括括用戶（（操作作者））、機(jī)器及人機(jī)接接口三個(gè)基基本組組成部部分。。借助虛虛擬顯顯示技技術(shù)，，可以以對(duì)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世世界的的事物物進(jìn)行行動(dòng)態(tài)態(tài)仿真真。計(jì)算機(jī)機(jī)屏幕幕顯示示的場(chǎng)場(chǎng)景能能夠跟跟蹤用用戶的的輸入入，及及時(shí)按按照輸輸入信信息修修改場(chǎng)場(chǎng)景，，使用用戶和和虛擬擬環(huán)境境之間間建立立起實(shí)實(shí)時(shí)交交互性性關(guān)系系，進(jìn)進(jìn)而使使用戶戶產(chǎn)生生身臨臨其境境的沉沉浸感感覺(jué)。。11虛擬環(huán)環(huán)境的的特征征121）為了了方便設(shè)設(shè)計(jì)師師對(duì)產(chǎn)品品各方方面包包括外外觀、、零部部件間間的關(guān)關(guān)系、、性能能等方方面做做出評(píng)評(píng)價(jià)，，以減減少設(shè)設(shè)計(jì)上上的錯(cuò)錯(cuò)誤和和最大大限度度地滿滿足客客戶需需求。。2）為了了縮短產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)周周期和節(jié)省試制費(fèi)用，避免多多次制制造樣樣機(jī)。3）為了了使數(shù)數(shù)字化化產(chǎn)品品模型型具有有更強(qiáng)的人機(jī)交交互功能，，使用用戶能能在虛虛擬環(huán)環(huán)境中中感覺(jué)覺(jué)到產(chǎn)產(chǎn)品的的存在在。4）為了了方便產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)開開發(fā)人人員、、生產(chǎn)產(chǎn)管理理人員員、營(yíng)營(yíng)銷人人員組組成的的團(tuán)隊(duì)隊(duì)可以以從不不同角角度對(duì)對(duì)產(chǎn)品品的設(shè)設(shè)計(jì)方方案進(jìn)進(jìn)行討論。虛擬環(huán)環(huán)境開開發(fā)的的目的的13虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在工程程中的的應(yīng)用用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在醫(yī)學(xué)學(xué)中的的應(yīng)用用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在航天天和軍軍事中中的應(yīng)應(yīng)用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在商業(yè)業(yè)中的的應(yīng)用用在娛樂(lè)樂(lè)、藝藝術(shù)和和教育育中應(yīng)應(yīng)用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在車輛輛工程程方面面的應(yīng)應(yīng)用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在各個(gè)個(gè)領(lǐng)域域的應(yīng)應(yīng)用14人機(jī)交交互方方式發(fā)發(fā)展歷歷程具有沉沉浸感感虛擬擬環(huán)境境的特特點(diǎn)虛擬環(huán)環(huán)境硬硬件配配置虛擬環(huán)環(huán)境軟軟件配配置153.2虛擬擬環(huán)境的的建立立5個(gè)階段段：1）傳統(tǒng)統(tǒng)的屏屏幕顯顯示、、鍵盤盤和鼠鼠標(biāo)2）從三三維圖圖形到到觀看看“桌桌面虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)””3）頭盔盔顯示示器和和雙筒筒全景景顯示示器（（具有有沉浸浸感））4）數(shù)據(jù)據(jù)手套套和觸觸覺(jué)反反饋裝裝置5）超大大屏幕幕或全全景虛虛擬環(huán)環(huán)境（（多用用戶深深度沉沉浸感感）人機(jī)交交互方方式發(fā)發(fā)展歷歷程161）采用用與人人體位位置有有關(guān)的的觀察察方法法，從從而提提供了了在三維空間中中運(yùn)動(dòng)動(dòng)的視覺(jué)界界面，為用用戶在在虛擬擬環(huán)境境中東東張西西望、、走進(jìn)進(jìn)走出出或飛飛越創(chuàng)創(chuàng)造了了基本本條件件。2）超大大屏屏幕的的立體體景觀觀加強(qiáng)強(qiáng)了空空間的的深度度和廣廣度，，全景虛虛擬環(huán)環(huán)境將將與人人的身身材大大小相相適應(yīng)應(yīng)。3）通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)據(jù)手套套、操操縱桿桿、遙遙控器器空間間球和和立體體鼠標(biāo)標(biāo)等裝裝置可以操操縱和和控制制虛擬擬對(duì)象象。4）立體聲聲場(chǎng)、、觸覺(jué)覺(jué)以及及其他他非視視覺(jué)技技術(shù)的應(yīng)用用大大大加深深了虛虛擬環(huán)環(huán)境的的沉浸浸感。。5）在不不同地地點(diǎn)的的人通通過(guò)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可可以分分享虛虛擬環(huán)環(huán)境，，在虛虛擬空空間中中相會(huì)會(huì)、交交談和和動(dòng)作作交互互。（多用用戶））具有沉沉浸感感虛擬擬環(huán)境境的特特點(diǎn)17具有沉沉浸感感的虛虛擬環(huán)環(huán)境硬硬件系系統(tǒng)包包括：：一、可可視化化視覺(jué)覺(jué)通道道二、虛擬幕幕墻三、全景空空間四、立體聲聲場(chǎng)的聽覺(jué)覺(jué)通道五、語(yǔ)言、、位置和姿姿態(tài)輸入裝裝置虛擬環(huán)境硬硬件配置181）頭盔顯示示器2）雙筒全方方位顯示器器3）虛擬桌面面和虛擬幕幕墻4）全景虛擬擬環(huán)境一、可視化化視覺(jué)通道道19頭盔顯示器器20頭盔前方的的小盒有兩兩個(gè)小液晶晶顯示屏，，利用光學(xué)學(xué)原理讓左左右眼看到到的圖像略略有差別以以達(dá)到立體體效果。位置追蹤器器能夠不斷斷測(cè)量用戶戶頭部的位位置和方向向，并將計(jì)計(jì)算機(jī)生成成的場(chǎng)景調(diào)調(diào)整到與頭頭部位置和和姿態(tài)相適適應(yīng)的場(chǎng)景景，使用戶戶可以在各各個(gè)角度觀觀看生成的的虛擬產(chǎn)品品。可以提供立立體場(chǎng)景顯顯示、立體體聲音輸出出以及頭部部位置跟蹤蹤的功能。。雙筒全方位位顯示器21針對(duì)頭盔顯顯示器戴上上不舒適感感進(jìn)行了改改進(jìn)，同時(shí)時(shí)分辨率上上有所提高高。通過(guò)多連桿桿機(jī)構(gòu)在操操作范圍的的任意移動(dòng)動(dòng)，達(dá)到位位置跟蹤的的效果。虛擬桌面22與頭盔顯示示器和雙筒筒全方位顯顯示器相比比可供多用用戶同時(shí)使使用。在操作者可可以通過(guò)數(shù)數(shù)據(jù)手套、、位置跟蹤蹤器等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)人機(jī)交互互。虛擬幕墻23可供用戶10人左右建立全景虛虛擬環(huán)境（（CAVE)的目的：1）生成高清清晰度全彩彩色的逼真真影像，改改善周邊視視野效果；；2）減少用戶戶負(fù)重的硬硬件，消除除頭部轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的誤差；；3）開發(fā)能夠夠同時(shí)看到到現(xiàn)實(shí)世界界和虛擬世世界的顯示示裝置；4）開發(fā)能夠夠與超級(jí)計(jì)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的可視化化的工具和和數(shù)據(jù)源。。全景虛擬環(huán)環(huán)境（CAVE）2425利用CAVE開發(fā)奔馳新新車型數(shù)據(jù)手套操縱桿操縱手輪三維控制裝裝置五、語(yǔ)言、、位置和姿姿態(tài)輸入裝裝置26數(shù)據(jù)手套27數(shù)據(jù)手套(DataGlove)是一種把手手勢(shì)輸入計(jì)計(jì)算機(jī)的工工具。戴上上數(shù)據(jù)手套套后，當(dāng)手手活動(dòng)時(shí)手手套檢測(cè)這這些活動(dòng)，，并向計(jì)算算機(jī)送出相相應(yīng)數(shù)據(jù)，，計(jì)算機(jī)將將這些數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)化為虛虛擬手的動(dòng)動(dòng)作，如握握拳、手平平直、伸出出食指等。。根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)的規(guī)定，，不同的手手勢(shì)可以表表示不同的的控制指令令，例如用用手平直指指出飛行的的方向，用用握拳表示示返回等。。為了實(shí)現(xiàn)在在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)中的漫游游，必須知知道瀏覽者者在三維空空間中的位位置和方向向，尤其是是必須知道道頭部的位位置與方向向，以相應(yīng)應(yīng)地改變場(chǎng)場(chǎng)景。這就就需要位置置跟蹤器跟跟蹤頭部的的位置與方方向，也就就是需要位位置跟蹤器器描述物體體的3D位置。目前采用的的位置跟蹤蹤器有磁場(chǎng)場(chǎng)式、超聲聲波式、紅紅外線式及及發(fā)光二極極管式等，，但使用較較多的是磁磁場(chǎng)式及超超聲波式。。三維（3D）位置跟蹤器器28虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用用工具箱——MRTK軟件包虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)用工具箱箱——WTK程序包CDK（CyberspaceDeveloperKit)軟件包虛擬現(xiàn)實(shí)建模模語(yǔ)言VRML虛擬環(huán)境軟件件配置29虛擬原型的概概念建立虛擬原型型的主要步驟驟虛擬原型的應(yīng)應(yīng)用303.3產(chǎn)品的虛擬原原型虛擬原型(VirtualPrototypling)是利用虛擬環(huán)環(huán)境在可視化化方面的優(yōu)勢(shì)勢(shì)以及可交互互地探索虛擬擬物體的功能能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾幾何、功能、、制造等方面面交互的建模模與分析。它是在CAD模型的基礎(chǔ)上上，使虛擬技技術(shù)與仿真方方法相結(jié)合，，為原型的建建立提供的新新的方法。虛擬原型技術(shù)術(shù)可用來(lái)快速速評(píng)價(jià)不同的的設(shè)計(jì)方案，，與物理原型型相比較，虛擬原型生成成的速度快，，生成的原型型可被人們直直接感觸、操操縱和修改，，且數(shù)據(jù)可被被重新利用。。運(yùn)用虛擬原原型技術(shù)，可可以減少且甚甚至取消物理理原型的制作作，從而加速速新產(chǎn)品的開開發(fā)進(jìn)程。31虛擬原型的概概念為使用現(xiàn)有的的軟件，并將將虛擬原型集集成到產(chǎn)品開開發(fā)過(guò)程中，，還需要下列列兩個(gè)接口：：1）虛擬環(huán)境和和外部工具之間的接口。2）與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型型庫(kù)的接口。虛擬原型不是是要代替現(xiàn)有有的CAD技術(shù)，而是在在CAD數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上上進(jìn)行工作，，虛擬原型給給所設(shè)計(jì)的物物體提供了附附加的功能信信息。產(chǎn)品數(shù)數(shù)據(jù)模型庫(kù)將將包含完整的的、集成的產(chǎn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)據(jù)及管理，從從而為產(chǎn)品開開發(fā)過(guò)程各階階段提供共享享的信息。321)從CAD／CAM模型中取出幾幾何模型。2)鑲嵌：用多面面體和多邊形形逼近幾何模模型。3)簡(jiǎn)化：根據(jù)不不同要求刪去去不必要的細(xì)細(xì)節(jié)。4)虛擬原型編輯輯：著色、材材料特性渲染染、光照渲染染等。5)特征輪廓的粘粘貼，以更好好地表達(dá)某些些細(xì)節(jié)。6)增加周圍環(huán)境境和其他要素素的幾何模型型。7)添加操縱功能能和性能。33建立虛擬原型型的主要步驟驟汽車轉(zhuǎn)向盤的的嵌砌和簡(jiǎn)化化模型34邊界縫補(bǔ)示意意35駕駛儀表盤照照片的粘貼361）汽車虛擬原原型虛擬原型的應(yīng)應(yīng)用372）工程機(jī)械虛虛擬原型38JohnDeere公司的裝載機(jī)機(jī)虛擬原型3）虛擬維修4）虛擬風(fēng)洞39數(shù)字制造的定定義一、定義：數(shù)字制造又稱稱虛擬制造，，可以定義為為“借助建模模和仿真技術(shù)術(shù)提高制造企企業(yè)各層面決決策和控制水水平的、集成成化的、在計(jì)計(jì)算機(jī)上人工工合成的制造造環(huán)境”。是數(shù)字化開發(fā)發(fā)的重要組成成部分，可以以檢驗(yàn)關(guān)鍵零零件的可制造造性以及整機(jī)機(jī)的易裝配程程度。3.4數(shù)字制造40二、數(shù)字制造造虛擬環(huán)境的的組成：1）虛擬機(jī)器建建模環(huán)境2）虛擬產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)境3）虛擬產(chǎn)品制制造環(huán)境4）虛擬產(chǎn)品裝裝配環(huán)境41三、虛擬制造造的特點(diǎn)(1)集成性：虛擬制造包含含了虛擬設(shè)計(jì)計(jì)、虛擬加工工、虛擬裝配配等過(guò)程。其其次，各子過(guò)過(guò)程并不是獨(dú)獨(dú)立運(yùn)行的，，而是彼此之之間相互影響響、相互支持持，共同完成成對(duì)實(shí)際制造造過(guò)程的分析析與仿真。(2)反復(fù)性：虛擬制造大多多數(shù)環(huán)節(jié)都遵遵循“方案案擬定——仿真評(píng)價(jià)——方案修改”的的一個(gè)多次反反復(fù)的工作流流程。(3)并行性：指的是分布在在不同節(jié)點(diǎn)的的工程技術(shù)人人員、計(jì)算仿仿真資源和數(shù)數(shù)據(jù)知識(shí)資源源，在計(jì)算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布布式虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境下，針針對(duì)生產(chǎn)中的的某一任務(wù)，，群組協(xié)調(diào)工工作。(4)人機(jī)交互性：：虛擬制造通過(guò)過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境將計(jì)算機(jī)機(jī)的計(jì)算和仿仿真的過(guò)程與與人的分析、、綜合和決策策的過(guò)程有機(jī)機(jī)地結(jié)合起來(lái)來(lái)。42虛擬裝配是虛虛擬制造的重重要組成部分分，利用虛擬擬裝配，可以以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確性，及及早發(fā)現(xiàn)裝配配中的問(wèn)題，，對(duì)模型進(jìn)行行修改，并通通過(guò)可視化顯顯示裝配過(guò)程程。虛擬裝配配系統(tǒng)允許設(shè)設(shè)計(jì)人員考慮慮可行的裝配配序列，自動(dòng)動(dòng)生成裝配規(guī)規(guī)劃。虛擬裝配系統(tǒng)統(tǒng)包括數(shù)值計(jì)計(jì)算、裝配工工藝規(guī)劃、工工作面布局、、裝配操作模模擬等。虛擬裝配過(guò)程程4344虛擬裝配場(chǎng)場(chǎng)景示意數(shù)字工廠的的定義數(shù)字工廠是是一個(gè)集成成化的虛擬擬仿真環(huán)境境，它將制造企業(yè)信信息管理系系統(tǒng)與虛擬制造的各種應(yīng)用用結(jié)合到一一起，提供供了一個(gè)從從產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)到產(chǎn)品廢廢棄的全生生命周期數(shù)數(shù)據(jù)管理平平臺(tái)。3.5數(shù)字工廠45UGS公司提供的的數(shù)字工廠廠基本框架架46原型車的構(gòu)構(gòu)建的步驟驟：(1)計(jì)算察看方方向；(2)分析用戶接接觸；(3)渲染。數(shù)字工廠的的應(yīng)用4748第八章產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)的的組織和管管理汽車數(shù)字化化開發(fā)技術(shù)術(shù)CIMData公司總裁EdMiller認(rèn)為：PDM是一門用來(lái)來(lái)管理所有有與產(chǎn)品相相關(guān)信息和和所有與產(chǎn)