虚拟现实技术应用与其在CADCAM上应用讲义Company Logo目目录什么是虚什么是虚拟现实1虚虚拟现实技技术特点特点2虚虚拟现实系系统3VR技技术在在CAD/CAM上的上的应用用4Company Logo一一.虚虚拟现实v虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种人性化的多维信息空间。Company Logo二二.虚虚拟现实技技术v虚虚拟现实技技术的的3I特性特性1.Immersion沉浸性沉浸性 又称又称临场感，指用感，指用户感到作感到作为主主角存在于模角存在于模拟环境中的真境中的真实程程度。度。2.Interaction交互性交互性 指用指用户对模模拟环境内物体的可操境内物体的可操作程度和从作程度和从环境得到反境得到反馈的自的自然程度（包括然程度（包括实时性）。性）。3.Imagination构想性构想性 人可从定性和定量人可从定性和定量综合集成的合集成的环境中得到感性和理性的境中得到感性和理性的认识从从而深化概念和萌而深化概念和萌发新意，而不新意，而不仅从以定量从以定量计算算为主的主的结果中果中得到启得到启发和和对事物的事物的认识。Company Logo二二.虚虚拟现实技技术v关关键技技术虚虚拟现实是多种技是多种技术的的综合，其关合，其关键技技术和研究内容包和研究内容包括以下几个方面：括以下几个方面： 1.环境建模技境建模技术2.立体声合成和立体立体声合成和立体显示技示技术3.触触觉反反馈技技术4.交互技交互技术5.系系统集成技集成技术Company Logo三三.虚虚拟现实系系统v典型的虚典型的虚拟现实系系统由一下几方面由一下几方面组成：成：1.效果效果产生器。生器。2.实景仿真器。景仿真器。3.应用系用系统。4.几何构造系几何构造系统。Company Logo三三.虚虚拟现实系系统v实际应用的虚拟现实系统可分为三类：1.桌面虚拟现实系统，也称窗口中的VR，成本低，主要用于CADCAM、建筑设计等领域2.沉浸式虚拟现实系统，使用头盔显示器把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉3.分布式虚拟现实系统，它建立在沉浸式虚拟现实系统和分布式交互仿真(DISDistributed Interaction Simulation)的基础上Company Logo三三.虚虚拟现实系系统v硬件支持硬件支持1.高性能高性能计算机算机2.头盔盔显示器示器3.跟踪定位系跟踪定位系统4.立体声音响和三立体声音响和三维空空间定定位装置系位装置系统5.触触觉/力量反力量反馈装置装置Company Logo附件附件Company Logo三三.虚虚拟现实系系统v软件支持件支持 在在软件方面，虚件方面，虚拟现实系系统除一般所需的除一般所需的软件支撑件支撑环境之外，主要是需要提供一个境之外，主要是需要提供一个产生虚生虚拟环境的工具集境的工具集或或产生虚生虚拟环境的境的外壳外壳。它至少具有以下的功能。它至少具有以下的功能: 1.能能够接受各种高性能接受各种高性能传感器的信息，如感器的信息，如头盔的跟盔的跟踪信息；踪信息； 2.能生成立体的能生成立体的显示示图形；形； 3.能把各种数据能把各种数据库(如地形地貌数据如地形地貌数据库、物体形象数、物体形象数据据库等等)、各种、各种CAD软件件进行行调用和互用和互联的集成的集成环境。境。 具有典型代表性的虚具有典型代表性的虚拟现实系系统软件有件有:虚虚拟世界工世界工具箱具箱WorldToolKit(WTK)、MultiGen Creator、Vega、Maya、IRIS Performer、VTree、Open GVS等等。等等。Company Logo四四.虚虚拟现实技技术在在CAD/CAM上的上的应用用v计算机的性能快速提高，已经能在微机上进行CAD/CAM的虚拟现实研究和应用。对身临境的真实感和对超越现实的虚拟性，以及建立个人能够沉浸其中，具有交互作用的多维信息系统的追求，推动了虚拟现实技术在CAD/CAM中的应用与发展。CAD/CAM的虚拟现实技术涉及CAD/CAM各个学科，已显示出它的实用性，技术潜力巨大，应用前景十分广阔。Company Logo四四.虚虚拟现实技技术在在CAD/CAM上的上的应用用v传统的仿真与建模的仿真与建模 产品的建模和仿真，是虚拟现实技术在CAD/CAM的基本应用，CAD/CAM软件从线框造型、曲面造型发展到特征参数化实体造型，反映了制造领域对几何建模技术的需求。在CAD/CAM中计算机仿真已经应用于如下几个方面:(l)机构运机构运动轨迹方式的仿真迹方式的仿真;(2)构件受力的有限元分析构件受力的有限元分析;(3)机器装配整体性能模机器装配整体性能模拟;(4)工程构件破坏性工程构件破坏性实验分析。分析。Company Logo四四.虚虚拟现实技技术在在CAD/CAM上的上的应用用v基于虚基于虚拟现实技技术的仿真与建模的仿真与建模 CAD/CAM的建模的建模(造型造型)是是CAD/CAM的的技技术核心和基核心和基础。虚。虚拟现实技技术在在CAD/CAM中主要中主要应用于以下几个方面用于以下几个方面: (l)运运动仿真仿真 (2)模模拟制造制造过程程 (3)机械部件及机器整体性能机械部件及机器整体性能评价价 Company Logo四四.虚虚拟现实技技术在在CAD/CAM上的上的应用用vCAD/CAM虚拟现实系统分析CAD/CAM虚拟现实系统是一种集立体图形、自然交互等技术，以建造与客观世界高度逼真、虚拟的环境为主要内容进行模拟应用的系统。CAD/CAM虚拟现实系统的重要特性是具有一种身临其境的临场感。在微机上建立虚拟现实系统具有以下特点:(l)生动真实的计算机场景图像(2)自然的人机交互(3)通用的图形软件平台（常用OpenGL） Company Logo四四.虚虚拟现实技技术在在CAD/CAM上的上的应用用vCAD/CAM虚拟现实技术的应用在设计规划中的应用在工程设计过程中的应用在机械设计中的应用数控加工 Company Logo实例展示例展示PECVD_System/PECVD_System.exe我的我的文档文档桌面桌面张广林广林PECVD_SystemPECVD_System.exeCompany Logo结语v虚虚拟现实技技术的的发展和展和应用从根本上改用从根本上改变了了人人类的思的思维方式。已方式。已经和理和理论分析、科学分析、科学实验一起，成一起，成为人人类探索客探索客观世界世界规律三大手律三大手段。段。CAD/CAM的虚的虚拟现实技技术涉及涉及CAD/CAM各个学科，已各个学科，已显示出它的示出它的实用性，用性，技技术潜力巨大，潜力巨大，应用前景十分广用前景十分广阔。近年来，。近年来，虚虚拟现实造型造型语言言(VRML)已成已成为信息技信息技术业界的一种界的一种标准准语言。人言。人们正在深人研究和探正在深人研究和探讨虚虚拟现实和真和真实现实之之间的关系，的关系，发现和和挖掘真与虚两种挖掘真与虚两种现实中的科研中的科研课题，创建各建各种逼真的虚种逼真的虚拟现实演示系演示系统、操作系、操作系统和和应用系用系统。