虚拟现实技术在机械工程实验中的应用

赵阶晨+潘燕梅+胡伟

摘要：随着全球信息技术的不断发展，VR虚拟现实技术对于人们来说已经不再陌生，本文将主要针对虚拟现实技术在现代化机械工程生产实验中的应用展开讨论，希望通过VR技术的应用，使我国的机械工程制造水平变得更加强大。

关键词：虚拟现实技术；机械工程实验；应用

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0068-01

機械工程项目是我国经济发展的重要命脉，国民经济发展要想强大起来，必须要提升机械工程的制造水平，这也是VR虚拟现实技术被应用在机械工程领域中的重要意义，在VR技术支持下，可以更好地完善机械工程设计，做好机械产品的仿真建模，使得机械工程产品设计者能够在虚拟仿真的环境下完成对机械产品模型的有效交互，获得更加准确的机械产品设计信息。

1 虚拟现实技术发展

1.1 概念

VR虚拟现实技术主要是将现代化仿真技术同计算机技术，传感技术以及图形学等技术融合在一起的综合性技术，虚拟现实技术会模拟构建一个非常真实的环境，给身处其中的用户一种身临其境的感觉，给予用户真实的听觉、视觉和感官享受，就好像真的在某种情境下做事一样，用户在移动的过程中，计算机可以针对传感器发回的数据展开计算，进而构建出虚拟仿真模型，因此虚拟现实技术被广泛应用在各种现代化生产领域中[1]。

1.2 特点

1.2.1 想象感

在虚拟现实技术的应用中，可以将用户的想象展现出来，也就是说可以根据人们的想象来虚拟出各种情境，能够充分发挥出人类的想象能力，进而体现出VR虚拟现实创造者的设计思想，通过想象来代替人们实现真正的目标。

1.2.2 交互性

交互性主要指的是，在VR虚拟现实技术的应用中，可以完成人和虚拟空间的真实交互，就好像在真正的空间环境下一样做出相应的动作反馈，进而实现人机间的有效沟通与交流，交互性特点的体现主要在于虚拟现实空间中交互过程的实时性，快速、及时地反馈出用户的操作信息[2]。

1.2.3 沉浸性

沉浸性，又被人们理解成为浸入感，主要侧重强调用户的主观感受，意思是说当用户进入VR虚拟现实空间时，会有一种身临其境的参与感，整个人就仿佛处在真实的空间中一样，有视觉、听觉、嗅觉各种感官上的真实体验。

2 虚拟现实技术在机械工程实验中的应用

2.1 虚拟设计

关于VR虚拟现实技术在当代机械工程生产实验领域中的应用有很多，首先是在产品的设计方面，即虚拟设计，可以通过传感器设备的连接，让机械产品设计人员更好地完成对产品外观造型和产品性能的开发研究，比如说在过去的汽车机械设计中，需要进行反复的图纸修改，然后反复铸模，无形之中浪费了许多生产材料和精力，同使用VR虚拟现实技术以后，就可以通过CAD制图软件和CAH电子数控程序针对汽车机械制造模型进行模拟仿真，不需要再模拟建模了，只需要在汽车仿真模型上进行数据模拟操作设计就可以了。

2.2 虚拟装配

在现代化机械工程实验项目与生产中，我们经常会需要把很多精细的零件组装到一起，才能够完成对机械产品的装配，但是在零件装配的过程中，可能会出现一些装配性的错误，如果在装配结束后才发现的话，就会要求返工，进而降低机械工程的生产效率，通过VR虚拟现实技术的应用，能够更加有效地完成机械产品的自动化装配，技术操作人员可以通过人机交互的方式，针对机械产品的整个装配过程展开控制，在模拟智能化的机械操作过程中，检查机械产品部件安装的顺序是否存在问题，完成机械产品装配模型的技术设计与调整[3]。

2.3 虚拟机械仿真

所谓虚拟机械仿真，主要指的是通过VR虚拟现实技术的应用，来对机械工程实验中的加工过程进行模拟仿真，从而更好地了解机械化生产中，有一些零部件的加工运动体系是否存在不协调问题，然后开展机械生产流程的设计与检查，在VR虚拟现实仿真模拟的过程中，可以提前发现机械产品在自动化加工方法，加工流程上面是否存在问题，并且及时选择正确的改进措施，保证机械工程实验生产项目可以按时完成作业，提高机械产品的加工质量。

2.4 虚拟样机

对于虚拟样机的使用，主要还是因为在机械工程产品的生产加工过程中，只有产品样机能够正常运作，才意味机械产品的制作完成，但有些机械设计方面的问题，如果到机械样机运行时才发现的话，就只能重新修改设计，使样机报废，所以虚拟样机概念的提出，就是要用虚拟样机来代替真实样机去进行机械产品性能测试，进而检测出机械工程产品的使用性能，可以大幅度缩短产品的开发研制时间，增加了机械产品设计人员间的有效沟通，一起在虚拟样机的反复检测试验中获得机械生产的最终产品。

3 真实感算法在虚拟现实中的分析比较

目前，人们又创新设计出了一种基于真实感算法的虚拟现实技术，通过真实感算法的应用，可以让机械工程生产中所模拟出来的场景更加具有真实的沉浸感，比传统的VR虚拟现实技术更具有真实的效果，可以从纹理映射、光照模型以及阴影场景设计、加速设计的方式来实现。还有一种基于人脸识别的真实感重建算法，主要通过计算机双目立体视觉技术，来进行相机目标定位，能够自动匹配出两幅图片中视觉差异特征点，在机械工程产品生产时，可以针对3D图像中的坐标点进行插值，然后完成三点集合重构，建立一个三维表面模型，使用真实感算法所获得的三维模型，误差非常小，能够很好地提升机械产品制作的可信度水平。

4 结语

综上所述，在现代化的机械工程项目生产实验中，已经离不开对VR虚拟现实技术的有效应用，通过将VR虚拟仿真技术应用到机械产品的虚拟设计，机械产品的虚拟装配，以及机械加工的虚拟仿真，可以有效地缩短机械产品制作周期，减少不必要的生产浪费，进而提高机械工程项目的生产效益。

参考文献

[1]赵海山，姜海.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J/OL].科技资讯，2016，14（19）：153+155.

[2]彭文君.浅谈虚拟现实技术在机械工程领域的应用[J].科技创新导报，2015，12（01）：39.

[3]邸馗，于天彪，陈培媛，孟丽君.虚拟现实技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2014，31（10）：10-12.endprint