虛擬設計

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虛擬設計(Virtual Design)

　　虛擬設計技術是由多學科先進知識形成的綜合系統技術，其本質是以電腦支持的模擬技術為前提，在產品設計階段，實時地並行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品製造成本、產品的可製造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。它也有利於更有效更經濟靈活地組織製造生產，使工廠和車間的設計與佈局更合理更有效，以達到產品的開發周期及成本的最小化、產品設計質量最優化、生產效率的最高化。

　　虛擬設計是20世紀90年代發展起來的一個新的研究領域，它是電腦圖形學、人工智慧、電腦網路、信息處理、機械設計與製造等技術綜合發展的產物，在機械行業有廣泛的應用前景，如虛擬佈局、虛擬裝配、產品原型快速生成、虛擬製造等。目前，虛擬設計對傳統設計方法的革命性的影響已經逐漸顯現出來。由於虛擬設計系統基本上不消耗資源和能量，也不生產實際產品，而是產品的設計、開發與加工過程在電腦上的本質實現，即完成產品的數字化過程。與傳統的設計和製造相比較，它具有高度集成、快速成型、分佈合作等特征。虛擬設計技術不僅在科技界，而且在企業界引起了廣泛關註，成為研究的熱點。

　　虛擬設計技術是由各個“虛擬”的產品開發活動來組成，由“虛擬”的產品開發組織來實施，由“虛擬”的產品開發資源來保證，通過分析“虛擬”的產品信息和產品開發過程信息求得對開發“虛擬產品”的時間、成本、質量和開發風險的評估，從而作出開發“虛擬產品”系統和綜合的建議。虛擬設計技術的最終目的是縮短產品開發周期，以及縮短產品開發與用戶之間的距離。

　　虛擬設計是指設計者在虛擬環境中進行設計，主要表現在設計者可以用不同的交互手段在虛擬環境中對參數化的模型進行修改。

　　就“設計”而言，傳統設計的所有設計工作都是針對物理原型(或概念模型)展開的，而虛擬設計所有的設計工作都是圍繞虛擬原型展開的，只要虛擬原型能達到設計要求，則實際產品必定能達到設計要求。 就“虛擬”而言，傳統設計的設計者是在圖紙上用線條、線框勾勒出概念設計，而虛擬設計設計者在沉浸或非沉浸環境中隨時交互、實時、可視化地對原型進行反覆改進，並能馬上看到修改結果。 一個虛擬設計系統具備三個功能：3D用戶界面、選擇參數、數據傳送機制。

　　(1)3D用戶界面設計者不再用2D滑鼠或鍵盤作為交互手段，而是用手勢、聲音、3D虛擬菜單、球標、游戲操縱桿、觸摸屏幕等多種方式進行交互。

　　(2)選擇參數設計者用各種交互方式選擇或激活一個在虛擬環境中的數據修改原來的數據，參數修改後，在虛擬環境中的模型也隨之變成一個新的模型。

　　(3)數據傳送機制模型修改後所生成的數據要傳送到和虛擬環境協同工作的CAD/CAM系統中，有時又要將數據從CAD/CAM系統中返回到虛擬環境中，這種虛擬設計系統中包含一個獨立的CAD/CAM系統，為虛擬環境提供建造模型的功能。在虛擬環境中所修改的模型有時還要返回到CAD/CAM系統中進行精確處理和再輸出圖形。因此，。這種雙向數據傳送機制在一個虛擬設計系統中是必要的。

　　(1)虛擬設計繼承了虛擬現實技術的所有特點(3I)。

　　(2)繼承了傳統CAD設計的優點，便於利用原有成果。

　　(3)具備模擬技術的可視化特點，便於改進和修正原有設計。

　　(4)支持協同工作和異地設計，利於資源共用和優勢互補，從而縮短產品開發周期。

　　(5)便於利用和補充各種先進技術，保持技術上的領先優勢。

　　虛擬設計與傳統CAD/CAM系統的區別主要有：

　　(1)在講區別的同時，應首先重在繼承，尤其是繼承原有CAD技術的資源和成果；其次，虛擬設計是以硬體的相對的高投入為代價的。

　　(2)CAD技術往往重在交互，設計階段可視化程度不高，到原型生產出來後才暴露出問題。

　　(3)CAD技術無法利用除視覺以外的其他感知功能。

　　(4)CAD技術無法進行深層次的設計，如可裝配性分析和干涉檢驗等。