收稿日期:2003-07-22; 修订日期:2003-10-30 作者简介:王璐(1976-),女,硕士研究生,主要从事地理信息系统的应用研究。
赛博空间技术及其在虚拟旅游规划中的应用
王 璐1
,吴华意
2
(1.湖北大学商学院,湖北武汉430062;2.测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079)
摘要:该文结合赛博空间技术的发展和旅游规划的现状,提出了虚拟旅游规划的思路。基于地学信息服务(GISer 2
vices )思想提出虚拟旅游规划的实现方案:利用G eo Eye3D 平台构建虚拟旅游规划系统,通过Java 实现虚拟景观漫
游。并对赛博空间技术在虚拟旅游规划平台构建、虚拟旅游产品开发和网络营销等中的应用做了初步探讨。关键词:赛博空间;技术支撑;虚拟旅游规划
中图分类号:F590.1 文献标识码:A 文章编号:1672-0504(2004)01-0104-05
Internet 的发展极大地缩短了人们在时间和空间上的距离,并成为人类的一种生活方式。据西班牙旅游局统计,70的西班牙人的出行决策是通过Internet 获取的,在美国24%的人上网是为了寻找旅游目的地。Internet 为人们创造了一个全新的生活空间———Cyberspace (Couclelis H ,1996),依托于Internet 正在塑造新的商业模式和秩序,对产业空间
组织产生着深远的影响,也成为企业运营和改善形象的重要手段,虚拟企业、虚拟资本等的出现就是实例。在此空间里电子商务无处不在,信息和“金钱”可以自由跨越空间,人们可以冲破地理“锚地”的束
缚,凭借信息手段在Cyberspace 上自由地“飞翔”,创造自己的赛博文化[1]
,实现各种愿望,包括交流、商务、旅游等。在此空间漫游的每一个人都可以视为旅游者,他们的行为偏好更为复杂、更难以预测。这是传统的旅游规划方法所无法应对的,因而网络时代的旅游规划必然要从浮于理论表面、以主观经验为主、定性多、定量少、缺少技术支持的感性规划[2]
向Cybertourism 发展,其支撑技术除Internet 外,主要是20世纪70年代以后才出现的赛博空间技术。
1 赛博空间的主要支撑技术
1.1 赛博空间的内涵
赛博空间(Cyberspace )源于美国小说家William
G ibson 的著名科幻小说《精神人》,他将赛博空间定义为由计算机生成的景观,是连接世界上所有人、计算机和各种信息的全球计算机网络的虚拟空间。目
前赛博空间尚未有明确的定义,据Bencdikt (1992)
[3]
的定义,“赛博空间是一个全球网络化的,由计算机创造并支撑的,通过计算机存储数据的、多维的、人工智能的虚拟空间”。赛博空间具有独特的空间特性。“赛博空间可大可小”[3]
。说其小是缘于:虚拟世界本质上存在于计算机和网络中,在特定的网络结构中用户可以在有限访问的情况下超越国界在虚拟环境里漫游,可在几秒钟内到达大洋彼岸。说其大是因为:赛博空间以极其复杂的模式存储海量数据。正因为此,人们经常迷失在赛博空间中,难以判断自己在何
处,也不知如何登陆到“陆地”
(一条信息)。1.2 赛博空间的主要支撑技术
赛博空间的实现需多学科的支持,其关键技术包括信息高速公路、遥感技术、虚拟现实技术和GIS 等。
(1)信息高速公路。万维网是一个信息发布系统,用来浏览和搜索世界范围的因特网上的数字信息,它的出现促使因特网飞速发展,使网络用户可以访问到各种各样的数据,包括数码城市和三维影像数据,并可进行各种查询,如参观虚拟景观、尝试虚拟运动、进行虚拟景观设计和城市规划等。远程用户可以通过本地服务器连接到Internet 上,共享网络资源。
(2)遥感技术[4]。在旅游景观虚拟重建过程中,景观的三维模型的建立需要依托遥感技术。航空摄影测量特别是数字摄影测量技术可以提供一系列重要数据:旅游景观的三维重建模型、数字高程模型和数字正射影像。利用多光谱影像可区分地物中的植被和人造景观等。使用激光扫描仪来量测地物表面几何关系,并获取高精度数字表面模型。此外,为了获取更详细的地物信息,还可以采用摄影测量和地形测量中的控制点定位相结合的方法。
(3)虚拟现实技术(VR )。虚拟现实技术(Virtu 2
al Reality )[5]
是一个由图像技术、传感技术、计算机
技术、网络技术以及人机对话技术相结合的产物,它以计算机技术为基础,通过创建一个三维视觉、听觉和触觉的环境为用户提供人机对话工具,同虚拟环
第20卷 第1期2004年1月 地理与地理信息科学G eography and G eo -Information Science
Vol.20 No.1
January 2004
境中的物体交互操作,能为用户提供现场感和多感觉通道,并依据不同的应用目的,探寻一种最佳的人机交互界面形式。利用虚拟现实技术,可以使参与者在赛博空间中体验各种身临其境的感觉。用户不仅沉浸于虚拟环境中,还可以查询、浏览以及分析赛博空间中的物体,并进行决策。基于VR的三维全景技术可以得到优美的全景照片,显示景区内的优美景点,游客可触摸屏幕设计个性化的旅游线路,与在线游客交流信息和感受。
(4)GIS技术。GIS数据是赛博空间的信息基础。GIS提供了景观二维数码影像中的地图和三维模型的信息。同时,GIS依靠面向对象的数据库管理系统OODBMS,提供管理、存储和维护赛博空间的海量数据库的手段。为了达到三维GIS数据的可视化目的,K ofler(1998)设计并实现了一种分层的、面向对象的三维数据库模型,可以快速访问空间数据,支持多用户访问,增强用户在赛博空间中的漫游效果。此外,VR与GIS集成的产物[5]VR—GIS技术,运用虚拟现实建模语言(VRML)技术把GIS的信息在PC机上实现,把GIS的空间分析和查询功能增加到虚拟环境中,并为GIS用户提供了交互式的用户界面和网络所固有的对象管理要素。而且,在赛博空间中以空间智能体作为构成模块的GIS系统,即Cyber GIS,它能自动地接受用户以高级的语言描述的指令,利用它能感知并作用于赛博空间的“本领”,通过与其它空间智能体的交互,为用户找到赛博空间中所需信息。
2 虚拟旅游规划的实现方案
2.1 虚拟旅游规划的产生
由于Cyberspace的出现,人类对景观的感受范围已由地表延伸到Internet之上,因而旅游规划的范围也从实体规划转入虚拟规划。虚拟旅游规划[6]是用计算机模拟旅游体验来代替实际的旅游经历,它是网络旅游的重要组成部分,是计算机存储技术、信号数据传输技术、虚拟现实技术等构建在Internet 平台上的信息资源群。目前在旅游规划中只有一小部分利用赛博空间技术实施Cybertourism[7,8]的商业化运作,如西班牙旅游局为了开发新的旅游客源市场,采用的Tournet旅游资源系统就是由Microsoft 推出的基于Internet的赋予个性化的、多媒体的虚拟旅游模式,这种模式提供了个性化的网络用户界面,通过六种语言展现于其它国家和其它商务用户面前,用户可以登陆到该系统浏览西班牙的各种旅游信息资源。而且Tournet还尝试了网络旅游与商业机构的B2B和B2C运作,使Cyberspace成为旅游信息资源的广阔平台,促进西班牙旅游业发展。20世纪90年代中后期Williams、Hobson(1995)和Sung (2000)等,对虚拟旅游的概念和原理做了深入探讨。Williams、Hobson认为虚拟现实技术必然会影响旅游业的发展,虚拟现实感受不同于电子游戏。其一,虚拟组件利用三维显示技术;其二,拥有沉浸体验;其三,具有交互体验。虚拟旅游的巨大魅力将随新技术的出现而不断发挥出来,旅游者的体验将由特定时空参数所决定的物理空间进入到没有界限的虚拟空间。这种体验的实现需要借助Internet、专门的大屏幕显示设备、立体音响和数码相机等,同时还要求参与者戴上立体眼镜或立体显示头盔、数据手套和嗅觉传感器。从这方面看,虚拟旅游是一种可持续的旅游模式,不会对环境造成污染。
2.2 虚拟旅游规划的实现方案
虚拟旅游规划系统的实现需三方面的技术。一是解决虚拟旅游规划网络数据库的存储与共享问题。即基于Web GIS建立网络数据库的动态服务,由应用服务器完成数据库与景观的空间关联,由网络服务器应答客户端的请求。二是生成旅游景观的三维景观模型:数字高程模型(DEM)与航空影像叠加生成三维影像;利用数字相机与地面激光扫描仪结合来构建3DCM;或利用全景图像生成技术将旅游点六个方向的照片,经过程序处理“缝合”成1张大图像。计算机可以从这张大图像里产生任意方向、近景、远景的全景图像。寻找并剔除相邻图像的重合部分,利用图像拼接程序———图像校准算法来匹配和融合相邻的重合图像,从而生成一幅无缝的全景图。三是利用Java与Web GIS相结合完成虚拟旅游景观的网络漫游,再附以交互式的用户界面,使用户以真实的感觉“进入”地图观赏美境。
2.2.1 基于地学信息服务(GIServices)的概念解决网络数据存储和共享问题 基于Internet的虚拟旅游规划系统需建立可存储和传输大量网络数据的大型数据库系统,但在现有的网络技术水平下还难以满足要求,而应用地学信息服务的概念[9]却可以解决这一问题。地学信息服务是将一个大型的GIS系统划分为多个内部可协调工作的功能性构件,这些分布于Internet之上的构件可以被用户集成和应用,因此用户可以根据需要从Internet中不同提供商处租用相关的旅游数据和服务;反之,Internet供应商也会提供出租各自的网络资源。从而实现了大
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第
第1期 王 璐等:赛博空间技术及其在虚拟旅游规划中的应用
型虚拟旅游数据库的分布式管理。
2.2.2 采用G eo Eye3D独立平台建立虚拟旅游规划系统 G eo Eye3D[9]是基于地学信息服务的概念,采用纯Java的解决方案开发的基于Internet的3D GIS系统。系统集成了3D GIS、三维可视化和In2 ternet技术,应用了简化的空间数据模型、数据压缩与LOD、分布式计算等技术,提高了系统的性能,并在城市、管道、地质工程等多个领域进行了成功的尝试。G eo Eye3D作为一个纯Java解决方案集成了点、线、面、体、地形、影像和属性等数据类型,不仅支持大数据量的Internet集成,而且支持基于Internet的三维可视化、GIS分析操作及虚拟现实概念等,这些功能具体地体现在客户端的用户界面内,属性数据则存放在服务器端的数据库内。
将特定的旅游规划信息数据库集成于G eo2 Eye3D平台之上,通过Internet向网络用户发布数据。当客户端请求的数据全部下载完毕后,系统会通过视景体裁剪(Frustum Culling)和空间目标的简化技术加速三维绘图速度,使用户进行实时操作,并在三维浏览和操作窗口实时展现三维操作及分析结果。用户也可以调整光照方向,旋转、移动、按色彩隐藏Π显示空间目标,以达到最佳的观察和规划效果。同时系统的数据服务层也会及时响应用户和商业服务器的请求,并对数据进行查询、修改、排序和更新,满足系统数据维护和更新的需要。
2.2.3 基于Java的虚拟景观漫游 基于Internet 的3D GIS系统,不同的数据源和服务必须在多样化的平台上通信,因此平台独立是Internet GIS系统设计的基本需求。目前有多种方案和程序设计语言可用于解决Internet三维可视化问题。CΠC6语言的优点是运行速度快,但用于Internet开发在技术上比较复杂,并且在客户端必须先安装所开发的系统,平台依赖性很高,适合开发服务器端的数据处理系统。ActiveX是微软公司基于COM(Common Object Model)技术开发的构件,可以在支持ActiveX的平台和浏览器中运行,在平台独立性上有一定的局限性。VRML虽然已发展为Internet三维数据交换的标准,但在客户端需要专门的浏览器插件,交互能力和数据处理量上都有限制,而且其简单的坐标系统和单精度的变量类型限制了在地理、制图数据表达以及地球参照体模型计算中的应用(Theresa Marie Rhyne,1999)[9],但其优点是开发简便,易于与现有GIS系统进行数据交互。Java是一种平台独立的编程语言,由于其支持网络通信和分布式计算的机制(采用RM I,Remote Method Invocation),正在变成一种主流的Internet开发语言(Jaakko Kahkonen等, 1999)[9]。Sun公司推出的Java三维应用函数库Ja2 va3D具备与Java相同的平台独立性和良好的网络开发支持。随着个人计算机硬件的迅速发展,客户端预先安装Java3D,便可调用底层的OpengG L、Direct3D 等原生函数和自身的优化机制,性能提高很快,还可以与用户相交互,处理用户请求,如旅游景观全景图的开窗、放大、缩小、漫游等,可向服务器申请全景图像数据,并独立运行展示,实现虚拟景观漫游。
3 赛博空间技术在虚拟旅游规划中的应用
3.1 赛博空间技术为旅游规划提供虚拟技术平台
基于虚拟旅游规划系统利用赛博空间的相关技术在Internet上生成数码景观,使旅游规划适应信息时代的要求,转变规划思路:由感性到理性,静态到动态,使旅游规划成为现实规划与虚拟规划的结合[2]。在规划过程中通过调用服务器中的旅游信息数据库,实现基于Java虚拟景观漫游,公民和规划师同时参与旅游规划,规划请求和结果由数据存储服务器响应并发送给商业服务器保存;规划者可调用规划历史数据对不同阶段方案的比较,及时调整规划方案,方便地对各种空间信息进行分析,短时间内可获得旅游资源条件、旅游市场的供给与需求分析,由此来确定旅游发展的内在机制和规律。
基于VR-GIS技术的空间分析模拟和数理统计分析能力,将旅游环境容量模型、旅游区位模型等旅游决策模型和GIS功能模块集成为统一的支持环境,能较好地解决旅游规划中的理论和技术指标问
题。旅游环境容量模型[10]为:D
u
=Σ
n
i
S i
S ki?
?T
t
(i=1,
2,3,…,n),式中S i为第i类旅游点的面积(m2),T
为旅游区每天开放的时间(h),S
i
为具有代表性的某种旅游点游人最低限度活动面积(m2),t为游人平均
游览时间,D
u为旅游区的环境容量(人?次Πd),它可以用来预测和模拟旅游区的合理环境容量。旅游区位模型[11](Trcie,1958)为一种衡量旅游吸引力的货币表达模型,假设一个中心位置为旅游目的地,其周围不同距离分布着旅游客源地。从客源地来中心目的地的旅游者的数量与最远的客源地的最大旅游成本和实际付出的旅游成本之间的差有关。基于此,旅游目的地的旅游总收益应当等于所积累的消费剩余。设有n(1,2,3,…,N)个客源地,并依次认为区域N距目的地最远,则目的地的旅游总收益B可以
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第地理与地理信息科学 第20卷
表示为:B =Σn
n =1
(C N -C n )r n ,式中C n (n =1,2,…,N )
表示从位置n 到中心目的地的相应旅游成本;r n 为从地带n 到达中心目的地的旅游者总数。旅游总收益B 越大,则表明该区的空间积聚效应愈强,越可能成为较优的旅游区位地。
3.2 基于网络的虚拟旅游吸引物和虚拟旅游产品
在虚拟技术平台之上,利用赛博空间的相关技术重塑旅游景观。在这里旅游者无须到达旅游目的地,仅以虚拟旅游者的身份便可按照自己的意愿在虚拟环境里漫游。虚拟旅游规划的目的是要借助赛
博空间的特质和虚拟旅游者的行为偏好创造新的旅游吸引物,它集真实的旅游景观特征和虚拟感受于一体,而且景点间的时空距离由于赛博空间的特性而消失,游客可以在瞬间由信息高速公路登陆到新的景点,并借助虚拟现实技术设备(键盘、鼠标、数据头盔、手套、眼镜等)给游客以沉浸式的感官体验。在此旅游吸引物应是能满足游客心理的虚拟物。虚拟旅游产品的开发要在虚拟旅游资源管理和电子商务发展的基础上,建立便捷的虚拟旅游网络资源的查询和搜索系统,并通过Java 与VRML 的结合逐步实现对三维场景的控制,达到人机交互,满足旅游者的需要。虚拟旅游产品的设计可采取以下方
式:1)开发现存景观的虚拟旅游产品,满足旅游者对未到之处的游览需求。如南岳衡山虚拟旅游就采用旅游数据库生成交互性强的虚拟衡山。根据用户的选择和其他条件,得到不同的情节变化旅游风景和结果。同时和网上银行相联系,可在提供的商家列表中进行虚拟消费,网上预定。此外,基于虚拟旅游平台与e -business 相结合,开发Cyber mall 、Cyber park 等虚拟社区,满足游客全方位的消费需求,这是
一种更经济、环保的旅游开发模式。2)创建虚拟旅游文化
[12]
。主要包括两个层次:第一个层次是基于
Cyberspace 实现对真实旅游文化的保护和网络化运
作,如建立网上虚拟博物馆
[13]
,通过虚拟博物馆的建
模,即先生成系统各种2D 和3D 造型,建立造型库;其次以造型库中的造型为元件,利用自动生成系统生成各种场景,建立场景库;再以造型库中的多个场景组建成为虚拟博物馆。利用VRML 语言生成虚拟博物馆数据库,将博物馆的信息资源展现并保存在Internet 上。马来西亚的虚拟博物馆计划就是将Melaka 的历史文化资源通过Internet 上的数字流展
现并保存于赛博空间。第二个层次是赛博文化的开发和创建。虚拟旅游者在Cyberspace 中相遇、交流、并创建虚拟社区,形成独特的赛博文化和赛博社区,
这些信息都被网络服务器所整理和保存,游客可以根据自己的偏好选取个性化的虚拟社区进行漫游。3)对未建成景观的虚拟旅游规划。这是针对正在规划建设中的或目前技术水平下无法开发的旅游景点而展开的。如秦始皇陵探宝虚拟旅游、金字塔之谜虚拟旅游等。4)目前人类还不可能到达的虚拟旅游,如太空旅游、地壳旅游、深海旅游等。3.3 旅游产品的网络营销规划
利用赛博空间技术在Internet 上建立旅游产品
的发布和咨询系统,将VR —GIS 、万维网技术与全
景显示技术相结合,制作出反映旅游城市、旅游区域或旅游景点形象的软件上载到Internet ,通过可视化的全景图展示,在旅游者面前塑造良好的景区形象。同时系统定期向虚拟社区成员发送旅游产品和服务信息,并实时保存反馈数据(如旅游者的满意度和旅游服务情况等),并对虚拟旅游企业运作做出市场预
测,以制定相应的网络旅游开发战略[14]。这种营销
模式相对于传统方式,既经济又具有时效性。实现
了旅游效益最大化,增强了可信度。旅游者可在交互状态下通过与计算机对话,提出要求,计算机根据旅游者的心理需要(如健康、求知等)、经济能力、休闲时间和旅游线路,帮助游客做出选择,并根据市场的需求不断调整营销方案。3.4 虚拟旅游规划政策的制定与Cyberspace 安全体系的建立
在赛博空间运作的虚拟旅游企业,在进行商务活动和虚拟旅游规划中必须遵循的原则是网络信息安全。建立和完善相关的网络法规,禁止非法域名注册,保障网络用户和电子商务企业的正当权利,制止网络犯罪。从网络技术的角度,需加强网络安全建设,防止黑客攻击。建立虚拟社区的诚信制度,培育虚拟旅游发展的良好环境。
4 结语
赛博空间技术的发展必将给旅游业的发展带来机遇和挑战,旅游业也将从地理空间扩展到网络空
间,从真实规划发展为虚拟规划。目前虚拟旅游虽仅限于起步阶段,但其潜力巨大,据福瑞斯特(Forrester )调查表明,2001年全球旅游网上交易达130亿美元,仅次于IT 行业,而且其增长速度甚至高于IT 行业,
并且随着数字城市的国家信息基础设施的建设和网
络通讯技术的发展,虚拟旅游规划将有更大的发展空间,网络旅游商机无限,有待开发。
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Cyberspace T echnique and Its Application in Cybertourism Planning
WAN G Lu 1
,WU Hua -yi
2
(1.School of B usiness ,Hubei U niversity ,W uhan 430062;
2.N ational Key L aboratory of S urveying and Remote Sensing Inf orm ation Engineering ,W uhan 430079,China )
Abstract :Focusing on the current situation of tourism planning and cyberspace development ,this paper puts forward the conception of cybertourism.Based on the idea of GIServices ,it proposes an implemental scheme for cybertourism planning ,which constructs a cy 2bertourism planning system on G eo Eye3D platform ,and achieves scenario cyber travel by Java.Further more ,it makes a probe into the application of cyberspace technology in constructing cybertourism planning platform ,exploiting cybertour product and web mar 2keting.
K ey w ords :cyberspace ;supporting technology ;cybertourism planning
(上接第103页)
Analysis on the Spatial Structure of Tourism R esources in the South of Anhui Province
ZHAN G Jin -he
1,2
,ZHAO Y ong
1,3
(1.Depart ment of U rban and Resource Sciences ,N anjing U niversity ,N anjing 210093;
2.College of N ational Territorial Resources and Tourism ,A nhui Norm al U niversity ,W uhu 241000;
3.Const ruction Depart ment of Hebei Province ,S hijiaz huang 050051,China )
Abstract :This paper introduces a new concept concerning spatial competition —“tourism resource assembling shield ”.Then by com 2prehensive utilization of the following six kinds of analytic techniques ———index R ,index β,index γ,accessibility index ,average di 2rectory length and intensity index ,it makes a relatively comprehensive analysis and evaluation of the s patial distribution form ,the connection and accessibility of spatial web structure and then points out that the characteristics of spatial web structure of tourism re 2sources have in some way affected spatial competition between tourism regions.K ey w ords :S outh Anhui ;tourism resources ;s patial structure ;resource assembling shield
页801第地理与地理信息科学 第20卷
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
虚拟制造技术发展及应用- 摘要：虚拟制造技术是近年来出现的先进技术之一，受到世界各个国家的高度重视。本文介绍了虚拟制造的定义、种类、关键技术及应用，展望其未来发展前景。 关键词：虚拟制造；仿真模拟；发展；应用 1.前言 随着市场的全球化，各种新兴技术在相关领域的综合使用，企业之间的竞争方式发生了巨变。制造行业遭遇了巨大的挑战，为了制造业能够更好的生存与发展，必须要满足市场所提出的多项要求：缩短产品开发周期、提高产品质量、降低制造成本以及用更好的技术支撑和售后服务来赢得客户的信赖。企业为了赢得市场，必须对市场形势做出准确评估和及时的调整，应对多变的市场需求。计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持[1]。各种技术的发展及应用使得虚拟制造技术应运而生，作为一种全新的生产模式，必将给制造业指明新的前进方向。 2.虚拟制造技术 2.1 虚拟制造技术定义及特点 虚拟制造技术是对产品实际生产活动中的真实环境进行虚拟模拟，在计算机上得到数字化模型进而对生产活动进行分析、评估。产品研制过程中，通过仿真模拟建模技术模拟出产品在后续制造过程中的虚拟环境，分析各个环节甚至整个产品生命周期可能出现的活动对产品性能各方面的影响。通过虚拟环境下的情景展示及分析结果，尽早的发现生产活动中可能存在的隐患与问题，及时的信息反馈改进设计，合理的调整生产活动。降低研制
成本和产品开发周期，减少实际生产活动中带来的损失，更加合理的控制生产活动，提高企业生产效率，最终提高企业在市场中的综合竞争力。 2.2 虚拟制造的种类 广义的制造过程不仅包括了产品的模型研发、样机制造、性能测试、实体生产。同时还有企业对自身生产活动的市场调查、经营策划和实际生产活动中的调整控制。按这个思想考虑，虚拟制造可以被分为三大类：以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造[2]。 以设计为中心的虚拟制造强调根据产品的制造信息仿真建模得到统一的数字化模型，分析模型中的各类问题对产品各方面性能和产品的可装配性进行分析。以生产为中心的虚拟制造强调根据不同企业所拥有的设备资源等约束条件，仿真模拟各个加工过程结合企业的制造资源及环境进行加工过程的合理组合，使得生产计划更加合理优化。以控制为中心的虚拟制造强调将在企业管理控制中引入仿真模拟技术，对实际生产活动的环境进行虚拟模拟，提供虚拟环境模型使得企业对生产活动的控制更优化。 2.3 虚拟制造的关键技术 3.虚拟制造技术应用 3.1 虚拟制造技术在国外的应用 国外关于虚拟制造技术的应用已经有一定的规模，积极投入到各行各业的应用当中，完成相应的生成计划和目标，将市场需求的产品及时的投入到市场并收到良好的效果。在美国，波音公司生产的波音777客机是虚拟制造技术应用的经典产品。该机的设计研制包括众多的零部件，虚拟制造技术使得所有零部件的设计和改进全部是在由计算机组成的虚拟环境中完成，使得设计
虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界 看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于 模拟一个详细定义的现实环境。 汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统 有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察 者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟 环境的空间三维影像。 从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型 上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于 使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以 在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计 团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。 汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多 边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定 的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个 视图和透视方向展示高度真实的设计结果。 在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一 个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数 字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三 维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面 或者其单个组件。 在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大 量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车， 解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的 软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道 路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试 验现在也能在虚拟环境中实施。 超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心 的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只 能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。 这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使 用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是 实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。
Design 浅谈虚拟装配设计系统的特征及意义 杨月 吴庆锋 沈阳斯林达安科新技术有限公司 在产品设计中，产品装配过程和仿真占有极为重要的位置。机械产品的配合性、可装配性和可维修性是设计人员常易出错的地方，以往要到产品开发的后期，或最后装配甚至在投入使用一段时间后才能发现，导致零件的报废和工期的延误。而虚拟装配技术在设计阶段就能检验产品结构设计是否合理、方便装配和维修。虚拟装配，是虚拟现实在CAD/CAM中应用的一个重要领域。同时VA也是虚拟制造的关键部分。 一、虚拟装配设计系统的类型及特点 主要有两种虚拟装配系统:一种是JayaramS等人开发的一个“虚拟装配设计系统”——VADE系统:另一种是GuptaR等人提出的利用多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法。VADE系统首先由参数化CAD系统(Pro/ENGINEER)生成装配模型；然后，VADE预处理器处理这些模型:零件的视觉属性(如颜色、纹理等)及零件的几何信息和装配信息自动提取；零件的公差、位置、方向及装配的零件集、装配约束一同提取给VADE系统。这样，用户就有了一个“预规划”装配方法。进入沉浸式的装配环境后，用户可以进行装配设计。在装配过程中，用户可选择、生成、修改装配轨迹或进行重装配。碰撞检测警告用户干涉和公差配合方面的问题。由VADE产生的轨迹信息、装配顺序信息、干涉信息等自动被CAD系统设计者利用。多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法：这种方法不同于传统的基于表的装配方法，而是通过装配分析对装配方法进行评价，然后从多种方法中择优选择。先在这个系统中建立统一的物理模型，这个模型为环境中的“真实”物体提供动态交互，为用户和“真实”物体提供触觉交互。这个模型可以被处在面向装配设计的虚拟环境（VEDA Virtual Environment for Design for Assembly）中的听觉事件扩大。在这个系统中，设计者可以看到物体，听到物体相撞的声音，也可以通过触觉交互设备和力反馈感觉来操作物体。这个模型既可以仿真物体的重量、形状、大小和公差配合，还可以仿真摩擦力等物理特性。下面主要以VADE样机系统分析其系统配置和特征。 二、虚拟装配设计系统VADE的系统配置及特征 VADE样机系统由Cirmson TM工作站、Reality Engine TM图形加速卡和多通道控制板组成，支持两个头盔显示器。系统还选用了Cyber Glove TM数据手套和Tactools TM触觉反馈系统。其特征表现在以下几个方面: （1）从CAD系统到VR系统的自动数据转换； （2）现实环境和零件最初位置的创建； （3）在虚拟环境中用户和零件的交互作用； （4）零部件装配轨迹信息的编制； （5）VADE允许用户把零部件在装配过程中所掠过的空间作为装配轨迹记录下来，并且能在虚拟环境中编制、存储这些信息； （6）零件的动力学仿真； （7）在虚拟环境中参数设计的修改； （8）虚拟装配信息到CAD信息的转换。 三、自动装配设计的缺点及虚拟装配设计的意义 1.自动装配设计及其缺点 传统的自动装配设计是一种学习拆卸的方法，即用拆卸序列和路径的逆序列，确定产品的装配序列和路径。这种方法尽管能够根据某些产品装配模型产生可行的装配序列和路径，其缺点是: （1）对拆卸来说是最佳的方案并不代表对装配也是最佳的方案； （2）当产品的结构较为复杂时，装配模型中的几何实体信息、三维几何配合约束信息、设计约束信息都将急剧膨胀，不可避免地会导致装配规划的组合爆炸，甚至可能导致后续的装配序列和路径规划难以完成。 2.自动装配和虚拟装配的不同 （1）在自动装配设计系统中，用拆卸序列和路径的逆序列来确定产品的装配序列和路径。而在虚拟装配设计系统中，工程师可以直接获得装配序列和路径； （2）在VADE中，用户将生成有价值的设计信息和进行决策分析，并将这些信息反馈到CAD建模系统。而自动装配设计只是探索一种适合机器人装配的装配序列和路径； （3）虚拟装配设计系统是一种学习、分析、评价并提高装配设计和操作过程的实际工具；自动装配设计系统可被用来寻找一些可行的装配过程设计； （4）虚拟装配设计系统适合有人参加的复杂装配操作，不适合大量零件的装配。自动化装配设计系统适合有许多零件的装配模型，而装配操作比较简单，并且通常由机器人完成。 3.虚拟装配的意义 （1）通过装配分析，技术人员可以在虚拟环境中对机构的各个零件进行运动分析。这样无须付出昂贵的代价，就可以得到产品生产的可行性，从而降低研制费用； （2）用廉价的数字模型，设计人员可以从多方面对产品进行观察和分析，从而得到重要的结论，并预见生产和装配的问题，同时可节省实物样机的制造费用； （3）利用虚拟装配设计系统也能分析维修过程中的问题，可以考虑所需工具、安全性、视线以及拆卸等，这样有利于提高产品的质量、可靠性等； （4）从设计到生产，更加周密的计划对减少材料和产品库存非常有利，降低了产品成本。 四、结论 （1）机械设计过程中的虚拟装配技术对于产品的合理设计，以及后续装配及维修具有重要意义。 （2）重点分析研究了VADE系统和利用多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法的虚拟装配设计系统，对VADE的系统配置及特征进行了讨论。 （3）讨论分析了自动装配和虚拟装配的特点，分析表明借助虚拟装配设计系统，在虚拟环境中使用各种装配工具对设计进行检验，可以预见装配系统的完善性。 摘要：通过对目前已有的VADE系统和多模式虚拟环境的分析，来讨论机械设计过程中的虚拟装装配设计技术的类型及特点、配置特征等，最后对其与自动装配之间的不同及优点进行分析。 关键词：机械设计 虚拟装配 自动装配 参考文献: [1] 宋少云,李世其.基于物理的虚拟样机建模技术的研究[J].交通与计算 机.2005(03). 122
虚拟制造技术内容简介 课程编号：B0200006C课程名称：虚拟制造技术 英文译名：Fundamentals of Virtual Manufacturing 适用学科：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论 先修课程：CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、 C语言程序设计 开课院（系）：机电工程学院机械制造及自动化系 任课教师：姚英学、李建广 内容简介： 在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的应用等内容的基础上，主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现实的原理及其在制造工程中的应用、虚拟产品建模与描述、虚拟制造中的典型数学算法、数字化样机技术、数字化加工技术、数字化装配技术、数字化生产车间、虚拟产品开发与管理、虚拟制造系统开发，最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。 主要教材： 1.姚英学，李建广编．《虚拟制造技术及其应用》．哈尔滨工业大学出版社（待出版） 2.朱名拴，张树生等编著．《虚拟制造系统与实现》．西北工业大学出版社2001.10 参考文献： 1.姚英学等编．《CAD/CAM技术基础》．高等教育出版社200 2.1 2.周祖德编．《数字化制造》．科学出版社2006.6 3.肖田元等著．《虚拟制造》．清华大学出版社200 4.8 4.汪成为，高文，王行仁。《灵境(虚拟现实) 技术的理论、实现及应用》，北京:清 华大学出版社，1996. 5.Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice Hall, 1990
虚拟制造技术的内涵及应用 摘要：虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术。虚拟制造技术的应用应结合我国制造业自身的特点，在吸收国外成熟经验的基础上大胆创新，形成特色发展。本文分析了虚拟制造技术的内涵及特点，并提出了发展虚拟制造技术的应用。 关键词：虚拟制造内涵制造产品 虚拟制造作为信息时代制造技术的重要标志，它是不断吸收信息技术和管理科学的成果而发展起来的，这里的“制造”是一种广义的概念，即一切与产品相关的活动和过程，亦称之为“大制造”，这是相对于传统的狭义制造而言的。“虚拟”的含义则是这种制造虽然不是真实的、物化的，但却是本质上的，也就是在计算机上实现制造的本质内容。虚拟制造的实质是在产品制造过程的上游——设计阶段就对产品制造的全过程虚拟集成，将可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。 1.虚拟制造技术的内涵及其特点 1.1虚拟制造技术的内涵 虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。 虚拟制造不是一成不变的技术，而是一个不断吸收各种高新技术而不断丰富其内涵的动态技术系统，它通过计算机虚拟环境和模型来模拟生产场景和预估产品功能、性能及可加工性等方面可能存在的问题，从而提高人们的预测和决策水平，它为工程师提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，它不是原有单项制造仿真技术的简单组合，而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识进行系统化组织。 1.2 虚拟制造技术的特点 虚拟制造与实际制造相比，有如下特点： (1)虚拟经营和管理。作为虚拟制造的一个主要贡献——虚拟企业，使制造业在世界范围内的重组与集成成为可能，应用虚拟经营和虚拟管理，充分借助于企业外部力量，运用自身最强的优势和有限资源最大限度地提高企业的竞争力。 (2)高度集成。产品与制造环境均利用仿真技术在计算机上形成虚拟模型，在设计过程中，可用计算机对其进行产品设计、制造、测试，设计人员和用户甚
1.关于UG虚拟装配技术中的Top-Down Desingn 2007-08-20 12:34 虚拟装配是指通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，而不需要实际产品作支持。随着社会的发展，虚拟 制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来 越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零 部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产 品性能等目的。 在许多世界级大企业中被广泛应用的计算机辅助三维设计（CAD）的高端主流软件UG的装配模块就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶段，所产生的最初模型 也可以放入虚拟环境进行实验，可以在虚拟环境中创建产品模型。使产品的外表、形状、和 功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试和校验，使产品的缺陷和问题在 当时的设计阶段就能被及时发现并加以解决。 UG虚拟装配设计有自底向上（Bottom-up）设计和自顶向下（Top-down）设计两 种。其中前者是指在设计过程中，先设计单个零部件，在此基础上进行装配生成总体设计。 这种装配建模需要设计人员交互的给定配合构件之间的配合约束关系（如图a所示），然后 由UG系统自动计算构件的转移矩阵，并实现虚拟装配。然而，交互给定构件之间的配合约 束关系不仅费事，并且当构件之间的配合较多时，容易出现约束不当或约束出错等的情况。 也只有在进行装配时才能发现零件设计是否合理，一旦发现问题，就要对零件重新设计，重 新装配，再发现问题再进行修改??而Top-down的设计方式正避免了以上缺点，可以方便、 直接的进行设计。 Top-down的设计方法是指在装配环境中创建与其它部件相关的部件模型，是在装 配部件的顶级向下产生子装配和零件的装配设计方法。即先由产品的大致形状特征对整体进 行设计，然后根据装配情况对零件进行详细的设计。这种设计方法是一个由粗入精的过程，多用于全新的开发过程，可以保证设计出的产品相互间有一个合理的位置。基于Top-down 的装配设计技术也与工程实际相符合，而UG的装配建模技术完全支持Top-down的设计方法 2.初学UG，现在基本功能是掌握了，但是TOP-DOWN还不是明白。有哪个兄弟能给我讲一下在UG里面常用的TOP-DOWN怎么搞吗？只要稍微提点一下就可以了，大概猜想是利用多实体的设计来提取各个零件吧，说的不对的地方请各位兄弟拍砖 在装配模式下利用WAVE来做零件设计 用WAVE做就好了，想关联就关联，不想关联就去除参数 3. Top-down设计方法概述 Top-down(自顶向下)设计是一种设计思想，即设计由总体布 局、总体结构、部件结构到部件零件的一种自上而下、逐步细
虚拟制造的发展及应用 摘要：虚拟制造技术作为近几年出现的先进制造技术，本文在描述了虚拟制造技术的概念，我国虚拟制造技术发展现状，发展展望及应用。 关键词:虚拟制造技术；计算机仿真；虚拟现实；发展；应用 虚拟制造技术是在CAD／CAM／CAE技术基础上发展起来的。一方面，CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成、转换、共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。另一方面，虚拟制造技术超越了CAD ／CAM／CAE技术，CAD／CAM／CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模，而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。 虚拟制造技术的基本概念 虚拟制造技术VMT是20世纪80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。它是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，使产品的开发周期和成本最小化。 虚拟制造技术的发展现状 虚拟制造在工业发达国家：如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。美国处于国际研究的前沿。1 983年美国国家标准局提出了“虚拟制造单元”的报告，1 993年爱荷华大学的报告“制造技术的虚拟环境”中提出了建立支持虚拟制造的环境：1 99 5年美国标准与技术研究所的报告“国家先进制造实验台的概念设计计划”，强调了分散的、多节点的分散虚拟制造IDVM（即虚拟企业的概念）。美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发。多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。 我国在虚拟制造技术方面的研究只是刚刚起步。其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的。目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情的产品三维虚拟设计，加工过程仿真和产品装配仿真。
Pro/E链传动虚拟装配设计及运动模拟技术的应用 本文讲述了链传动的三维虚拟装配与运动学模拟在Pro/ENGINEER软件中的实现方法，并对链传动动力学模拟提出了使用专业模拟平台的建议。 一、链传动概述 链传动有短节距精密滚子链、双节距精密滚子链、短节距精密套筒链、弯板滚子传动链、齿形传动链以及成型链等多种传动类型。链传动的突出特点是构成链条的元件体积小、数量多，链节节距均匀，滚子/套筒结构可以减少啮合时的摩擦和磨损，并能达到缓和冲击的目的。 链传动的运动学模拟效果对于机械总体检查、链节结构设计与改进及链节数量的配置具有重要的验证作用，链传动运动动画对于链传动机构的产品演示、项目开展与交流不可或缺。 由于链节元件小而多的特点决定了链条传动的灵活性和实用性，而元件数量过多使得链传动三维机构模拟在普通计算机上难以实现，巨大的求解数据量对三维软件和计算机硬件的配置提出了很高的要求，在通用CAD三维软件中进行模拟链传动困难很大。本文将探讨在Pro/ENGINEER野火版环境下进行链传动设计与运动学模拟，最后推荐两个专业的链传动动力学模拟软件环境，希望对链传动用户有所帮助。 二、Pro/ENGINEER链传动三维设计与运动学模拟 链传动的设计首先要根据传动功率要求确定大小链轮的齿数、链节运动轨迹以及链节的类型和规格，通过计算确定出链节数量，为链传动机构模拟打好基础。下面是链传动模拟的构建流程。 1.步骤一 设计链传动运动轨迹，确定链节的接口长度和节数。如图1和图2所示，使用草绘曲线绘制轨道，两链轮中心线水平。该次链传动设计共20节链节(这里没有绘制大小链轮)。 图1 链传动轨迹曲线
1、前言 随着国民经济的高速发展，人民生活水平的大幅提高，人们对汽车的需求量越来越大，汽车模具的市场竞争也越来越激烈。“质量好”、“精度高”、“价格低”、“交货期短”等是人们对现代汽车模具的基本要求。但是，汽车模具是一种大型模具，它体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高，制造相当困难。而且，为了减轻模具的重量采用的底座掏空的薄壁式结构和为了维修容易中间型面采用的镶拼结构，给设计和制造带来了更大的困难。通常来说，一个汽车覆盖件零件需要3道或3道以上的工序才能完成，也就是说，生产一个汽车覆盖件零件至少需要3副或3副以上的模具。如果汽车覆盖件零件在设计的时候没有考虑到实际制造情况，那么设计出来的模具在制造的时候可能根本就无法进行加工，或者是制造出来的模具无法生产出预期的产品，从而导致模具的报废，延长产品的开发周期，这种经济损失是无法想象的。但是，模具在设计阶段是无法预料在制造过程中将出现的困难的。虚拟制造技术是一种软件技术，是CAD/CAE/CAM/CAPP和仿真技术的更高阶段，它能在计算机上实现模具从设计到制造到检验的全过程，根据虚拟模型的仿真过程，可以在计算机上根据“实际”的加工情况来修改模具的设计，避免了在模具制造过程中可能出现的问题，从而达到缩短模具的开发周期、降低开发成本、提高生产效率的目的，因而是汽车模具开发最有潜力最实用最有效的技术之一。 2、虚拟制造(VM) 虚拟制造(VirtualM anufacturing)又叫拟实制造，是80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，使得产品一次性制造成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期，增强企业竞争力的目的。在虚拟制造中，产品从初始外形设计、生产过程的建模、仿真加工、模型装配到检验整个的生产周期都是在计算机上进行模拟和仿真的，不需要实际生产出产品来检验模具设计的合理性，因而可以减少前期设计给后期加工制造带来的麻烦，更可以避免模具报废的情况出现，从而达到提高产品开发的一次成品率，缩短产品开发周期，降低企业的制造成本的目的。 虚拟制造自从产生以来人们就力图给它一个统一的定义，但虚拟制造涉及的知识范围十分广泛，不同的研究人员，出发点和侧重点也不同，因而理解也大不相同，导致虚拟制造至今为止仍没有一个确切的定义。在不同的定义中，我们可以把虚拟制造理解为产品的虚拟设计技术、产品的虚拟制造技术和虚拟制造系统3方面关键技术的一个技术综合。 2.1 产品的虚拟设计技术(VDT) 产品的虚拟设计技术(VirtualD esignT echnology)是面向数字化产品模型的原理、结构和性能在计算机上对产品进行设计，仿真多种制造方案，分析产品的结构性能和可装配性，以获得产品的设计评估和性能预测结果，从而优化产品设计和工艺设计，减少制造过程中可能出现的问题，以到达降低成本、缩短生产周期的目的。 2.2 产品的虚拟制造技术(VMT) 产品的虚拟制造技术(VirtualM anufacturingTechnology)是利用计算机仿真技术，根据企业现有的资源、环境、生产能力等对零件的加工方法、工序顺序、工装及工艺参数进行选用，在计算机上建立虚拟模型，进行加工工艺性、装配工艺性、配合件之间的配合性、连
1虚拟仿真施工技术 （1）主要技术内容 虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标 虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术 运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术 计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，
然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术 优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术 虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围 工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用 发表时间：2016-11-24T13:56:34.483Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：许朝阳王汉斌 [导读] 伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。山东天齐置业集团股份有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。 关键词：虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究 一、虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义 近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。 虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。 二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析 虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析： 1、虚拟施工技术的应用研究 从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。 2、仿真技术的应用研究 仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。 3、虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究 在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。 4、虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究 虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。 5、虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究 安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。 （1）进行施工安全控制的方案优化 在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工
虚拟装配技术的研究现状及发展趋势分析 张文建,焦梓实,杜亚维,王晋涛 (华北电力大学工程训练中心,河北保定071003) 摘 要:在阐述虚拟装配技术定义与内涵的基础上,描述了虚拟装配技术的现状及未来,综述了国内外的研究现状,并对国内外发展状况进行简要对比分析,指出了目前虚拟装配技术研究中存在的问题及主要发展趋势。 关键词:虚拟装配;装配工艺规划;装配过程仿真;虚拟现实 中图分类号:TP205 文献标识码:A 虚拟装配技术是将DFA技术与V R技术相结合,建立一个与实际装配生产环境相一致的虚拟装配环境(Virt ual Assembly Environment,VA E),使装配人员通过虚拟现实的交互手段进入VA E,利用人的智慧直觉进行产品的装配/拆卸操作,用计算机来记录人的操作过程,以确定产品的装、拆顺序和路径。像许多新兴学科一样,迄今为止,虚拟装配尚没有统一的定义,许多学者从不同的角度阐述了自己对虚拟装配的理解。其一般定义为:无需产品或支撑过程的物理实现,只需通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段,利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策。虚拟装配是一种将CAD技术、可视化技术、仿真技术、决策理论及装配和制造过程研究、虚拟现实技术等多种技术加以综合运用的技术。 1 虚拟装配在国内外的发展现状 根据目前的理解,虚拟装配发展至今可以分为3个阶段,第1阶段是虚拟装配理论的提出阶段,第2阶段是各研究机构在各自实验室复制、建立虚拟装配系统的阶段,第3阶段是各研究机构对虚拟装配各发展方向进行深入研究的阶段。目前国外虚拟装配技术的发展已经进入了第3阶段。 国外对虚拟装配技术的研究起步于20世纪90年代中期,由于政府及工业界对其支持力度比较大,加之研究的基础条件比较好,因此发展势头相当迅猛。 德国Fraunhofer工业工程研究所虚拟现实实验室较早地进行了基于虚拟现实的装配规划系统的研究与开发。他们开发的第一个虚拟装配规划原型系统获得了1996年慕尼黑计算机展览会的最佳系统奖。该系统可以通过虚拟人体模型在虚拟环境中交互式地进行装配操作。在用户交互的基础上产生装配前趋图,并进行装配时间和装配成本分析。通过对真实装配环境的模拟,规划者在进行产品装配规划时,能够综合考虑装配特征和其他装配条件(如装配空间的制约、装配零件供应以及必需的装配工具等)对产品装配的影响。 美国Washington州立大学VRCIM(virt ual re2 ality and comp uter integrate manufact uring)实验室与美国国家标准技术研究所N IST合作开发的虚拟装配设计环境VAD E(virt ual assembly design envi2 ronment)是一个具有代表性的虚拟装配系统。该研究的主要目的是通过生成一个用于装配规划和评价的虚拟环境来探索产品制造中运用虚拟现实技术的可能性。VAD E在SGI Crimson TM工作站上实现,立体视觉由HMD提供(分辨率可达800×600),设计者手的移动由Ascension公司的Flock of Birds TM进行跟踪,所得信息用于控制虚拟环境中虚拟手的位置,手指和手腕的运动由Cyber2 glove TM数据手套监控,而Tactools TM反馈系统用于在手指尖处产生触觉反馈。在这个虚拟装配系统中,设计者可以对公差进行评估,选择最理想的装配顺序,生成装配/拆卸路径规划以及观察最终结果。近来,VRCIM实验室在VADE系统中集成了快速上肢评定算法(The Rapid Upper Limb As2 sessment,RUL A)进行装配过程中人机工程学方面的研究。他们在VADE系统中集成一个可以根据不同人的身高和体形进行调整的参数化人体模型,通过与真实人体相连的6个跟踪设备,对该模型进行跟踪,为RUL A提供输入数据。在进行装配作业时,系统可以对人体模型的姿势进行实时分析。通过尝试多种不同的姿势以及装配过程,根据分析结果找到最佳的工作环境布局。 德国Bielefeld大学人工智能与虚拟现实实验室将虚拟现实交互技术与人工智能技术相结合,基于构造工具箱(Const ruction K it s)的概念,建立了一个虚拟装配系统(COD Y Virt ual Const ructor)。所谓构造工具箱是指在制造领域中可重复使用的、具有多重功能的标准零部件结构库。COD Y是一个基于知识的、三维交互式虚拟装配系统。它允许 ? 9 1 ? 《新技术新工艺》?数字设计与数字制造 2007年 第1期
SJTU SJTU--CIM CIM--VR虚拟现实研究与应用简介 何其昌 1 上海交通大学计算机集成制造研究所 2009.5.6 术平台 优化平台 术实验室 虚 CIM 研究所/上海市网络化制造 与企业信息化重点实验室 数字化设计制造与管理 集成制造实验室 平台 SJTU-HKPU快速产品开发中心 SJTU-小糸公司快速模具联合 实验室 反求和功能样 件快速制造实 验室 反求和快速 原型制造 企业信息化单 2 上海制造业信息化公共技术服 务平台-上海制造热线 SJTU-UGS PLM 技术中心 元及集成技术 “数字化设计制造与管理”学科建设总目标： ?“三大技术”为主干 ?“三大基地”为支撑 ?制造业信息化技术及开发体系
SJTU-CIM-VR实验室简介|源于1999年立项的国家自然科学基金重点项目“虚拟制造的理论与技术基础”。 |在国家985、211以及上海市网络化制造与企业信息化重点实验室建设经费的支持下，先后建成了支持研究和应用开发的多种类型的虚拟现实系统，形成了较为完整的虚拟现实技术/系统仿真研发和工业应用环境。 |2005年与德国ParderBorn大学 HNI研究所成立“SJTU-HNI虚拟 现实与增强现实联合技术中 3 心”。 |团队成员： z马登哲教授 z范秀敏教授 z武殿梁博士、何其昌博 士、程奂翀工程师 SJTU SJTU--CIM CIM--VR VR实验室研究方向与领域 实验室研究方向与领域 可视化与实时仿真技术基于VR的产品开发技术 VR基础研究、通用开发平台及工具研究 软件开发平台VH TOOL ?可视化监控技术与仿真（采矿、 采油、垃圾处理、数字化码头） ?交互操作仿真（航天、纳米、电 力、驾驶、医学） ?数据场可视化（矢量场、标量场）?产品交互虚拟装配 IV AE/V AWES/DPV AE ?制造过程的可视化仿真 ?生产线仿真与规划 ?产品设计过程的优化与仿真 4 PVRDP（并行渲染），通用虚拟手开发包VH-TOOL，碰撞检测软件包BVCD，粒子生成、线缆生成、分形几何建模等软件工具基础研究：复杂几何模型的动态生成与操作、场景并行渲染、基于网格计算分布式VR、自然交互技术、复杂场景的实时碰撞检测