虚拟设计

虚拟设计(Virtual Design)

　　虚拟设计是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物，在机械行业有广泛的应用前景，如虚拟布局、虚拟装配、产品原型快速生成、虚拟制造等。目前，虚拟设计对传统设计方法的革命性的影响已经逐渐显现出来。由于虚拟设计系统基本上不消耗资源和能量，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与加工过程在计算机上的本质实现，即完成产品的数字化过程。与传统的设计和制造相比较，它具有高度集成、快速成型、分布合作等特征。虚拟设计技术不仅在科技界，而且在企业界引起了广泛关注，成为研究的热点。

　　虚拟设计是指设计者在虚拟环境中进行设计，主要表现在设计者可以用不同的交互手段在虚拟环境中对参数化的模型进行修改。

　　就“设计”而言，传统设计的所有设计工作都是针对物理原型(或概念模型)展开的，而虚拟设计所有的设计工作都是围绕虚拟原型展开的，只要虚拟原型能达到设计要求，则实际产品必定能达到设计要求。 就“虚拟”而言，传统设计的设计者是在图纸上用线条、线框勾勒出概念设计，而虚拟设计设计者在沉浸或非沉浸环境中随时交互、实时、可视化地对原型进行反复改进，并能马上看到修改结果。 一个虚拟设计系统具备三个功能：3D用户界面、选择参数、数据传送机制。

　　(1)3D用户界面设计者不再用2D鼠标或键盘作为交互手段，而是用手势、声音、3D虚拟菜单、球标、游戏操纵杆、触摸屏幕等多种方式进行交互。

　　(2)选择参数设计者用各种交互方式选择或激活一个在虚拟环境中的数据修改原来的数据，参数修改后，在虚拟环境中的模型也随之变成一个新的模型。

　　(3)数据传送机制模型修改后所生成的数据要传送到和虚拟环境协同工作的CAD/CAM系统中，有时又要将数据从CAD/CAM系统中返回到虚拟环境中，这种虚拟设计系统中包含一个独立的CAD/CAM系统，为虚拟环境提供建造模型的功能。在虚拟环境中所修改的模型有时还要返回到CAD/CAM系统中进行精确处理和再输出图形。因此，。这种双向数据传送机制在一个虚拟设计系统中是必要的。

　　(1)虚拟设计继承了虚拟现实技术的所有特点(3I)。

　　(2)继承了传统CAD设计的优点，便于利用原有成果。

　　(3)具备仿真技术的可视化特点，便于改进和修正原有设计。

　　(4)支持协同工作和异地设计，利于资源共享和优势互补，从而缩短产品开发周期。

　　(5)便于利用和补充各种先进技术，保持技术上的领先优势。

　　虚拟设计与传统CAD/CAM系统的区别主要有：

　　(1)在讲区别的同时，应首先重在继承，尤其是继承原有CAD技术的资源和成果；其次，虚拟设计是以硬件的相对的高投入为代价的。

　　(2)CAD技术往往重在交互，设计阶段可视化程度不高，到原型生产出来后才暴露出问题。

　　(3)CAD技术无法利用除视觉以外的其他感知功能。

　　(4)CAD技术无法进行深层次的设计，如可装配性分析和干涉检验等。