虚拟现实技术在汽车工业中的应用及其发展趋势

曹竞玮　金玮　邢亚钢

[摘要]虚拟现实技术是在上世纪下半叶发展起来的新型信息技术，许多国家将其运用于制造工业中，体现出传统制造业技术无法比拟的先进性和优越性。本文详述虚拟现实技术的发展，并讨论其在汽车工业中设计、装配、实验等领域的运用，简要分析虚拟现实技术的发展前景。结合我国实际情况，得出该技术能促进我国汽车制造业的蓬勃发辰的结论。

[关键词]虚拟现实技术 发展前景 汽车工业

[中图分类号]TP391

[文献标识码]A

[文章编号]1672-5158（2013）05-0230-01 虚拟现实技术概述 虚拟技术、计算机通讯技术与网络技术是信息技术最关键的三个组成部分，是21世纪科技的三大核心技术。自1962年美国Morton Heilig研制了街道虚拟器这样的早期VR技术产品以来，虚拟现实技术（Virtual Realty Technology，VRT）作为虚拟技术的重要分支，具有非凡的先进性和创造性，在近几十年内蓬勃发展，体现出了未来良好的发展前景。

VRT是在计算机图形学、计算机仿真、人机接口、多媒体以及传感器等技术的基础上发展起来的一门交叉学科.VRT利用计算机和电子技术来产生逼真的视、听、触、力等三维感觉环境，通过多通道用户界面，综合运用视觉、语音、手势等新的交互通道、设备和交互技术，以实现用户与虚拟环境中的对象的自然、并行、协作的人机交互。VRT产生的身临其境的交互式仿真充分体现了其“3I”特征，即沉浸感、交互性、想象性。这些优势都说明了虚拟现实技术在制造工业中具有巨大的应用潜力。近年来许多国家在虚拟制造领域开展了研究与应用，主要包括产品外形虚拟设计、产品布局的虚拟设计、产品的运动和动力学仿真、热加工工艺模拟、加工过程仿真、产品装配仿真、虚拟样机与产品工作性能评测、企业生产过程仿真与优化和虚拟企业的可合作性仿真与优化等方面。在产品的设计、制造、性能测试的过程中，克服了传统的文本和二维工程图纸单一且临场感较差等缺点，极大地提高了产品设计的一次性成功率，节约了时间，提高了产品竞争力，避免了开发实际产品以及实地性能检测带来的高昂的费用。

1.虚拟现实技术在汽车行业的应用

汽车工业相当发达的国家，尤其以美日德为代表，将虚拟现实技术运用于汽车的设计、制造、性能测试中，获得性能成本质量的最佳组合，保证了在汽车行业的绝对竞争力。与此同时降低了汽车设计的成本，提高了效率。

1.1虚拟设计技术

目前所采用的虚拟技术引入CAD环境，将便于模拟新产品开发过程中的一些性能，便于设计人员对产品的修改。设计人员也可以利用VRCAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。在对汽车的设计过程中，设计人员在交互环境的设计环境中，利用头盔显示器、具有反馈功能的数据手套、操纵杆、立体鼠标灯装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念概念产品模型相连。在此过程中，不仅进行虚拟的合作，产生身临其境的感觉，而且可以实时地对虚拟产品设计过程进行检查、评估、实地解决设计中的决策问题，使得设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性。

1.2虚拟装配技术

对于汽车的零部件的设计可以通过CAD等软件得以实现，但是在现今大多数的汽车制造厂中，装配环节绝大部分都是靠实际的经验去实现，很多设计问题只有在装配的过程中才得以发现，而这往往会付出惨重的代价和昂贵的学费，也势必会使得汽车制造厂的利润下降和阻碍企业的发展。虚拟装配技术在此种『青况下应运而生。在虚拟的装配环境中，设计人员可以检查各零件之间的装配间隙和干涉，通过程序自动检测装配状态。通过相关设备辅助，实现对虚拟场景中零件的抓取、移动、装配等动作，大大地提高了设计人员的主动性、创造性。在虚拟环境中出现了装配问题，可以在计算机中更改模型并重新生成，自动更新装配图，切实有效地提高了实地的装配成功率，缩短了周期，降低了生产成本。

1.3虚拟实验技术

汽车虚拟实验就是把虚拟现实技术用于对汽车的实验研究中，通过交互改变车辆参数、道路状况、驾驶控制等实验条件和参数，虚拟真实实验，通过现代计算机分析得出运动数据，方便研究人员了解实验全过程，以及假设、验证理论的正确性。

汽车操纵稳定性是一个典型虚拟现实实验的例子。在建立虚拟系统的基础上，可以获得方向盘转角、横摆角速度、侧倾角和侧向加速度等能体现操纵稳定性的要特征参数。同时配合单移线实验的场景来动态观察车辆本身以及参数的变化。虚拟仪表的设置，让实验者更加精确的知道汽车运行中的参数的变化。在加强场景的沉浸感方面，开发了双视口的立体场景显示效果。在此实验中，综合不同工况对车辆性能进行了虚拟检验。

国内在汽车方面虚拟实验较为成功的有吉林大学的对汽车防抱制动系统（ABS）混合仿真实验。建立了用于硬件在环仿真的车辆模型、ABS液压系统模型等，并进行了硬件在环仿真实验。将ABS实际部件嵌入到软件环境中进行混合仿真，大大地扩展了软件仿真的功能。为ABS的开发和实验提供了平台。

2.虚拟现实技术的发展趋势

虚拟现实技术是上世纪80年代才兴起的一门综合性信息技术，远没有达到成熟的阶段，但是其惊人的生命力，让人们毋庸置疑在不久的将来，虚拟现实技术将渗透到信息系统的各个领域，改变人机交互方式。虚拟现实技术也大大满足了以用户为主体的要求。21世纪俨然是一个信息时代，网络与计算机已经十分普及，都已经融人了人们的生活、工作和学习中。这都必将促进虚拟现实技术的蓬勃发展。

与此同时，计算机图像压缩技术与现实技术的不断进步以及相应现实硬件的日趋完善，我们可以预测未来虚拟现实技术的发展动向，这种动向可以分为两个方向。一方面是朝着桌面级虚拟现实发展，尤其以商业领域。许多大型公司开发桌面级虚拟现实来展示教育培训以及仿真实验等。另一方面是朝着高性能沉浸式虚拟现实发展。可以用于很多高科技领域，例如航空军事训练，模拟实验等，由于某种特殊性以及追求方便和利润，择优进行仿真实验。目前国内外已经建成了许多商性能的沉浸式虚拟现实仿真系统。

3.结束语

虚拟现实技术经过几十年的发展，已经取得了长足的进步，其优越性及其顽强的适应能力都使得人们不断地发展新技术，促进虚拟现实技术的发展。21世纪是一个信息时代，知识就是力量这个真理得到了十足的验证。我国已经改革开放三十多年，整个社会正处于转型和发展的新时期，汽车行业作为我国制造业的支柱产业，其面临着诸多挑战和机遇。国际汽车市场的风雨变幻让人捉摸不透，要在竞争激烈的市场中立于不败之地，必须要依靠先进的设计、制造、实验技术，缩短设计和生产周期，降低实验成本，提高汽车产业的竞争能力和综合经济效益。虚拟现实技术就是这样一种能促使我国汽车产业发展的一项技术，其发展潜力不可估量。

参考文献

[1]县小平.虚拟现实概述与发展趋势.福建电脑，2008.3

[2]熊坚，曾纪国，宋健，汽车操纵稳定性虚拟仿真的研究.汽车工程，2002