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虚拟装配

1诺斯罗普?格鲁曼公司CVN 21计划副总Mike Shawcross说，CVN 21更重大的一个变革是从岸上看不到的，那就是，它是第一艘完全在虚拟环境中设计的航母。可以在房间里将图像投影在所有的墙面、地板和天花板上，创造一个虚拟环境。在纽波特纽斯船厂，设计者利用一种系统将三维图像投影在屏幕上，Shawcross说，图像非常逼真，人可以穿过某处，伸手“摸”到阀门。这种设计方法还有助于建造者理解人类工程学。Shawcross说：“这在好多方面都很有用，零部件的加工精度将更高，我们已经在‘海狼’和‘弗吉尼亚’级潜艇上看到了这样的效果。Shawcross认为，计算机辅助设计工具证明能够节省费用，例如，法国达索公司和IBM公司共同提供解决方案帮助设计者事先发现了设计中的所有问题和错误，这当然会节省费用。
过去，在虚拟装配、虚拟维修等VR应用领域，3D曲面模型之间的实时碰撞检测一直是仿真用户的开发障碍和技术瓶颈，而今天，高级虚拟仿真用户再也不需要为复杂的碰撞检测数学算法和漫长的开发周期而发愁，更不需要为了因碰撞检测而带来的巨大计算量而去采购价格昂贵的大型工作站，现在你只需要拥有一台高端的基于windows平台的PC工作站，或是一台台式机，甚至是一台笔记本电脑便可以轻松、快速地开发出你所需要的碰撞检测应用，无论是多么复杂的3D曲面模型之间的实时碰撞和检测分析，一切都将变得那么的简单而随心所欲，它是SmartCollision一个来自美国和日本科学家共同研发的基于多边形的碰撞检测库和计算机力反馈（计算机触觉）应用驱动引擎，或判断物体是否有穿透能力，而SmartCollision?不仅可以计算穿透深度，而且还能检测和分析渗透量，更可贵的是它在精确地处理复杂3D曲面体之间的实时碰撞检测分析的同时，还让你的应用程序跑得飞快，这一切使得它在虚拟装配、虚拟维修、虚拟操做、人工智能、地震救援演示碰撞检测分析、虚拟力反馈和计算机触觉等应用领域发挥了巨大的作用，将虚拟仿真应用的开发效率和仿真真实感成百倍的提高。

穿透深度

为了在虚拟的环境中操作虚拟的对象，多面体之间的"透深”计算非常重要。当物体是可穿透的时候，“透深”在这里是指渗透量测量。透深可以取消渗透量。
以前在虚拟环境需要计算常规多面体之间的透深，但是透深仅仅是在凸状多面体或有限的基本单元之间被计算。实际上，已有的实现方法中常规多面体之间的透深是通过凸状多面体的透深来计算的，但对于这种实现，常规多面体之间的透深没有被直接结算并且结果也不是那么可靠和准确。由于凸状多面体的透深不是总体上通过计算常规多面体的渗透量，而是通过计算部分渗透量来得到，因此不能删除常规多面体间渗透量(参见Figure 2)。另外还有一种实现，该实现方法是通过利用体素（voxel）代替多面体来表现。但是体素（voxel）表现没有多面体表现精确。这种实现不是总体上基于常规多面体的透深，所以也不能删除常规多面体间渗透量。

虚拟设计解决方案

虚拟设计系统解决方案

虚拟设计是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，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，如虚拟设计对传统设计方法的革命性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、开发和加工过程和制造相比较，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，成为研究的焦点。
CAD技术是企业信息化的基础。为了更好地推进企业信息化，传统CAD技术也在进一步发展。在工程实践中，很多问题属于非数值计算问题。于是，我们把人工智能技术和CAD技术相结合，形成一个新的研究领域---智能CAD；随着虚拟现实技术VR的实用化，它在许多领域得到应用。将VR技术和CAD技术相结合，形成另一个新的研究领域---虚拟设计。虚拟设计和传统的CAD技术有的主要差别在于：
(1) VR具有两个重要特征，即交互和实时，而传统CAD做不到；
(2) VR使设计者呈主动状态，设计者能身临其境。而对于传统CAD，设计者只是被动的观察者；
(3) VR的图形真实感强，有远、近、纵、深的感觉，这是传统的CAD所做不到的；
(4) 利用VR技术可以实现产品生命全周期的管理，多产品和新旧产品同时开发和资源共享。
进行虚拟设计时，首先要在计算机中生成虚拟原型。通过这个虚拟原型，我们可以做很多工作。
(1) 进行多方案对比，从中选出最佳方案；
(2) 设计者通过虚拟原型可以进行虚拟装配，以检查各零部件尺寸以及可装配性，即时修改错误；
(3) 通过虚拟原型，可以进行虚拟试验，而不用再去做更多的实物试验。这样，既节省了时间又节约了费用。
正因为如此，VR技术和传统CAD/CAM的结合有着光辉的前景。虚拟设计/虚拟制造也成为当今非常活跃的、前沿的研究领域。

3D概念设计：

现今设计师被强迫使用不适合的电脑输入设备来完成设计，当设计师在设计造型物件时，很难适应电脑的复杂操作，设计师们宁可使用旧式的方法－徒手绘制草图或制作外观模型。而要将这些手制的外观模型转换成数字的CAD模型，进而让工程师来使用并且生产，这是非常困难的。
该系统对于设计师而言，是一项突破性的人机接口，它是一种自然、直观和容易使用的数字化表达介面，这将消除设计师们的电脑恐惧症，而这也将带来设计自动化的好处－缩短开发时程、增加设计自由度和无限的创意。

产品开发/制造：

使用鼠标或键盘来进行CAD/CAM模型的开创性工程设计或制造分析是非常困难的，然而依靠3D Touch技术所完成的数字设计，工程师们能很快地完成数字产品设计，并且付诸工程制造，所有的资料都是3D的STL档或是NURBS曲面，可以直接跟分析软件、CAM软体及RP机器兼容。

消除2D绘图与3D产品设计间的鸿沟：

该完全符合现代产品设计理念和制造流程。它消除了“2D绘图”与“3D产品设计”间的鸿沟；它补充了实体模型的不足，甚至取代了实体模型；它可以让设计师自由的在3D的环境里挥洒、创意，就如同他们用纸和笔在2D的平面上设计一般，也可以直接在输入的sketch、2D工程图、扫描的点集数据或是3D工程图上进行设计。迅速且方便地画出概略的模型及设计思路，接着再对模型做细部的设计。
您完全可以用一种自然、直观的方式操作，而不需要浪费时间去联系难以使用且不容易记得的抽象的电脑模型制作程序。
本系统包含的PHANTOM Omni 装置使设计者们应用他们的触觉轻松的将脑海中的设计理念转换到实际3D图象。是设计室、教室、小型工作室及自由设计者的理想设计工具
。
一、更快捷、直接的传达设计理念

?使设计更直接、更互动、且更具创造性
?利用3D Deco Layers工具实现在模型上应用多个图片层
?利用喷绘和图片表现细节、材料和纹理
?基于Mental Ray 的渲染功能生成照片级的逼真效果，使在没有细节模型或物理原型时也可以帮助准确的传达设计理念

二、方便的3D数据传递

?设计师可将3D数据传递给该系统用于细节建模并为工程和制造作准备。
?也可将系统模型进行快速成型或传递到下端可输入，stl或.obj格式
?系统与其它系统相互应用的工作流程。

为您的创意激情赋予生命,从此不再有任何阻碍

触觉是所有形态作品创作的要素之一。系统模型制作系统引入3D模型制作的触感，彻底改造人机交互接口和设计界面，允许设计师在形态与功能之间制作充满智慧和富有创意的作品，而无需受任何传统模型制作工具的限制。
设计师不需要再在复杂的电脑程序－数学方程式、鼠标与键盘指令、程序化的方法等阻碍下工作——系统提供了我们与真实世界互动的最基本方式——触碰。使用系统模型制作，您可以透过触感，与您的模型进行直接和自然的互动。并且，它将实体功能带入数字领域，这样一来，您即可以通过一个自然、类比的互动获得一个珍贵的数字模型。
使用系统制作模型，您将可以拥有更多的时间和精力投身于真正的挑战——将您的创意转变为高品质的产品

系统模型制作：

╓ 以一流的简易功能取代令人头疼的复杂电脑程序。
╓ 开启使用者与设计师之间的设计理念的交流之门。
╓ 使用实体、类比介面来创建一个珍贵、可调度的数字模型。
╓ 允许设计师获得形态与功能的理想调和。
╓ 激励探索与反复思考创建难以数字化描述的崭新图。