14章虛擬設(shè)計(jì)18講90課件

16四月202414章虛擬設(shè)計(jì)18講90第14章虛擬設(shè)計(jì)14.1虛擬現(xiàn)實(shí)14.2虛擬設(shè)計(jì)的概念與技術(shù)體系14.3虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)14.4虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件配置14.5虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用Date214章虛擬設(shè)計(jì)14.1虛擬現(xiàn)實(shí)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成14.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的功能與特征14.1.3虛擬環(huán)境14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)Date314章虛擬設(shè)計(jì)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程已從斷續(xù)的計(jì)算機(jī)輔助向計(jì)算機(jī)支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程轉(zhuǎn)變。這種過(guò)程的結(jié)合性在數(shù)字化的過(guò)程描述中得到了表達(dá)。由于對(duì)集成的要求，幾何的二維處理已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿S處理。幾何模型轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M的產(chǎn)品模型，借助虛擬的產(chǎn)品模型，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的所有任務(wù)都可以得到支持。圖14-1基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)Date414章虛擬設(shè)計(jì)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成“虛擬”有三層含義：①它意味著完全數(shù)字化的方法；②它是在虛擬企業(yè)的意義上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分布式的工作方式來(lái)達(dá)到；③它使用虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)。專家預(yù)言：未來(lái)所有復(fù)雜產(chǎn)品都可用虛擬方式產(chǎn)生有人稱21世紀(jì)為“VR時(shí)代”。

Date514章虛擬設(shè)計(jì)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)是計(jì)算機(jī)交互界面上的一種技術(shù)，在交互界面上用戶所看到的世界是真實(shí)的，動(dòng)作起來(lái)是真實(shí)的，聲音聽(tīng)起來(lái)是真實(shí)的，感覺(jué)起來(lái)是真實(shí)的。用戶進(jìn)入這個(gè)界面后，是界面上所顯示的世界中的一個(gè)參與者而不是一個(gè)被動(dòng)的觀察者。VR利用一種特殊環(huán)境，使用戶可以陶醉在工作之中，體驗(yàn)比現(xiàn)實(shí)世界更加豐富的感受。

Date614章虛擬設(shè)計(jì)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成虛擬現(xiàn)實(shí)鼻祖是20世紀(jì)30年代的飛行模擬器。60年代出現(xiàn)了電影攝影師的街道摩托車模擬器。70年代開(kāi)發(fā)了一種允許人們通過(guò)電視屏幕操作一個(gè)彈跳的乒乓球的電子游戲。1963年IvanSwthland提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”這個(gè)概念。1985年用頭盔顯示器(HeadMountedDisplay，HMD)來(lái)顯示計(jì)算機(jī)圖形。第一臺(tái)基于LCD的封閉頭盔顯示器，使用了獨(dú)特的棱鏡系統(tǒng)，提供較寬的立體視角。它的分辨率很低，且顯示器是單色的。目前已有20多家廠商提供的40多種HMD產(chǎn)品。虛擬現(xiàn)實(shí)引用了CAD中的圖形學(xué)，獨(dú)立發(fā)展為一種新領(lǐng)域Date714章虛擬設(shè)計(jì)14.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與組成虛擬現(xiàn)實(shí)VR的組成圖14-2VR系統(tǒng)為用戶提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)甚至味覺(jué)的多感知。VR技術(shù)的相關(guān)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像處理與模式識(shí)別智能接口技術(shù)人工智能技術(shù)多傳感器技術(shù)多媒體技術(shù)（語(yǔ)音處理與音響技術(shù)）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并行處理技術(shù)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖14-2虛擬現(xiàn)實(shí)的組成1－交互作用Interaction2－視覺(jué)VisualPerception3－聽(tīng)覺(jué)AcousticPerception4－觸覺(jué)TactilePerception5－嗅覺(jué)OlfactoryPerceptionDate814章虛擬設(shè)計(jì)14.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的功能與特征(1)虛擬現(xiàn)實(shí)的功能1)給用戶制造一個(gè)三維現(xiàn)實(shí)世界的感覺(jué)。2)使用戶能夠與界面中的環(huán)境交互，并能在其中動(dòng)作，使用戶能直接和界面上的圖形實(shí)時(shí)地交互。用戶作為界面中的主人在虛擬世界中遨游。3)用戶能從任意的觀察點(diǎn)來(lái)觀察他所想看到的物體，改變物體的位置和方向，控制物體的行為和外形，對(duì)界面中的物體進(jìn)行評(píng)價(jià)而不需要預(yù)先編程。虛擬現(xiàn)實(shí)是要達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的，即用虛擬物體來(lái)豐富、增強(qiáng)真實(shí)的環(huán)境，而不是用它來(lái)代替真實(shí)的環(huán)境。

Date914章虛擬設(shè)計(jì)14.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的功能與特征（2）虛擬現(xiàn)實(shí)的3個(gè)基本特征Immersion沉浸：

在虛擬環(huán)境中，操作者應(yīng)能很好地感覺(jué)各種不同的刺激Interaction交互：

操作者能對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行操作，并能感覺(jué)操作的結(jié)果Imagination想象：

操作者能感到虛擬環(huán)境中的對(duì)象是自主的、可操作的，對(duì)象的行為符合物理規(guī)律圖14-3虛擬現(xiàn)實(shí)的3個(gè)IDate1014章虛擬設(shè)計(jì)14.1.3虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境VirtualEnvironment是體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)所具備的功能的一種計(jì)算機(jī)環(huán)境圖14-4中采用的設(shè)備：①顯示器：頭盔或立體眼鏡和屏幕，顯示出虛擬環(huán)境的影像；②6自由度跟蹤器，包括信息手套，信息接收器，聲音識(shí)別裝置等。軟件有：圖形處理器，聲音處理器等。圖14-4虛擬環(huán)境的組成Date1114章虛擬設(shè)計(jì)14.1.3虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境必備的三個(gè)條件：1)和用戶交互。用戶可以用各種方法和虛擬環(huán)境交互，如手的姿勢(shì)、頭部的動(dòng)作或身體其他部位的動(dòng)作，通過(guò)傳感器、跟蹤器及接收器和虛擬環(huán)境中的顯示裝置交互?？梢杂寐曇艚换ィ部梢杂|摸交互。2)實(shí)時(shí)反映所交互的影像。顯幀率(Framerate)最好是25幀/s，最少是10幀/s。每幀安排1300~5000個(gè)多面體。3)用戶有自主性。用戶作為環(huán)境中的一分子，有感覺(jué)地參與到虛擬環(huán)境中去，要達(dá)到這個(gè)目的，首先要具備1)、2)兩個(gè)條件。用戶的感受是沉浸在虛擬環(huán)境之中。在虛擬環(huán)境中，可以使用戶形成一種直覺(jué)的感受。例如，用戶可以在汽車中來(lái)分析和考察駕駛室內(nèi)各種配置及其功能?？梢栽谝粋€(gè)車間內(nèi)來(lái)回走動(dòng)，考查仿真加工的效果。Date1214章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶參與的形式及沉浸的程度不同，VRS可劃分為4類。1）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它是可供多用戶同時(shí)異地參與的、基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式虛擬環(huán)境。2）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它不僅利用VR技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界，而且利用它增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無(wú)法或不方便感知的感受。典型的實(shí)例是戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的平視顯示器。3）沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。提供完全沉浸的功能，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。4）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低檔工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，通過(guò)各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互。Date1314章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)目前，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究基于兩類網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。①在Internet上，這可追溯到早期基于文本的多參與者游戲MUD，還有基于虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML)標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購(gòu)物等。VRML是一種可以發(fā)布3D網(wǎng)頁(yè)的跨平臺(tái)語(yǔ)言，可提供—種更自然的體驗(yàn)方式，包括交互性、動(dòng)態(tài)效果、延續(xù)性，以及用戶參與探索。②在高速專用網(wǎng)上，如采用異步傳輸模式(ATM)技術(shù)的美國(guó)軍方的國(guó)防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早的是1983年美國(guó)陸軍制定的虛擬環(huán)境研究計(jì)劃，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的作戰(zhàn)演練。從1994年開(kāi)始，美國(guó)陸車與美國(guó)大西洋司令部聯(lián)合開(kāi)展了戰(zhàn)爭(zhēng)綜合演練場(chǎng)的研究，建成了—個(gè)包括海陸空多兵種、有3700多個(gè)仿真實(shí)體參與的地域范圍覆蓋500km×750km的軍事演練環(huán)境。Date1414章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的沉浸式系統(tǒng)有3種：①基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，參與虛擬體驗(yàn)者要戴上一個(gè)頭盔式顯示器，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)與外界限絕，根據(jù)應(yīng)用的不同，系統(tǒng)將提供能隨頭部轉(zhuǎn)動(dòng)而隨之產(chǎn)生的具有立體視覺(jué)的三維空間。通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實(shí)世界一樣。圖14-1基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)Date1514章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的沉浸式系統(tǒng)有3種②投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)圖，攝像機(jī)，計(jì)算機(jī)，視頻投影儀，屏幕它可以讓參與者從一個(gè)屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象。參與者還可以與虛擬空間進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，計(jì)算機(jī)可識(shí)別參與者的動(dòng)作，并根據(jù)用戶的動(dòng)作改變虛擬空間。如，來(lái)回拍一個(gè)虛擬的球或走動(dòng)等，這可使得參與者感覺(jué)就像是在真實(shí)空間一樣。圖14-5投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)Date1614章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的沉浸式系統(tǒng)有3種：③遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)是一種虛擬現(xiàn)實(shí)與機(jī)器人控制技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)。當(dāng)某處的參與者操縱一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)，其結(jié)果卻在另一個(gè)地方發(fā)生，參與者通過(guò)分體顯示器獲得深度感，顯示器與遠(yuǎn)地的攝像機(jī)相連；通過(guò)運(yùn)動(dòng)跟蹤與反饋裝置跟蹤操作者的運(yùn)動(dòng)，反饋遠(yuǎn)地的運(yùn)動(dòng)過(guò)程（如阻尼、碰撞等)，并把動(dòng)作傳送到遠(yuǎn)地完成。Date1714章虛擬設(shè)計(jì)14.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型與結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)虛擬手部控制器圖14-6虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)Date1814章虛擬設(shè)計(jì)14.2虛擬設(shè)計(jì)的概念與技術(shù)體系14.2.1虛擬設(shè)計(jì)14.2.2虛擬制造14.2.3虛擬原型14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系14.2.5虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)體系Date1914章虛擬設(shè)計(jì)14.2.1虛擬設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)VirtualDesign，VD是指設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)者可以用不同的交互手段在虛擬環(huán)境中對(duì)參數(shù)化的模型進(jìn)行修改。虛擬不等于虛幻、虛無(wú)，而是“本質(zhì)”的意思，是指通過(guò)數(shù)字化手段對(duì)物質(zhì)世界的真實(shí)表現(xiàn)，亦即對(duì)真實(shí)世界的動(dòng)態(tài)模擬。設(shè)計(jì)則泛指圍繞產(chǎn)品全生命周期的整個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程。虛擬設(shè)計(jì)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用或?qū)崿F(xiàn)。

圖14-7汽車的虛擬設(shè)計(jì)Date2014章虛擬設(shè)計(jì)14.2.2虛擬制造VD和虛擬制造(VirtualManufacture，VM)既有聯(lián)系又有區(qū)別VM是指利用計(jì)算機(jī)模型和仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。從某種意義上說(shuō)，VD是VM的重要組成部分。根據(jù)目前VM研究中不同的側(cè)重點(diǎn)，可將VM歸納成3類1)以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造。這就是虛擬設(shè)計(jì)。它將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中,并且在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)字化的“制造”。其主要目的是盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中潛在的問(wèn)題。2)以生產(chǎn)為中心的虛擬制造。將仿真能力加入到生產(chǎn)計(jì)劃模型中．其目的是方便和快捷地評(píng)價(jià)多種生產(chǎn)計(jì)劃，優(yōu)化制造環(huán)境的配置和生產(chǎn)的供給計(jì)劃。3)以控制為中心的虛擬制造。將仿真能力增加到設(shè)備控制模型中，提供對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程仿真的環(huán)境。其目的是優(yōu)化制造過(guò)程，改進(jìn)制造系統(tǒng)。Date2114章虛擬設(shè)計(jì)14.2.3虛擬原型虛擬原型(VirtualPrototype)也叫虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct)、虛擬樣機(jī)VP是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是基于知識(shí)的產(chǎn)品模型,是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品模型在虛擬環(huán)境中的映像。虛擬原型的核心是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，同時(shí)還包括：三維CAD建模技術(shù)、有限元分析技術(shù)、機(jī)電液控制技術(shù)、最優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。Date2214章虛擬設(shè)計(jì)14.2.3虛擬原型虛擬原型的特點(diǎn)：1）是數(shù)字化定義的產(chǎn)品模型。圖14-8

2)應(yīng)該具有其物理原型的形體和表現(xiàn)，可以在計(jì)算機(jī)上逼真展示產(chǎn)品性能。幾何外形信息是全面和完整的；產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息是詳盡的。3)應(yīng)該能以自然方式被人感受虛擬原型的發(fā)展將增強(qiáng)虛擬設(shè)計(jì)的能力，虛擬設(shè)計(jì)為虛擬原型提供了應(yīng)用環(huán)境。圖14-8渲染幾何體的細(xì)部Date2314章虛擬設(shè)計(jì)14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系(1)虛擬設(shè)計(jì)與仿真。虛擬設(shè)計(jì)依靠仿真技術(shù)來(lái)模擬設(shè)計(jì)、裝配和生產(chǎn)過(guò)程，使設(shè)計(jì)者可以在計(jì)算機(jī)中“制造”產(chǎn)品。仿真是虛擬設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而虛擬設(shè)計(jì)是仿真的擴(kuò)展。傳統(tǒng)意義上的仿真一般不強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，用戶基本上是“旁觀者”，沒(méi)有“身臨其境”的感覺(jué)。在虛擬設(shè)計(jì)中，模型往往是動(dòng)態(tài)的。用戶看到的景象會(huì)隨視點(diǎn)的變化即時(shí)改變、可以和場(chǎng)景中物體進(jìn)行交互、讓感官接收到在真實(shí)情況中才能接收到的信息，增加了現(xiàn)場(chǎng)的沉浸感．使人“身臨其境”。Date2414章虛擬設(shè)計(jì)14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系(2)虛擬設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。虛擬設(shè)計(jì)依靠計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來(lái)建立計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化模型，這種模型可以表達(dá)三維的立體數(shù)據(jù)，還可以像真實(shí)物品一樣可視、可運(yùn)動(dòng)。從人機(jī)交互的自然程度來(lái)看，虛擬設(shè)計(jì)要遠(yuǎn)勝于在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上建立的CAD系統(tǒng)，而且虛擬設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)用戶感知方式的多樣性，可使用戶更“直接”地感知模型的物理特性。CAD模型往往是提供給專業(yè)人員使用，而虛擬設(shè)計(jì)更支持不同技術(shù)背景，甚至非專業(yè)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)與討論。從基礎(chǔ)技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)又是虛擬設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，虛擬設(shè)計(jì)采用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，大量采用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)來(lái)渲染場(chǎng)景，增加場(chǎng)景真實(shí)性。Date2514章虛擬設(shè)計(jì)14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系(3)虛擬設(shè)計(jì)與可視化?？梢暬且环N計(jì)算機(jī)方法，它將信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像，使研究者能觀察他們的模擬與計(jì)算，以豐富科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。按模擬執(zhí)行與結(jié)果圖像的結(jié)合程度，可視化研究分為3個(gè)層次：后置處理：圖形顯示是在數(shù)據(jù)計(jì)算后產(chǎn)生的，與數(shù)據(jù)源之間沒(méi)有交互，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果圖像可方便地重復(fù)顯示，如計(jì)算流體力學(xué)、有限元計(jì)算結(jié)果的后置處理跟蹤：圖形顯示與計(jì)算過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，特點(diǎn)：①是計(jì)算中間結(jié)果及最后結(jié)果都能及時(shí)顯示，因而對(duì)計(jì)算中的錯(cuò)誤可以及早發(fā)現(xiàn)，必要時(shí)可以停止執(zhí)行，②圖像直接從數(shù)據(jù)中產(chǎn)生，甚至數(shù)據(jù)無(wú)須寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)中?？刂疲涸谟?jì)算過(guò)程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，對(duì)數(shù)值模擬進(jìn)行直接控制和引導(dǎo)。當(dāng)可視化達(dá)到控制層次時(shí)，應(yīng)可納入VR的范疇，

可視化主要強(qiáng)調(diào)了“視覺(jué)”通道的人機(jī)界面。虛擬設(shè)計(jì)為了揭露虛擬原型的本質(zhì)——功能、性能，

可視化技術(shù)是其關(guān)鍵的支撐技術(shù)。Date2614章虛擬設(shè)計(jì)14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系(4)虛擬設(shè)計(jì)與多媒體技術(shù)。多媒體技術(shù)中的“媒體”Multimedia一詞，其含義是信息的載體，如圖形、文字、聲音、圖像等。計(jì)算機(jī)中的信息通過(guò)這些媒體來(lái)表達(dá)。如果媒體攜帶的信息種類僅有一種，則此媒體稱單媒體如果媒體攜帶的信息是文、圖和聲的綜合，則稱多媒體多媒體技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為核心的集圖、文、聲、像處理技術(shù)于—體的綜合性處理技術(shù)。多媒體技術(shù)雖然強(qiáng)調(diào)了多種信息“通道”，但主要還是提供視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，感知范圍沒(méi)有虛擬設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)VR廣，虛擬設(shè)計(jì)還包括了觸覺(jué)、力覺(jué)等感知。一般說(shuō)來(lái)，多媒體技術(shù)不強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互性，如可視場(chǎng)景不隨用戶視點(diǎn)而變，因此，它提供的真實(shí)感不同于VR的存在感。Date2714章虛擬設(shè)計(jì)14.2.4虛擬設(shè)計(jì)與其他概念之間的關(guān)系(5)虛擬設(shè)計(jì)與虛擬企業(yè)。VirtualEnterprise虛擬企業(yè)是敏捷制造的動(dòng)態(tài)組織形態(tài)。它是指為了贏得某—市場(chǎng)機(jī)遇，圍繞某種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，通過(guò)選用不同組織或公司的優(yōu)勢(shì)資源，綜合成單一的靠網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)系的階段性經(jīng)營(yíng)實(shí)體，也稱動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟具有集成性和實(shí)效性兩大特點(diǎn)，它實(shí)質(zhì)上是不同組織或企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成，隨市場(chǎng)機(jī)遇的存亡而聚散。在虛擬企業(yè)中的伙伴能共享受生產(chǎn)、工藝和產(chǎn)品的信息，這些信息以數(shù)據(jù)的形式表示，能夠分布到不同的計(jì)算環(huán)境中。虛擬企業(yè)和虛擬設(shè)計(jì)沒(méi)有很強(qiáng)的相互依賴關(guān)系。虛擬企業(yè)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下快速和敏捷的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)組織和管理。虛擬設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是仿真產(chǎn)品的生命周期中的各個(gè)活動(dòng)。Date2814章虛擬設(shè)計(jì)VD與7個(gè)概念的辨別虛擬設(shè)計(jì)VD的概念與相關(guān)的7個(gè)概念有相對(duì)獨(dú)立性。虛擬制造是指利用計(jì)算機(jī)模型和仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。

以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造就是VD。虛擬原型增強(qiáng)VD的能力，VD為虛擬原型提供了應(yīng)用環(huán)境。仿真不強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性。仿真是VD的基礎(chǔ)，而VD是仿真的擴(kuò)展。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是建立CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

VD依靠計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來(lái)建立計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化模型?？梢暬_(dá)到控制層次，就進(jìn)入VD的范疇，

可視化技術(shù)是VD關(guān)鍵的支撐技術(shù)。多媒體技術(shù)一般不強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互。它主要是提供視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，VD包括了觸覺(jué)、力覺(jué)等感知。虛擬企業(yè)強(qiáng)調(diào)環(huán)境下快速和敏捷的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)組織和管理。

VD的重點(diǎn)是仿真產(chǎn)品的生命周期中的各個(gè)活動(dòng)?！顳ate2914章虛擬設(shè)計(jì)14.2.5虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)體系虛擬設(shè)計(jì)的“三要素”是：產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)、環(huán)境定義數(shù)據(jù)、產(chǎn)品與環(huán)境的交互作用規(guī)律。虛擬設(shè)計(jì)意味著用數(shù)字模型代替物理原型來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的分析與評(píng)價(jià)。它以產(chǎn)品的CAD模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用不同的分析方法可以檢驗(yàn)并改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果。CAE系統(tǒng)，如有限元方法(FEM)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真可以提供有關(guān)產(chǎn)品性能的詳細(xì)信息。虛擬設(shè)計(jì)將動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建模和仿真方法結(jié)合，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了新的可能方法，使不同的設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。與物理原型相比，虛擬原型生成快，能直接操作和修改，數(shù)據(jù)是可重用的。應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)可以大大減少對(duì)真實(shí)原型的需求數(shù)量，并加快產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)。這意味著極大地減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用。Date3014章虛擬設(shè)計(jì)14.2.5虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)體系圖14-9虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)字原型支持下的各種性能分析和仿真、以及虛擬原型支持下的各種性能分析，在各種技術(shù)的支撐下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段在計(jì)算機(jī)上的虛擬化。圖14-9虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的體系框圖概念設(shè)計(jì)用戶需求系統(tǒng)功能分功能系統(tǒng)綜合初模型詳細(xì)設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能設(shè)計(jì)數(shù)字原型有限元分析性能分析運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真試驗(yàn)動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)虛擬原型…可制造性分析人因工程分析可維修性分析可裝配性分析虛擬試驗(yàn)與測(cè)試產(chǎn)品開(kāi)發(fā)產(chǎn)品生命周期管理技術(shù)集成技術(shù)支撐技術(shù)優(yōu)化技術(shù)可視化技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真技術(shù)建模技術(shù)評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人因工程學(xué)Date3114章虛擬設(shè)計(jì)14.3虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS14.3.2不需要傳送數(shù)據(jù)的VDS14.3.3虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)Date3214章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)(VDS)：基于VR技術(shù)的CAD系統(tǒng)。一個(gè)VDS要具備3個(gè)功能：1)3D用戶界面。設(shè)計(jì)者用手勢(shì)、聲音、球標(biāo)等多種方式進(jìn)行交互。2)選擇參數(shù)。設(shè)計(jì)者用各種交互方式選擇或激活一個(gè)在虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)修改原來(lái)的數(shù)據(jù)。參數(shù)修改后，在虛擬環(huán)境中的模型變成新模型。3)數(shù)據(jù)傳送機(jī)制。模型修改后所生成的數(shù)據(jù)要傳送到CAD/CAM系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中所修改的模型有時(shí)還要返回到CAD/CAM系B/S統(tǒng)中進(jìn)行精確整理和再輸出圖形。這是雙向數(shù)據(jù)傳送機(jī)制。Date3314章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS圖中下方的方框中比較成熟的部分。VR部分由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)接口、核心層、VR應(yīng)用層、C/S層或者B/S層組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與客戶取得聯(lián)系；開(kāi)展協(xié)同工作。圖14-10虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Client/Server層虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用層核心層Date3414章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS根據(jù)是否需要傳送數(shù)據(jù)，可以將VDS分為兩種：1）需要傳送數(shù)據(jù)的VDS，

它包含一個(gè)獨(dú)立的CAD/CAM系統(tǒng)，為虛擬環(huán)境提供建造模型的功能。2）不必有數(shù)據(jù)傳送的VDS，

在虛擬環(huán)境中建造模型，稱為VR-CAD系統(tǒng)。Date3514章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS圖14-11VEDAM-虛擬設(shè)計(jì)、裝配和制造系統(tǒng)主界面用戶數(shù)據(jù)集成器參數(shù)化CAD/CAM系統(tǒng)VDEVAEVMEMMEVEDAMDate3614章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS圖14-11一個(gè)設(shè)計(jì)、裝配和制造虛擬環(huán)境系統(tǒng)（VEDAM）的基本原理。VAE是虛擬裝配環(huán)境，VME是虛擬制造環(huán)境，VDE是虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境。在本系統(tǒng)中，VDE、VAE和VME可獨(dú)立使用。參數(shù)化CAD/CAM系統(tǒng)可以Pro/Engineer，或AutoCAD等。1）MME。它是用戶用“參數(shù)化CAD/CAM系統(tǒng)”建造產(chǎn)品模型后的儲(chǔ)存處。它是VEDAM系統(tǒng)中唯一的一個(gè)不在沉浸環(huán)境中的模塊。2）主界面。它是用戶和虛擬環(huán)境交互的主要界面，它可以是頭盔中的顯示器，也可以是計(jì)算機(jī)屏幕、大投影屏幕。3）數(shù)據(jù)集成器。它是“模型管理器”的一部分，負(fù)責(zé)在虛擬環(huán)境和CAD/CAM系統(tǒng)之間的雙向傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。4）VEDAM的軟件配置。①C++，用于寫(xiě)所有的對(duì)象類程序；②Performer2.0，生成圖形；③Pro/Engineer，生成三維圖形。圖14-11VEDAM-虛擬設(shè)計(jì)、裝配和制造系統(tǒng)主界面用戶數(shù)據(jù)集成器參數(shù)化CAD/CAM系統(tǒng)VDEVAEVMEMMEVEDAMDate3714章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS(2)需要傳送數(shù)據(jù)的VDS的組成該系統(tǒng)中有兩大分支：①用于建立虛擬環(huán)境主界面的對(duì)象類；②用于開(kāi)發(fā)虛擬環(huán)境中的軟件工具的對(duì)象類。每個(gè)分支所包含的對(duì)象類及其相互關(guān)系，圖14-12。該圖只表示各對(duì)象類之間的主要關(guān)系，有些對(duì)象類，如幾何類、參數(shù)類和兩大分支都有關(guān)系。對(duì)象類之間的錯(cuò)綜關(guān)系在編制軟件時(shí)先編制一個(gè)相互關(guān)系的流程圖。Date3814章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS圖14-12需要傳送數(shù)據(jù)的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成Date3914章虛擬設(shè)計(jì)14.3.1需要傳送數(shù)據(jù)的VDS（3）需要傳送數(shù)據(jù)的VDS的開(kāi)發(fā)步驟1)確定一個(gè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；2)選定一個(gè)和虛擬環(huán)境協(xié)同工作的CAD/CAM系統(tǒng)，了解其數(shù)據(jù)表達(dá)和傳送的機(jī)制，并用它來(lái)建造所要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的零件和部件的三維模型；3)確定一個(gè)需要建立的虛擬環(huán)境，明確其功能、規(guī)模和使用的硬件設(shè)備、工具軟件、編程語(yǔ)言及數(shù)據(jù)表達(dá)；4)確定CAD／CAM系統(tǒng)和所要建立的虛擬環(huán)境之間的數(shù)據(jù)交換方式；5)建立各對(duì)象類的模塊，明確各模塊之間的關(guān)系，集成起來(lái)，進(jìn)行調(diào)試。測(cè)試雙向數(shù)據(jù)交換的效果和考核整體效果。Date4014章虛擬設(shè)計(jì)14.3.2不需要傳送數(shù)據(jù)的VDSVR-CAD最主要的特點(diǎn)是用戶直接在3D虛擬環(huán)境中造型?；谶@個(gè)特點(diǎn)，VR-CAD系統(tǒng)的組成和建造方法可歸納如下：1)建立一個(gè)基本體系庫(kù)，包括：長(zhǎng)方體、圓柱體、球體、圓環(huán)體等，選擇一個(gè)在虛擬環(huán)境中建模工具軟件，如WKTTM。2)確定在虛擬環(huán)境中基本體素之間的交互方法。選擇合適的硬件來(lái)完成交互操作，例如用手勢(shì)控制、聲音控制。3)確定用基本體素完成機(jī)械零部件造型以后所要求的精度。對(duì)精度要求不高的場(chǎng)所，如概念設(shè)計(jì)階段，可采用一般的碰撞檢查方法；對(duì)精度要求高的場(chǎng)所，如需要完成零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，可采用基于約束的方法或許用運(yùn)動(dòng)法等達(dá)到一定的裝配精度。4)建造一個(gè)交互界面，觀察造型過(guò)程及結(jié)果，選用不同的圖形顯示裝置，例如選用PC及立體眼鏡。

Date4114章虛擬設(shè)計(jì)14.3.3虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)VDS一般應(yīng)具有兩個(gè)基本模式：漫游模式和造型模式。在漫游模式下，用戶可以在設(shè)計(jì)空間中，依靠手、眼的運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)音命令的導(dǎo)航來(lái)查看已經(jīng)生成的幾何形體，系統(tǒng)為用戶提供實(shí)時(shí)三維圖象、聲音和觸覺(jué)反饋。在造型模式下，用戶可以通過(guò)手、眼的運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)音命令來(lái)創(chuàng)建和修改幾何形體．系統(tǒng)也為用戶提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)的反饋。設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中可在兩種模式間方便地切換。用以定義用戶行為的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是建立界面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，用戶的每一個(gè)行為都用網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)來(lái)表示，由于一個(gè)行為的前后又有可供選擇的行為，因此這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就形成了一個(gè)代表這個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Date4214章虛擬設(shè)計(jì)14.3.3虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)初步的分析認(rèn)為與漫游模式和造型模式關(guān)系最密切的結(jié)點(diǎn)有l(wèi)0個(gè)(也就是一種行為)，圖14-14。設(shè)計(jì)人員可以在這些結(jié)點(diǎn)間自由切換并通過(guò)語(yǔ)音命令來(lái)創(chuàng)建形體。例如，生成形體的行為(結(jié)點(diǎn)②)可以后續(xù)尺寸定義(結(jié)點(diǎn)④)和定位(結(jié)點(diǎn)⑤)等行為。

圖14-14虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)Date4314章虛擬設(shè)計(jì)14.4虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件配置14.4.1虛擬環(huán)境生成器14.4.2外圍部分Date4414章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器（1）功能與結(jié)構(gòu)虛擬環(huán)境生成器的功能是根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)和用戶的要求在工具軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下產(chǎn)生任務(wù)所需的、多維的、宜人化的情景和實(shí)例。它由計(jì)算機(jī)的基本軟硬件、軟件開(kāi)發(fā)工具和其他配件（如聲卡、圖形卡等）組成，實(shí)際上就是一個(gè)包括各種數(shù)據(jù)庫(kù)的高性能圖形的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)包含著對(duì)虛擬對(duì)象的描述，以及對(duì)象運(yùn)動(dòng)、行為、碰撞等性質(zhì)的描述。它可能包括多臺(tái)計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)完成圖像的實(shí)時(shí)顯示以及處理其他各種數(shù)據(jù)。這個(gè)部分還包含著三維聲音處理器、計(jì)算機(jī)仿真模擬管理器和應(yīng)用系統(tǒng)等。Date4514章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器幾何造型系統(tǒng)是VDS的關(guān)鍵。它提供描述虛擬物體外形、顏色、位置等的各種信息。圖14-14是一個(gè)采用了兩塊圖形加速卡的基本PC機(jī)的虛擬環(huán)境生成器。圖中的兩塊三維圖形加速卡分擔(dān)了CPU大量的計(jì)算任務(wù)，并減少了通過(guò)PC總線的通信。圖形命令由CPU以壓縮形式發(fā)送給圖形卡，然后分別對(duì)兩眼視圖進(jìn)行成像處理。Date4614章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器圖14-14虛擬環(huán)境生成器RGB-NTSC轉(zhuǎn)換頭盔式顯示器三維聲卡三維圖形加速卡位置方向跟蹤三維圖形加速卡RGB-NTSC轉(zhuǎn)換CPUPC總線Date4714章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器（2）VDS中的三維立體圖像的顯示原理在現(xiàn)實(shí)世界中，人看到各種物體，實(shí)際上看到的是物體反射過(guò)來(lái)的光波。人看到物體的顏色和現(xiàn)狀的同時(shí)，也看到了它的深度和運(yùn)動(dòng)。在用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生虛擬圖像時(shí)，應(yīng)考慮到：人是用兩只眼睛從稍稍不同的觀察點(diǎn)觀察三維景物的，然后大腦將這些稍有不同的觀察點(diǎn)組合成一個(gè)立體圖像，這樣人就能感到圖像的深度，這就是人的立體視覺(jué)。在虛擬環(huán)境中，人眼并未直接接收來(lái)自真實(shí)世界的反射光波，而是接收計(jì)算機(jī)生成的信號(hào)并由VDS顯示設(shè)備轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的光波。人腦對(duì)這種代替光波進(jìn)行解釋，供用戶產(chǎn)生可以看見(jiàn)真實(shí)世界的感受。Date4814章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器傳統(tǒng)CAD的立體圖形有三種：1）采用線框圖構(gòu)成的三維圖形。這是最基本的圖形，它實(shí)際是在二維屏幕展示具有三維效果的圖形。

2）三維實(shí)體圖形。它是以各種顏色、圖案、紋理等填充過(guò)的圖形，在視覺(jué)上具有三維的效果。3）三維立體圖形。它借助于光照、濃淡和明暗技術(shù)，產(chǎn)生了真正的三維立體效果。這三種都是由常見(jiàn)的二維圖解輸入/輸出設(shè)備創(chuàng)建的，都不是VDS中的三維圖形。Date4914章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器VDS的三維圖形與一般圖形系統(tǒng)的立體圖形的主要區(qū)別是：在VDS中三維立體圖，以左右眼為視點(diǎn)，分別計(jì)算它們的透視投影視圖，然后把這兩幅視圖信息分別送到左右眼顯示器，通常這種立體顯示設(shè)備在兩只眼鏡前面的顯示器是彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的，顯示的圖像是根據(jù)對(duì)應(yīng)單只眼的視點(diǎn)坐標(biāo)分別計(jì)算出來(lái)的。當(dāng)左右眼接收到圖像后，再通過(guò)大腦把左右眼個(gè)別觀察到的兩幅圖像疊加并融合到一起，便產(chǎn)生出一幅具有深度感的三維立體圖像。普通立體圖形的透視圖，只考慮了單個(gè)視點(diǎn)，左右眼視線交于屏幕的同一點(diǎn)。它的視覺(jué)立體感效果是通過(guò)透視、消隱、陰影、紋理等處理而獲得的，其立體感不強(qiáng)，且常依賴于人的經(jīng)驗(yàn)的想象。Date5014章虛擬設(shè)計(jì)14.4.1虛擬環(huán)境生成器VDS中的三維圖像與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)三維圖形在成像技術(shù)上有下列不同：⑴成像速度快。通常應(yīng)在1/10~1/25s產(chǎn)生一幀圖像，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)三維圖形需要幾分鐘甚至幾小時(shí)產(chǎn)生一幀圖像。⑵成像質(zhì)量較好。具有較強(qiáng)的真實(shí)性。但不同于要求很高的真實(shí)感圖像。⑶采用關(guān)有接近人眼視覺(jué)深度成像模型。⑷能產(chǎn)生大范圍、復(fù)雜的環(huán)境圖像，包括復(fù)雜的地形、建筑物等，并能清楚地查看物體的細(xì)節(jié)。Date5114章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分交互工具。包括能為用戶提供各種感受的輸出工具，如頭盔式顯示器、立體眼鏡、立體聲音耳機(jī)、觸覺(jué)反饋裝置等，以及能測(cè)定視線方向、識(shí)別手勢(shì)和語(yǔ)言等的輸入裝置，如頭部跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣和空間跟蹤器等。虛擬環(huán)境生成器聲音系統(tǒng)語(yǔ)音命令觸覺(jué)系統(tǒng)手勢(shì)及動(dòng)作視覺(jué)系統(tǒng)眼的運(yùn)動(dòng)三維聲場(chǎng)觸覺(jué)反饋三維圖像輸入輸出圖14-15虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要交互方式Date5214章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分1)頭盔式顯示器HMDHead-MountedDisplay也有人稱它是VR眼鏡。它是一種比較高級(jí)的視覺(jué)顯示裝置。它將圖像直接提供給眼睛，而將所有的無(wú)關(guān)視覺(jué)信息進(jìn)行過(guò)濾。它要配合頭部跟蹤設(shè)備一起使用。跟蹤設(shè)備將用戶頭部的位置及方向告訴計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就可以調(diào)整用戶所要看到的視景。它一般有兩個(gè)液晶顯示器協(xié)調(diào)工作，為用戶實(shí)時(shí)提供三維立體圖像。圖14-16是早期的一種頭盔式顯示器外形。圖14-16V8TM頭盔的外形（重1kg）Date5314章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分圖14-17表示了該頭盔的機(jī)械調(diào)節(jié)部位。頭盔中裝有廣角電路，還有隨著頭部運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)裝置。優(yōu)點(diǎn)：沉浸感強(qiáng)、用戶行走自由等。缺點(diǎn)：用戶頭部有壓迫感，不便于查看和處理現(xiàn)實(shí)空間中的事物，液晶顯示器分辯率較低。圖14-17V8TM頭盔的機(jī)械調(diào)節(jié)部位Date5414章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分2）立體眼鏡。它是一副特殊的服鏡，用戶戴在眼睛上能從顯示器上看到立體的圖像。立體眼鏡（圖14-18）的鏡片由液晶快門(mén)組成，通電后能實(shí)現(xiàn)高速（60Hz）的左右切換，讓用戶左右眼看到的圖像不相同，并融合圖像為單一的場(chǎng)景和景深，從而產(chǎn)生立體感覺(jué)。圖14-18立體眼鏡（CrystalEye公司生產(chǎn)）Date5514章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分3）立體聲音耳機(jī)。三維聲音處理包括聲間合成、3D聲音定位和語(yǔ)言識(shí)別。三維聲音輸出可以作為一個(gè)獨(dú)立的反饋通道與視覺(jué)反饋并行處理。在三維聲場(chǎng)中，聲音會(huì)根據(jù)具體的視覺(jué)場(chǎng)景使用戶聽(tīng)到的聲音好象發(fā)自相應(yīng)的物體，從而使用戶感到虛擬環(huán)境更加真實(shí)。Date5614章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分4）觸覺(jué)反饋裝置觸覺(jué)內(nèi)容十分豐富，包括接觸反饋、力覺(jué)反饋和動(dòng)覺(jué)反饋。動(dòng)覺(jué)反饋也可歸屬于力覺(jué)反饋

的范圍，它主要向用戶提供沖力和動(dòng)感。接觸反饋是指系統(tǒng)提供給用戶的有關(guān)物體表面紋理、材質(zhì)、溫度、運(yùn)動(dòng)阻力等感覺(jué)。常見(jiàn)的模擬不同觸覺(jué)紋理的方法是，利用電信號(hào)或振動(dòng)來(lái)刺激人手的相應(yīng)特征。提供力覺(jué)反饋的常見(jiàn)方法是采用操縱桿時(shí)通過(guò)機(jī)械臂傳遞給用戶對(duì)虛擬物體的作用力，如圖14-19所示。力覺(jué)反饋裝置一般對(duì)力經(jīng)過(guò)適當(dāng)縮放，主要應(yīng)用于虛擬雕刻和裝配。圖14-19力覺(jué)反饋裝置Date5714章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分5）頭部跟蹤器常用的是電磁式跟蹤器，其原理是發(fā)射器順序生成3個(gè)電磁場(chǎng)，3個(gè)接收器每周期接收9個(gè)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)。通過(guò)分析9個(gè)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)的便可計(jì)算出頭部的位置和方向。發(fā)射器和接收器分別置于某一固定位置和用戶的頭盔上。Date5814章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分6）數(shù)據(jù)手套它是最有用的三維輸入工具。它以數(shù)字的形式將手和手指的運(yùn)動(dòng)傳給計(jì)算機(jī)。CyberGlove是CyberCAD虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境中虛擬技術(shù)一個(gè)理想的接口設(shè)備，被廣泛用來(lái)創(chuàng)建、終止、定位三維物體。圖14-20。Date5914章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分CyberGlove有22個(gè)傳感器，每個(gè)手指有三個(gè)彎曲傳感器和一個(gè)外展肌傳感器。拇指與小手指由一個(gè)傳感器相連，手腕處有一個(gè)傳感器。它是一種高精度設(shè)備，能夠提供準(zhǔn)確而連續(xù)的輸出。CyberGlove的傳感器輸出僅依賴手指關(guān)節(jié)的角度，而與關(guān)節(jié)的突出無(wú)關(guān)。其傳感器輸出和彎曲角度成線性關(guān)系，因此對(duì)于關(guān)節(jié)彎曲極點(diǎn)，分辨率不會(huì)下降。圖14-20數(shù)據(jù)手套的外形a）5DTDataGlove16c）CyberGloveb）CyberGraspDate6014章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分?jǐn)?shù)據(jù)手套工作原理圖14-21當(dāng)手活動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)手套對(duì)手指的彎曲、張角和手的絕對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)。由主機(jī)通過(guò)25條指令集進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)手套以30~60Hz的速率傳送記錄。用同步命令可以使用左、右手套。當(dāng)兩個(gè)跟蹤系統(tǒng)被同時(shí)使用時(shí)，我們就不得不對(duì)各自的傳輸器進(jìn)行改進(jìn)。圖14-21數(shù)據(jù)手套的工作原理Date6114章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分7）數(shù)據(jù)衣它是一種利用人體姿勢(shì)的計(jì)算機(jī)輸入系統(tǒng)。它采用了與數(shù)據(jù)手套相同的光纖彎曲傳感技術(shù)。數(shù)據(jù)手套中測(cè)量５個(gè)手指的彎曲一般用12根或15根光維導(dǎo)線。數(shù)據(jù)衣要對(duì)人體大約50個(gè)不同的關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量。包括膝蓋、手臂、軀干和腳。另外數(shù)據(jù)衣上也使用了4個(gè)磁跟蹤器：每只手上一個(gè)、頭上一個(gè)，另一個(gè)裝在衣服的背部。它的確是一種很理想的數(shù)據(jù)輸入工具，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、過(guò)于笨重以及標(biāo)定困難等問(wèn)題，目前難以普通采用。Date6214章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分8）空間跟蹤器。

是一種6自由度圖形輸入裝置，名為鳥(niǎo)標(biāo)BirdTM

組成：鳥(niǎo)標(biāo)的主體，接收器和一個(gè)6-DOF鼠標(biāo)。功能：由于每一個(gè)接收器每秒鐘可以測(cè)定144個(gè)位置和方向，在144Hz下工作，因此當(dāng)它跟蹤用戶的頭或身體其他部位關(guān)節(jié)的動(dòng)作時(shí)，用戶感覺(jué)不到任何滯后，滯后率只有10ms。圖14-22鳥(niǎo)標(biāo)Date6314章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分鳥(niǎo)標(biāo)族FlokofBirdsTM組成：由4個(gè)鳥(niǎo)標(biāo)主體。還有傳送器、接收器、6-DOF鼠標(biāo)，一個(gè)電子箱和功率供應(yīng)器。功能：鳥(niǎo)標(biāo)族可以同時(shí)跟蹤30個(gè)接受器，可以全面地跟蹤人體的各部分活動(dòng)。接收器的體積很小(25.4mmx25.4mm×20mm)，重是輕，可以方便地使用。多個(gè)接收器同時(shí)工作時(shí)，可以同時(shí)測(cè)定各部位的位置和方向，鳥(niǎo)標(biāo)族的實(shí)時(shí)圖形顯示功能很強(qiáng)。圖14-23鳥(niǎo)標(biāo)族Date6414章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分9）球標(biāo)（SpaceBall）。它的名稱很多，如：三維鼠標(biāo)(3DMouse)，空間鼠標(biāo)(SpaceMouse)，立體鼠標(biāo)（CubicMouse），6自由度鼠標(biāo)(6-DOFMouse)，空間球(SpaceBall)，三維球(3Ball)等，其外形如圖14-24所示。(b)球標(biāo)2003(a)6個(gè)自由度的空間鼠標(biāo)(c)球標(biāo)3003(d)球標(biāo)4000圖14-24球標(biāo)的外形Date6514章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分普通的鼠標(biāo)只能感受在平面的運(yùn)動(dòng)，而立體鼠標(biāo)能夠感受用戶在6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包括3個(gè)平移參數(shù)和3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。球標(biāo)2003(SpaceBall2003TM)。在主體座上有一個(gè)動(dòng)力傳感球(PowerSensorBall)和前方的8個(gè)功能鍵，并有導(dǎo)線和圖形顯示器相聯(lián)接。球的直徑為61mm，可以察覺(jué)用戶手指尖上非常細(xì)微的壓力和扭矩；壓力為0.5—20N，扭矩為15~600N·mm。當(dāng)手指尖上的壓力和扭矩沿x、y、z鈾的方向施加在球上時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上的3D圖形便可以在6個(gè)自由度的范圍內(nèi)實(shí)時(shí)地移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，它的功能是：可以單獨(dú)使用，如果和另外一個(gè)數(shù)字化筆(DigitizerStylus)聯(lián)合使用，效率更高。如果同時(shí)采用兩種設(shè)備，球標(biāo)2003控制3D圖形，數(shù)字化筆可以通過(guò)菜單及指針來(lái)增加功能。用戶可以用他習(xí)慣的手(如右手)握住數(shù)字化筆，而用另一只手(左手)來(lái)操作球標(biāo)2003。Date6614章虛擬設(shè)計(jì)14.4.2外圍部分球標(biāo)3003(SpaceBall3003TM)。它與球標(biāo)2003比較，用途更加廣泛。它是無(wú)繩結(jié)構(gòu)，不需要導(dǎo)線和計(jì)算機(jī)相聯(lián)接。使用時(shí)，一手執(zhí)球標(biāo)3003，另一手執(zhí)鼠標(biāo)，作指點(diǎn)菜單用。球標(biāo)4000(SpaceBall4000TM)。它是2003及3003型的換代產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)方面，一邊有9個(gè)功能鍵，用手指操作；另一邊有3個(gè)功能鍵，用大姆指操作。另外還有10個(gè)可供編程的軟件功能鍵。4000型的本體上半部可以翻轉(zhuǎn)180°和下半部結(jié)合，以便用戶左、右手使用。球的直徑稍小(56mm)，便于操作。當(dāng)用戶選擇某一種CAD軟件(如Pro/Engineer)后，在計(jì)算機(jī)窗口上就可顯示各功能鍵的作用。Date6714章虛擬設(shè)計(jì)14.5虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)VCDVirtualConceptualDesign14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)VADVirtualAssemblyDesign14.5.3虛擬人因?qū)W設(shè)計(jì)VEDVirtualErgonomicsDesign14.5.4虛擬電廠設(shè)計(jì)VPPDVirtualPowerPlantDesignDate6814章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)是指對(duì)產(chǎn)品或零件的從頭開(kāi)始的原理方案構(gòu)思，它的目的是為了捕捉產(chǎn)品的基本形狀。產(chǎn)品在該階段，其形狀及精確尺寸尚未定死，設(shè)計(jì)人員有一定的變更自由。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行CAD建模時(shí)必須給出產(chǎn)品的具體形狀特性和精確尺寸，這些細(xì)節(jié)在該階段可能沒(méi)有必要或者根本無(wú)法確定。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)往往采用一維的鍵盤(pán)和二維的鼠標(biāo)作為輸入工具，無(wú)法與三維環(huán)境進(jìn)行流暢地交互。1996年美國(guó)Wisconsin-Madisou大學(xué)研制出了一個(gè)概念虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)COVIRDS（ConceptualVirtualDesignSystem）圖14-25為應(yīng)用場(chǎng)景。該系統(tǒng)克服了CAD建模的上述缺點(diǎn)，該系統(tǒng)包含三項(xiàng)技術(shù)：（1）CAD建模軟件。（2）用戶交互設(shè)計(jì)。（3）VR技術(shù)。Date6914章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)圖14-25利用COVIRDS進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)的工作場(chǎng)景Date7014章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)圖14-26是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。COVIRDS的虛擬環(huán)境生成器相當(dāng)于CAD軟件的應(yīng)用部分。它的外圍部分相當(dāng)于CAD軟件的輸入輸出部分，其適用性大為加強(qiáng)。其應(yīng)用部分需要加工數(shù)據(jù)以確定用戶及其手的位置，要用到碰撞檢測(cè)技術(shù)，以判斷手與零件模型之間是否進(jìn)行了交互。輸入部分要有軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)三維輸入設(shè)備以取得數(shù)據(jù);

輸出部分若用頭盔式顯示器HMD，需把計(jì)算機(jī)的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)為HMD可接受的信號(hào)。Date7114章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)（1）CAD建模軟件。它提供兩種建模方式：1）參數(shù)建模。它是使用各種參數(shù)來(lái)定義設(shè)計(jì)對(duì)象，用于創(chuàng)建具有標(biāo)準(zhǔn)幾何形體（如圓柱、圓錐、立方體等）的零件。2）自由式建模。它利用雙手的活動(dòng)勾畫(huà)三維表面的草圖，用于創(chuàng)建不能用標(biāo)準(zhǔn)幾何形體描述的零件。（傳統(tǒng)的CAD，自由式建模常采用“制控點(diǎn)”法來(lái)定義設(shè)計(jì)對(duì)象的表面。）Date7214章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)（2）用戶交互設(shè)計(jì)。它為了更好地模擬自然的交互方式，把語(yǔ)音命令和手勢(shì)命令配合起來(lái)，用以定義零件的形狀尺寸。使用戶可以更直觀地與虛擬建模環(huán)境進(jìn)行交互，完成快速的概念設(shè)計(jì)。還消除了鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等輸入方式對(duì)用戶的限制。1）對(duì)于無(wú)須形狀的精確描繪和尺寸的定義，采用隱含命令方式，即用語(yǔ)音命令定義雙手動(dòng)作的內(nèi)容，手的位置定義對(duì)象的尺寸等參數(shù)。例1設(shè)計(jì)者可以在手勢(shì)描述的同時(shí)發(fā)出語(yǔ)言命令：“這么寬、這么高”（當(dāng)說(shuō)到“這么”時(shí)，設(shè)計(jì)者手的位置確定了零件模型的尺寸）。零件的尺寸就這樣以隱含的方式得到了定義。例2需要繪制具有自由表面的零件時(shí)，設(shè)計(jì)者可以發(fā)出口令：“繪制這樣形狀的零件”，同時(shí)通過(guò)手的移動(dòng)來(lái)定義零件的形狀。2）對(duì)于要精確定義對(duì)象的幾何尺寸，可使用顯示命令方式，即僅通過(guò)語(yǔ)音命令來(lái)確定操作內(nèi)容和參數(shù)定義。例3發(fā)出語(yǔ)言命令：“創(chuàng)建立方體，長(zhǎng)10，寬10，高5”，則添加一個(gè)立方體例4“放置對(duì)象：X=10，Y=10，Z=10”，則可改變對(duì)象的位置和方位Date7314章虛擬設(shè)計(jì)14.5.1虛擬概念設(shè)計(jì)（3）VR技術(shù)。系統(tǒng)還可以為用戶提供三維立體圖像，用戶可在三維空間中對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行觀察和操作。1）它能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)快速檢查、修改設(shè)計(jì)的環(huán)境，它提供了基于語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)跟蹤的交互式修改模式，設(shè)計(jì)者可方便地修改對(duì)象的參數(shù)或自由表面的形狀。例5若要為現(xiàn)有的一個(gè)對(duì)象添加一個(gè)孔，設(shè)計(jì)者可指著需要打孔的位置并發(fā)出語(yǔ)音命令：“打孔，直徑12，深15”，一個(gè)孔就這樣在該位置被創(chuàng)建了。2）在表面修改模式下，設(shè)計(jì)者可以對(duì)物體的材料類型（選擇塑性的或彈性的），表面特征（為對(duì)象表面添加“凸臺(tái)”或“過(guò)渡曲面”等）進(jìn)行變更；也可利用系統(tǒng)提供的虛擬工具對(duì)物體表面進(jìn)行精細(xì)的修改。例6可使用球面工具、圓錐面工具加工出高層的過(guò)渡曲面。也可把設(shè)計(jì)者的手看作一種虛擬的成型工具，用戶來(lái)創(chuàng)建或修改對(duì)象類似于陶匠塑造陶器。Date7414章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)圖14-26COVIRDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三維音響Date7514章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱虛擬裝配VA。定義：無(wú)需產(chǎn)品或支撐過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)，只需通過(guò)分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、可視化和?shù)據(jù)表達(dá)等手段，利用計(jì)算機(jī)工具來(lái)安排或輔助與裝配有關(guān)的工程決策。對(duì)于概念設(shè)計(jì)，并行設(shè)計(jì)，虛擬裝配都很重要。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的、最難發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題就是裝配和維修方面的問(wèn)題。因?yàn)閂A可幫設(shè)計(jì)者考核產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的可裝配性和可維修性，可幫設(shè)計(jì)者預(yù)先考核該產(chǎn)品上市的時(shí)間的快慢和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。利用虛擬裝配技術(shù)獲得裝配信息。先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以為特殊的零部件裝配創(chuàng)建一定的“區(qū)域（Zone）”，要同時(shí)考慮裝配及維修的需要。這些信息對(duì)裝配工藝的選擇具有很大的意義，因此也影響著設(shè)計(jì)方案的選擇。Date7614章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配技術(shù)。它包括VR技術(shù)、高級(jí)可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論、裝配制造工藝及工具的開(kāi)發(fā)等。在虛擬裝配研究工作中，作為一個(gè)裝配體中各零件之間的相互裝配的交互基礎(chǔ)，有兩類方法：1）基于物理建模法Physically-basedModeling2）基于約束的幾何建模法Constraint-basedGeometricModelingDate7714章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)例1虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境VADE為了探討虛擬裝配設(shè)計(jì)的可行性以及虛擬系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)，華盛頓州立大學(xué)開(kāi)發(fā)研制了一個(gè)名為“虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境”（VirtualAssembleDesignEnvironment），簡(jiǎn)稱VADE的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工作初期，便可考慮有關(guān)裝拆的問(wèn)題，以避免這些方面的缺陷，可以獲得裝配軌跡和裝配順序等信息。供變更設(shè)計(jì)、培訓(xùn)設(shè)計(jì)人員、送入CAPP、生成機(jī)器人工作路徑、輔助設(shè)計(jì)電子元件的專用裝配工具等。VADE系統(tǒng)配置見(jiàn)圖14-27。Date7814章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)圖14-27VADE系統(tǒng)配置Date7914章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)例2研究發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝過(guò)程的VDS美國(guó)麥道飛機(jī)公司采用了沉浸式的VR系統(tǒng)以幫助新型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。這個(gè)VDS首先用來(lái)研究發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝過(guò)程，尤其是用來(lái)發(fā)現(xiàn)拆裝過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)是否可能與其他零件發(fā)生干擾。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝過(guò)程可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行。若要進(jìn)行拆卸，首先打開(kāi)虛擬的發(fā)動(dòng)機(jī)艙門(mén)，把拖車放到發(fā)動(dòng)機(jī)的下面，然后用千斤頂將拖車頂?shù)揭欢ǖ母叨取＝酉氯タ墒褂锰摂M工具把固定發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓松開(kāi)，再把發(fā)動(dòng)機(jī)固定在拖車上，降低拖車，把發(fā)動(dòng)機(jī)移出去進(jìn)行維修或替換。安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程與拆卸類似，只是過(guò)程相反。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)從飛機(jī)上拆下以后，這個(gè)虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件還可以再拆。利用VDS，人們可以為特定的零件開(kāi)發(fā)專用工具，檢查零件拆裝是否方便，零件安裝有關(guān)困難等等。系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞計(jì)算，如果發(fā)生了碰撞，那么一定會(huì)發(fā)出聲音或放出火光的。若需要詳細(xì)觀察，可進(jìn)行場(chǎng)景凍結(jié)。觀察者可以利用虛擬量具測(cè)量?jī)蓚€(gè)對(duì)象的間距。用戶可以跟蹤、存儲(chǔ)所有的動(dòng)作和場(chǎng)景，并可再次播放。Date8014章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)Date8114章虛擬設(shè)計(jì)14.5.2虛擬裝配設(shè)計(jì)例3雙手操作進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)圖14-28

這是一種在水平式顯示屏幕上作裝配設(shè)計(jì)的方法，可以多用戶使用，并用雙手操作，在屏幕上移動(dòng)虛擬部件進(jìn)行裝配。優(yōu)點(diǎn)：可以使多個(gè)用戶在相互討論的情況下同時(shí)在水平的屏幕上設(shè)計(jì)3D裝配體，直觀而方便地在屏幕上移動(dòng)多個(gè)模型，不需要建模，提高了效率。它免除了戴頭盔操作時(shí)一人使用的局限性和令人疲勞的弊病。硬件：水平顯示裝置，數(shù)據(jù)手套，跟蹤傳感