虚拟现实技术在汽车设计中的应用(2)

李永耀　李国荣

摘 要：汽车是大众出行方式之一，其安全性、舒适性和驾驶体验都是不容忽视的因素，所以汽车行业要不断提高设计水平。本文围绕虚拟现实技术基本概念进行介绍，并阐述了其技术特征，并且从汽车设计的角度出发，简要论述了汽车设计中应用虚拟现实技术的相关策略。

关键词：虚拟现实技术 汽车设计 应用

1 引言

虚拟现实技术具备十分先进的输入设备，比如手势或者语音识别等，同时也具备丰富的反馈系统，比如声音、触觉以及立体视觉等方面，促使设计对象和设计者实现了多感知交互。事实证明，虚拟现实技术在使汽车设计方法和理念得到优化的同时，还节约了生产成本，提升了客户体验，也提高了研发效率。

2 在汽车设计中应用虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是通过计算机仿真系统在三维图像技术的支持下所营造的一个虚拟环境，在多种操作端和传感器的作用下，使人获得犹如身临其境一般的体验。近年来，汽车产业正在面临严峻挑战，迫切需要技术革新，而虚拟现实技术能够为汽车产业指明发展方向。虚拟现实技术能够将计算机和用户当做一个整体，能让用户犹如置身于真实情境中感受汽车环境和设备，当前虚拟现实技术正在不断完善，本着由浅入深、由简到繁的原则提高应用性能。

3 在汽车设计中应用虚拟现实技术原因分析

3.1 传统检测车身空气动力学特性方法不科学

为了提高车身外观设计科学性，需要检测车身空气动力学特性，然而传统检测方法存在成本高、准确性差的问题。

3.2 评估汽车外观与操作便捷性方法不合理

当今消费者对汽车美观度和操作便捷性越来越重视，所以需要进行模拟感受，而传统方法会受到视觉误差以及真实性等影响，检测效果难以保证。

3.3 在汽车装配过程中容易出现误差

在汽车设计过程中，汽车装配是重要环节之一，但是整个过程非常复杂，比如在一些零件装配或者机械系统装配时，很容易出现失误，对汽车质量产生影响。

4 虚拟现实技术在汽车设计中的应用策略

4.1 车身造型空气动力学特性检测

在设计汽车外观过程中，车身整体造型是否合理，对汽车空气动力学特征有很大影响，比如在行驶过程中，汽车外观呈现的不同造型对风阻系数等关键指标会产生影响，这就意味着汽车的行驶稳定性、汽车操控性以及汽车的燃油消耗量都会受到影响。在影响整车空气动力学特性的因素中，车身造型非常关键，因此车身外观设计一定要科学合理，而要想提升其合理性，便需要对车身空气动力学特征展开检测。在传统方法中，主要借助风洞实验进行检测，检测对象是用油泥制作的缩小比例的车身造型，将这个油泥模型放置于风动实验场，然后观察模型表面的变化或者观察空气流动烟雾，以测试相关性能。但是风动实验有一些问题难以避免。比如其制作的油泥模型和实物大小存在出入，所以检测结果存在误差;为了结果能够贴近实际，需要按照1：1比例设计车身模型，但是大尺寸的风洞结构比较复杂，且造价非常昂贵，并非所有汽车企业都能够负担;车身造型设计往往不能一步到位，需要修改，这就意味着需要重新制作实物模型，然后再次进行风洞实验。这些方法无法保证准确性，而且消耗的成本较大，这就需要设计师寻求有效的方法以及引进创新型技术解决这些问题。

比如设计师可以运用虚拟现实技术，在此技术支持下构建虚拟风洞，然后将精心设计的汽车数字模型放置在虚拟的风洞里，然后请一些经验丰富的实验者进行操控，将汽车在不同速度下的驾驶情况以及车身各部位在行驶中产生的空气流动路径和动态效果等进行模拟，在虚拟现实技术的作用下，这些路径都可以变成真实图像，并且連带的一些相关数学数据也能展开实时计算。这种方法省去了制作真实汽车设计模型的环节，也节省了大量的成本，同时也缩短了修改与检测汽车设计方案的周期。站在消费者角度而言，他们可以借助特殊的立体跟踪显示器感受虚拟空间的空气流场，让消费者犹如真实处于风洞中一般，而且消费者的出现不会干扰到流体运动。由于车身模型是按照1：1比例制作的，消费者可以充分研究车身空气动力学特征，也可以进行全方位的检查。

4.2 车身造型和内外饰的评价与审查

在开发新车型过程中，为了将实车的外形比例和细节真实的反映出来，通常开发者会按照1：1比例制作全尺寸样车模型，并且严格的按照预期的色彩上色。同时也要放置相应的内饰件，使各部位线条能够得到最终的确定。同时还对模型比例进行检查，以便确定其是否能够符合大众的视觉习惯。最后由决策者对全尺寸样车模型进行审查，然后决定是否正式生产该车型。此外还要考虑到车门把手的高度是否便于操作，车门的开度是否设计合理，乘客和驾驶员在车室内的视野是否足够开阔、各种踏板以及方向盘的位置是否舒适且便于操作、汽车仪表板的放置是否便于观察、座椅的位置和形状能否帮助驾驶员降低疲劳感等，这些都是整车质量评价指标。通常情况下，评价和检测这些内容是通过检测全尺寸样车模型进行的，而样车和全尺寸模型花费了大量人力、财力以及时间，一旦需要更改设计，整个流程也需要重新进行，这便限制了汽车开发进度，无形中增加了开发成本。此外，即使不考虑成本以及时间等问题，传统方法依然不可取，其原因在于传统方法容易受到视觉误差和真实性的影响，检测效果根本无法保证，所以设计者要寻求有效的措施。

比如可以采用虚拟现实技术，通过对汽车内外饰三维立体进行模拟，以影像的方式呈现出来，给设计人员一种犹如进入汽车内部的感受，从而能够站在驾驶员的角度去感受车内的布局、材质以及色彩的搭配效果等。比如设计人员可以结合数据手套或者立体眼镜等交互设备，进行相关的修改和体验。在此过程中，设计人员也可以直接进行实时模拟，也可以实现模拟不同中控台布局的操作体验。这种方法的优势在于设计人员能够站在使用者的角度感受汽车的设计合理性和汽车设计的质量，便于设计人员快速获取最佳的设计方案。在模拟的作用下，还能有效避免一些设计缺陷，使汽车功能设计和外观的可靠性得到保障。这样便省去了样车制作的繁琐过程，也缩短了车身的开发周期，尤其在当前市场竞争已经到达白热化阶段，汽车行业面临着巨大的挑战，若能采用新的设计手段，便能够在市场占有一席之地。因此，在汽车行业引入虚拟现实技术是一种必然趋势。

4.3 汽车装配模拟

在汽车设计过程中，汽车装备是重要环节之一，而且是在汽车工程师的配合下共同完成的，不仅提高了工艺过程的仿真产品设计的效率，同时也提高了生产计划的管理水平，也使生产作业控制可以有效的进行，让生产者和工艺工程师可以在计算机虚拟环境中调整和改进工装夹具和工艺流程。并且结合这些改变，判断对最终装配质量有哪些影响，以此为依据进行调整，可以有效提高产品的加工质量。在汽车整车质量中，汽车车体质量地位举足轻重，在车体制造中，装配水平起着关键性作用，尤其车体质量生产被车体生产装配的每一个环节所影响。在汽车装配过程中，无论是机械系统装配还是零件装配，任何环节对车身质量都会产生影响，因此设计者要综合考虑这些因素，并且寻求有效的策略。

比如设计者可以结合虚拟装配技术对现有制造方法进行改进，以便使产品的质量得到提高，力求在低成本条件下将车体整体误差控制在合理范围中。在汽车装配模拟检测中应用虚拟现实技术主要有以下几点意义：①有效排除了装配隐患。在虚拟现实技术的支持下，装配工程师可以结合设计方案展开模拟装配，如果在装配过程中发现影响因素，装配工作可以在实际装配系统中进行及时的修改，为后期实际装配生产奠定良好的基础。②降低成本。在汽车装配模拟检测中应用虚拟现实技术，可以测算不同装配方式、不同材料产生的各种成本，然后通过优化和调整，寻求最佳的成本体系，以便能够在实际装配过程中使用最合理的技术和材料以及制定最科学的工作安排，从而能够对成本进行有效的控制。③实现精细化装配模拟和检测。制作一辆汽车需要运用成千上万个零件，很多机械构件和零件之间的协调性和搭配性非常关键，在虚拟现实技术的支持下，可以将这些精细化零件的功能表现和装配效果进行模拟，让设计者进行直观的了解，如此便能使汽车精细化设计质量得到有效的提高。

5 结论

在汽车设计制造领域，虚拟现实技术作为一种先进的手段，有效提高了汽车设计制造的水平，并且在全球化得到了推广。虚拟现实技术的出现，凭借自身的智能化、交互性以及沉浸感特征，分别将汽车设计阶段的调整、优化和检测工作进行简化，使评估分析效率得到了提高，同时还降低了汽车设计与开发的成本以及保证了汽车设计的质量。

参考文献：

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