1） 虚拟建模；

    2） 工程学与数据分析；

    3） 网络的并行设计；

    4） 参数交互时的可视化。

    3.3 虚拟设计关键的科学理论依据

    1） 全息产品的建模理论和方法；
   
    2） 设计过程的规划、集成与功能化；

    3） 虚拟环境下的人机工程学；

    4） 产生虚拟环境的工具库、数据库；
   
    5） 虚拟环境与设计过程的融合。

    3.4 虚拟设计按照配置的档次可分为两大类

    一类是基于PC 机的廉价设计系统；另一类是基于工作站的高档产品开发设计系统。虽然分为两类，但工作原理是一样的。 基于PC 机设计系统，主要是由于其廉价性，对于小型虚拟设计系统的开发非常适宜，并且它的用户比较广泛，所以具有广阔的市场前景。随着PC 机性能的迅速提高，越来越多的问题完全可以利用PC 机解决，如目前应用较广泛的软件UG、CAXA、Proe 等都是微机版，连工作站应用的软件之一CATIA 也发行了微机版本。但是由于当前机的PC 发展仍不够完善，还很难胜任大型复杂产品的虚拟设计，所以功能强大的高档工作站就被用来进行大型复杂产品的虚拟设计。

    3.5 虚拟设计系统按应用的情况分类

    虚拟设计是以计算机辅助设计(CAD)为基础，利用虚拟现实技术发展的一种新的设计系统。这种设计系统按应用的情况又可分为：增强的可视化系统和基于虚拟现实的CAD 系统。

    (1) 增强的可视化系统

    利用现行的CAD 系统进行建模，虚拟环境系统对数据格式进行适当的转换，然后输出虚拟环境。在虚拟环境中利用三维的交互设备（如头盔式显示器、数据手套等）在一个“虚拟”真实的环境中，设计人员对虚拟模型进行多视角的观察。目前投入使用的虚拟设计大多采用增强的可视化系统，这主要是由于基于虚拟环境建模系统的技术还不够完善，而CAD 建模技术比较成熟，所以广泛应用。

    (2) 基于虚拟现实的CAD 系统（即虚拟设计系统）

    利用这项技术系统，设计人员就可以在虚拟环境中进行建模等设计活动。与纯粹的可视化系统相反，这种系统不再使用传统的二维交互手段进行建模，而是直接进行三维设计。它利用三维的输入设备将相应数据输入，与虚拟环境进行交互。这种系统也支持像语音识别、手势、眼神等，这种系统不需培训即可掌握，普通设计人员稍微熟悉了解使用方法便可以进行产品设计。通过实践验证，这种虚拟设计系统比现行的CAD 系统的设计效率至少提高5~10 倍。目前很多大的汽车公司，在产品设计中都采用了虚拟设计技术，如通用汽车公司、大众汽车公司、福特汽车公司、丰田汽车公司等都运用了这项技术。随着科学技术的不断进步，虚拟设计技术在产品的概念设计、工装夹具设计、装配设计、人机工程学等方面将发挥重大作用。

    3.6 基于虚拟现实的CAD 系统结构

    3.6.1 虚拟现实环境生成部分

    虚拟现实环境生成部分是虚拟设计系统的核心部分，其任务是根据用户需求，通过各种工具软件及数据库来产生完成任务必需的、多维的、具有真实感的情景和实例。虚拟现实环境生成部分由各种计算机软硬件、软件开发器及其他配件组成。其中的几何建模系统是用来生成对象和操作对象的，几何建模系统是虚拟设计系统中最关键、最复杂的部分。

    人机交互、数据转换、信号控制的各种工具。虚拟设计系统提供了多种人机交互方式，使人机交互更自然、更有效率，人机交互方式是双向性，即输入和输出模式。虚拟设计系统中的人机交互技术大致有三种：视觉、听觉、触觉。如图所示：（人机交互示意图）
   
    随着计算机技术的迅猛发展，软件和硬件技术的提高，人机交互工具的品种越来越多，功能越来越强，使用越来越方便；操作环境简单，生成场景、实体容易逼真。根据目前的最新统计，主要的人机交互工具和系统有：

    1） 多维语音处理系统——CONVOLVOTRON 系统等。

    2） 视觉输出系统——头盔显示器，双目全方位显示器，桌面显示器，光闸眼镜等。