引言

　　虚拟制造技术是利用计算机技术对所要进行的生产和制造活动进行全面的建模和仿真，包括产品的设计、加工、装配、物流、资源计划和调配、组织和管理等。在产品的设计阶段就实时地模拟出产品的形状和工作状况、制造过程、检查产品的可制造性和设计合理性、预测其制造周期和使用性能，以便及时修改设计，更有效地灵活组织生产，缩短产品研制周期，获得最佳的产品质量和效益。

　　按虚拟制造技术的功能可分为：面向产品的虚拟制造技术和面向生产过程组织管理的虚拟制造技术。前者着重于产品的设计、制造、使用、检验及评价的建模与仿真，后者则着重于生产过程的计划、组织管理、资源调度、物流、信息流等的建模与仿真。

　　虚拟现实技术是利用计算机技术建立一种逼真的虚拟环境，在这个环境中，人们的视觉、听觉和触觉等的感受象是在真实的环境中一样，即有“身临其境”的感觉，人们可以沉浸在这个环境中与环境进行实时交互。这就是它的所谓“沉浸性”、“实时性”和“主动的交互性”。在这个环境中，设计、制造和使用的产品，并不是实物，不消耗实际材料，也不需要机床等设备，他只是一种图象和声音的所谓“数字产品”而已。利用这种数字产品，我们可以进行产品的外观审查和修改、装配模拟和干涉检查、机械的运动仿真、零件的加工模拟，乃至产品的工作性能模拟与评价，以便在产品的生命周期的上游设计阶段就可以消除设计的缺陷、评价加工的可行性和合理性，预测产品的成本和使用性能，提出修改的措施和方法。虚拟现实技术为我们实施并行工程、敏捷制造，减少失误和返工、缩短研制周期和提高产品质量提供了一个最佳的环境。可见，虚拟现实技术与面向产品的虚拟制造技术的关系最为密切。

　　虚拟现实技术是80年代才刚刚提出来的，随着计算机技术的迅速发展，是在90年代得到人们的极大重视而获得迅速发展、很快进入实用阶段，尤其在军事、娱乐方面首先获得的成功应用是令人振奋的。现在的情况是，一方面，其软、硬件技术的发展日新月异；另一方面，其软、硬件的价格惊人地高，而价格下跌之快也十分惊人，还有些技术尚处于初级阶段，并不能令人满意，软件功能也不能满足需要。

　　在现有的条件和技术的基础上，如何充分地发挥虚拟现实技术的作用，为我们的制造业作出有益的贡献，是我们的责任。

　　1、虚拟现实技术的基本要求

　　从人类获取信息的方式看，视觉是最主要的，它占人们获取的信息量的70%，其次是听觉、触觉和味觉。为了实现逼真的效果，满足人的视觉和听觉习惯，虚拟环境的图象和声响应是三维立体的；为了达到实时性，图象至少应有60120Hz的帧频，还要随时响应人们的操纵信号，延迟不能超过0.1秒。因此，虚拟现实技术对计算机的计算处理速度和显示器的要求很高，多数系统和高质量的系统都是在工作站上开发的，并要配备高级图形加速卡。但这两年，微机性能大幅度提高，已经在微机上实现了较高质量的虚拟现实技术。成本降低和微机的普及性，将大大推动该技术的应用与发展。

　　人们通过视觉获得外界物体的形状、空间位置和速度，要通过人的静态、动态和生理的立体深度线索来获取。静态深度线索主要是空间内物体的位置、遮挡关系、大小和清晰度等，这在我们的三维造型的投影关系中已经考虑进去了。物体运动产生的动感和位置变化，就要求计算机必须实时地计算和处理图象，只有超出人的视觉暂留时间，一般不少于30帧/秒，才能获得平滑稳定的图象，而不会出现闪烁。这就是我们目前的一般三维动画所要求和应达到的。但这样的三维图形和动画在屏幕上是二维显示的，就象我们用一只眼睛看物体，缺乏物体的深度感和立体感。实践表明，人的双目视差对物体的深度感起决定的作用。要达到自然的物体立体效果，就必须用“两只眼睛”看物体。

　　在计算机虚拟环境中的图象，就必须将人的两只眼睛的图象分开计算和处理，相应地要求有分开的图象显示。目前常用的是头盔式显示器，但较高高分辨率的头盔式显示器价格超过$50000。在桌面虚拟环境中，是在普通显示器上显示双图象或交替显示双目图象，再通过光阀眼镜分离两眼看到的图象。因此，采用双目图象交替显示时，显示器的帧频必须是普通显示方式的两倍以上。再考虑到光阀眼镜的延迟，帧频不少于80Hz才不出现闪烁现象。

　　双目分开的图象就要求计算机必须实时计算和处理80帧/秒以上的图象。这个实时性要求是很高的，故多采用工作站作为主机。在微机上的游戏软件中，以前的方法是采用很低的分辨率和二维图象。随着微机速度的提高，目前可以采用三维图象，但分辨率仍很低。采用高档图形加速卡，可以大大加快计算速度，可以达到32bit彩色、1600*1200分辨率、4MTriangles/s和100Mpixel/s纹理，已经使得微机平台上的虚拟现实技术进入了实用阶段。