1.什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)？

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，以下簡稱VR），是集合仿真技術(shù)、計算機圖形學、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)而開發(fā)出來的一種計算機仿真系統(tǒng)，能夠創(chuàng)建并讓用戶感受到原本只有真實世界才會擁有的體驗。

　　簡單來說，VR技術(shù)能夠?qū)⒂脩舻母兄胗伤鼊?chuàng)建的虛擬世界，并讓用戶以為眼前的一切都是真實的，它最重要的目標就是真實的體驗和方便自然的人機交互。

2.VR技術(shù)發(fā)展史

　　VR技術(shù)的淵源，可以追溯到二十世紀四十年代初，當時為減少飛行員的時間和經(jīng)費，美國開始了飛行模擬器的設(shè)計。這個早期的模擬器是一個非常笨重的機器，雖然飛行的視覺感受很不直觀，但該項技術(shù)代表了VR技術(shù)的雛形。

　　1966年，美國MIT的林肯實驗室開展了頭盔顯示器（Head Mount Display，以下簡稱HMD）的研制工作，利用計算機生成HMD中的場景，代替攝像機拍攝的模擬圖象。第一個HMD十分笨重，懸掛在天花板上，并使用一個機械的注視跟蹤系統(tǒng)。在第一個HMD樣機完成不久，研制者又把能夠模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到系統(tǒng)中。第一個力反饋操縱桿是由貝爾實驗室的Michael Noll在60年代研制成功的，當用戶與一個由計算機所創(chuàng)建的物體發(fā)生碰撞時，用戶會感到某種程度的“震動感”。進入20實際90年代，VR研究熱潮轉(zhuǎn)到民營高科技企業(yè)，集中于進一步提高仿真系統(tǒng)的逼真性和沉浸感。代表成果是VPL公司生產(chǎn)出的第一套數(shù)據(jù)手套。如今，VR技術(shù)正處于一個百花齊放的狀態(tài)。最近來訪中國的Facebook創(chuàng)始人馬克?扎克伯格提到，2016年會是消費者的VR之年。目前主流的VR設(shè)備，代表性企業(yè)巨頭分別是谷歌、三星、Oculus、HTC及索尼，分別推出了各自的HMD。

3.VR技術(shù)的特點

　　VR技術(shù)具有3-I特征，即沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和構(gòu)想（Imagination）。借助交互設(shè)備可以使得產(chǎn)品設(shè)計者以接近自然的方式與虛擬環(huán)境中的設(shè)計對象進行交互，對用戶的位置、姿態(tài)和語言等作出實時響應，并能方便展開創(chuàng)新聯(lián)想。VR技術(shù)利用計算機技術(shù)生成一個逼真的，具有視、聽、觸與力感等多種感知的虛擬環(huán)境，具有實時三維空間表現(xiàn)能力，具有替代物理樣機的巨大潛力，有效擴展了人類認知手段和領(lǐng)域，是21世紀軍事科技中最有可能從根本上改變武器系統(tǒng)研制方式的技術(shù)，也將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變。

　4.VR技術(shù)與飛機設(shè)計

　　現(xiàn)代飛機技術(shù)越來越復雜，性能要求也更加苛刻，而研制周期卻越來越短，應用VR技術(shù)已成為確保飛機研制成功的關(guān)鍵手段。在飛機設(shè)計過程中，應用VR技術(shù)提前開展性能仿真演示、人機功效分析、總體布置、裝配與維修性評估，能夠及早發(fā)現(xiàn)、彌補設(shè)計缺陷，實現(xiàn)“設(shè)計-分析-改進”的閉環(huán)迭代。

　　VR技術(shù)對飛機設(shè)計能力的促進作用體現(xiàn)在以下3個方面：

　　1）讓用戶在產(chǎn)品設(shè)計初期進行沉浸式虛擬體驗，增強用戶信息，搶占市場先機；

　　2）基本取代實物樣機，變“后實物驗證”為“先虛擬體驗”，大量節(jié)省飛機研制經(jīng)費，縮短研制周期，符合綠色航空設(shè)計和低碳經(jīng)濟理念；

　　3）避免將設(shè)計缺陷帶入后續(xù)研制階段，大大減少反復更改活動，真正實現(xiàn)了設(shè)計一次成功，提升飛機質(zhì)量。氣動性能設(shè)計人員可以看到“真實”飛機的外形，以及流場分布、壓力分布的情況；結(jié)構(gòu)強度設(shè)計人員可以“穿越”到飛機框架中，結(jié)合應力計算的可視化結(jié)果，非常直觀地檢查結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系和維修的可達性；駕駛艙設(shè)計人員穿上數(shù)據(jù)衣，帶上具有觸覺的數(shù)據(jù)手套，可以“坐”在駕駛艙里“觸碰”控制按鈕，更加準確地評估設(shè)計方案的合理性和效率；客艙布置設(shè)計人員可以“進入”客艙內(nèi)部，在線改變座椅的布局方式、內(nèi)飾方案，身臨其境地體驗乘客的感受。

5.VR技術(shù)與飛機裝配

　　鑒于現(xiàn)代飛機裝配制造具有裝配精度高和各環(huán)節(jié)裝配協(xié)調(diào)關(guān)系緊密復雜等特點，這就決定了飛機裝配技術(shù)在飛機制造中成為了一個非常重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)飛機設(shè)計采用三維設(shè)計軟件，但在裝配方面大多數(shù)還是依靠傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場直接安裝，且二維裝配工藝不能夠充分利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)，在裝配過程中增加了工作量，同時在轉(zhuǎn)化的過程中，設(shè)計人員需要在腦海中想象三維模型，再用二維圖像進行表達，這加大了工作量，容易出現(xiàn)錯誤。因此在傳統(tǒng)飛機裝配技術(shù)基礎(chǔ)上，采用虛擬裝配能夠及時發(fā)現(xiàn)飛機設(shè)計過程中存在的問題，從而能夠有效地提高整個飛機的裝配效率。在虛擬裝配的過程中，裝配人員可以身臨其境地建立裝配的模型，確定裝配關(guān)系，規(guī)劃好裝配路徑和序列；同時還可以實時檢測裝配中的干涉、碰撞等，對可行性作出正確的評價。當發(fā)現(xiàn)裝配中存在問題時，能夠第一時間進行調(diào)節(jié)和解決，大大提高了裝配的效率。

6.VR技術(shù)在航空制造的應用案例

　　波音777的設(shè)計是VR技術(shù)應用的一個早期案例。波音777由300萬個零件組成，這些零件的設(shè)計以及飛機的整體設(shè)計是在一個數(shù)百臺工作站的虛擬環(huán)境系統(tǒng)上進行的。當設(shè)計師帶上HMD后，就能穿行于這個虛擬“飛機”中去審視飛機的各項設(shè)計。過去為設(shè)計一架新型飛機必須先建造兩個實體模型，每個造價約為60萬美元；應用該技術(shù)后，不僅節(jié)省了研制經(jīng)費、縮短看了研制時間，而且保證了機翼和機身對合的一次成功。沒有機翼和輪子，也能完成飛機制造。在波音787夢想客機下線儀式上，并沒有出現(xiàn)真正的及其部件及飛機，而是以虛擬下線的方式標志著波音787的成功研制。波音公司的設(shè)計工程師西蒙?庫克表示，設(shè)計師們已經(jīng)在“熒幕”里創(chuàng)造出了飛機，并解決了設(shè)計中的所有漏洞和問題。以VR為代表的新一代數(shù)字化先進設(shè)計技術(shù)將整體項目進度和飛機研制成本縮短降低了將近一半。