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。 3）触觉反馈系统——力反馈手套，CYBER TOUGH触觉反馈系统，力反馈接口等。 4）探测追踪工具——如头盔追踪器，多维探测器，鸟标，数据手套，数据衣服等。
3.6.2 在用虚拟现实设计的方法进行产品的设计时，需要的虚拟设计系统，包括以下几个部分
(1) 几何建模系统
它是虚拟设计的核心，它的进一步应用是动态过程仿真，图形数据处理，有限元分析，动画制作等，实体建模可以在计算机内部对几何物体进行唯一的无冲突的完整描述。
实体建模的主要任务在于为虚拟产品提供数据库，这个数据库不仅存储随机信息，而且还可以集成产品模型的形式存储开发过程中所收集的信息，并尽可能提供较大的应用范围和后续过程使用。为了使设计团体能够在计算机中查看或操纵实体模型，以及精确交流设计
意图，就必须在造型时全面考虑产品的制造、工艺、装配等各种信息，使零件的造型顺序尽量与实际的工序一致，特征的定位也应与实际加工的基准一致。应让工艺人员能根据清晰的模型树快速制出零件的加工工艺。
(2) 复杂外形、特征处理系统
虚拟产品的开发设计是一种参数化和面向特征的设计。在产品设计过程中，从构思到加工材料的确定是个逐渐细化详述的过程，需要频繁地修改直至满足各项要求，这一过程可利用具有可变参数几何建模的参数化设计。目前大多数CAD 系统都提供了参数化设计功能，这也是人机交互的必备功能。
产品的设计、制造、装配以及应用过程中包含许多信息，为了使这些信息共享并保证其完整性、一致性，必须采用面向特征的设计方法，可以满足所有阶段的要求。特征中存储的信息涉及产品开发的所有阶段。所以复杂外形、特征处理系统是虚拟设计的重要组成部分。
(3) 数据管理系统
由于整个产品开发过程中会形成大量信息，这些信息包括产品过程的数字模型和这种模型的连续循环以及整个产品开发过程中相关的过程信息等，并且由于参与设计的包括生产厂商、设计、制造、合作伙伴、客户、配件商等，他们在地理位置上往往很分散，而且计算机品种各种各样，因此要使产品信息流能够在公司内外畅通无阻，得以有效传输和共享，就必须有强有力的产品数据和信息管理软件的支持，使整个生产过程的每个环节都能进行有效的控制。
(4) 计算机分析系统
它主要分析构件对失效的安全性、产品功能性检测、外部因素影响的综合评价、通过轻型化构造减少重量、充分利用材料并进行优化排料设计、经济性的加工分析、有限元分析。
(5) 仿真技术系统
仿真作为研究任意动态系统的方法，在虚拟产品中广泛应用。利用仿真技术，人们在早期产品规划阶段就可以预示产品的特性，了解所采用的加工方法的结果或加工进程的可行性，这样可以及早发现问题和错误，否则在以后的阶段才能发现问题，这就会增加修改的时间、
工作量、成本。
(6) 输入输出及图形表达系统
(7) 各种接口系统以及虚拟的人机工程学系统
3.7 虚拟概念设计使用的手段
它是采用听觉、视觉及触觉的交互方式，使设计人员能自然、直观的与虚拟建模环境进行交互，快速完成概念的设计。虚拟装配设计是通过研究产品的拆装过程，可在虚拟环境中来检验产品的各部件以及是否与其他部件发生干涉，同时也可以在虚拟环境中对产品进行装配和拆卸操作，根据产品部件的具体形状开发专用的工具以适应零件的拆装，还可考验操作的难易性等，这样就代替了实物模型及样机的制造。虚拟人机工程学的设计能够满足产品的人机工程学方面的要求，通过这样的系统，设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数，来修改虚拟零件的位置等以满足不同的消费者对产品的要求。
基于虚拟现实的CAD 系统可以使设计人员置身于虚拟环境中，通过触觉、听觉、视觉的交互手段来完成产品的基本形状的生成和组合等过程。基于虚拟现实的CAD 系统的功能比较强大。它有生成实体功能，调用已有实体功能，编辑实体功能，装配实体功能，选择实体功能，约束及重约束实体及实体间的关系功能，查询各种数据、实体的功能。
3.8 基于虚拟现实的CAD 系统的主要特点
1）虚拟设计系统将人在CAD 环境下的活动提升到了人机交融一体的交互活动，具有智能化的特点，可以发挥人的设计才能。
2）因为在虚拟设计中，对虚拟产品进行了多方位的分析、评价、修改、检验，保证了产品的结构合理性，降低了产品的成本，缩短了产品的开发周期。
3.9 基于虚拟现实的CAD 系统存在的不足
1）硬件技术：计算机的处理能力和各种人机交互系统的功能还需进一步提高。
2）数据的交换功能：它包括从虚拟环境到CAD 系统的数据交换和从CAD 到虚拟环境的数据交换两个方面。比较难于实现的是前者，从CAD 到虚拟环境的数据交换也无法将诸如材料信息、零件信息和力学特性等很完美地传送到虚拟环境中。
3）数据缩减技术：由于零件的数据信息量非常庞大，为了实时显示特征性的、有用的数据，必须有更好的数据缩减技术。
4）网络传输速度：由于目前网络传输速度比较慢，使设计、制造异地化、网络化进展缓慢。
4 虚拟制造VM(Virtual Manufacturing)
它是虚拟现实（Virtual Reality）技术在制造中的应用。虚拟现实技术是借助计算机、多媒体声像技术及先进的传感器技术，虚构的一种场景，给人以身临其境的真实感觉。其过程为：在产品设计阶段，充分考虑产品性能要求，制造过程，成本价格和市场销售等产品全生命周期的影响因素，利用虚拟制造软硬件资源通过建立统一的产品生命周期模型，在计算机上实时并行地动态模拟产品的工艺设计、制造过程、生产调度、库存管理、成本估算和质量控制等生产活动，以便全面确定产品设计和生产的合理性，减少产品投资风险，从而更有效、更经济、更灵活地组织生产，以达到新产品的开发周期最短，成本最低，设计质量最优的目的。虚拟制造技术将对制造业产生革命性的影响。它是并行工程、敏捷制造、精益生产的关键性技术，是设计高质量产品的有力保证。
4.1 虚拟制造技术在车间生产中的应用
虚拟制造技术在提高生产车间制造水平方面有特别大的辅助作用，它提出建立一个离散事件仿真驱动的加工制造单元虚拟环境，它着眼于制造单元的VR 模型的建立、系统仿真的关系以及在仿真事件下的动画设计实现。用户可在计算机模拟的真实场景中观察到加工中产品的变化过程。通过计算机模拟来评估产品的功能和可加工性等方面存在的问题，这将使制造技术具有更高的集成化、智能化的特点。虚拟制造环境系统将采用模块化及同阶控制结构来进行控制，而不是采用传统的中心化控制结构或是递解控制结构，此制造系统除在制造过程中具有敏捷性和经济性外，它在生产控制和管理方面还应具有智能化的特性。一个较好的虚拟制造环境，应把人、软硬件资源，产品生命周期的活动评价以及真实制造系统积极地协调起来；它包括三位造型阶段、可靠性分析、色彩分析、成本分析、各种优化设计和市场需求分析等几个模块，虚拟技术可以大大缩短研发、制造的准备周期。
总之，随着新技术、新工艺的不断发展，虚拟现实技术也将越来越成熟，它对汽车行业的发展将起到决定性的作用。(end)