表(biao)1       風洞試驗環境仿真系統

1 技術性能

表3       1.1 規格

表4       系統的(de)主要作用如下：

表(biao)5       本(ben)系統(tong)主要用于風(feng)(feng)洞(dong)試(shi)(shi)驗相關的(de)(de)風(feng)(feng)洞(dong)、試(shi)(shi)驗設備(bei)以及風(feng)(feng)洞(dong)試(shi)(shi)驗模(mo)型等(deng)三維數模(mo)和三維場(chang)景(jing)的(de)(de)建(jian)立(li)，并能夠在真實感較強的(de)(de)三維環(huan)境中模(mo)擬設備(bei)的(de)(de)安裝使(shi)用情況，以及實現(xian)風(feng)(feng)洞(dong)試(shi)(shi)驗環(huan)境的(de)(de)虛擬漫游等(deng)功能。利用上(shang)述構建(jian)和應用上(shang)述風(feng)洞試驗設備設計與安裝使用的過程仿真環(huan)境，通過仿真(zhen)分析優化試(shi)驗，可以達到減少設計失誤，提高(gao)試(shi)驗(yan)效(xiao)率的(de)目(mu)的(de)。

表6       主要由(you)以下部分組成：

表7       1）三維數字(zi)化建模系(xi)統；

表8       2）DELMIA可(ke)視化(hua)裝配(pei)仿真系統；

表9       3）產品虛擬展示(shi)與(yu)培(pei)訓(xun)系統。

表10       主要實現(xian)的功能如下：

表(biao)11       1）實現(xian)3D環境下風(feng)洞試驗設(she)備與型號(hao)飛機(ji)模(mo)型等設(she)備的協同設(she)計；

表12       2）實現3D環(huan)境(jing)下可交互(hu)的虛擬(ni)裝(zhuang)配，直觀地驗證試驗設備與飛機(ji)模型等設備的(de)的(de)可裝配性和人機(ji)性能；

表13       3）實現(xian)風洞試驗環境的虛擬漫(man)游；

表14       4）實現(xian)3D環境下的(de)產品虛擬展示與(yu)虛擬培訓；

表(biao)15       主要技術規格如下：

1)       三(san)維(wei)數字化(hua)建模系統：

表16       （1）2套惠普Z840圖(tu)形(xing)(xing)工(gong)作(zuo)站，包括顯示器(qi)等外設(she)（本仿真(zhen)系統(tong)圖(tu)形(xing)(xing)工(gong)作(zuo)站共4臺，此處使用2臺）。

表(biao)17       2) DELMIA可視化裝配仿真系統：

表18       （1）Delmia系列軟件包含AP2，DBG-A等模塊(kuai)；

表19       （2）Ensight VR軟件；

表20       （3）4臺惠(hui)普Z840圖(tu)形工作站計算(suan)機集群；

表21       （4）主動立體CADWall由6100mm（寬）×2500mm（高）的高清背投(tou)屏幕和兩臺投影儀等組成；

表22       （5）5.1聲道立體(ti)聲音響系(xi)統(tong)。

表23       3）產品虛擬展示與培訓(xun)系(xi)統：

表24       （1）綜(zong)合仿(fang)真子系統一(yi)套；

表(biao)25       （2）硬件系統與DELMIA可視化裝(zhuang)配仿真(zhen)系統(tong)共用(yong)一套。

表26       1.2 *性和特色

表27       1.2.1*性

表28       采用國際上主流(liu)的(de)虛擬環境(jing)開發軟件系統以(yi)及(ji)國際主流(liu)的(de)虛擬環境(jing)建(jian)設硬件，構建(jian)風洞試驗(yan)設備設計與(yu)安裝使(shi)用的(de)過程仿(fang)真環境，通過仿真分析優化試驗流程，提高(gao)試驗效率；

表29       1.2.2特(te)色(se)

表30       風洞試驗環境仿真系統在研制時要考慮以下要求：

l                      系統(tong)具有良好的沉(chen)浸(jin)性和可交互性，提高現實感(gan)，激發用戶的想象。

l                      系統開發效率(lv)高(gao)，節省系統開發時間

l                      性能可靠

l                      能夠驗(yan)證試驗(yan)設備的可(ke)裝配(pei)性和(he)人機(ji)性能

l                      有效(xiao)地(di)進行(xing)試驗設備和型號模型的協同(tong)設計(ji)

l  ;  ;                  實(shi)現(xian)風洞試驗環境(jing)的虛擬(ni)漫(man)游(you)

l                      系統易(yi)于運行(xing)維護

l                      系統軟硬(ying)件環(huan)境具有較高的*性，體現(xian)虛擬現(xian)實領域的最好技術(shu)水平

2 系(xi)統的應用

表31       2.1 系統(tong)應用對象和(he)設計目標(biao)

表32       2.1.1未來使用風洞試驗環境仿真系統的主要對象

表(biao)33       1）中航工業氣動院(yuan)；

表34       2）國(guo)內主機廠所；

表35       3）各大院校及科研單位；

表36       4）其(qi)他單位(wei)；

表37       2.1.2風洞試驗環境仿真系統的建設目標

表38       采用國(guo)(guo)際(ji)上主流的(de)虛擬環(huan)境開發軟件(jian)系統以及(ji)國(guo)(guo)際(ji)主流的(de)虛擬環(huan)境建(jian)設硬件(jian)，構建(jian)風(feng)洞(dong)試(shi)驗設備設計與安(an)裝使用的(de)過程仿真環(huan)境，通過仿真(zhen)分析優化(hua)試(shi)驗流程，減少設計制造(zao)失誤(wu)，提高風洞試(shi)驗效率；

表39       1）建立三(san)維數字化建模(mo)系統(tong)。實現三(san)維虛擬(ni)環境下風洞試驗設(she)(she)(she)備(bei)(bei)與(yu)型(xing)號模(mo)型(xing)等設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的協同設(she)(she)(she)計。

表40       利用本系統的(de)軟硬件條(tiao)件可(ke)實現風洞(dong)試驗相關的(de)風洞設(she)備、天平、型(xing)號飛(fei)機模型(xing)、模(mo)型支撐機構(gou)等設(she)備的三維模型構(gou)建(jian)，實現試驗設(she)備與(yu)型號模型的協同(tong)設(she)計。

表41       在本系統的具體開發中，將(jiang)以中航工業氣(qi)動院FL-10風洞(dong)為(wei)藍本，建立(li)風洞(dong)廠房和試驗設(she)備的全套數字模(mo)型。

表42       2）建立DELMIA可視化裝配仿真系統。實現三維虛擬環境下可(ke)交互的(de)虛擬(ni)裝配，直觀地驗(yan)證試驗(yan)設備(bei)(bei)與(yu)飛機模擬等(deng)設備(bei)(bei)的(de)可裝配性(xing)和人機性(xing)能(neng)。

表43       本仿真系統(tong)利用國際軟件(jian)DELMIA可(ke)視化(hua)裝配仿真(zhen)系(xi)統(tong)，研(yan)發專門為裝配(pei)仿真開(kai)發和建立裝(zhuang)配(pei)文(wen)檔而設計的(de)(de)3D交互式圖形仿(fang)真工具(ju)，可以用(yong)來(lai)動態(tai)仿(fang)真復雜的(de)(de)裝(zhuang)配體(ti)裝(zhuang)拆工藝過程。通過在虛擬(ni)制造環(huan)境中對3D數字(zi)產品的(de)(de)操(cao)作，實現了對裝(zhuang)配(pei)(pei)過程的可(ke)視化(hua)檢驗及工藝指令生(sheng)成。這樣，在風洞試(shi)驗準(zhun)備階段，就可(ke)以直(zhi)接利用(yong)型(xing)號單(dan)位提供的三維模型(xing)與試(shi)驗裝(zhuang)置預裝(zhuang)配(pei)(pei)，檢查運動干涉，減(jian)少風洞的(de)占(zhan)用時間，縮(suo)短試(shi)驗設備的(de)研制周期、縮(suo)短風(feng)洞試(shi)驗的(de)輔助(zhu)時間(jian)，提(ti)高(gao)試(shi)驗設備的(de)研發效率。

表44       在建(jian)立(li)的FL-10風洞廠房和設備數模的基礎上，實現(xian)以下目標：

表(biao)45       （1）通過直觀演示試驗(yan)流程，可提前檢驗(yan)及(ji)評估試驗(yan)方案(an)的合理性并(bing)指導(dao)操作(zuo)人(ren)員工作(zuo)。可以有效地節(jie)約人(ren)員培(pei)訓時間，節(jie)省試驗(yan)費用。

表46       （2）對風洞模(mo)型(xing)及試驗設備進(jin)行虛擬裝(zhuang)配(pei)及人機工效評估。不但可以(yi)驗證設計方案的正確性(xing)，避免可能出現的干涉和其(qi)它不合理問題(ti)，而且可以評估模型裝(zhuang)配及(ji)更換狀態(tai)的(de)效(xiao)率(lv)及(ji)人機工(gong)效(xiao)。通過選擇最佳裝(zhuang)配方案(an)達(da)到提高裝(zhuang)配效(xiao)率(lv)，縮短模型準備時間的(de)目(mu)的(de)。

表47       （3）使客戶在(zai)設計(ji)階(jie)段了解產(chan)品成形后(hou)的(de)效果，在(zai)試(shi)(shi)驗(yan)前了解試(shi)(shi)驗(yan)過程是否如其所想，使客戶能動態、逼(bi)真、實時的(de)對(dui)產(chan)品和試(shi)(shi)驗(yan)進行(xing)評估。

表48       3）建立產品虛(xu)擬展示(shi)與培訓系統

表49       （1）實現風(feng)洞試(shi)驗環境的(de)虛擬漫游(you)。建立滿足(zu)3I（沉(chen)浸、交互、想象）要求的真(zhen)實(shi)(shi)的虛(xu)擬環境，使(shi)用(yong)戶(hu)能(neng)在遠程了解風洞試(shi)驗(yan)室的環境和試(shi)驗(yan)能(neng)力，使(shi)用(yong)戶(hu)在真(zhen)實(shi)(shi)試(shi)驗(yan)開始之前，就對要進行的風洞試(shi)驗(yan)有(you)深入的認識。

表50       （2）實現三維虛擬環境下(xia)的(de)產品虛擬展示(shi)(shi)(shi)與虛擬培訓。利用本(ben)系統在(zai)更真實的(de)環境下(xia)展示(shi)(shi)(shi)產品，用戶可隨(sui)心所欲的(de)控制產品展示(shi)(shi)(shi)的(de)過程(cheng)，了解(jie)產品性能。利用本(ben)系統還可對試(shi)驗設備(bei)(bei)操(cao)作人員進行虛擬系統培訓，以實現低成本(ben)、高(gao)效率地使操(cao)作人員快速掌握(wo)設備(bei)(bei)的(de)使用和維護。

表51       2.2 氣動(dong)院需要該系統的主要(yao)原因

表52       1）開發本系(xi)統是氣動院(yuan)提高(gao)(gao)試驗效率(lv)和提高(gao)(gao)勞動生(sheng)產率(lv)的迫切需求。

表53       目前，氣動院使(shi)用(yong)傳統的(de)管理方(fang)法和(he)(he)技術手(shou)段提高試驗(yan)效率(lv)和(he)(he)勞動生產率(lv)的(de)效果不明(ming)顯(xian)，潛(qian)力基本挖盡。必須轉變觀(guan)念(nian)，轉換思路，用(yong)新技術、新思路來提升效率(lv)。

表(biao)54       虛擬(ni)現實(shi)(shi)、人機工程(cheng)技術(shu)目前是驗(yan)(yan)(yan)證(zheng)風洞(dong)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)流程(cheng)及(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)設(she)備(bei)(bei)、模型人機工效的(de)高效仿真(zhen)的(de)手段(duan)。該技術(shu)能夠在(zai)設(she)計階段(duan)就檢查及(ji)評估出設(she)備(bei)(bei)安裝(zhuang)、操作過程(cheng)中(zhong)的(de)干涉錯誤、可(ke)達性(xing)、便捷性(xing)及(ji)人機效能等影響設(she)備(bei)(bei)運行效率(lv)的(de)性(xing)能參數。通過在(zai)風洞(dong)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)方案策劃及(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)設(she)備(bei)(bei)設(she)計階段(duan)使用(yong)該技術(shu)，可(ke)以(yi)在(zai)風洞(dong)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)實(shi)(shi)施階段(duan)較大(da)幅(fu)度地(di)提高設(she)備(bei)(bei)安裝(zhuang)的(de)可(ke)靠性(xing)，較少風洞(dong)設(she)備(bei)(bei)安裝(zhuang)及(ji)更換狀態時(shi)間(jian)。

表55             2）目前國內大型(xing)主機廠所均配(pei)備了虛擬現實(shi)系統(tong)，氣動院開(kai)發虛擬現實(shi)系統(tong)，可(ke)以(yi)更好的配(pei)合主機廠所的工作，更好的學習*技術。

表(biao)56       3）開發本系統可以縮短風洞(dong)試驗(yan)相(xiang)關新產品和新設備的研制周期，為氣動院節省大量時間和物(wu)力成本。

表57       由于氣動(dong)院的增壓風(feng)洞是一座(zuo)特(te)種風(feng)洞，與常規(gui)風(feng)洞相比，由于需要(yao)增壓，存在(zai)著(zhu)運(yun)行(xing)效率總體偏低的特(te)性(xing)；并且由于設備(bei)及模型零部件尺(chi)寸重(zhong)量很大，模型安(an)裝難(nan)度較大，也存在(zai)著(zhu)試(shi)驗準備(bei)時間(jian)較長的特(te)點。

表58       尤(you)其(qi)是在(zai)未來(lai)FL-10投入使用(yong)后，大(da)(da)量(liang)大(da)(da)型試(shi)驗(yan)(yan)設備需要研制開發，大(da)(da)量(liang)的試(shi)驗(yan)(yan)準備工(gong)作和流程驗(yan)(yan)證工(gong)作都需要去實(shi)際組裝、試(shi)運行完成，耗費了大(da)(da)量(liang)時(shi)間，同(tong)時(shi)對(dui)人(ren)力(li)、物力(li)的也(ye)消耗也(ye)比(bi)較大(da)(da)。使用(yong)本套系統可以在虛擬(ni)環境進(jin)行大(da)(da)量(liang)的驗(yan)(yan)證工(gong)作，將極(ji)大(da)(da)地節省(sheng)成本。

3 對國內外同類系統的評估

表59       3.1 國(guo)外現(xian)狀

表60       1）國外同類系統技(ji)術(shu)成熟、應(ying)用(yong)廣泛。

表61       80年代，美國(guo)宇(yu)航局（NASA）及美國(guo)國(guo)防部組織了(le)(le)一系列有關虛擬(ni)現實技(ji)術的(de)研究(jiu)，并取(qu)得了(le)(le)令(ling)人(ren)矚目的(de)研究(jiu)成果，從而引起了(le)(le)人(ren)們(men)對虛擬(ni)現實技(ji)術的(de)廣泛關注。1984年，NASA Ames研究(jiu)中(zhong)心虛擬(ni)行星(xing)探測實驗室的(de)M.McGreevy 和J.Humphries博士組織開發了(le)(le)用于(yu)火(huo)星(xing)探測的(de)虛擬(ni)環(huan)境(jing)視覺顯(xian)示器，將(jiang)火(huo)星(xing)探測器發回的(de)數據輸入計算機，為地面研究(jiu)人(ren)員構(gou)造了(le)(le)火(huo)星(xing)表面的(de)三維虛擬(ni)環(huan)境(jing)。在隨后的(de)虛擬(ni)交互環(huan)境(jing)工作(zuo)站(zhan)（VIEW）項目中(zhong)，他(ta)們(men)又(you)開發了(le)(le)通用多傳感個人(ren)仿(fang)真器。

表62       進(jin)入(ru)90年(nian)代，迅(xun)速發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算機(ji)硬件(jian)技(ji)術與不(bu)斷改(gai)進(jin)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算機(ji)軟件(jian)系統(tong)(tong)相匹配，使得(de)基于大型數據集(ji)合(he)的(de)(de)(de)聲音和圖(tu)像的(de)(de)(de)實(shi)(shi)時(shi)動畫制(zhi)作(zuo)(zuo)成為可(ke)能；人機(ji)交互系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)不(bu)斷創(chuang)新，新穎、實(shi)(shi)用的(de)(de)(de)輸入(ru)輸出(chu)設(she)備不(bu)斷地進(jin)入(ru)市(shi)場。而這些(xie)都為虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)打下(xia)(xia)了(le)良(liang)好的(de)(de)(de)基礎(chu)。例如(ru)(ru)1993年(nian)的(de)(de)(de)11月，宇航(hang)員利用虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)系統(tong)(tong)成功(gong)(gong)地完成了(le)從航(hang)天飛機(ji)的(de)(de)(de)運輸艙內取出(chu)新的(de)(de)(de)望遠鏡(jing)面(mian)板的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)，而用虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)技(ji)術設(she)計(ji)(ji)波(bo)音777獲得(de)成功(gong)(gong)，是近(jin)年(nian)來引起科技(ji)界(jie)矚目的(de)(de)(de)又一(yi)件(jian)工作(zuo)(zuo)，尤(you)其(qi)在波(bo)音787機(ji)型的(de)(de)(de)研(yan)制(zhi)中(zhong)廣(guang)泛地使用了(le)虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)技(ji)術大大節約了(le)研(yan)發(fa)時(shi)間。可(ke)以看出(chu)，正是因(yin)為虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)系統(tong)(tong)極其(qi)廣(guang)泛的(de)(de)(de)應用領域，如(ru)(ru)娛樂、軍事、航(hang)天、設(she)計(ji)(ji)、生(sheng)產制(zhi)造、信息管理、商貿、建筑、醫療(liao)保(bao)險、危險及(ji)惡劣環境下(xia)(xia)的(de)(de)(de)遠程(cheng)操作(zuo)(zuo)、教(jiao)育與培訓(xun)、信息可(ke)視化以及(ji)遠程(cheng)通訊等，人們對(dui)迅(xun)速發(fa)展(zhan)中(zhong)的(de)(de)(de)虛(xu)擬(ni)現實(shi)(shi)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)廣(guang)闊(kuo)應用前(qian)景充滿了(le)憧憬與興趣(qu)。

表63       1999年，波音公司在(zai)西雅圖新建了JSF保障性(xing)虛擬現實實驗室。在(zai)這個(ge)實驗室，設計(ji)人員(yuan)和維修(xiu)人員(yuan)可以在(zai)一種虛擬環境下，利(li)用與(yu)飛(fei)機設計(ji)時采(cai)用的相同的三(san)維建模數據(ju)對(dui)JSF的保障性(xing)進(jin)行試驗與(yu)評價。英(ying)國的BritishAerospace正在利用虛擬(ni)現實(shi)技(ji)術設計(ji)高級戰(zhan)斗機座艙(cang)。在(zai)東(dong)京技術學院精(jing)密和智能(neng)實(shi)驗室研究(jiu)了一個用于建立三維模型(xing)的(de)人性化界面，稱為SpmAR NEC公司開發了一種虛(xu)擬(ni)現實(shi)系統，用代用手來處理CAD中的(de)三維形體(ti)模型(xing)。德國利(li)用(yong)虛擬(ni)現實(shi)技(ji)術(shu)改造(zao)傳統產(chan)業，一是(shi)(shi)用(yong)(yong)于產(chan)品設計(ji)、降低成本，避免新產(chan)品開發的(de)(de)風險；二是(shi)(shi)產(chan)品演示，吸引(yin)客戶(hu)爭取定單；三是(shi)(shi)用(yong)(yong)于培訓，在新生產(chan)設備投入使(shi)用(yong)(yong)前用(yong)(yong)虛擬工廠來提(ti)高工人(ren)的(de)(de)操作水(shui)平。

表(biao)64       3.2 國內現狀

表65       1）國內目前該項技術(shu)蓬(peng)勃(bo)發展，技術(shu)積累已(yi)達到(dao)相當程度(du)，應用領域眾多。

表66       當今(jin)國(guo)內工(gong)業(ye)(ye)(ye)已(yi)(yi)經發生了巨大(da)(da)的變(bian)化，大(da)(da)規模(mo)人海戰術(shu)早已(yi)(yi)不再適應工(gong)業(ye)(ye)(ye)的發展(zhan)，*科學技術(shu)的應用顯現(xian)出(chu)巨大(da)(da)的威力，特別是虛(xu)擬現(xian)實(shi)技術(shu)的應用正對工(gong)業(ye)(ye)(ye)進行著一場革命。虛(xu)擬現(xian)實(shi)已(yi)(yi)經被世界上(shang)一些大(da)(da)型(xing)企業(ye)(ye)(ye)廣泛(fan)地應用到(dao)工(gong)業(ye)(ye)(ye)的各(ge)個環(huan)節(jie)，對企業(ye)(ye)(ye)提高開發效(xiao)率，加強數據(ju)采集、分析(xi)、處理能力，減少(shao)決策(ce)失(shi)誤，降低企業(ye)(ye)(ye)風險起到(dao)了重要的作用。

表(biao)67       圖3-1 故(gu)宮博物院的虛(xu)擬現實系(xi)統示意圖

表(biao)68       圖3-2 數字長江虛擬現實系統(tong)示(shi)意(yi)圖

表69       2）國內大多主機廠所均配備(bei)有虛擬現實系統。

表70       （1）成都飛機(ji)設計(ji)研究所虛(xu)擬顯示(shi)投影(ying)系統具體(ti)指(zhi)標如下：

表71       應用類型：樣機(ji)展示/體驗

表72       投(tou)(tou)影方式：前投(tou)(tou)/背(bei)投(tou)(tou)

表73       投(tou)影(ying)機類型：DLP投(tou)影(ying)機

表(biao)74       立體技術：主動立體

表75       屏(ping)幕(mu)特性：硬幕(mu)

表76       顯示范圍：連續的(de)觀看區域，較好觀察效果的(de)觀眾(zhong)數量3-5人

表77       IG：PC Cluster

表(biao)78       顯示通道數(shu)：4

表79       單通(tong)道圖像(xiang)分辨率：1280x1024_100Hz

表80       3200mm3200mm2400mmCAVE尺寸(cun)：長X寬X 高

表81       6.5m房間凈高度：

表(biao)82       圖(tu)3-3 成都(dou)飛機(ji)設計研究院虛(xu)擬(ni)實(shi)現系統效果圖(tu)

表83       （2）西(xi)安飛(fei)機設計(ji)研究院虛擬顯示(shi)投影系統具體(ti)指標(biao)如下(xia)：

表84       應(ying)用(yong)類型：樣(yang)機展示/虛擬(ni)裝配

表85       投影方式(shi)：背(bei)投三通(tong)道，后升級(ji)為6通(tong)道（2x3）

表86       圖像(xiang)尺(chi)寸(cun)：12米(mi)X2.8米，升級后為12米X4.6米

表(biao)87       投影機類型：DLP光譜(pu)立體(ti)高清投影機

表88       立(li)體技術：Infitec立(li)體

表89       屏幕(mu)特性：背投軟(ruan)幕(mu)

表90       顯示范圍：連續的觀看區域，較好觀察效果的觀眾數量50人

表(biao)91       IG：ImageVision PC集群

表92       顯示通道數：3

表93       單通道圖像分辨(bian)率：1920x1080

表94       圖(tu)3-4西(xi)安飛機設計研究院(yuan)虛擬實現系統效(xiao)果圖

表(biao)95       3.3 結(jie)論(lun)

表96       目前，虛擬現實仿真技(ji)(ji)(ji)術日臻成熟，在(zai)國內(nei)外很多高科(ke)技(ji)(ji)(ji)企業和科(ke)研單位(wei)得到應(ying)用(yong)，并發揮了巨大的(de)作用(yong)。虛擬現實仿真技(ji)(ji)(ji)術已經成為(wei)航空系統科(ke)研院所建設的(de)必需技(ji)(ji)(ji)術，應(ying)用(yong)該項(xiang)技(ji)(ji)(ji)術正當其時。

表(biao)97       氣動院隊該(gai)項能力(li)的(de)建設(she)將極(ji)大提高風洞試驗能力(li)，同時將有利于國內主機廠(chang)所的(de)型號試驗工(gong)作(zuo)。

4 建設(she)方案

4.1總體設計

表98       根據項目中(zhong)各(ge)子(zi)系(xi)統(tong)(tong)的功(gong)能(neng)深化，將產品虛擬(ni)展示與培訓系(xi)統(tong)(tong)重新(xin)定義為綜(zong)合仿真(zhen)子(zi)系(xi)統(tong)(tong)，DELMIA可視化裝配(pei)仿真系統重新定(ding)義(yi)為虛(xu)擬裝配(pei)子系統(tong)，將(jiang)產品虛(xu)擬展示與培訓系統(tong)和DELMIA可視化裝配仿真(zhen)系(xi)統所需(xu)要硬件定義為立體(ti)顯示子系統。

4.1.1系統架構(gou)

風洞試驗環境仿真系統中建立產品虛擬展示與培訓系統(tong)和(he)DELMIA可視(shi)化裝配仿真系統需(xu)要(yao)從硬件系(xi)統(tong)和軟件系(xi)統(tong)兩(liang)個(ge)方向上(shang)進行考量，其中軟件系(xi)統(tong)主要有兩(liang)個(ge)平臺(tai)：

1.                      Unity3D這(zhe)樣(yang)的虛(xu)(xu)擬現實軟件平(ping)臺，其本身支持立(li)體多通道顯示和虛(xu)(xu)擬現實交互系統(tong)。可以直接輸出圖(tu)像到(dao)立(li)體投影環(huan)境。

2.       ;               DELMIA等工(gong)業設計類(lei)軟件，其(qi)本身不支持多通道立體顯示(shi)和(he)虛擬(ni)現(xian)實交互系(xi)統，需借助(zhu)TechViz中(zhong)間件(jian)，輸出圖像到立體(ti)投影環(huan)境(jing)。

綜合風洞試驗環境仿真系統的軟硬件需求，其總體架構如下圖所示。

圖4-1 系統總體架構(gou)

4.1.2系統功能

n                      虛擬環境構建

建立一套(tao)可(ke)選配(pei)試驗設備(bei)及試驗目標的虛(xu)擬交互軟件系統(tong)，將CATIA建成的(de)或其他單位(wei)提供的(de)風洞(dong)試(shi)驗廠(chang)房(fang)、設備及試(shi)驗模型等(deng)數模導入(ru)Unity3d系統中，實現支持(chi)數據驅動(dong)的虛擬仿(fang)真環境。

圖4-2 虛擬環境構建示意圖

n                      氣動院(yuan)風(feng)洞試驗虛(xu)擬展示

通過調用自動展示(shi)(shi)腳本，不需人工介入的對廠(chang)房及車間(jian)布局、設備結構及工作原理進行(xing)三維立體(ti)展示(shi)(shi)，使(shi)參觀人員可以快速直(zhi)觀的了解氣動院風洞試(shi)驗的情(qing)況(kuang)和能(neng)力。

n                      院(yuan)區、風洞大(da)廳、風洞虛擬漫(man)游。

通過系統(tong)開發實現系統(tong)使(shi)(shi)用人員在虛擬場(chang)景中(zhong)可(ke)交互(hu)的(de)漫游，可(ke)以(yi)直觀的(de)了解(jie)院區的(de)構成、基(ji)本情況(kuang)，試驗設(she)備(bei)等信(xin)息。在漫游過程中(zhong)，使(shi)(shi)用者可(ke)以(yi)和(he)虛擬場(chang)景中(zhong)設(she)備(bei)進行交互(hu)，可(ke)以(yi)一邊(bian)(bian)漫游一邊(bian)(bian)了解(jie)設(she)備(bei)的(de)構成信(xin)息和(he)如何使(shi)(shi)用等。

圖4-3 虛擬(ni)漫游(you)效果(guo)示意圖

n                      三維虛擬環境(jing)與現(xian)實(shi)試(shi)驗設備、目標、人(ren)員狀態(tai)同步，虛實(shi)結合(he)。

1.     ;                 接收試驗(yan)設備傳輸的(de)試驗(yan)目(mu)標實時位置(zhi)及姿(zi)態信息，使三維環境中的(de)虛擬目(mu)標狀態與現實世界同步；

2.                      接收設(she)備(bei)采集系統(tong)傳輸的(de)設(she)備(bei)狀態信息，使(shi)三維環境中的(de)虛(xu)擬設(she)備(bei)狀態與現實世界同(tong)步；

3.                      接收人(ren)(ren)員采(cai)集系統(tong)傳輸的(de)人(ren)(ren)員狀(zhuang)態信息，在三維(wei)環境(jing)中(zhong)實(shi)時跟蹤(zong)標示出試驗廠(chang)房內人(ren)(ren)員位置；

4.                      將CAE軟件計算(suan)的結果(guo)（CFD、PIV及(ji)有限(xian)元計算數(shu)據），通過EnSight后處理，轉換成圖形及(ji)動畫顯(xian)示(shi)，并融合至虛(xu)擬環境中，增加數據的洞察力。

圖4-4 CAE軟件后處理顯(xian)示示意圖

n                      人機工(gong)(gong)程裝配(pei)工(gong)(gong)藝規劃(hua)與驗證

在(zai)虛擬環(huan)境(jing)中(zhong)快速(su)建立人體運動原型，并對設(she)計的作(zuo)業進行人體工程(cheng)分(fen)析。包含(han)操作(zuo)可達性仿真、可維護性仿真、人體工學/安全性仿(fang)(fang)真等(deng)人(ren)體工學(xue)仿(fang)(fang)真功能。

圖(tu)4-5 人機工程裝配工藝(yi)規劃與驗證示意圖