1.什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)？
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，以下簡稱VR），是集合仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)而開發(fā)出來的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，能夠創(chuàng)建并讓用戶感受到原本只有真實(shí)世界才會(huì)擁有的體驗(yàn)。
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(shí)的，它最重要的目標(biāo)就是真實(shí)的體驗(yàn)和方便自然的人機(jī)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(jì)四十年代初，當(dāng)時(shí)為減少飛行員的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，美國開始了飛行模擬器的設(shè)計(jì)。這個(gè)早期的模擬器是一個(gè)非常笨重的機(jī)器，雖然飛行的視覺感受很不直觀，但該項(xiàng)技術(shù)代表了VR技術(shù)的雛形。
1966年，美國MIT的林肯實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)生成HMD中的場(chǎng)景，代替攝像機(jī)拍攝的模擬圖象。第一個(gè)HMD十分笨重，懸掛在天花板上，并使用一個(gè)機(jī)械的注視跟蹤系統(tǒng)。在第一個(gè)HMD樣機(jī)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(gè)力反饋操縱桿是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Michael Noll在60年代研制成功的，當(dāng)用戶與一個(gè)由計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的物體發(fā)生碰撞時(shí)，用戶會(huì)感到某種程度的“震動(dòng)感”。進(jìn)入20實(shí)際90年代，VR研究熱潮轉(zhuǎn)到民營高科技企業(yè)，集中于進(jìn)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(gè)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(huì)是消費(fèi)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(diǎn)
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(jì)者以接近自然的方式與虛擬環(huán)境中的設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行交互，對(duì)用戶的位置、姿態(tài)和語言等作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并能方便展開創(chuàng)新聯(lián)想。VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)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(shí)時(shí)三維空間表現(xiàn)能力，具有替代物理樣機(jī)的巨大潛力，有效擴(kuò)展了人類認(rèn)知手段和領(lǐng)域，是21世紀(jì)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(jī)設(shè)計(jì)
現(xiàn)代飛機(jī)技術(shù)越來越復(fù)雜，性能要求也更加苛刻，而研制周期卻越來越短，應(yīng)用VR技術(shù)已成為確保飛機(jī)研制成功的關(guān)鍵手段。在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用VR技術(shù)提前開展性能仿真演示、人機(jī)功效分析、總體布置、裝配與維修性評(píng)估，能夠及早發(fā)現(xiàn)、彌補(bǔ)設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)-分析-改進(jìn)”的閉環(huán)迭代。
VR技術(shù)對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)能力的促進(jìn)作用體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
1）讓用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期進(jìn)行沉浸式虛擬體驗(yàn)，增強(qiáng)用戶信息，搶占市場(chǎng)先機(jī)；
2）基本取代實(shí)物樣機(jī)，變“后實(shí)物驗(yàn)證”為“先虛擬體驗(yàn)”，大量節(jié)省飛機(jī)研制經(jīng)費(fèi)，縮短研制周期，符合綠色航空設(shè)計(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)理念；
3）避免將設(shè)計(jì)缺陷帶入后續(xù)研制階段，大大減少反復(fù)更改活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)一次成功，提升飛機(jī)質(zhì)量。氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)人員可以看到“真實(shí)”飛機(jī)的外形，以及流場(chǎng)分布、壓力分布的情況；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)人員可以“穿越”到飛機(jī)框架中，結(jié)合應(yīng)力計(jì)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(dá)性；駕駛艙設(shè)計(jì)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(zhǔn)確地評(píng)估設(shè)計(jì)方案的合理性和效率；客艙布置設(shè)計(jì)人員可以“進(jìn)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(yàn)乘客的感受。
5.VR技術(shù)與飛機(jī)裝配
鑒于現(xiàn)代飛機(jī)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(fù)雜等特點(diǎn)，這就決定了飛機(jī)裝配技術(shù)在飛機(jī)制造中成為了一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)采用三維設(shè)計(jì)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(chǎng)直接安裝，且二維裝配工藝不能夠充分利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在裝配過程中增加了工作量，同時(shí)在轉(zhuǎn)化的過程中，設(shè)計(jì)人員需要在腦海中想象三維模型，再用二維圖像進(jìn)行表達(dá)，這加大了工作量，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此在傳統(tǒng)飛機(jī)裝配技術(shù)基礎(chǔ)上，采用虛擬裝配能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中存在的問題，從而能夠有效地提高整個(gè)飛機(jī)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(shí)還可以實(shí)時(shí)檢測(cè)裝配中的干涉、碰撞等，對(duì)可行性作出正確的評(píng)價(jià)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝配中存在問題時(shí)，能夠第一時(shí)間進(jìn)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(yīng)用案例
波音777的設(shè)計(jì)是VR技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)早期案例。波音777由300萬個(gè)零件組成，這些零件的設(shè)計(jì)以及飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)是在一個(gè)數(shù)百臺(tái)工作站的虛擬環(huán)境系統(tǒng)上進(jìn)行的。當(dāng)設(shè)計(jì)師帶上HMD后，就能穿行于這個(gè)虛擬“飛機(jī)”中去審視飛機(jī)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)。過去為設(shè)計(jì)一架新型飛機(jī)必須先建造兩個(gè)實(shí)體模型，每個(gè)造價(jià)約為60萬美元；應(yīng)用該技術(shù)后，不僅節(jié)省了研制經(jīng)費(fèi)、縮短看了研制時(shí)間，而且保證了機(jī)翼和機(jī)身對(duì)合的一次成功。沒有機(jī)翼和輪子，也能完成飛機(jī)制造。在波音787夢(mèng)想客機(jī)下線儀式上，并沒有出現(xiàn)真正的及其部件及飛機(jī)，而是以虛擬下線的方式標(biāo)志著波音787的成功研制。波音公司的設(shè)計(jì)工程師西蒙?庫克表示，設(shè)計(jì)師們已經(jīng)在“熒幕”里創(chuàng)造出了飛機(jī)，并解決了設(shè)計(jì)中的所有漏洞和問題。以VR為代表的新一代數(shù)字化先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)將整體項(xiàng)目進(jìn)度和飛機(jī)研制成本縮短降低了將近一半。