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• 商用大飞机复材机翼可视化展示

  一、背景
  中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心（简称北京研究中心）是2010年2月26日由中国商飞公司设立的。北京研究中心是中国商飞公司重点建设的高层次海外人才创新创业基地，是开展民机产业发展战略研究，背景型号总体论证，民机战略性、前瞻性、关键性和基础性技术研究，提供民机设计规范、标准、手册、数据库和软件的技术研究机构。
  复合材料机翼研制攻关项目是中国商飞公司于2012年启动的大型项目，具有工程创新需求紧、技术攻关难点多、学科集成难度大、人员素质要求高等特点。同时由于复合材料与结构技术的特殊性，IPT的组成需要参研人员充分利用国内外飞机主制造商、供应商、科研机构、高等院校等在型号产品设计制造和大型工程实践方面的经验积累和技术资源，以缩短研发周期。
  北京研究中心希望通过目前在建的大型虚拟现实设备--18米宽、4.5米高的立体三通道大屏幕系统，来把设计研发人员对复材机翼的加工及其复杂装配技术制作成多媒体立体短片，以便更快速、高效、方便的向各级领导进行汇报展示，向外界人士进行可视化的动态展示，更好的展示北京研究中心的科研能力的设计水平。

  
  二、具体实施项目
  制作应用于三通道立体大屏幕系统的复材机翼展示短片
  我们通过在制作好实时展示模型的基础上根据动画展示设计要求，对复合材料壁板的成型工艺进行动画编辑，对机翼的组装顺序及各部件的组装展示进行动画编辑，然后输出为高分辨率的立体视频短片，通过北京研究中心现有的立体三通道大屏幕系统将各个加工过程进行播放，通过其配备的立体观看眼镜，更直观、快速、高效的向各级领导及外界人士展示复合材料机翼的科研及项目成果，使人印象深刻。

  
  

   

   
• 一汽技术中心 DDKM项目

  汽车的开发是一项非常巨大的系统工程，参与项目的人员多，项目的周期一般也相对比较长。由于项目的跨度很长，节点很多，在每一个节点都有可能发生一些边界条件的变化，譬如在项目决策阶段汽车的造型效果可能需要大的调整，在试验阶段由于原有设计方案无法满足既定法规要求，更改、变化将一直贯穿项目。因此只有建立高效的设计评审流程才能保证有效的收集所有相关人员的意见，并经过汇总、分析做出相关修改意见，直至最终决策。

  虚拟现实（ VR ）技术出现后，以数字样车技术取代传统实体模型制作，以数值、数据模拟来辅助设计方案评审逐步得到应用和检验。在产品开发设计中运用虚拟现实技术，用户可以省去造型设计阶段大量的物理模型制作工作，基于三维实时模型就可以有效的完成校验及评审等工作。下图是一张典型的大众集团的产品开发流程，这个标准过程描述了一辆全新整车的产品形成过程。   

  

  在大众集团的产品开发流程中，数字数据控制模型（ DDKM——Digital Data Control Model ）是研发流程中的一个关键里程碑。相对于实物数据控制模型 ——DKM ， DDKM 是用数字化虚拟样车加速设计决策流程的方法，包含数字样车及其相关计算信息。 DDKM 的基础是虚拟样车的建立，虚拟样车是实车通过计算机进行虚拟化描述后的一种表示，这种表示能全面、正确的反映汽车在功能、性能、外观等各个方面的特征和特性。

  PCI 为一汽技术中心提供的虚拟现实内容制作项目就是针对某型车的虚拟样车的制作， 采用的软件是 RTT DeltaGen 11.0 。本项目的主要目标就是通过全车外观、内饰、仪表板、座椅等部件的虚拟现实内容制作，将简单枯燥的 CAD 数字模型转化为非常真实的三维实时模型，从而可以对模型的各个细节进行查看，也可以实时的切换不同的设计方案进行比较，从而辅助研发人员对整车的定型进行最终决策，具体来说需要达到以下主要目标：

  1 、通过对内饰、仪表板、座椅等部件的三维实时可视化，可以快速的实现对不同的颜色及材质搭配的内饰方案的比较、不同配置车型的内部效果的验证。

  2 、通过对全车外观的实时可视化，可以将高质量的三维实时模型置于不同的场景、不同的光影条件下，从而对车漆颜色、整体造型的效果以及对相邻面的间隙公差都能快速的获取更直观、更真实的感受。

  

  整个项目的实施过程大致可以分为两个大的部分，数据准备和内容制作。具体来说可以分为以下四个具体步骤：

  • 项目输入数据收集。主要包括整车的三维模型数据、材质样本、参考效果图片及照片、相关配置说明及规格表的收集。
  • 相关数据处理及准备。首先要将收集到的整车三维 CAD 数据通过 RTTDeltaBatch 转换为 CSB 格式的数据，再对 CSB 数据进行数据轻量化处理、法线整理等工作。对于座椅软表面、座椅缝线、密封条等可能缺少的数据进行建模。对清理后的内饰、外观数模进行分组整理，并与项目组进行数据的最终确认。
  • 材质效果制作和配置处理。首先要进行灯光设置及渲染测试，阴影效果得到效果要求之后再进行阴影贴图的计算，并结合实际效果对贴图进行修改和调整。再以材质样本为基础进行材质贴图的制作， 以参考效果图片及照片为参照进行材质效果的制作。按照车型不同的配置和规格要求，制作各种色彩方案、材质方案、高中低配置系列的切换。所有材质效果、配置切换都需要由项目组相关人员最终确认。
  • 根据在工作站上实时模型的最终效果，在 CAVE 系统的大屏幕上进行最终匹配调试，最大程度上满足评审的真实性要求。根据具体需要再进行图片等相关输出。
• 中航工业 洪都沉浸式数字样机系统

   

  PCI 为 中航工业 洪都建设具有沉浸感的数字样机设计、分析、验证和演示的虚拟可视化平台环境 —— 沉浸式数字样机系统 Holospace 。通过该系统将基于工程的数字样机应用系统与基于虚拟可视化技术的虚拟样机系统有效的结合运用，最终通过沉浸式的虚拟现实环境进行展现，从而建立研制过程中工程系统各学科间的协同机制，解决学科间的冲突，为寻求系统的全局最优解提供可行的技术途径。通过建立沉浸式数字样机系统，就能完美的实现部件和整机的虚拟装配、运动机构仿真、全面装配干涉的检查分析、空间分析、拆装模拟分析、人机工程、管路设计、气动分析、强度分析等工作的协同，显著地加快设计进度，提高飞机设计的质量，飞机的可制造性也能大幅度提高。

  Holospace 是由多个侧面和一个地面构成的虚拟环境， 采用多通道投影来创造了高亮度、高分辨率、可调的沉浸式显示环境。其主要包含以下几个子系统： 虚拟样机内容制作及实时展示软件平台（ RTT ），多通道立体投影及显示系统，高性能图形输出系统， 空间位置跟踪及交互系统， 音响系统，中央控制系统， 立体信号系统及信号传输系统 。

  通过建立基于虚拟现实技术的 Holospace 系统可以达到以下几个显著的应用目标。

  1 、数字样机评审。

  数字样机支持产品开发制造的全生命周期，按照新机型研发的标准流程来看的话，主要在四个环节中需要制作、应用相应的数字样机，包括：需求样机、概念样机、工程样机、最终样机。

  

  2 、仿真结果展示。

  通过部署沉浸式数字样机系统就可以将面向不同学科的仿真工具统一的通过一个系统进行展示，充分发挥仿真工具各自的优势，同时还可以加强不同领域开发人员之间的协调与合作，有效解决上述问题。

  

  在中航工业洪都的型号研制过程中，涉及到的仿真结果的展示主要包括以下几个方面：飞机气动性结果展示 , 鸟撞过程模拟展示 , 飞机座舱视野分析及展示 , 人机工程分析及展示。

  3 、虚拟装配展示。

  通过应用基于 RTT 沉浸式立体虚拟装配模拟，用户可以在虚拟环境下，了解整个产品装配过程。在操作贵重设备或复杂仪器前对整个操作流程有直观认识，保证装配过程及维护保养的安全和高效性。基于 RTT DeltaGen 实时三维数据的重用特性， RTT 更可以输出多种格式的装配和维修过程，便于技师操作培训使用。还可以通过制作相应的动画，提取 DMU 的 3D 数据生成图表、二维的图片来制作高教机的技术手册。 在沉浸式虚拟现实环境中模拟装配流程，可以避免在装配现场发生各种预料之外的问题。

  

  4 、面向市场的展示

  通过虚拟现实软件 RTT 可以将高教机的最终工程数据模型制作成足以以假乱真的虚拟样机，以此虚拟样机作为基础进一步配合以环境、技术讲解、功能介绍等内容，制作成 3D的动画、电影短片等虚拟数字内容。在到访人员有参观需求时，就能在 Holospace 里实时的展示高教机的虚拟样机，或者播放 3D 的动画、电影短片进行介绍。如果是参加航展等市场活动，还可以将展示高教机性能和技术先进性的 3D 动画、电影短片等虚拟数字内容与 IPAD 等设备进行集成，从而更方便更直观的以 IPAD 为终端对高教机进行产品功能的介绍。

  

  5 、模拟驾驶训练与体验，

  借助位置跟踪器和相应的虚拟交互设备，研发人员和飞行员还可以在沉浸式的虚拟现实环境中进行各种模拟驾驶体验，从而可以对组合仪表、控制系统以及座舱的空间位置进行最直观的感受，获得身临其境的交互感和体验感。