1.什么是虛擬現(xiàn)實技術？

　　虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，以下簡稱VR），是集合仿真技術、計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術以及網(wǎng)絡技術等多種領域技術而開發(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技術能夠將用戶的感知代入由它創(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技術發(fā)展史

　　VR技術的淵源，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，但該項技術代表了VR技術的雛形。

　　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技術的特點

　　VR技術具有3-I特征，即沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和構想（Imagination）。借助交互設備可以使得產(chǎn)品設計者以接近自然的方式與虛擬環(huán)境中的設計對象進行交互，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技術利用計算機技術生成一個逼真的，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，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技術與飛機設計

　　現(xiàn)代飛機技術越來越復雜，性能要求也更加苛刻，而研制周期卻越來越短，應用VR技術已成為確保飛機研制成功的關鍵手段。在飛機設計過程中，應用VR技術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)、彌補設計缺陷，實現(xiàn)“設計-分析-改進”的閉環(huán)迭代。

　　VR技術對飛機設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，符合綠色航空設計和低碳經(jīng)濟理念；

　　3）避免將設計缺陷帶入后續(xù)研制階段，大大減少反復更改活動，真正實現(xiàn)了設計一次成功，提升飛機質量。氣動性能設計人員可以看到“真實”飛機的外形，以及流場分布、壓力分布的情況；結構強度設計人員可以“穿越”到飛機框架中，結合應力計算的可視化結果，非常直觀地檢查結構的協(xié)調關系和維修的可達性；駕駛艙設計人員穿上數(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，更加準確地評估設計方案的合理性和效率；客艙布置設計人員可以“進入”客艙內部，在線改變座椅的布局方式、內飾方案，身臨其境地體驗乘客的感受。

5.VR技術與飛機裝配

　　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)調關系緊密復雜等特點，這就決定了飛機裝配技術在飛機制造中成為了一個非常重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)飛機設計采用三維設計軟件，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計數(shù)據(jù)，在裝配過程中增加了工作量，同時在轉化的過程中，設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)飛機裝配技術基礎上，采用虛擬裝配能夠及時發(fā)現(xiàn)飛機設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節(jié)和解決，大大提高了裝配的效率。

6.VR技術在航空制造的應用案例

　　波音777的設計是VR技術應用的一個早期案例。波音777由300萬個零件組成，這些零件的設計以及飛機的整體設計是在一個數(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計。過去為設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。波音公司的設計工程師西蒙?庫克表示，設計師們已經(jīng)在“熒幕”里創(chuàng)造出了飛機，并解決了設計中的所有漏洞和問題。以VR為代表的新一代數(shù)字化先進設計技術將整體項目進度和飛機研制成本縮短降低了將近一半。