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VR虚拟现实技术在模具专业教学中的应用

2017-05-19

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术利用双眼视差原理:人的大脑在融合双眼所见的细微视差后得到立体的影像,使用户产生身临其境的技术。10年前的虚拟现实装备,他们基本是平面显示器,或者将产生的画面投影到一个弧形甚至是球形屏幕上;或者在这些屏幕上叠加左右眼分别的图像,从而产生更加立体的效果。而这类装置往往很大型,也很昂贵。近几年发展起来的VR头戴显示设置,则达到了更好的使用效果:更好的沉浸感和更便宜的价格,主流的VR眼镜品牌有HTC vive和Oclus等。

这种VR眼镜 能够达到更好的沉浸感的原理是什么呢?

1)通过凸透镜来放大人眼看到的即时图像范围,现在的VR眼镜大概会产生90-120度范围的图像视野,这样的视野大概和一个良好的三通道环幕投影系统产生的效果差不多,不过VR眼镜要更加贴近人眼一些,人眼被干扰的可能性大大降低。

2)通过头部的陀螺仪,当人转动头部时,陀螺仪能够及时的通知图像生成引擎,及时的更新画面,从而使人感觉到,自己是在看一个环绕的虚拟空间,从而产生360度的三维空间感。


3)左右眼每一时刻看到的图像是不一样的,是两幅区别左右眼位置的不同头像,从而产生很强烈的立体纵深感。以上三个原因,就是VR眼镜的沉浸特点。

二、模具专业的教学特点

模具技术已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志,决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。市场经济的发展对模具的要求是交货期短、精度高及成本化,模具正朝着高效率、高精度及高寿命方向发展。用模具生产的制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点。

掌握模具零部件的设计、计算方法、模具结构特点及设计程序等对学生今后在专业领域的深造起着重要作用,但由于教学条件限制,教学过程中不可能所有的图例都用模型库实体去解释其工作原理且比较抽象,工作过程难以被理解,在传统的讲述教学方式下,学生反映课程内容枯燥,有些概念模糊不清,直接影响了学生对模具设计的学习兴趣。

利用虚拟现实技术构建模具虚拟空间,可以提高学生学习的积极性、主动性和趣味性,进而提高了课程的教学质量。应用虚拟现实技术教学,可使枯燥无味的教学内容简单化、直观化、形象化,方便学生对学习内容的理解和掌握。例如,模具结构及成型设备的空间概念,许多人很难感应到的内部结构,这些都可以通过计算机虚拟将它做得更具体或将之转换成其他的知觉感受,使学生更易于学习及了解。

三、虚拟现实技术在模具教学中的应用

1、虚拟现实技术在技能实训考评中的应用

基于虚拟现实的技能实训教学考评方法是指借助三维虚拟仿真技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代实操考评的虚实结合操作环境,测试人员像在真实环境中一样操作设备,取得效果等价于甚至优于在真实环境中所取得效果。该类考评系统包括虚拟设备、虚拟操作工具、交互设备等。考评过程是对实际操作技能的虚拟再现。虚拟操作过程与结果可以被处理、存储,操作过程可以不断重复进行。系统注重虚拟操作过程性、情境性、交互性和考核结果客观性。系统具备的优势包括:一是打破了传统考评方法对场地和时间的限制;二是减少考评器械的损耗,无须担心损坏实验器械;三是在一些高危性的技能考评中运用虚拟现实技术可以避免因操作失误而带来的人身事故。

2、虚拟现实技术在注塑系统装配模拟中的应用

传统注塑模具的开发需要较长的周期和较高的成本,利用虚拟装配技术,可大大减少设计过程中的代价。新开发产品的注塑成型试模费用相当昂贵,利用虚拟注塑装配系统可以减少实际装配等操作的成本。应用虚拟现实技术可进行注塑模建模装配模拟系统设计,结合虚拟交互平台,辅以外接的控制和显示设备实现虚拟漫游。最终通过人机接口技术,让用户沉浸在虚拟环境中并实现二者之间的人机交互,提供传统表现方式无法比拟的、崭新的信息交流界面。

3、虚拟现实技术在冲裁模结构和原理教学中的应用

《冲压工艺与模具设计》是模具设计与制造专业的专业核心课程之一,在传统的教学过程中,学生对冲裁、弯曲和拉深的工艺过程的学习往往比较抽象难以理解。针对这种问题,本公司提出利用虚拟现实仿真技术,将工厂冲压工艺的环境和设备虚拟化,学生在沉浸式的冲压生产车间进行冲裁工艺与模具结构原理、弯曲工艺与模具结构原理、拉深工艺与模具结构原理等知识的学习。




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