【摘要】：本文介绍了虚拟现实技术和增强现实技术的概念、特征，以及该技术在工业制造领域中的应用，从飞机装配、汽车制造和家电制造三个方面对VR、AR技术在工业制造领域上的应用现状进行分析，在最后对VR、AR技术的发展前景做出了展望。

　　关键词： 虚拟现实;增强现实;工业制造

　　1 VR/AR概念及特征

　　1.1 VR/AR的概念

　　虚拟现实技术(Virtual Reality Technique，VR)，被称为21世纪计算机领域的关键技术之一，是一种建立在图像数字处理、计算机图形、传感器技术，计算机仿真等多种技术的综合信息技术[1]。通过该技术可以构建虚拟环境，模拟未知或现实不存在的事物，通过触觉、视觉，听觉等感官，为使用者提供身临其境的感受[2]。

　　增强现实技术(Augmented Reality Technique，AR)，是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，通过计算机系统提供的信息，增加用户对现实世界的感知，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实世界的增强[3]。其与虚拟现实技术有着明显的不同[4]，虚拟现实为用户提供的是一个完全虚拟的环境，在这个环境中，用户只能获得虚拟的信息，与虚拟的对象进行交互。增强现实为用户提供的是一个介于虚拟和现实之间的环境，通过叠加虚拟场景在现实环境中计算机软件和硬件的帮助下，为用户提供虚拟和真实场景融合。

　　1.2 VR/AR技术的特征

　　1.2.1 VR技术的特征

　　VR技术通过综合模拟用户多种感官体验，让使用者置身于三维动态虚拟环境。其技术所具有的交互性、沉浸性、构想性等特点为使用者提供了真实的感受体验[5]。

　　(1)沉浸感

　　即用户沉浸在所构建的虚拟环境中，VR技术利用红外激光、移动设备、体感等多种设备和技术来监测使用者的动作，再通过切换虚拟影像的播放让使用者实时的体验到虚拟环境，使得虚拟影像的更加逼真。

　　(2)交互感

　　交互，意为彼此之间的交流和互动，即为使用者在构建的虚拟环境中对环境中的物体可以进行操作并且能够及时地得到反馈。

　　(3)构想性

　　因为VR技术不仅可以模拟现实中存在的环境，也可以模拟未知或者现实不存在的事物，VR技术构建出的情景可以激发使用者无尽的想象力，因此VR技术拥有很强的构想性。

　　1.2.2 AR技术的特征

　　AR技术允许计算机生成的二维或三维模型实时叠加到现实世界的环境中，模型可以被交互地操纵或探测，实现对现实世界的补充。该技术具有以下三个特征[6]：

　　一是真实世界和虚拟世界的信息集成，即虚实融合;

　　二是具有实时交互性;

　　三是三维尺度空间中定位增添虚拟物体，即三维跟踪注册。

　　2 VR/AR在工业制造领域的应用现状与前景剖析

　　2.1 VR/AR技术在工业制造领域的应用现状

　　在《中国制造2025》重点领域技术路线图重大政策文件中[7]，虚拟现实被列为智能制造核心信息设备领域的关键技术之一，VR+工业生产成为智能制造的重要补充。随着市场需求增多，VR、AR获得技术以及资金的支持力度也大幅增加，其已经渗透到智能制造的各个阶段。VR、AR技术可在产品需求分析、总体设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等多方面提供支持，有利于实现工业产品设计-制造-测试-维护的智能化和一体化。以下为VR、AR技术在工业制造中的一些应用：

　　(1)VR、AR技术和飞机装配制造

　　VR、AR技术可以为飞机装配制造脉动生产线提供准确有用和最新的制造信息，显著缩短生产时间，减少培训工作，减少故障，降低制造成本。其在飞机装配制造领域的应用主要包括虚拟研发设计调试、虚拟制造装配、设备维护检修质量控制、飞机装配制造模拟考核验证培训等，相关技术已经在大型装备的制造中实现初步应用[8]。

　　中国商飞在大客(C919)模拟测试飞行控制中心，运用虚拟现实技术能大幅提升产品性能的精准性，使用机载测试系统的地面验证平台来监控和分析飞行参数，以确保飞行前和实际飞行中飞机相关参数的准确性和正确性;空客公司为 A350XWB 开发了世界第一个混合现实实训平台进行飞机装配制造模拟考核验证等教学工作，利用增强现实的交互性及可实时执行性，避免实操验证风险、降低培训模拟成本。

　　(2)VR、AR技术和汽车制造

　　VR技术在汽车制造工艺中的应用也很广泛。福特汽车的人体工程学专家利用全身运动捕捉、3D打印和沉浸式VR技术，对车辆进行虚拟装配作业评估。这不仅保证了车辆的高品质，还提供了用于评估工人装配流程整体安全性的关键数据。人体工程学专家借助工人手臂、背部、腿部和躯干上安装的52个运动捕捉标记，记录了工人在进行作业时的肢体动作数据。从而很好地评估了肌肉的强度和弱点、关节扭伤和身体失衡情况。而3D打印技术帮助人体工程学专家在模拟情境下，确定工人手臂在装配流程中的伸展空间。由于每个人的手臂大小不一，员工可借助3D打印出的模具来测试汽车装配中的空间大小，从而更好地优化生产方案。

　　相比VR技术，AR技术的使用场景更加大众化，所使用硬件的可触及性也更高。上海通用汽车厂开发了一个通过增强现实技术对汽车挡风玻璃进行性能评测的系统[9]，用户坐在一个没有挡风玻璃的实验平台上(经改装过的汽车)，当用户戴上头盔，系统会自动把设计好的虚拟挡风玻璃叠加到真实环境中去，让用户可以直观地感受加装挡风玻璃后对路面产生的变形是否能满足要求。

　　(3)VR、AR技术和家电制造

　　AR/VR技术将成为全球科技巨头争相竞逐的新技术，敢于创新、需逆势而起的国内家电制造厂商也开始搭乘这趟高科技的“顺风车”。

　　2016年，创维[10]发布了号称全球首款的AR智能电视，海信在发布的全球首款4K激光影院电视中加入了VR元素，海尔旗下的互联网家电品牌统帅发布了首款VR电视，而长虹早在一年前便成立了VR项目组，整合全球资源准备在VR产业扩张。海尔、海信、长虹、创维等传统家电企业都在这一领域有不同程度的涉足，通过引进VR、AR技术，实现家电产品的升级换代，从而引领家电产业的转型。

　　除电视外，格力和亮风堂合作[11]，在AR技术的帮助下，用户可以调节空调风向，以适应室内空间布局，模拟真实送风，让家电真正做到贴合用户个性化场景、个性化需求。菲尼克斯电气和亮风台合作“AR 柔性制造生产线”系统，引入人脸识别、AR 等新技术，提高企业个性化服务能力，保障生产线的智能化管控。亮风台已与海尔智研院达成战略合作，在智能制造多个环节展开合作，共同推动 AR 在海尔、海尔生态伙伴体系的商业落地。当生产现场出现故障时，数字化运维中的后台平台第一时间接到报警，并及时跟踪故障的解决情况、根因分析、避免再发生、提高运维效率。

　　2.2 VR/AR技术在工业制造领域的应用前景

　　VR、AR在工业制造领域的应用相对娱乐行业来说是有些欠缺的，但是随着我国科学技术的高速发展，计算机性能技术得到了提升，从而带动了虚拟现实技术、增强现实技术以及各种传感设备技术的提高，使得这些技术在工业制造领域的地位也越来越重要。这些技术在工业制造领域的应用虽然还处于萌芽状态，但是体现出了强大的生命力，目前，提高现有设备的计算能力、轻便度和使用的舒适性，使VR、AR技术可以在工业制造领域大规模应用，需要在前期投入大量的研发经费和技术人员支持，从而加速这些技术在工业制造领域中进一步的设计研究和完善，将工业制造产品的生命周期覆盖在VR、AR技术的全流程上，实现工业产品设计-制造-测试-维护的智能化和一体化，使VR、AR技术在工业制造中体现出优越性和广泛应用的前景。

　　3 结语

　　本文介绍了虚拟现实技术和增强现实技术的基本概念、特征，以及该技术在工业制造领域中的应用，从飞机装配、汽车制造、家电制造三个方面介绍了VR、AR技术的应用现状，最后对VR、AR技术的应用前景作出展望。作为知识表达和传递的新技术，VR、AR在工业制造领域有着广阔的应用前景。随着深度学习、云计算、5G网络以及便携式显示设备等技术的发展，VR、AR技术在工业制造领域的应用将更加广泛。

　　参考文献

　　[1] 张芸强, 钱坤, 李焕良. 浅析虚拟现实技术的发展与应用[J]. 中国设备工程, 2020(20): 200-201.

　　[2] PRITZKER S, RUNCO M. Encyclopedia of Creativity (Third Edition). Oxford; Academic Press. 2020: 686-689

　　[3] 汪时交, 梁志帅, 宋海方, et al. 浅析增强现实技术在航空装备维修保障中的应用[J]. 航空维修与工程, 2021(04): 25-28.

　　[4] Yanlong Z, Hongqi Z, Xingyu C. Augmented reality technology: research situation and key technologies[M]. 2020: 986-1004.

　　[5] 丘靖. VR虚拟现实 [M]. 1 ed.: 人民邮电出版社

　　[6] 陈和恩, 何汉武, 吴悦明. VR/AR与智能制造:应用领域、核心技术[J]. 机电工程技术, 2021, 50(02): 1-4+18.

　　[7] 宋文盛. 虚拟现实技术在智能制造中的应用[J]. 内燃机与配件, 2019(14): 260-261.

　　[8] 仲小慧, 刘义明, 高培轶. VR/AR/MR技术在飞机装配制造领域的应用与发展[J]. 科学技术创新, 2020(19): 186-187.

　　[9] 何汉武，吴悦明，陈和恩.增强现实交互方法与实现[M].武汉：华中科技大学出版社，2018.

　　[10] 吴勇毅. VR爆发在即,家电业能否借VR突围?[J]. 家用电器, 2017(03): 68-71.

　　[11] 王福红. 增强现实(AR)技术在质量管理的应用研究[J]. 物流科技, 2021, 44(04): 42-44.