汽车市场的竞争非常激烈，为了取得领导地位，各汽车制造厂商都在采用新技术来提高设计和生产效率。虚拟现实技术因其可以大量减少物理模型的制作，加快设计的流程，提高设计质量，降低设计成本，在汽车设计领域的应用越来越广泛。

    虚拟现实（VR）系统为操作者提供一个极具高临场感的交互式视景仿真和信息交流环境。它具有三个重要特征，即临场感、交互性和构想性。今天，VR技术的发展已经远远不局限于大家所熟悉的3D甚至4D电影所带来的逼真和刺激了。各个行业都在应用这种先进的技术，加快自身的发展甚至变革。

    而在汽车设计领域中，VR技术应用于新产品的设计开发阶段，特别是在汽车制造领域，已经是国际著名汽车制造商普遍采用的技术。在激烈的市场竞争中，如何缩短汽车产品的设计开发周期、提高产品质量，是每一个汽车制造商共同面对的问题。运用VR技术，可以建立3D 数字模型、通过立体投影及虚拟交互手段，使设计师在产品开发的早期，直观地观测、分析、研究数字产品。

    VR技术的应用为汽车制造带来的巨大收益已经被业内广泛认可。所有的主流汽车制造厂商如Audi、Honda、Toyota、Benz、Chrysler、General Motors、Ford、Porsche、BMW、Volvo、Volkswagen，都大量地采用了VR技术和方案，并取得了极大的效益。

    虚拟现实系统的构成

    在汽车造型设计中，最常见的虚拟现实系统采用平面系统Powerwall或称Cadwall系统。它通常采用巨型平面幕（长度超过6米）、双通道或三通道背投影，以实现轿车的全尺寸仿真显示。当然，为了获得更高的分辨率和更大的尺寸还可以增加通道数量。

    在计算机系统的配置上，早年多采用SGI的大型图形服务器，随着x86 Base的CPU 技术、NVIDIA/ATI 等GPU 图卡技术的发展，以集群技术为基础的解决方案迅速发展起来，并逐渐成为新一代图形系统的主流。

    当今的虚拟现实系统的计算机系统多由数台甚至数十台PC 图形工作站集群而成，可以根据具体需要，灵活地配置和升级每一台计算机。

    投影系统多采用背投，因为背投的光线不会被屏幕前的观察者遮挡，观察者可以非常接近屏幕，这在造型评审中是非常有利的。投影系统中的关键技术就是多通道之间的图像无缝融合。世界上几大投影机供应商都有相应的技术来解决这一难题。

    目前也出现了一种高亮度高分辨率的投影机，使用这种采用单通道的解决方案的投影机，避免了多通道的融合问题，也大大降低了投影系统的成本，但是受“太阳效应”亮度不均和形状畸变等先天不足，影响尚未大量普及。

    立体显示技术的应用。众所周知，立体显示分为主动和被动两种方式，传统的这两种方式都有其先天的弱点。主动立体，需要同步信号，厚重的眼镜，图像闪烁。被动立体，需要特制的屏幕，分离度不高有“鬼影”。如今最先进的立体显示技术为德国奔驰公司研发并享有专利的Infitec谱分离立体成像技术。该技术与传统的偏振立体成像技术最大的区别在于它采用光谱分离的方法，实现左右眼立体像的高度分离，从而实现被动立体成像。

    交互系统，利用数据手套和三维鼠标等交互设备，就可以沉浸在虚拟的环境中实现对虚拟模型进行可视化、可控化甚至获得相应的触感。

    软件系统。虚拟现实的软件有很多，但在汽车造型中主流软件有3个：Optical、RTT 和Showcase。它们都是为汽车造型设计而制作的软件，有专为汽车设计的各种材质和特殊功能。Global Illumination 全局光照、实时Ray tracing、实时阴影等技术是目前比较先进的光影算法，依靠强大的PC Cluster硬件支持，它们得以实现，使虚拟展示的光影更加真实，使得在虚拟条件下的造型评审变得可行可信。

    如上这些总和起来就构成了一套完整的虚拟现实系统。有了这么强大的功能，很显然它可以在相当程度上替代物理模型。而这些还需要有一个保证，那就是快速的数字模型制作能力。只有具备了快速的数字模型制作能力，使得虚拟仿真系统有模型可以展示，它才可以发挥作用。所以，现在的汽车造型设计中都有这样一个团队——CAS（Computer Aid Styling计算机辅助造型），他们的职能是数字模型的制作和渲染，他们就是虚拟现实系统在造型设计中的应用者。

    虚拟仿真的高超之处

    在造型设计的初期，在传统设计流程中，需要制作大量的小比例和1∶1的油泥模型，进行造型方案的评选和改进。这些油泥模型将耗费大量的人力物力和时间。而有了虚拟现实技术，在方案设计阶段，CAS依照设计师的效果图甚至是草图，快速地将二维图转变为三维数据，然后将三维数据输入虚拟仿真系统进行非常逼真的模拟展示，从而替代了相当一部分前期1∶4和1∶1油泥模型的制作。而在造型设计的后期，运用虚拟仿真系统评审通过后的数字模型，采用CAM技术运用五轴铣床加工出1∶1的硬质模型（树脂材料），经过简单的手工加工就可以成为最终的造型冻结模型，其花费时间和成本只是油泥模型制作的几分之一甚至更少。

    在汽车的颜色和材料设计方面，通过虚拟现实软件提供的材质编辑和创建功能，可以轻易地为模型变换材质和颜色，为设计师和决策者提供了丰富多彩的选择，而不再需要大量样件和样板的制作。

    其实，虚拟现实系统在造型设计中的应用远不止这些。内饰、外饰每一个零件的造型更改，都可以通过数字模型的建立，用虚拟现实系统进行展示和评审，减少了大量样件和快速成型件的制作。

    在汽车的工程设计中，虚拟样机是用来代替物理样机的一种计算机数字模型，在CAD领域，虚拟样机通常又被称为数字化样机（DMU，Digital MockUp），即将数字化技术应用于产品的制造过程，通过数字化建模和信息处理来改进制造过程，提高产品质量，降低生产成本。

    通过虚拟样机制作，可以实现碰撞和干涉检查、装配工艺规划、装配可视化和仿真校验，确定产品装配过程中最优的装配、拆卸和重组顺序，校验和修改装配流程，进行装配可行性、可制造性、可维护性分析。创建、校验和仿真人体行为，分析工人和仿真环境中其它物体的关系，对特定制造环境中的多种人体行为方案进行比较、选择。在设计的前期就保证了设计的可实施性和经济性。

    虚拟样机的制作需要大量的计算，PC Cluster使其海量的运算成为可能。通过Powerwall系统，使虚拟装配可视化成为可能。各种交互式外设更使得各种分析变得方便和真实。如今的虚拟现实技术已经完全满足了虚拟样机制作的需求。

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