NX VR虚拟现实设计评审

1.   前言

市场对工程产品的需求更快，因此不能等待过去的周期性设计过程。相反，行业正在转向协同设计和跨学科团队。当这些团队合作时，工程CAD工具在概念化和验证设计中起着至关重要的作用。由于具有挑战性的界面和过多的功能，这些工具需要大量的用户投资才能掌握。严峻的挑战常常使团队成员无法使用这些工具来探索替代方案。

虚拟现实设计审查通过集成的沉浸式3D环境进行检查和设计审查，将您的设计的真实性提升到一个全新的水平。您将拥有简化的工作流程，可以使您更好地理解和交流身临其境的3D环境的数字孪生模型。这将意味着更少的分析周期，并将更快的产品推向市场。

NX上的虚拟现实技术最初是在2017年前向公众展示的，它使用户可以从一个全新的角度审查其设计。允许他们与零件交互，修改，测量，剖切零件，并最终以完整比例看到数字孪生。您可以一键单击即可直接进入NX虚拟世界，而无需导出数据。

2.   虚拟现实的好处

在许多复杂的工业设计中，3D建模已经是业界必须实现的设计过程，传统的操作过程是利用计算器屏幕显示3D模型，通过鼠标进行透视转换。这样的审查与实际情况可能会有很大的偏差。如果没有及时发现设计缺陷，只有在进行生产后才发现，则会带来很多额外的生产成本。相比之下，使用VR技术将3D产品模型作为虚拟原型导出可以改变这种传统的设计审查流程，从而快速实现纠错并改善产品体验。

在VR系统显示下的3D产品模型转化为虚拟原型的优势包括：

• 3D实时1：1沉浸式体验。在VR显示系统中审查3D产品样机模型，你可以让你的虚拟样机以1：1尺寸进行呈现。这意味着可以在VR系统中检测并纠正任何尺寸偏差问题。这不仅有效地防止了设计更改导致的成本，而且使产品更加符合人体工程学。

• 多人VR协作中的VR显示系统。在复杂的工业设计中，产品主体的使用者通常不止一个，例如汽车和地铁设计，如果更多的人参与整个原型设计过程，则可以最大程度地模拟实际使用场景。这样可以最大程度地减少一次审核所面临的问题。当多个人合作审查3D模型时，从多个角度进行同时审核可以最大程度地提高产品在不同空间中的潜力。

• 在VR中结合两个以上的3D模型。在处理大型项目时，不仅需要考虑产品本身，有时还需要考虑将整个产品环境纳入设计过程。例如，地铁列车和地铁站设计是两个不同的3D模型项目，通过场景融合功能，可以将地铁车厢3D虚拟原型与地铁站3D建筑模型融合，从而更好地审计设计和使用场景的融合程度。

• VR在系统中显示3D模型的数字优势。在VR环境中，可以记录整个数字审核流程，这为项目审核跨部门的批准和审核带来了更多便利。您可以在由3D工具设计的模型中标记、测量、隐藏和显示VR ，从而进行审阅并改进纠错流程。同时，通过特殊的手柄和配件，VR数字审核可让您对移动模型组件进行虚拟配置，从而使整个产品在虚拟环境中的使用体验得以实现。

• 人体追踪和手指追踪。在虚拟评审活动过程中，通过人体追踪和手指追踪功能，您可以在自由转换角度查看3D模型，在距离和角度之间更改3D产品原型。使审核更加动态。这比静态VR数字审核更实用。并大大提高了评审效率。

综上所述，使VR在学术界和行业中具有吸引力的原因在于，它为用户提供了在现实世界中难以或无法复制的体验。这种类型的互动对于一组产品设计师而言是无价的。它使他们能够以现实中过于危险或成本过高的方式查看和试验其设计。结合了CAD的VR功能提供了巨大的潜力。如果VR和CAD集成成为现实，需要使CAD更加易于访问，以用于跨学科设计评审。除了可访问性目标之外，在构建程序时，还需要使其易于使用，负担得起且沉浸式。这将使广泛的学科专家可以对当前的设计迭代有更深入的了解，而不会感到团队协作的压力。可负担性也很重要，因为该程序应可供许多设计团队使用以查看收益。最后，需要突出显示的沉浸原理，以便用户可以开发更完整的设计思维模型以做出更明智的决策。

3.   工程用虚拟现实的挑战

设计和验证新产品，例如飞机和机械，严重依赖于工程工具。虽然这些工具在创建、修改和评估设计方面非常有效，但对于除实践专家以外的所有人员来说，学习它们都会非常麻烦。一般而言，CAD软件包主要由用于创建模型表示的分层方法控制。这种方法通常会使经验不足或不熟悉的CAD用户感到困惑。

随着近来对跨学科设计团队的重视，那些不习惯CAD界面的人被迫使用工程工具来帮助评估设计。与工程软件导航相关的重要学习曲线和困难烙印为彻底审查设计创造了重大障碍。此外，即使非工程用户想要熟悉CAD技术，他们也很可能没有时间，资源或访问这些类型的软件工具的机会。有鉴于此，设计团队通常会依靠一部分成员来推动变更。这限制了其他小组成员探索和审查这些更改的能力。成员数量的限制导致小组的职能和设计输出都不尽人意。

由于在许多CAD界面中缺乏以用户为中心的设计原则，因此用户导航的挑战不会随之而来。

解决CAD界面不足的一种方法是，将许多VR应用程序中常见的以用户为中心的设计原理结合起来。另外，VR通过头部跟踪帮助沉浸，并提供更直观的交互模式。这种沉浸感为用户提供了更完整的设计思维模型，从而提高了理解和评估能力。VR系统通常很昂贵，并且需要大量准备工作来加载模型和维护系统，更不用说空间和设置要求了。大型VR系统是针对特定安装物理空间量身定制的定制解决方案，不易移动或重新利用。每个系统的自定义特性，空间要求和成本使部署传统大型VR系统面临挑战。结果是，许多投资VR的公司设施有限。这些有限的资源无法支持众多分散的团队，而这些团队可以从更加用户友好的评估工具中受益。

尽管VR变得越来越负担得起且易于实施，但它仍然是拥挤且完善的工作流程中插入的另一个工具。用于设计审查的VR程序会添加额外的昂贵软件/硬件，以购买和维护已经预算的负责部门。

此外，VR并不经常使用与CAD程序相同的文件格式。CAD程序文件类型包含边界表示（b-rep）数据。基于B-rep的文件包含有关模型的拓扑和确切几何形状的信息。精确的尺寸和表面关系允许设计人员修改和评估工程软件包中的模型。从CAD格式转换为VR格式会生成棋盘格化模型。镶嵌模型的几何形状由一系列节点指定。因此，该文件不再包含拓扑信息或确切的几何形状。从多面体格式进行的测量只能基于网格精度。细分的准确性对于大多数工程应用而言不够精确。也由于所有操作都必须在逐个节点的基础上进行，因此更改模型具有挑战性。在文件类型之间进行转换会导致存储在CAD文件中的重要工程数据丢失。由于VR格式的局限性，不仅CAD几何需要转换为VR格式，而且在设计审查后，VR软件包中提出的任何更改都需要在CAD中重新实现。需要工具来弥合CAD和VR之间的设计审查差距，以便在用户友好的环境中操纵几何。由于VR格式的限制。需要工具来弥合CAD和VR之间的设计审查差距，以便在用户友好的环境中操纵几何。由于VR格式的限制。需要工具来弥合CAD和VR之间的设计审查差距，以便在用户友好的环境中操纵几何。

总体而言，工程CAD工具在设计和评估产品中起着核心作用。但是，对于非日常用户而言，这些工具的易用性通常较差，这为真正有效的沉浸式跨学科设计审查创造了障碍。

4.   NX VR 简介

为了解决VR在CAD应用上的挑战，西门子在NX12.0.2版推出了将CAD和VR工作结合的解决方案。该解决方案提供了一种在NX程序中执行设计评审的方式，该程序可以显示CAD信息，从而消除了转换损失和对另一种昂贵工具的需求。通过整合基于手势的控件的VR原理，工作朝着解决与CAD相关的VR的解决方案迈出了一步。

NX中的沉浸式设计审查使您可以在完整的虚拟现实中全面查看模型。这使您能够全面了解和理解数字孪生。NX VR将最终实现更少的分析周期，同时使您第一次就可以正确地进行设计。

西门子2018年11月在内华达州拉斯韦加斯举行的Converge大会上。NX产品开发团队将案例化的NX虚拟现实（VR）功能作为附加许可选项进行了设计审查。该软件的早期原型版本与HTC VIVE虚拟现实系统结合使用，使与会者有机会查看全尺寸喷气发动机并提供反馈。在Converge大会中，用户使用NX VR环境中的命令，对发动机组件进行显示/隐藏，剖面，调整视图方向，也可以选择一个或多个设计组件，透过VR显示该NX零件的关键属性信息，并使用户能够捕获视图状态的NX快照。

 5.   NX VR软硬件配置

要使用NX 虚拟现实，必须具有专用硬件和软件。

HTC VIVE™ VR 硬件要求

您必须有HTC VIVE™ Business Edition VR System（推荐）或 HTC VIVE™ VRSystem，以及符合推荐的最低规格的 Windows PC。VIVE™VR 系统包含以下设备：

• VIVE™ 头盔

• VIVE™ 活节联接器

• 2 个VIVE™ 手动控制器，左右手各一个

• 2 个VIVE™ 基站，用来定义 VR 环境工作区域

要检查PC 是否具有建议的最小规格以及是否准备好用于 VR，可转至以下 HTV VIVE™ 网站，点击 Test Your PC 以下载 Vive 兼容性检查工具：https://www.vive.com/us/product/vive-virtual-reality-system/

点击VIVE 网站上的 Test Your PC 按钮时，系统将要求用户下载用于测试系统兼容性的可执行文件案。

HTC VIVE™ 软件要求

Windows PC 上已安装Steam 和 SteamVR 软件。

有关安装和设定 Steam 及 SteamVR 以与HTC VIVE™ 硬件配合使用的说明，请参见 HTC Vive PRE 安装指南：https://support.steampowered.com/kb_article.php?ref=2001-UXCM-4439

只有某些HTC Vive 设备需要 Steam。有关更多信息，请参见HTC Vive 设备的安装指南。

NX 12.0.2 或更高版本

必须具有NX VR 授权。

必须已加载NX 零件模型。

可以在NX 中开启多个零件，但只有活动窗口中的工作零件会得到处理并显示在 VR 环境中。如果未加载零件，则 VR 指令不可用。

Windows Mixed Reality 要求和设定

要检视Windows Mixed Reality 头戴式设备的硬件、软件要求和设定说明，请参见 MixedReality: Enthusiast Guide 的 Gettingstarted 部分。https://docs.microsoft.com/en-us/windows/mixed-reality/enthusiast-guide/before-you-start

如果您使用的是集中管理的 Windows 操作系统（无法自动安装驱动程序），请参见 Windows 应用程序管理指南，了解有关管理 Windows Mixed Reality 应用程序的说明。https://docs.microsoft.com/en-us/windows/application-management/manage-windows-mixed-reality

6.   NX VR 功能介绍

NX 虚拟现实(VR) 是一个整合的工具，只需点击一下选项即可将其开启，以使用 VR 装置在 3D 环境中体验模型，并在仿真的虚拟阶段作业中执行实时分析和沉浸式设计审核。

在 NXVR 环境中，模型以着色渲染样式显示，并且位于一个底面栅格的中心，该栅格由X-Y 轴组成，Z 轴作为向上向量。

导览模型

借助 VR头盔和手动控制器，可以在整个 VR 环境中导览，而不限于模型所在的区域。可以执行的动作包括平移、移近、移远、从一侧移至另一侧、绕模型移动、上升、下降、缩放和旋转。还可以通过真实的移动（如行走和环顾四周）浏览模型。

本软件提供了几项功能来帮助检视和浏览模型。例如，您可以：

执行设计审核

可以使用NX VR 环境对模型进行单用户或多使用者协同设计审核。在协同设计审核阶段作业中，您可以展示您的设计，以便参与者能够轻松地检视和了解您的设计。您还可以与协同阶段作业中的所有参与者一起解决设计问题。

工具菜单提供了一些公用程序来帮助分析和审核模型。例如，您可以：

NX 虚拟现实中的多使用者协同

可以在协同VR 阶段作业与处于不同位置的多个用户一起工作。在这种阶段作业中，参与者可以在实时的沉浸式环境中同时对单个设计进行检视、审核和协同。

NX 在 VR 阶段作业中支持两种类型的协同。

• 单个演示者

在这种协同环境中，一次只能有一个演示者以及一个或多个其他参与者。只有演示者可以执行对象互动，例如剖切、测量和移动对象。其他参与者只能在 VR 阶段作业中进行检视和导览。这有助于演示者在不受协同 VR 阶段作业中其他参与者干扰的情况下顺利地进行演示。可以使用 Power Cube 将演示者角色指派给 VR 阶段作业中的其他参与者，但一次只能有一个演示者。

• 所有用户与模型自由互动

在这种协同环境中，任何参与者都可以使用 VR 中所有可用的对象互动指令与模型自由互动。这种协同状态在交互式设计审核过程中非常有用，您可以与所有参与者一起解决设计问题。可以使用 Power Cube 在两种类型的协同 VR 环境之间切换。

托管协同 VR 阶段作业

可以建立阶段作业来托管协同 VR 设计审核。使用建立VR 阶段作业指令可建立与阶段作业参与者共享的阶段作业链接。

• 加入协同阶段作业

作为阶段作业参与者的用户可以使用阶段作业链接加入协同 VR设计审核阶段作业。使用加入 VR 阶段作业  指令可验证阶段作业链接并加入 VR 阶段作业。

 7.   结语

NX VR为跨学科设计评审提供了一个沉浸式，用户友好，低成本平台的步骤。该程序的用户可以同时享受VR和CAD的双重优势。该功能的收益包括增进了解，增强复杂3D空间的思维模型以及包含CAD工程/制造数据。此外，用户交互使用易于操控的自然用户界面进行，从而消除了与传统CAD软件包相关的缺点，从而降低了跨学科团队进行设计评审的准入门坎。这样可以确保团队中的所有成员都可以探索可能的设计并与之交互，从而增加了发现潜在设计缺陷的可能性。