虛擬實境與工業仿真系統為企業帶來的成功優勢

虛擬仿真與模擬設計階段

作者？周柏棟

隨著全球化市場競爭的加劇，工業企業一直在尋找可以減少產品設計時間和成本的方法。當今趨勢是使用單一「數位原型」取代眾多昂貴的「實體原型」，數位原型是根據產品開發過程中所有的技術資料所完成的。原則上它不需要建造成本，不但能一直持續保持最新版本，而且所有資料可以進行回溯跟跟蹤。利用先進的虛擬仿真技術，使用數位原型完全取代實體原型來進行空氣動力學分析、人因工程學的研究、碰撞測試與市場調查等研發工作是極有可能的。然而如果沒有辦法與虛擬物件進行真實的互動與得到精確的力量回饋，一些研發資料要能達成足夠的可信度是相當的困難，尤其是在工業產品在設計過程中的裝配、拆卸與維護等研發工作。

利用虛擬設計以及仿真系統，最終可以將工業產品的外觀或生產規劃，預先尋找出最有效率的設計流程與作業方法。工業生產的效率衡量指標有很多，例如成本、時間、品質，以及有效利用基礎設施例如裝配生產線和操控人員能力等等。儘管工業製造已經採用機械化自動生產裝配，但實際作業執行中很大程度上還是得依賴操作員的技術和經驗。只有人的大腦可以在複雜與現實條件限制下有能力去整合與分析問題。而維護維修類比也是如此，其主要目標是找出使用最少的零元件，以最簡化的程式來完成調換零元件或一個子系統。

完整的工業仿真系統不但可以即時與CAD裡所有物件進行互動，還能在虛擬環境裏體驗即時3D立體感受或物理回饋。適合產品外觀檢核、互動體驗流程、立體投影展示、裝配拆卸任務、維修方法驗證、人因工程分析、工作環境仿真、操作模擬訓練…等的模擬應用。

段標：3D虛擬實境的應用發展

虛擬實境從1990年代蓬勃發展以來，隨著軟硬體技術不斷的演進，從一個標榜著高門檻的新興科技已經逐漸成為你我日常生活中相當實用的技術，由於3D繪圖引擎的不斷改進與3D加速卡的大量普及，虛擬實境的視覺效果已經可以達到從前無法想像的境地，所以使用者對虛擬實境的要求已經不僅是追求高畫質的3D即時呈現效果而已，除了過去經常應用在虛擬導覽以外，近年來在工業應用、數位行銷、數位學習、產品設計、工業流程設計及新媒體藝術…等等各方面的實際運用越來越廣泛，所以未來如何以虛擬實境技術結合無遠弗屆的網路傳輸方式、或與硬體整合成千變萬化的互動裝置，從而設計出豐富多樣化的作品，是虛擬實境未來發展的一大趨勢。

3DVIA Virtools運用在工業應用及導入流程

在製程模擬開發上，導入虛擬實境技術將有別於傳統單向式的邏輯模擬及驗證功能，在面對未知的製程時，能藉由互動模擬，將虛擬工廠的回應即時回饋至所建構之處理機制，可有效提供製造系統事件之事前模擬與事後分析之基礎資訊結構。

另外，3D虛擬實境的運用也可以結合線上學習、模擬訓練等開發，提供聰明經濟的訓練成效、避免操作意外的發生。
3DVIA Virtools能將各種不同檔案格式(如 VRML, OpenFlight…等)以及將不同軟體的 CAD 檔案(如 Catia,Pro Engineer, Solidworks,AutoCad ……等)轉換成 Virtools格式，讓設計好的物件在3DVIA Virtools中開發更多元的運用、製作成3D即時互動內容，廣泛使用於產品設計、工業流程設計模擬等地方，最後可以放在網站裡或多媒體光碟中，用來做成數位行銷、數位學習等最佳呈現，讓產品設計與 3D/VR 更深度的結合。

當今於工業生產規劃之領域中，運用電腦整合製造(Computer-Integrated Manufacturing, CIM)技術管控生產操作內容之相關研究已有相當之發展，這些研究於製造程序(Manufacturing Processes)與生產管理(Production Management)間，高度使用電腦演算法分散地處理特定功能和特定資料，再予以搭配式組合與呈現，使製程技術之掌控與生產規劃之落實產生了實質的連貫。而這些分散的電腦演算法在虛擬實境系統中，可以得到有效整合現實平台進行呈現。虛擬實境系統所具備之最大之特質，在於其賦有充足實體含義之虛擬環境物體，以及可即時呈現動畫之能力。而3DVIA Virtools所具備之高效能動畫引擎、外部資料庫連結，和客製化行為模組開發介面等，著實提供了工業生產系統之規劃與模擬者一個可發揮的舞台。華創車電技術中心(裕隆集團)藉由導入3DVIA Virtools建置了一套大型的3D仿真系統，實現一比一的虛擬樣車驗證與展示，大幅促進了設計、生產、市場與銷售等跨部門的溝通，提升企業整體的競爭力。

段標：由PATCHWORK 3D的擬真影像，加速產品上市流程

Patchwork3D將工業常用的CAD模型檔案，通過輕量化處理、法線檢查、貼圖反射、軸心處理、烘焙貼圖和增加材質等流程，在短時間內將普通CAD檔轉化為照片級真實感的即時互動3D虛擬數位模型。這種富有創意的全新設計方式，廣泛應用於航空航太、汽車製造、建築設計、消費品包裝等不同的工業領域，不僅節省了製作實體模型的成本，大大縮短了設計週期與費用，而且有效地拉近了使用者與設計者的溝通距離。

改革產品設計流程：Patchwork3D幫助使用者通過3D互動式的圖像來驗證產品的外觀、結構和比例。還可以創建無限數量，不同型號、材質和色彩的數位模型，減少了實體模型的製作成本，加速產品設計流程。

簡化專案審核流程：在創建實體模型前便可以對產品模型進行有效性評估和驗證，在審查的過程中可以隨時對產品的設計方向進行修正，以適應當前的市場定位。

逼真的紋理和材質展現，降低投資風險：Patchwork3D為用戶提供了一款高效能的材質編輯器，通過照相機或掃描器來獲取真實的材質圖片，經過簡單的調整操作，即可將全尺寸的圖片導入到Patchwork3D材質庫中，這些帶有尺寸的材質圖片，能更加貼近真實的材質效果。

Patchwork3D材質編輯器可以創建：Standard(標準材質)、Label(注釋標籤)、Seam(車縫線)、Matte(陰影)、Env(環境)和Mirror(鏡像)等材質文件。

時立體交互展示：Patchwork3D自有的立體顯示功能可以讓用戶通過立體顯示系統，輕鬆的以立體的形式流覽產品，為設計者和用戶提供虛擬實境的產品體驗，增強虛擬數位模型的真實性和可靠性。

結論
選擇完善的工具能節省大量技術開發的時間與降低研發風險，有效支援開發者將夢想落實，但3D / VR著重的『創意』獨具，才是每件作品的精髓所在。期望透過國內外虛擬實境與工業仿真最新應用的分享交流，能幫助更多創意團隊激發靈感，開創更具競爭力、更精彩可期的作品。

有鑒於此，AXIS 3D提供目前市場上最完整的3D工業仿真解決方案組合，運用國內外完整的PLM解決方案，再加上工業專用的仿真硬體設備，可以針對3C產品、科技商品、汽車、航太、造船、醫療與軍工行業領域進行高效率的產品設計體驗，大量節省實體模型的成本，立即取得實際的回饋資料，進行快速的修正或確定設計方案。

另外AXIS 3D以提供客戶最完整的服務與培訓體系為最高指導原則，無論從系統規劃、安裝、教育培訓、技術支援到專案服務整個產品設計流程都能給予客戶最大的支援力度，協助客戶能快速掌握仿真系統的操作與應用，也可以針對客戶需要進行軟體系統的二次開發，提高使用的效率，以達到產品製造方法數位化。AXIS 3D工業仿真解決方案能真正提高工業產品的設計效率與生產力，不但能大幅降低產品開發成本，並在安全與品質上得到最大的效益。（作者為愛迪斯科技 產品經理）