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虛擬仿真技術方案范文1
虛擬仿真技術也叫做模擬技術，是利用計算機系統模擬出另一個系統，可以與人們進行交互，虛擬仿真技術是一種遵循自然界發展規律的高新技術。虛擬仿真技術可以對工程施工方案進行虛擬驗證和優化，極大程度上降低了施工安全事故的發生機率，實現了的建筑工程施工成本的有效控制。虛擬仿真技術具有交互性，而且非常的逼真，它可以結合圖形技術、仿真技術以及傳感技術建立起虛擬的信息空間，進行人性化的模擬仿真互動，虛擬仿真技術是一種對系統動態模型的試驗方法，在建立數字城市、室內設計、建筑工程施工等很多方面都應用的非常廣泛。
2虛擬仿真技術在建筑工程施工中的應用意義
虛擬仿真技術可以對建筑工程的施工過程進行模擬，在工程正式施工之前，就可以對建筑工程結構構件的位置和相對關系進行驗證，準確的計算出建筑工程相關結構的應力情況，以便可以及時的對建筑工程施工方案進行優化。在選擇建筑工程施工方案時，需要有一定的施工經驗，這種優化方式需要建筑工程施工開始之后才能進行優化，具有一定的局限性。應用虛擬仿真技術可以在建筑工程施工之前就展現出施工效果，以便有效的選擇施工方案，實現建筑工程施工的最優化。虛擬仿真技術在建筑工程施工中的應用有助于施工技術的創新，同時縮短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工風險。虛擬仿真技術可以對建筑工程的施工全過程進行模擬，發現建筑工程存在的施工質量問題，同時也幫助施工人員對整個施工流程進行了解，可以保證施工人員的人身安全。虛擬仿真結果可以幫助設計人員對不合理的施工結構進行改進，使這個建筑工程的施工流程更加規范。
3虛擬仿真技術在建筑工程施工中的應用
3.1虛擬仿真施工技術在建筑工程中的應用
虛擬仿真技術可以在虛擬模型上完成建筑工程的虛擬施工，對建筑工程的施工方案合理性進行驗證，確定具體施工環節的進度。傳統建筑工程的施工需要根據設計人員的工作經驗來制定詳細的施工方案，這種根據經驗制定的方案很容易產生施工漏洞，造成建筑工程的施工進度或者施工質量出現問題，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中應用虛擬仿真技術可以提前建立起建筑工程的仿真模型，對設計完成的施工方案進行驗證，尋找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中應用虛擬仿真技術有效的降低了工程施工的成本，并保證了建筑工程的施工質量。虛擬仿真技術還可以根據施工現場的具體情況，對建筑物周邊的道路、場景等進行渲染處理，并利用計算機對建筑工程的具體環境進行實時交互，也可以深入到整個建筑模型當中，對建筑物的內在環境進行觀察，有利于建筑工程設計人員對建筑圖紙進行有效的修改。設計人員可以感受到自己設計的成果建設完成后的景象，并對建筑結構的相關功能進行檢測，使設計者可以更加精確的了解建筑工程中各個結構部件的位置以及相對關系，使設計人員對建筑工程設計的更加全面，實現了對建筑工程施工過程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三種圍護結構方案，通過虛擬仿真技術對三種圍護方案的能耗進行分析，最終可以選擇出最佳的節能圍護方案。
3.2虛擬仿真技術在復雜鋼結構施工中的應用
建筑工程中的復雜鋼結構是整個施工過程中最為關鍵的環節，因為建筑鋼結構是單獨的鋼制構件拼接在一起，不同鋼結構的受力情況和承載力都是不同的，在不同的施工階段鋼結構的平衡性也是不同的。鋼結構的特殊性就需要保證安裝過程的嚴謹，一旦鋼結構的設計或者安裝出現差錯，會導致建筑工程的整體受力情況受到影響。鋼結構的精準施工可以實現對建筑工程的施工指導，避免增加無效的施工成本。在對復雜鋼結構進行施工時，僅依靠施工人員的經驗是不可能完成的，但是虛擬仿真技術彌補了復雜鋼結構施工中存在的不足，可以對復雜鋼結構的構件位置進行精準定位，并實現對鋼結構施工的全過程跟蹤，實現施工過程的有效控制，降低建筑工程施工事故的發生機率，有效提高建筑工程的經濟效益。在對復雜鋼結構進行施工時，虛擬仿真技術可以使建筑工程實現最優化施工。
3.3建筑工程施工過程中三維動畫技術的應用
傳統的建筑工程施工，施工進度只能依靠施工人員的經驗進行判斷，不能對施工過程進行針對性指導。而在建筑施工過程中應用三維動畫技術，可以將施工全過程利用高仿真動畫的形式展現出來，并著重體現出施工過程中的重點和難點，使施工人員在建筑工程施工之前就可以了解到施工過程中的每個細節，注意到施工過程中的注意事項。三維動畫技術在虛擬仿真技術中屬于比較低端的技術，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重復更改和修理，加快了建筑工程的施工進度，使建筑工程的施工質量得到有效的提升。中央電視臺新址以及上海環球金融中心在施工過程中都應用了三維動畫技術。
3.4模擬仿真技術在建筑工程施工安全中的應用
模擬仿真技術可以實現對建筑施工方案的最優化控制，傳統的施工安全控制不能對施工方案進行優化分析，所以不能發現施工方案中存在的問題，但是通過虛擬仿真技術可以對建筑工程的施工方案進行模擬演練，發現施工過程中可能出現問題的部位，并利用三維動畫技術對問題部位進行動畫演示，以便制定有效的安全預案和相關的應急措施，以便發生安全事故時可以將建筑工程的損失降至最低，避免造成嚴重的施工安全事故。施工人員也可以借助虛擬仿真技術進行安全演練，增加施工人員的安全防護能力，進一步提高了建筑工程的安全水準。
4虛擬仿真技術在建筑工程施工中的實現
在建筑工程施工中應用虛擬仿真技術首先要建立起虛擬場景，并各具各個結構部位的不同特征，建立起相應的細節模型。在所有的細節模型建立完成后，通過內部聯節點將所有的結構部件拼接成一個整體，并將地物造型與原有的地形結構緊密結合在一起，完成整體效果圖的建立。虛擬仿真場景中，為了增加建筑工程虛擬模型的真實感，可以對虛擬模型進行交互設計，通過不同的指令，設計人員可以在模型中進行自由移動。設計人員可以在虛擬方則仿真平臺內對建筑工程相關結構的施工軌跡進行定位，例如在對復雜鋼結構進行施工時，仿真模型可以對吊裝過程進行交互仿真，將各種二維數據全部輸入到三維模型中，實現復雜鋼結構的虛擬施工。這種方法提高了建筑工程施工的可視化效果，使相關施工方案可以更加直觀的表達出來，同時也可以對施工過程中重點位置進行分析，制定針對性的施工措施，有效保證建筑工程施工項目的順利進行，讓建筑工程的技術交底更加全面，促進了建筑工程施工的發展。
5結論
虛擬仿真技術方案范文2
【關鍵詞】虛擬仿真技術；建筑施工；應用研究
【中圖分類號】V448.15+3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0168-01
隨著現代科學技術的飛速發展，虛擬技術和仿真技術逐漸開始了有機整合，成功運用在了建筑工程的設計與施工中，并且完全改變了傳統模式下的建筑設計和施工。究竟虛擬仿真技術是什么，它又是如何應用于建筑施工中，這些都是本文接下來會探討的話題。
一、虛擬仿真技術概述
傳統的仿真技術不能夠模擬出人對于外界情況的感知，而虛擬仿真技術涉及到了關于仿真人的感知模型。虛擬仿真技術是在多媒體技術、傳感技術、仿真技術以及計算機技術快速發展的基礎上，虛擬技術與仿真技術有機結合的產物。虛擬技術與仿真技術完美結合在了一起，則能利用虛擬的現實技術建立與試驗仿真的模擬模型，將仿真的過程和結果通過可視化、圖像化的方式呈現出來，強有力地推動了仿真技術的高速發展。虛擬仿真技術具有四個基本特性，包括沉浸性、交互性、虛幻性與逼真性，這些特性在虛擬仿真技術中得到了有效的體現，同時也提升了虛擬仿真技術在仿真技術領域的競爭力。
二、虛擬仿真技術在建筑施工中的應用研究分析
虛擬仿真技術在現代建筑施工中的應用越來越普遍，意義也越重大。本文將從以下幾個方面展開虛擬仿真技術在建筑施工中的應用研究分析：
（一）虛擬施工技術的應用研究
從一定層面上講，建筑施工過程實際上就是把施工的設計圖轉化為實物的—個過程，只是這個“轉化”的含義及意義都非常重大。傳統的施工方法與方式太多，容易跟著實際情況產生變化，而且從圖紙的設計到具體的施工環節，一般都很難按照原計劃設計的圖紙進行。此外，傳統的施工技術為了確保施工順利完成，一般總是憑借經驗實施工程，然而某些經驗往往會給施工帶來決定性的失誤。當前，大部分的建筑工程采用了全新結構，傳統的施工技術已經無法適應當下復雜的施工條件，因此轉變施工技術才是重點。虛擬施工技術應用于建筑施工中，能夠改善傳統技術下的盲目、主觀與隨意，能最大化地提高工程的質量，減少成本、耗材，提高施工的安全。利用虛擬施工技術的交互性和高度仿真性，可以建立施工設計的幾何模型，建筑施工的相關人員能夠根據所需進行施工的虛擬試驗，從而篩選出最佳的設計方式。
（二）仿真技術的應用研究
仿真系統是虛擬仿真技術的基礎之一，它能夠仿真虛擬建筑物施工周圍環境的外景，并且效果非常良好。通過仿真系統，可以將設計圖紙上的建筑物進行詳細建模，并能對建筑物周圍的相關環境因素如道路、休閑場景等進行建模。相關的設計人員與業主可以從不同的視角觀察仿真系統建模下的建筑物，也可以通過不同的入口走進虛擬建筑物中，還可以邊走邊看，相當于一次賞心悅目的漫游，并且還能通過鼠標與這個虛擬仿真建筑進行實時交互。在虛擬場景中，每一個物體都與實體之間有著高度仿真效果，其中還有聲音與動作等仿真特效，這就使得虛擬場景有著很強的真實感，讓人有種身臨其境之感。
（三）虛擬仿真技術在復雜空間的鋼結構施工中的應用研究
在某些建筑施工中，存在著復雜空間鋼結構施工，它是從一個部分逐漸到整體的完善過程，因此耗時，同時必須注意細節。復雜空間鋼結構的不同施工階段，其負載情況、結構的形態、受力特性以及邊界條件都不相同。在一個階段施工完成之后，暫時會處于一種平衡狀態，但是進行下一階段施工時，原有的平衡就會被打破，只有新的階段完成，才能再次實現平衡。復雜空間鋼結構的施工是一個平衡不斷被打破繼而又保持平衡的過程，在處理過程中顯得有些復雜，受力的因素也比較多，加之使用的施工方法不同，往往無法有效進行施工的指導。大量實踐證明，事故頻繁的高峰期往往就在施工階段，若處理不慎，極易釀成大禍。以往的施工過程中缺乏對施工的分析或者分析不夠詳細，致使施工中總是出現施工安全問題，而如今有了虛擬仿真技術，它可以對復雜空間鋼結構進行全程跟蹤，及時找出施工中哪個階段會是最危險的，然后加以控制。
（四）虛擬仿真三維動畫在施工中的應用研究
虛擬仿真技術三維動畫的出現，打破了傳統施工只能依靠經驗分析施工過程的模式，為現代化的建筑施工提供了一個便捷有效的分析手段。通過三維動畫對施工過程進行分析，專家、施工的技術人員以及業主就能對施工全過程甚至是每一個細節都能清除了解。此外，工程中會遇到的重難點以及關鍵環節，都可以通過仿真技術以三維動畫的形式展現出來，而且還可以根據業主的所需進行合適的調整，并及時修改原有的施工方案。目前，這種手段已經成功運用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央電視臺的新址、上海環球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越來越多社會業界的關注。
（五）虛擬仿真技術在施工安全方面的應用研究
安全，不論在什么時代，都是必須保障的主題之一。傳統建筑模式下，很難預見安全隱患，但是虛擬技術的應用，能讓安全隱患一目了然。
1、進行施工安全控制的方案優化
在建筑工程施工分析中，如果采用虛擬仿真技術進行分析，可以發現很多傳統模式下無法發現的隱患，同時也能夠對不同類型的施工安全控制方案進行相應的模擬演練，并進行比較，最終確定出—個最佳的方案，實現安全控制方案同相關的成本控制、資金預算、損耗控制等方面的最大化。
2、實現安全演練與預防的最優化
實現安全演練與預防的最優化可以從以下三個方面進行：其一，工作經驗豐富的工程師要充分去了解容易出現隱患和發生事故的工程環節，利用虛擬仿真技術建立三維動態仿真模型，為類似事故的發生提前做好預防；其二，應該進行緊急逃生演練的模擬，通過模擬演練，訓練現場工作人員的自救能力、逃生路線的抉擇以及應急行動的實施；其三，還能做好安全教育，比如通過事故過程模擬，讓大家感受事故，預先做好安全防范。
三、結語
從目前來看，虛擬仿真技術在建筑施工中越來越普遍，這大大地降低了施工安全隱患、控制了施工的成本，同時也實現了施工控制的最優化。我們應該繼續探索虛擬仿真技術在建筑工程中的應用，以便更好的讓其為社會主義現代化服務。
參考文獻
[1]杜曉剛.虛擬仿真技術在建筑施工中的應用分析[J].中華民居，2011，（6）：161-162
虛擬仿真技術方案范文3
關鍵詞：機械制造；仿真技術；結構設計；加工設計
1機械設計制造與仿真技術概述
1.1機械設計制造
機械設計制造具有工作內容復雜等性質，機械設計制造過程中需要電氣自動化、電子工程等技術的支持，相關科技的快速進步，也推動機械設計與制造工作向更多元化的方向發展。以往的機械設計一般以設備零件、工業器械為主要內容，在制造中需要先建構模型，進行多種科學實驗，才能保證機械模型的合理性。利用各種自動化技術和仿真技術，能更科學、高效地進行標準化、非標準化的零件設計與加工。
1.2仿真技術
仿真技術應用多種硬件、軟件工具，基于仿真實驗、相關算法及問題求解，達到構建反映系統某一運行過程或行為的仿真模型的目的。仿真硬件以計算機和相關硬件為主，包括數字計算機、混合計算機、模擬計算機，以及目標仿真器、環境仿真器、運動仿真器等多種物理仿真設備；仿真軟件包括各類仿真語言及相關數據庫。在應用仿真技術過程中，為了構建基于仿真目標的系統模型，必須進行仿真實驗，一般會進行離散事件的系統仿真實驗和連續系統仿真實驗。在機械設計和制造中應用仿真技術，能大幅度提升機械設備研發速度，減少制造中花費的時間、資金，從而幫助相關機械生產企業獲得更高的經濟收益。
2仿真技術在機械設計制造中的應用意義
2.1節約設計與制造成本
在機械產品的研究開發過程中，企業需要投入大量資金及人力，特別是在大型機械設備的研發中，因為工程量大、結構復雜，需要統籌全方位的設計工作，因此設計成本相當高，而設計的合理性、效率與研發成本息息相關。應用仿真技術，能夠基于相關設計參數建立產品的二維、三維模型，對機械產品的全過程進行相應的模擬和實驗；還能基于計算機完成傳統研發過程中煩瑣復雜的內容，有利于降低工作人員的研發難度和勞動強度。利用機械模型研發產品，能不斷調整參數，降低利用實體模型等方法進行研發的經濟成本，從而提升產品的研發質量與效率，節約設計與制造成本。
2.2提升參數的準確性
我國各行各業均向機械化、自動化等方向快速發展，當前所需的機械產品類型越來越多，結構越來越復雜，對零部件精密程度也提出了更高的要求，機械設計的過程也變得更為多元、復雜，對相關零部件參數的準確性提出了更高要求。利用傳統機械設計方法難以滿足當前的標準要求，利用傳統計算機技術手段分析大量數據，不僅處理效率低，還無法直觀地顯示和調節相關數據，一旦出現數據計算失誤或數據傳遞失真，就會降低產品的技術性能。利用仿真技術，能124夠通過模型更直觀、準確地分析和優化大量設計參數，降低設計難度與出錯率，幫助設計人員快速完善產品設計和加工方案。
2.3確保設計方案的合理性
在傳統機械設計研發過程中，設計方案的制訂過程相當復雜，需要進行大量的人工分析，既浪費時間和精力，又難以保證設計方案的合理性、科學性，這主要體現在方案精細化程度不足，設計師未能全面分析制造過程等方面，導致最終制造出的機械產品在性能等方面往往與設計預期相去甚遠，甚至達不到相關技術要求。科學應用各項仿真技術，能使設計人員更合理地整合相關數據，確定機械產品的各項參數，如基于各項仿真實驗，獲取環境、運動等仿真數據，構建機械設備在實際工作環境下的三維模型，從而更便捷、直觀地調整相關參數，對比分析各個設計方案、制造方案，最終選擇最優方案。
3仿真技術在機械設計制造中的應用優勢
仿真技術在機械設計制造中得到廣泛應用，在機械產品的設計、制造、檢測等環節均發揮了重要的作用，這使得仿真技術在機械設計和制造中占據重要地位。仿真技術不僅能夠更好地把控產品的質量與制造效率，還有利于優化相關技術，更快地進行產品的更新迭代，制造出符合市場要求的高質量、高性能產品，提升生產企業的經濟收益。如今仿真技術應用范圍仍在擴大，仿真對象、仿真目標更為清晰準確，進一步提升了仿真技術在制造行業的應用有效性。
3.1集成度高
仿真技術的集成化屬性能更好地適應當前機械設計與制造工作的需求。仿真技術融合了多種科技與理念，本身十分復雜、多樣，因此能夠模擬不同類型機械產品的各個復雜模塊，進行模塊化、集成化的產品設計與制造，從而滿足當前市場對機械產品提出的模塊化、靈活組裝等要求。
3.2分布性強
仿真技術的分布特性十分明顯，這是由于仿真技術十分依賴網絡技術、計算機技術及各種電氣自動化技術。技術的不斷發展，使仿真技術的分布特性不斷加強。對仿真技術各軟硬件工具及相應的運行環節進行分析，可以發現各種仿真功能的實現充分應用了各種網絡技術、制造技術，整個技術的運行環節均需要配合各種理論和圖形規定進行。分布性強這一特點會在一定程度上強化仿真技術在機械設計制造中發揮的積極作用，更好地保障設計工作的合理性和設備的制造質量。
4仿真技術在機械設計制造中的應用前景及發展方向
4.1應用前景仿真技術
隨著各類計算機技術、電氣技術的進步而迅速發展，一些仿真硬件設備及軟件的水平快速提升，使數字化仿真技術的優勢進一步凸顯，當前主要體現在超小型計算機、處理器等工具相互配合方面，能夠降低傳統仿真技術中對大型仿真設備和實際仿真實驗的依賴性，從而有效降低研發成本。在仿真軟件方面，仿真技術正與AI技術融合，有利于提升仿真軟件的精確性、全面性，推動機械設計向虛擬設計與制造方向發展，虛擬設計與制造將更多地應用虛擬仿真技術，在更多的機械產品設計及制造內容中應用計算機對仿真對象、目標進行全過程結構設計、參數調整及資源調配，從而顯著提升機械產品研發水平和研發過程的管理水平，顯著降低機械設備設計與制造的周期及成本[1]。由此可見，仿真技術在機械設計領域具有廣闊的前景。
4.2發展方向仿真技術
在機械制造中的應用將向精確化、智能化方向快速發展。仿真過程的精確化發展體現在機械制造中的數控加工等過程將與仿真技術進行更深入的結合，通過模擬加工過程，可以更好地調整相關的加工參數或產品參數，從而以更低成本優化加工方案，使各項加工參數更精確、合理。仿真過程的智能化發展體現在機器人技術和網絡通信等技術與機械設計仿真過程更深入融合，將使仿真過程更自動化、智能化，技術人員將更多地通過計算機軟件進行仿真過程的設計與控制，基于各種通信技術進行數據交換和實時控制、監測。另外，仿真技術在機械領域的應用內容也將更為廣泛、精細化。
5仿真技術在機械設計制造中的應用流程和具體應用
5.1仿真技術的一般應用流程
仿真技術的應用涉及圖形學、幾何造型學知識，在對目標產品進行實質抽象化的數學模型處理時，需遵循一般的應用流程。首先，應確定目標產品的結構和相關參數，建構基礎的模型。基于各仿真工具建構能模仿真實環境及產品的可靠系統，加上邊界條件、約束條件等參數。其次，應用電氣工程、自動化、網絡通信等方面的技術，將數學模型中的參數進行相應的闡述，并結合時空關系劃分模型，構建每種環境下的動態模型與靜態模型。以構建動態模型為例，需要構建連續時間下的仿真模型、離散時間下的仿真模型、混合時間下的仿真模型，并重視各模型之間變換層面的構建[2]。再次，應用相關算法、仿真軟件及計算機語言，對仿真模型開展全面的分析。需要滿足模型自由變換、參數分析全面等要求。最后，進行仿真模型實驗工作，即將創建的仿真模型輸入搭載某一實驗環境的計算機中，使仿真模型虛擬運行，由此得到產品仿真運行的結果[3]。開展仿真實驗前，需要進行先期設計，并對實驗方案進行預運行，根據仿真實驗想要達到的實驗結果確定具體的衡量指標和標準，對仿真實驗結果進行合理的分析。為驗證實驗結果的可靠性，需要通過反向驗證等方法進行檢驗。經過這一系列的應用流程，才能保證仿真技術被合理地應用于機械設計制造。
5.2仿真技術在機械設計制造中的具體應用
5.2.1仿真技術在機械產品結構設計中的應用根據機械產品結構設計的一般工作流程可知，機械產品結構由完成不同功能的多個結構協同組建而成。結構設計直接關系到機械設備運行的安全性、效率及其他重要性能，研發人員在利用仿真技術進行結構設計時，需要優化產品結構的模擬實驗等工作，如通過高負荷環境下的功能性實驗來測試產品結構的安全性、可靠性等性能，然后基于各項測試最終確定最優的產品結構模型。與此同時，研發人員需要借助仿真技術、三維設計軟件及運動學理論，對產品結構設計模型進行多角度、多維度的展示、觀測和測試，在保證產品結構的運動狀態可靠性符合設計標準的基礎上，對不同零部件進行干涉實驗和細化分析，從而發現各零部件存在的金屬疲勞等問題或技術瓶頸，然后進行參數、材料等方面的優化調整，以全方位提升機械設備結構設計的合理性[4]。三維設計軟件在機械設計中已較為普遍，將運動仿真與三維設計進行更高程度的融合，能夠使研發人員實時地觀測機械結構在具體運動環境下的各項性能，有效提升結構設計質量，節約設計所需的時間和物料成本。例如，在一些機械設備的齒輪設計中，研發人員利用仿真技術能提升這些重要部件的質量和設計的合理性。齒輪是一些機械設備的關鍵部件，其性能直接影響整個機械產品的使用壽命與生產效率。應用仿真技術，能對齒輪結構設計及相應設計參數進行測試，判斷齒輪設計能否滿足產品的設計目標和相應的加工要求[5]。在具體應用中，基于仿真軟件模擬齒輪在相應環境中的工作環境，以此檢測齒輪結構設計、參數設計是否符合規范。若發現設計問題，還能進行相關參數的調試，最終完善齒輪設計。如利用仿真技術模擬和測試圓弧針齒的運行軌跡，測試齒輪是否能在相應環境下正常運行，并基于仿真技術深入完善各齒輪轉動接觸點的相關參數。5.2.2仿真技術在機械產品加工設計中的應用機械產品從設計到制造需歷經多個步驟，許多步驟的流程較復雜，特別是在設計和生產大型、超大型機械設備時，其過程尤為復雜，而應用仿真技術能在一定程度上使這一過程更加便捷[6]。機械加工設計過程中應用仿真技術，能切實優化研發設備的各項性能和工作效率。例如，在數控加工工作中，需要編寫相應的加工方案，而應用仿真技術能更便捷地完成加工方案的編寫，調試機床運行程序，生成相應的二維、三維圖形及加工數據，在機械設備生產中合理選擇刀具等加工工具，利用合理的流程、準確的加工指令高效完成設備加工作業。此外，應用仿真技術還能有效減少人為操作、降低失誤率。
6結束語
綜上所述，仿真技術已在多領域得到應用，具有很強的技術優越性，推動其在機械設計制造中的應用，能夠為機械制造領域帶來新的活力和發展機會。因此，相關企業需要積極、合理地應用仿真技術，優化相關的設計、制造工作，提升機械產品的質量與研發效率。
參考文獻
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虛擬仿真技術方案范文4
關鍵詞：虛擬施工 虛擬現實 建筑施工
中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0057-01
為了解決返工成本和管理成本這兩個關鍵問題，期望提升建筑業的生產力水平并且以制造業的生產管理經驗為參考，引入了虛擬模型技術機理即“虛擬施工技術”，將此技術應用于建筑施工項目管理當中。
1 虛擬施工的概念
虛擬施工（Virtual Construction，簡稱VC），是通過計算機建模、分析，虛擬現實計算機仿真技術將實際施工過程在計算機上模擬出來。此技術在制造業當中應用較多，在建筑施工當中應用較少。通過虛擬施工技術，業主單位、設計單位和施工方在策劃、投資、設計和施工之前都能夠清楚的看到施工的過程和結果。沉浸虛擬現實（Immersive）和桌面虛擬現實（Desktop）是虛擬現實的兩種形式，但在建筑業當中應用較多的是桌面虛擬現實（Desktop）。國外在建筑施工中應用的是開發漫游系統（Walkthrough）主要包括場地的外形和設計，施工過程的計劃和管理施工方案的預算等等。虛擬施工技術可以進行干涉分析、可靠性檢驗、內力計算、工序的確定等不僅表現為一種技術手段而且提供一種全新的管理模式使得施工的質量、成本、工期都得到最優化，另外還保證施工環保安全。
2 虛擬施工的技術支撐體系
虛擬施工技術涉及到了很多領域，主要包括以下技術：
（1）計算機仿真技術
計算機仿真技術在施工技術與管理、內力計算、結構計算等土木工程領域當中。虛擬施工的核心是計算機仿真技術，它通過建模分析能夠從理論上保證結構的穩定和安全。
（2）建模與優化技術以及相關的軟硬件技術
從建筑工程的規劃、設計、施工、管理等方面，應用優化原理，使得建筑項目質量高、工期短、造價低，實現企業的利益最大化。
（3）虛擬現實技術
虛擬現實技術能夠為人機交互對話提供三維界面，使用戶能夠沉浸在一個創建在多維信息空間上的虛擬信息環境里，具有身臨其境的感覺，這為虛擬施工開發提供可視化的交互環境。
3 虛擬施工作用
虛擬施工技術實施的指導思想以及作用的集中體現是“先試后建”?！跋仍嚭蠼ā蹦軌虮ＷC項目在理論上成功，而且能夠保證結構物的穩定與安全，可以檢測任何階段的性能，模擬任何荷載情況下結構物的抵抗能力。虛擬施工的主要作用歸根到底是優化建筑項目設計、施工過程以及施工管理活動等。
3.1 優化建筑項目設計
建筑項目能夠順利實施的前提和保證是要有一個完善的設計方案。由多個設計方參與完成的建筑項目設計即建筑設計、結構設計、建筑設備設計等，在施工過程中成為聚在一起的建筑構件，由于由多方設計所以經常發生沖突比如建筑結構和設備之間的沖突等。這直接導致返工不僅增加成本而且延誤工期。另外，好多項目從設計角度可行，但實際施工當中不可實施，導致設計失敗，必須變更設計，同樣會增加成本和延誤工期。以上問題的原因就是設計方、施工方在設計階段缺少溝通和協作，缺少一個檢測平臺。針對這些問題應用虛擬施工技術可以得到解決，采用虛擬施工技術優化設計，建立相關3D模型提供了一個有效的平臺，包括建筑、結構及建筑設備等用于設計沖突、可施工性的檢測，及多方溝通。
3.2 優化施工過程
施工過程的順利實施的保證是有一個正確的施工方案作為指導。當前，主要由項目經理及項目組憑借施工經驗來編制施工方案。但是由于工程的復雜性和項目經理經驗的不足，施工方案的編制存在很多漏洞。而且它的可行性有時候也會受到質疑。施工方案必須保證項目實施的可行性、低成本，高質量、短工期同時環保安全也很重要。在虛擬施工技術出現之前，這一問題幾乎找不到有效的解決方案。虛擬施工技術可以實現多方案比選，對不同方案進行檢測，選擇一種最優的施工方案?；谏鲜鼋⒌?D模型，采用虛擬施工技術可模擬和分析相關施工方案。建筑業在施工當中的返工率越來越高，將虛擬施工技術應用于建筑業施工過程中，通過虛擬現實和計算機仿真以實現對施工過程的事前控制和動態管理達到施工方案優化和降低成本的目的。
3.3 優化施工管理活動
管理成本占據建筑項目成本的很大一部分。為了降低管理成本，配備少量管理人員，采用虛擬施工技術，它可以清晰地展示整個施工過程就像栩栩如生的“施工操作說明書”。
4 虛擬施工技術在建筑業的應用實踐
在國外對于虛擬施工技術一系列相關的研究和試驗正在進行。Clasgow Strathclyde大學土木工程系和信息科學系聯合研究一種能夠協同施工的可視計劃。它包括一個可以對全程進行監視并且可以交互的進行的非沉浸虛擬現實接口。針對幾種不同的施工順序和現場組織它允許用戶以交互協同方式進行調查研究，同時優化施工過程。一個3D粗樣軟件包和一種Pangea系統由Bartlestt建筑學校和University College London計算機科學系的研究人員共同開發研究，是測試城市設計和建筑設計的早期原型。Dundee大學正在進行Naives項目，能夠將一個構件元素在任何方向的撓度或內力可視化。建筑設計虛擬環境系統在英國IES公司推出了。在1995年日本清水建設公司采用虛擬系統使施工生產情報例如在計算機屏幕上顯示施工組織計劃。
從國內看應用虛擬施工技術的工程實例不是很多。有一個業內人士都知道的例子那就是上海正大商業廣場。上海正大商業廣場屬于鋼結構施工。它結構龐大，有著類型復雜的構件而且數量非常多，還有一點就是個吊裝空間以及運輸通道都不寬，所以施工難度比較大。為了保證優質、安全和高效地完成該工程的鋼結構安裝，大膽采用了虛擬施工技術，而且非常成功。虛擬施工技術分三個階段進行：
（1）優化鋼結構施工方案。應用虛擬現實和結構仿真成功實現了結構圖由二維向三維跨越。在鋼結構施工之前，在計算機上模擬構件裝配、吊裝，將施工過程可能出現的各種問題充分暴露出來，并經過優化得以解決。（2）模擬分析鋼構件內力焊接變形以及桅桿起重機。為了保障吊裝的安全，利用虛擬施工技術模擬吊裝過程，并分析相關構件的內力。另外對焊接時的應力場和應變場以及溫度場進行模擬，保證焊接的質量。（3）模擬建筑場地和周圍的環境。就是在計算機模擬當建筑物建成后周圍會出現怎樣情景。這項技術的成功應用，能夠清楚的了解到建筑物對周圍環境的影響，為此我們提前做好防護措施。
參考文獻
虛擬仿真技術方案范文5
【關鍵詞】：城市規劃；計算機仿真技術；靜態渲染圖；動畫
【 abstract 】 : with the rapid development of science and technology, modern society gradually into the information age, computer technology in all areas of application in our country is becoming more and more widely. In recent years, computer technology and simulation technology, combining to form a kind of activity analysis system, reveals the law of motion of the system dynamic process and the computer simulation technology and its application in urban planning has increasingly become the hot topic of concern.
【 key words 】 : urban planning; The computer simulation technology; Static rendering; The animation
中圖分類號： TU984 文獻標識碼：A 文章編號：
仿真技術最早應用于高能武器、航海模擬以及航天器等軍事方面。然而伴隨國民經濟的不斷發展，這門技術迅速被推廣應用到各個領域。尤其是在城市規劃中，可以利用計算機仿真技術，創建城市真實數字化模型的三維可視環境，令設計者有種處身虛擬環境的錯覺，因此，可以更好地將周邊環境與規劃設計二者相互協調配合。
一、計算機仿真技術簡介與原理
1、計算機仿真技術是一門通過專用軟件來整合聲音、動畫以及圖像的綜合性信息技術。其實現過程是，首先將三維的現實物體或環境通過計算機仿真模擬成多維的表現形式，然后將此表現形式通過數字媒介傳播給媒體瀏覽者。因此當媒體瀏覽者在觀賞時就會產生一種身臨其境的“虛擬”錯覺【1】。
2、計算機仿真技術的實現包括建立模型、模型轉換以及模型仿真實驗三部分。建立模型是指建立一個容易被計算機處理并能反應所研究對象實質的數學模型。根據時間關系可以將系統的數學模型分為連續時間動態模型、離散時間動態模型、混合時間動態模型以及靜態模型等。
所謂的模型轉換是指利用適當的算法以及計算機語言將數學模型抽象出來的數學表達式轉換成計算機能夠處理的形式，而這種形式所表現的就是“仿真模型”的內容。
所謂的模型仿真實驗是指按照預先設計的實驗方案來運行被載入計算機中的仿真模型，從而得到一系列的仿真實驗結果【2】。
二、城市規劃中對計算機仿真技術的應用
計算機仿真技術在城市規劃中的應用主要包括在靜態渲染圖、固定路線的動畫、交互式動態的景觀仿真、復雜的虛擬現實技術等。
1、靜態渲染圖在城市規劃中的應用。靜態渲染圖的操作步驟是，首先，要給建筑物體建立一個三維幾何模型；其次，對模型表面的材料質感加以設定，同時還要選定場景中合適的照明和采光等；最后，通過計算機在一個合適觀察角度將三維幾何模型渲染成單幅的靜態圖像，并將此靜態圖像顯示在計算機顯示器上或者直接打印出來。在靜態渲染圖形成的過程中，可以將所渲染的圖形與現場拍攝的相片加以合成，或者在圖形中添加一些不一定存在的花、草、樹、人等圖像，以便使得建筑和背景之間的關系表現的更加充分逼真。同時，對建筑物體建立三維幾何模型時，還可以通過采取計算機輔助設計或輔助制圖來配合工作，從而減少設計者的工作量。此外，由于靜態渲染圖的視點被加以固定，所以為了減少創建模型的工作量，設計者可以盡量省略或簡化那些被遮擋而不可視的物體【3】。
2、固定路徑的動畫在城市規劃中的應用。由于靜態渲染圖的視點被固定，所以在實際應用中只適合于表示一個或者幾個建筑物體。而對于復雜多量的建筑物群，靜態渲染圖往往只能靠俯視來表達全景。依靠這種方法，顯然不能將復雜的室內景觀或者大范圍的城市景觀充分展現在人們面前。由此，人們選擇將多幅靜態渲染圖同時串聯在一起，使之在計算機熒屏上連續播放，就形成了一種計算機的動畫模式。這種情境下，不僅可以讓觀察者在場景中有運動的感覺，還能讓場景中的物體如車輛、水等也能夠運動。與靜態渲染圖相比，在制作動畫時，需要適當添加選擇合適的視點以及設置合適的觀察路徑等。其原理是，首先通過計算機將關鍵的幀計算出來；然后以此關鍵幀作為基礎，運用算法令中間的畫面自動填補空缺，從而產生出動畫數據；最后，根據得到的動畫數據來播放動畫畫面。由于固定路徑的動畫涉及到結構比較復雜、數量比較大的建筑物群，因此建立三維幾何模型的工作量同樣也極其龐大，所以對于一些遮擋而不可見的物體同樣也可忽略不計【4】。
3、交互式動態的仿真在城市規劃中的應用。對于某些結構和空間過于復雜的建筑或城市景觀，動畫和觀察路徑已經不能夠加以完整表達。這時，人們可以應用交互式實時動態的景觀仿真技術來完成目標。交互是指觀察者能夠任意靈活調整并控制所觀察的視點、方向以及位置等。而實時動態是指計算機能夠依照觀察者任意選擇的視角以及位置而立即生出渲染圖。采用交互式動態仿真技術，其中觀察者的自由度要遠遠大于動畫，因此，需要向計算機中輸入大量的物體，在無形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得計算機的計算量以及圖形數據處理量呈幾何倍增。所以，動態交互式仿真技術一方面對計算機硬件性能的要求非常高，另一方面還需要大量的幾何形體輸入。
目前簡化三維幾何模型、降低計算量和建模工作量來實現交互式動態仿真效果的方式主要有縱向拉伸和基于圖像的環視仿真兩種【5】。
縱向拉升，又被稱為二維半或者準三維模型，它是將復雜的地形進行縱向拉升或者把建筑的平面圖轉化成立體體塊并保證其垂直方向不變。通過這種三維的簡化模型，只需采用建筑物的平面圖及其相應高度或者復雜地面若干關鍵點的三維坐標，就可以讓計算機軟件依據已知數據自發生成立體簡化幾何模型，并且可以保證其仿真效果與全三維模型相同。
基于圖像的環視仿真是指，基于某一固定點，對其周圍的景觀環繞360°加以攝影，并將這些不連續的圖像用計算機整合在一起，形成一個閉合的360°全景，最后通過熒屏顯示出來。設計時，可以先將所要設計的建筑或物體制成一個靜態渲染圖，然后將其嵌入所攝的圖像之內，便可實現場景與規劃和設計的建筑或物體相互融合。
4、復雜的虛擬現實仿真在城市規劃中的應用。在實現交互式動態仿真時，人依靠鼠標或者操縱桿來完成觀察角度、位置以及方向的調整。這里還有許多種控制觀察的方法來提高觀察者與景觀兩者間的交互性，如可以讓觀察者戴上過濾眼鏡觀察水平方向兩相鄰視點的圖像，還可以讓觀察者戴上傳感頭盔來感應改變觀察視覺角度而產生的渲染圖，或者可以讓觀察者戴上傳感手套來向計算機傳達設計指令，亦或者可以讓觀察者穿上傳感鞋來實現人在場景中步行的模擬等等。
三、城市規劃中對計算機仿真技術應用的意義
1、在城市規劃中應用計算機仿真技術，能夠使方案設計及審批效率得到提高。通過在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以讓設計者在審查過程中通過模擬穿行和觀察計劃方案，隨時將視點停留在重點地段，對該方案以及周圍環境間的關系進行多方向探討審查，從而保證設計的合理性。同時，利用計算機仿真技術生成三維幾何模型，符合方案規劃審批的要求，大大提高了審批的效率。
2、在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以從多角度對城市建設發展的問題加以分析。利用仿真技術，可以結合城市發展建設的現狀，對城市的不同地區以及不同發展階段加以合理的規劃和設計，并形成跟蹤模型，從而避免由于規劃失誤而造成的城市建設的缺憾【6】。
3、在城市規劃中應用計算機仿真技術，可以有效實現城市規劃信息的準確定位和管理公開。利用計算機仿真技術實現城市規劃的三維幾何模型，可以有效對城市空間信息加以分析，并對城市管理工作加以準確定位。同時，還能將這種規劃的三維幾何模型到網上，實現城市規劃政務工作的公開展示。
結束語：通過在城市規劃中應用靜態渲染圖、固定路徑的動畫、交互式動態的仿真以及復雜的虛擬現實仿真等計算機仿真技術，創建城市真實數字化模型的三維可視環境，令設計者身臨其境，從而很大一定程度提高了設計審批的效率，同時還可以從多角度對城市建設發展方向加以分析，并能實現城市規劃的政務公開，從而起到宣傳展示規劃方案的效果。
參考文獻
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[2] 孫大龍，張艷華.城市規劃管理信息系統建設的對策研究[J].中國高新技術企業.2007，(06)：111-113.
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[4] 聶康才.淺析城市規劃管理中的系統研究方法[J].山西建筑，2008，(02)：215-222.
虛擬仿真技術方案范文6
關鍵詞:虛擬仿真;教學實驗系統;應用
中圖分類號:TP391.9 文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 05-0000-01
Application of Teaching&Experiment System in Virtual Reality
ShanzengLiangjie
(Northwest University for Nationalities,Mathematics and Computer Science College,Lanzhou730000,China)
Abstract:The paper introduced the conception of virtual reality and virtual labs in the field of education,and constructed the structure model of teaching and experiment system with virtual reality.A design example of computer interface experiment teaching and experiment system with virtual reality was presented,and the major problems which need to be aroused during the process of making application of virtual reality in virtual labs were pointed out.
Keywords:Virtual reality;Teaching and Experiment System;Application
一、引言
虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。虛擬現實技術是先進的人―計算機接口技術,其實質是利用計算機產生一個三維的、基于感知信息的臨場環境。人可以參與和控制環境,同時環境能夠對人的控制行為做出動態的交互反應。系統仿真技術是隨著計算機技術的發展而形成的新興學科,它是通過建立真實系統的數學模型,利用計算機來達成對系統的分析、研究、設計等目的。目前,虛擬仿真技術在軍事、教育、醫學、工業設計等多個領域都得到了應用。在教育教學領域,虛擬仿真技術能夠進行教學活動或實驗操作的模擬,具有經濟性好、安全性高以及可重復等多種優勢,已經開始替代某些費時、費力、費錢的真實試驗和教學演示,對傳統的教學活動產生了強烈沖擊,引發了教學領域產生一系列深刻的變化。
二、虛擬實驗的概念
虛擬實驗是指借助于多媒體、系統仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造輔助實驗、部分替代甚至全部替代傳統實驗各個操作環節的相關軟硬件平臺。虛擬實驗是建立在一個虛擬的實驗環境(仿真平臺)之上,其重點關注的是實驗操作的交互性和實驗結果的真實性,因此,在虛擬實驗室或者實驗設備上,實驗者可以完全像在真實的實驗環境中一樣完成各種實驗項目,所進行的操作就像是在真實的實驗設備上進行的,并且能夠取得不低于或者超出在真實實驗環境中或者在真實設備上所取得的實驗效果。尤其對于一些對經費、場地和器材等方面都要求較高的實驗,虛擬實驗具有相當的優勢。尤其隨著網絡技術的發展,基于網絡的虛擬實驗更是突破了傳統實驗對“時間和空間”方面的限制,不論是實驗者還是指導教師都可以方便的上網進入虛擬實驗室進行各種實驗,虛擬實驗的開展極大的促進了教學實驗活動的進行。
三、虛擬仿真教學實驗系統的模型結構和實例分析
(一)虛擬仿真教學實驗系統的模型
虛擬教學實驗系統的設計的著眼點主要建立在對實物實驗設備和實驗環境的仿真上,包括對實驗場景和實驗對象的實體仿真以及實驗對象內部的數學仿真,對應的仿真模型是實體模型和數學模型,具體的模型結構如圖1所示。
圖1虛擬仿真教學實驗系統的模型結構
在這樣的模型結構中,實體模型的優劣程度直接影響虛擬實驗的真實感與交互性,而數學模型的精確程度則影響著實驗的效果和實驗質量。在虛擬實驗系統的模擬中,為了逼真地模擬出實驗場景,使實驗儀器和元器件等對象在外形上與操作上都具有真實感,一般采用三維建模技術進行場景和實體的建模。對于數學模型的構建,則是依據系統之間的相互關系和內在聯系機制,依據成熟的理論和模型在分系統之間建立確定的對應關系。因此,對于不同的虛擬實驗類型,一般具有不同的數學模型。
(二)微機接口電路教學實驗系統的虛擬仿真設計實例
下面介紹了基于虛擬仿真技術建立的微機接口電路教學實驗系統設計實例。傳統微機接口電路實驗中,需要專門的硬件實驗設備與普通微機相連,實驗的主要過程是在微機中利用asm等工具軟件進行接口實驗程序的調試操作。其基本過程如圖2所示。
圖2微機接口電路“半虛擬化”設計方案
對這一基本實驗采用虛擬仿真技術進行虛擬教學實驗系統設計,應該主要針對“專用硬件實驗臺”進行虛擬化設計,其實現難點在于真實的實驗軟件與虛擬的接口電路之間進行虛擬“連接”。利用Windows對底層硬件設備的管理和訪問控制方法,可以設計專門的設備驅動程序(VxD)軟件來代替外部的實驗接口電路。具體的應用技術和設計方法如圖3。
圖3虛擬硬件接口電路實現方法
(三)虛擬仿真技術在教學實驗系統中應用需要注意的問題
隨著虛擬仿真技術在教學實驗系統的應用日益廣泛,在具體實踐中也需要注意兩個問題:首先,注意強化虛擬仿真技術與多媒體技術的有機結合。多媒體技術具有直觀、逼真的視覺效果,有利于構建和營造逼真的實驗環境,要充分利用、虛擬技術來,營造逼真的訓練工作環境,仿真技術則通過建立真實的數學模型,能夠進行實時仿真,這兩者之間的融合,有利于構建真實環境下的實時仿真平臺,實現虛擬與仿真的無縫聯接。其次,根據不同實驗的特點確定虛擬教學實驗系統的設計思想和仿真工具。虛擬教學實驗系統的開發應該注意將實驗工程環境的開發和實驗仿真過程開發進行結合,一般把仿真過程主要在后臺運行,強調實時性和可靠性,而具體的實驗工程環境的運行作為前臺,強調真實性和高仿真性。因此需要根據具體的實驗需求加以側重。
三、結束語
虛擬仿真技術應用于教學實驗系統,是對實物實驗的補充、完善和擴展,能夠保證實驗教學系統中具有良好的開放性和具有真實感的交互,必將引發實驗教學領域的深刻變化,虛擬仿真實驗教學也將成為實驗教學改革的一個重要方向。
參考文獻:
