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虛擬仿真技術的發展范文1
[中圖分類號]G712[文獻標志碼]A[文章編號]2096-0603（2017）21-0084-01
隨著現代科技水平的不斷提高，虛擬仿真技術愈來愈被更多的人所認識并了解，運用領域亦變得更加廣泛。虛擬技術蓬勃的發展背景下，在中職電子技術教學中加強其工作的推進不僅有利于虛擬仿真技術社會價值的實現，更有利于推動我國中職教育事業的進步與發展。為此，加強虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用勢在必行。
一、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用現狀
（一）教師教學的得力手段
虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用有效提高了教學質量，在傳統的中職電子技術教學中，教師往往采用“填鴨式”的理論教學手法進行教學，然而電子技術教學的理論教學抽象、難懂，加之學生的實操課安排比例較少，從而導致其教學質量不高。而虛擬仿真技術的應用不僅有效地將抽象的理論知識進行具體化、形象化，使學生更好地理解相關知識，更有助于減輕教師的教學負擔，使教師能夠騰出更多的時間進行備課設計工作，并借此提高整體教學質量。
（二）學生學習的“好幫手”
中職院校的學生往往文化課基礎較為薄弱，其在抽象、難懂的電子技術課堂學習中受個人學習基礎的限制，難以激發自身的學習積極性。虛擬仿真技術的應用能夠將系統的理論知識運用圖文并茂的形式在熒幕中呈現，學生被新的動態教學模式所吸引，便會提高自己的學習積極性和主動性。此外，虛擬仿真技術在電子技術教學中的應用還能夠打破傳統理論知識統一的課堂局面，從而給教學模式帶來更多的創新，使電子技術教學質量不斷提升[1]。
（三）教師的虛擬仿真技術應用有待提高
虛擬仿真技術的應用確定能夠提高學生的學習積極性和電子技術教學質量，然而，作為一種新型的教學模式，虛擬仿真技術的應用對教師自身的應用水平有著較高的要求。當前，我國中職院校多數教師在教學工作中已經形成了理論講解為主的習慣，對突如其來的教學改革很難在一時間適應，并缺乏對虛擬仿真技術的深入了解，使其在實踐教學工作中難以保持長遠的教學價值。為此，強化教師對虛擬仿真技術的應用能力成為中職院校電子技術教學工作任務的重點。
二、關于虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的具體應用
（一）利用虛擬仿真技術創設教學情境
虛擬仿真技術對生活中的情境進行模擬，讓教學資源更加直觀地呈現在學生眼前，同時將教學資源的影像要素與生活化相關聯，借以激發學生的積極性，使學生有種身臨其境之感，并輕松、愉快地獲取電子技術專業知識。此外，這種教學技術的應用不僅能夠促進學生學習主動性的提高，更能讓學生更加充分地理解和運用電子技術知識并提高學生的學習效率。為此，在實際教學中，教師可以構建一個虛擬仿真技術的情境平臺，讓學生模擬電路操作來展示電路數據，不僅能促使學生在課堂學習中清晰地掌握理論知識，而且能提高他們的實踐操作能力[2]。
（二）虛擬仿真技術在小組合作學習中的應用
小組合作學習的教學模式在傳統的電子技術教學工作中便有所應用，但學生整體對其知識點內容缺乏明確的認識和理解，繼而導致在小組寫作學習過程中容易產生較大的分歧，進而影響學習效果。而虛擬仿真技術與小組合作學習模式的融合不僅能夠促進學生團隊協作學習能力的提升，更能讓每個學生清晰地了解技術與理論領域的知識點，讓學生更能夠在不同的觀點下進行積極探索，極大地提高學生的學習效率。此外，教師在運用虛擬仿真技術授課時，其自身要不斷加強對該技術的練習，在教學中不斷學習，可以提高自身對虛擬仿真技術的應用能力，從而滿足電子技術教學工作的要求。
（三）模擬操作與實際操作相結合
鑒于中職院校電子技術教學中的設備數量限制和人數配比限制，必須加強虛擬仿真技術的引進，從而促進全體學生能夠更好地進行實操訓練。虛擬仿真技術能夠為學生構建虛擬的實操平臺，讓學生能夠在模擬操作中切實感受到現實的操作滋味。值得強調的是，模擬器操作雖然能夠培養學生的實操能力，但卻無法模擬出現實設備出現的各種突發問題，為此，在進行模擬操作教學中亦要充分與實際操作相結合，讓學生在虛擬仿真技術的輔佐下進行更好的實操訓練，從而促進學生綜合應用能力的提高[3]。
在信息化時展背景下，中職院校的教育模式要積極順應時代的發展潮流，在電子技術教學工作中盡可能融入現代化教學手段，積極推進虛擬仿真技術在教學工作中的應用，科學、合理地利用虛擬仿真技術的優勢來提高課堂教學質量，從而全面提升學生的實際應用水平。
作者：楊健
參考文獻：
[1]陳閩蜀.虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用分析[J].蘭州教育學院學報，2015（3）：111-112.
虛擬仿真技術的發展范文2
關鍵詞：3D數字仿真技術；城市服務；應用
1 概述
3D數字仿真技術主要是通過計算機技術，為用戶創造一個逼真的虛擬環境，既可以是對現實環境的虛擬，也可以是對一些想象的物體的虛擬。目前在城市建設以及工業產品等領域中的發展比較廣泛。本文主要通過分析3D數字仿真技術的發展情況，探討其在當前的城市服務中的應用情況。
2 3D數字仿真技術概述
2.1 3D數字仿真技術概念及特點
3D（三維）數字仿真，一般也稱虛擬仿真，主要是通過計算機技術生成一個無限逼近現實的虛擬環境，該環境中存在視、聽、觸、味等多種感知，用戶則通過各種傳感器設備接收自身自然反應的行為、活動，從而實現與虛擬世界中的個體產生聯系的一種技術。
3D數字仿真技術一般具備三個特點：（1）沉浸感。由于3D數字仿真技術創造出了一個虛擬的現實世界，單從視覺效果上來看，用戶很容易產生一種置身于這種虛擬環境的感受。（2）多感知性。雖然目前的3D數字仿真技術能夠實現的感知只有視覺、聽覺發展的比較成熟。但是理想狀態下，3D數字仿真技術還應該具備味覺、嗅覺以及觸覺等在現實生活中存在的多種人類感知行為，為人類營造一個真正逼近現實的虛擬環境。（3）交互性。所謂交互性是指用戶可與虛擬環境中的實體進行交流、操作等行為，而且通過這些行為可以得到實時的反饋。
2.2 3D數字仿真技術發展
進入21世紀以來，隨著計算機技術的大量普及，3D數字仿真技術也隨之進入了快速的發展時期。而美國作為該技術的發源地，目前在該技術領域依然處于世界領先地位，于2007年率先提出六方沉浸體驗虛擬現實系統，并期望達到1億像素的顯示效果。然而目前最大的虛擬現實系統中能夠提供的像素僅為4300萬，且只有五方沉浸體驗效果。因此，這項技術被美國業界認為是下一世紀重要競爭技術，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有對應的大型研發中心。我國雖然起步較晚，但是許多高校、企業也都在積極研制3D數字仿真技術，目前也都取得了十分顯著的進步。
3 3D數字仿真技術提供的城市服務探究
3.1 城市建設領域
隨著房地產行業的競爭越來越激烈，房地產廠商主要宣傳的要點包括：地理位置、社區規劃、戶型設計等。然而目前對于戶型的空間設計等方面發展已經很難再有革命性的突破，一些廠商的宣傳手段還僅限于條幅、實物模型等。但是隨著社會的發展，人們希望能夠更加直觀、快捷、方便地看到整個樓盤的詳細信息。傳統的手段是無法滿足這些需求的，而3D數字仿真技術，這一專注于營造仿真環境的技術就得到了廣泛的應用。房地產廠商通過制作一些建筑動畫，直觀地展現小區虛擬場景、樓盤樣式、以及三維虛擬樣板房等。通過使用這些3D動畫作為宣傳手段，能夠讓居民非常直觀的體驗、感受到住房的樣子，因此取得了非常好的宣傳效果。
3.2 工業領域
現如今，隨著經濟的快速發展，人們的生活也因為各種工業產品的快速發展而變得非常方便。像汽車、醫療器械等一些與人們生活息息相關的工業產品，一般在最終上市之前都會進行嚴格的檢驗。之前由于技術水平有限，只有等到產品研發出來之后才能進行相關的檢驗，一旦產品出現問題勢必造成大量資源的浪費。
隨著3D數字仿真技術的產生，技術人員可將設計出來的產品進行虛擬實驗，既可以將設計出來的產品整體、空間構造都非常詳細地展現出來，而且還可以通過虛擬現實技術，在虛擬的環境中對，對這些產品進行安全、事故模擬實驗。像汽車行業，一般會利用3D數字仿真技術進行車輛撞擊事故模擬；在煤礦產業，一般利用3D數字仿真技術進行安全生產實驗，確定最終的安全挖掘方案等。
3.3 事故模擬
傳統的事故分析都是通過事故現場照片或者是現場遺留下來痕跡等來進行相P的判斷，但是這種缺乏動態模擬過程的分析方式缺乏直觀性。而事故一旦發生，通常會伴隨著賠償、處罰等后續事件，如果能夠完全還原當時的情景，有助于相關負責人十分方便、快捷、準確的處理相關事故。目前已經開展的研究內容包括：橋梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤礦事故分析等。其中交通事故分析發展相對的較為成熟，而且現在已經有很多交通管理部門引進這些技術，對交通事故進行模擬還原，從而對發生當事人進行相關責任判斷。
3.4 施工演示
目前國家各項基礎設施建設正在如火如荼的進行中，面對這些大型的工程項目，以前只能通過工程圖紙或簡單的模型等形式進行展示。對于缺乏足夠的空間想象能力或者項目新手來說，很難去想象到整個工程中每個實物的具體樣式，而3D數字仿真技術大到整體效果，小到部件的構造等，可以非常逼真的展示工程項目實景。不僅方便進行施工演示，而且在進行工程匯報時，也可以非常具體的展示當前的具體施工狀況，以及與完整項目之間的差距等。
4 結束語
3D數字仿真技術，隨著計算機技術的快速發展，正處在高速發展的階段，而且正在以其獨特的方式改善人們的生活、學習和工作方式。除上述提到的一些應用領域之外，3D數字仿真技術還有許多其它的應用領域，而且隨著5D時代的到來，還會產生更多的現在還無法想象的應用領域。但同時還應該意識到，由于一些技術難點，比如說在虛擬空間中實現嗅覺、味覺等技術，目前還沒有攻克，3D數字仿真技術未來的發展道路還有很長。
參考文獻
[1]張晶.淺談三維動畫的應用領域[J].山東工業技術，2013（11）：151.
[2]周飛，孫超.論三維動畫在產品設計中的運用和價值[J].藝術科技，2013（05）：179.
虛擬仿真技術的發展范文3
關鍵詞：計算機；仿真；制造業
中圖分類號：TP278
計算機仿真技術在制造業的作用越來越明顯，它在產品設計和整個生產流程中都發揮著不可估量的作用。這種技術的應用為開發和制造企業節約了大量的經費，減少了不必要的損失，大大縮短了產品的開發周期并提高了產品質量。計算機仿真技術在日趨激烈的制造業競爭中占有越來越重要的地位?，F代制造業的飛速發展為計算機仿真技術帶了新的機遇，同時也提出了新的要求。我們放眼計算機仿真技術的發展歷程，它已經突破了在傳統領域的運用，發展到了產品的設計開發以及銷售方面?，F代社會網絡技術的發展也為計算機仿真技術開辟了新的發展空間，使得這種技術表現出許多新的特點。如交互性、分布性，集成化等。這也將成為計算機仿真技術新的應用趨勢。
1 在制造業中，計算機仿真技術應用的分類
計算機仿真技術在制造業中按照模型種類，可大致分為三種，它以產品模型、開發模型以及制造系統模型為中心進行拓展。
1.1 仿真技術以產品模型為中心的應用。在產品模型中，計算機仿真技術的應用對產品的靜態與動態性能，可制造型、可裝配性進行分析。因為設計者在開發產品的時候，不僅要考慮它的實用功能和需求，還要考慮諸如外形，外觀以及尺寸等方面的因素，而且還要考慮產品的可制造性，可批量生產或者是在裝配、保養、維護等方面的因素。這就需要計算機仿真技術在產品模型中發揮作用。
1.2 仿真技術以制造系統模型為中心的應用。制造系統模型包括制造設備的高仿真智能運用、相對復雜的制造系統的模擬運行。在檢測設備的運行能力與實際運行狀況時，如物料供給、資源分配或者是加工流程上發揮著巨大作用。
1.3 仿真技術以開發過程模型為中心的運用。以開發模型為中心的仿真包括設計和制造過程的仿真。很多產品的性能以及生產成本在設計階段就基本定型了，設計階段對于一種新產品的開發非常重要，它需要反復設計和試驗，復雜的計算以及多學科的共同協作，這些特點決定產品的開發過程迫切需要一種能建立模型并仿真試驗的計算機仿真技術。而在制造過程中運用仿真技術將制造系統模型和產品模型結合到一起，多方位模擬，整體運算，再綜合考慮庫存、成本控制以及負載等因素，開發出合格的新產品。
2 在當代制造業中計算機仿真技術的廣泛應用
計算機仿真技術是一門高新科學技術，在當代制造業中，產品的設計和制造都離不開它，尤其是一些諸如航空航天工業、國防工業等規模大，復雜性強的系統研發中，作用更加明顯。它作為一種新型的科學手段和工具，有效地減少了不必要的經濟損失，節約了大量研究經費，并大大縮短了產品的開發周期和提高了產品質量。計算機仿真技術貫穿于產品的設計、制造和測試運行的全過程。當代企業的研發部門只有重視質量、成本、時間、服務和環境這五項指標，才能獲得更好的發展。這種需求也促進了計算機集成技術、模擬測試系統，仿真運行環境等技術的相互結合。他們已經成為制造業不可缺少的重要技術手段。上世紀八十年代以后，計算機仿真技術的發展越來越快，應用最為廣泛的就是“虛擬制造”。通過在計算機上模擬產品的設計和制造過程，提前發現在制造中可能出現的問題，減少不必要的經濟損失。
虛擬運行環境，也稱虛擬現實技術或者是靈境技術，它通過模擬人在自然環境中的感官和行動，實現高級人機互動，對產品的性能和運行狀況進行測試。它綜合運用了計算機圖形學、高仿真技術以及計算機傳感技術等多種科學技術手段?！办`境感”和“交互感”是虛擬現實技術的基本特征。通過計算機虛擬現實技術，將事物內部各種關系的交互與真實作用模擬運行，仿真出一個幾乎真實的虛擬環境讓用戶體驗，從而使用戶的感受更加真實，人機交流的方式更為先進。這種計算機虛擬現實技術，可以支持產品的各個階段，客戶可以通過虛擬的現實環境，驗證產品的各個部件是否合格，產品的性能是否穩定，功能是否能夠滿足人們的日常需要。
隨著當代制造業的發展，人們開始對仿真技術的另一個應用熱點，即虛擬產品開發技術越來越重視。并行工程的運用促進了虛擬產品開發技術的出現和發展。并行工程思想將現代哲學、文化等與現代先進組織思想集合起來，將產品的設計、制造、使用和支持過程并行運作，進行一體化的設計和開發。并行工程從產品開發之初就將投資、制造、裝配以及銷售維護等產品生命周期中各種因素考慮在內，有效地解決了產品設計與開發之間存在的矛盾。而虛擬產品開發技術就是在并行工程思想的指導下，將計算機輔助設計、CS和大型的產品數字化管理系統綜合運用，虛擬一個產品的開發環境。方便產品開發人員在近乎真實的環境下進行策劃、設計和預測產品在現實環境中的性能及其他狀況，將產品在現實工況下的真實運行能力，這樣就可以避免反復設計，不斷變更設計方案，避免因反復制作樣機而造成的資源浪費和經濟損失；方便對產品的設計進行檢驗、指導和優化，使產品的開發周期大大縮減，從而節省了大筆開發費用。在計算機仿真技術的發展中，虛擬產品開發技術是又一重要發展，它深入到產品復雜的制造過程中，產生的經濟效益不可小覷。
現在，仿真技術的應用已經從單一的系統走向開放復雜的大系統。當仿真對象分布于廣闊的時空領域，仿真任務要求將不同地理位置、不同類型（包括人在內）的仿真對象構成一個統一整體進行仿真時，產生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）。這種仿真系統里包含有不同類型的實體―虛體、真實實體和構造實體，這些實體可以基于不同目的系統、不同年代的技術、不同廠商的產品和不同產品組成，并允許它們交互操作。DIS實現用計算機網絡將不同地點的仿真設備連接起來，通過實體間的數據交換構成時空到合成仿真環境的一種先進仿真技術。在這種復雜的分布綜合的系統進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經完成了多項基于虛擬仿真的DIS工程項目，相關的協議與標準已經完成或正在完成。
在制造行業，已經產生了類似于DIS的虛擬研究開發中心或虛擬企業。香港生產力促進局和香港城市大學共建的快速科技中心就是一個虛擬研究開發中心。此外，為了適應快速變化的世界市場，克服單個企業難以在短期內具備所需資源的局限性，出現了在一定時限內，為了某一市場機遇，通過網絡臨時聯結的一種動態聯盟――虛擬企業。美國波音（BOEING）公司可以把777飛機的研制、生產做到幾乎“無圖紙”的程度。波音777飛機的研制、整機設計、裝配、部件測試以及各種試飛，都是由計算機完成的。它能將開發周期從原來的8年縮短到5年，節約了數百萬美元經費。
3 結論
當代制造業中，計算機仿真技術已經成為一種綜合性的高新科學技術，它綜合了計算機技術、計算機輔助設計技術、多媒體技術、網絡技術、信息技術、軟件工程、數字化控制技術等多種科學技術，在制造業中發揮著越來越大的作用，在一些大型的復雜形同研發中，更是必不可少的重要工具，它有效地減少了企業的經濟損失，節省了大量的研發經費，使產品的開發周期大大縮減，產品質量得到顯著提高。
參考文獻：
[1]吳秀平，梅江平.大批量、多類型電池自動分選裝備的建模與仿真[J].組合機床與自動化加工技術，2008，4.
[2]尚煒，寧汝新.一種以拓撲結構信息為骨架的線纜數字化模型[J].計算機集成制造系統，2012，12.
虛擬仿真技術的發展范文4
關鍵詞：仿真技術；液壓挖掘機；聯合仿真
液壓挖掘機是一種功能典型、工況復雜、用途非常廣泛的工程機械，特別是在中國這樣一個發展中國家，幾乎在所有的基礎建設中都要用到挖掘機。節能型挖掘機就成為發展的方向和趨勢，利用計算機仿真技術進行液壓挖掘機的設計開發成為目前主要的先進設計手段之一。
1 計算機仿真技術產生的背景
1.1傳統技術的缺陷
傳統批量產品的開發過程通過單件產品的模型試驗來獲取信息，然后再制造物理樣機來核查設計要求是否達到。要加快設計周期，滿足市場需求，可以采用“并行設計”的思想，但是產品有實質性變化時設計需要反復試驗和修正，影響了并行設計的效果。要有效地加快設計進程，最合理的方法是加快樣機的試制。由于物理樣機的試驗和改進延長了設計周期，多個樣機的制造更導致成本高昂，可見傳統的基于物理樣機的產品開發設計模式有待改進。
1.2市場競爭的需要
隨著世界經濟和科學技術的飛速發展，企業為了提高競爭力，必須縮短新產品研制和開發，降低產品的研發成本，進行創新性設計.計算機仿真技術就是在這種迫切需要的驅動下產生的。
1.3仿真技術實現的可能性
計算機軟硬件的發展，為計算機仿真技術的實現提供了良好的支持和技術環境。仿真技術的產生和發展與CAD技術的成熟及大規模推廣應用分不開。此外，機械系統動力學建模理論的計算機實現使得參數化機械系統動力學數學“軟模型”得以很好實現。計算機硬件的發展，加上數值算法的進步，加快了復雜的數學模型仿真運算速度，促進了計算機可視化技術及動畫顯示技術的提高，為虛擬樣機技術提供了良好的用戶交互界面。
2 計算機仿真技術發展趨勢
雖然現有的仿真工具可以有效輔助產品某個功能單元的設計開發，但隨著產品規模和復雜程度的不斷增長，分系統問的關系也越來越復雜。僅靠傳統的單領域仿真已經很難滿足對整個產品或其某個復雜子系統的功能和行為分析。目前，有不少商用仿真軟件本身里邊有好多模塊，它既可以對一個產品進行聯合仿真，同時也提供了與其他仿真軟件之間的接口。通過這些接口，實現多領域建模，并提供聯合仿真運行功能。
3 聯合仿真技術的特點
傳統的設計思想是串行的過程，從設計到產品的批量生產按照從前至后的順序進行。在整個過程中各個小組往往把注意力集中在各自的細節上而忽略了整機性能，最終產品集成后存在沖突缺陷。
聯合仿真技術采用數字仿真的形式進行虛擬產品設計開發，仿真模型的參數就是物理樣機的設計參數，虛擬樣機因為參數修改方便，相比物理樣機而言是“軟模型”，能輕易地實現原型的多樣化，柔性好。無需制造實物樣機就可預測產品的性能.節省了物理樣機制造時間，降低了開發成本，減少了風險。
4 仿真技術與液壓挖掘機開發
4.1復雜產品仿真技術研究現狀
復雜產品通常涉及眾多學科領域，其每個子系統都可能是由各學科領域的零部件組成。眾多的子系統相互作用，組成一個有機的整體，展示出產品的外觀和功能。
仿真通過對所要研究系統模型的開發，幫助人們了解系統的行為，使人們在產品設計階段即可對產品行為進行全面的分析，并有可能根據產品行為進行優化設計。復雜產品由于自身的復雜性，開發難度大、時間長、成本高，因此要求將仿真應用于其設計中，使企業能以更短的時間、更好的質量、更低的成本推出自己的產品。在過去的10—20年內，隨著計算機軟、硬件技術的飛速發展，仿真技術已在復雜產品設計中得到大量應用。
4.1.1系統動力學仿真現狀
虛擬樣機是一種新型的設計、開發和評估手段，其在工程中的應用是通過商業化軟件實現的。由于系統仿真技術能夠滿足真實產品設計要求，通過建立機械系統的虛擬樣機。使得在物理樣機建造前便可分析出它們的工作性能，因而其日益受到國內外機械領域的重視。目前，國際上有20多家公司在這個日益增長的市場上競爭，比較有影響的有美國MSC.Soflware公司的ADAMS、比利時LMS公司的DADS等。
4.1.2液壓控制系統仿真現狀
從20世紀70年代初開始，國外開始進行液壓系統和元件的計算機數字仿真研究，經過幾十年的研究開發，液壓仿真軟什的性能實現了從原先的精度低、速度慢，發展到精度高、速度快：從只能處理線性系統發展到能處理非線性系統；從復雜的編程和輸入發展到交互友好的圖形用戶界面等。隨著計算機技術的發展，液壓系統仿真技術得到了迅速發展，近幾年來，各款老牌的液壓仿真軟件公司紛紛推出了面目一新的版本，例如，英國的Bathfp、瑞典的Hopsan等。
4.1.3聯合仿真現狀
目前。人們已經開始將機械、控制、電子和軟件等多領域的聯合仿真應用于汽車、鐵路車輛、作戰系統等復雜產品的設計中，例如：福特公司將整車多體動力學仿真和汽車姿態控制系統仿真集成，通過機械、控制的多領域聯合仿真，使機械設計人員和控制系統設計人員能夠更好地進行通信和協同工作，極大地縮短了產品開發時間。
雖然聯合仿真已經在很多領域得到應用，但目前的應用還存在諸多局限，主要體現在：通常只能做到機械、控制和液壓等少數領域的聯合仿真。通常只能局限于單臺計算機上集中進行，分布式協同建模和分布式仿真運行幾乎不可能。
4.2仿真技術在液壓挖掘機領域的應用
4.2.1國內應用現狀
國內液壓挖掘機行業近年來雖有很大發展，但與國外挖掘機行業發達國家相比仍存在許多不足，設計水平與發達國家相比有較大的差距。國內眾多的研究人員和單位對液壓挖掘機工作裝置設計進行了不少研究，開發了設計軟件，他們的研究基本上局限于某些問題的解決，關于工作裝置設計參數分析和在CAD上其自動設計的綜合研究文獻還沒有。因此，開發出的軟件缺少通用性，不能用于挖掘機一些通用問題的解決，對液壓挖掘機進行分析的大型通用軟件目前市場上還很少。
4.2.2國外應用現狀
仿真技術在國外工程機械的很多方面都得到應用，如車輛懸架設計、發動機設計和沖擊特性預測、駕駛員行為特性仿真、挖掘功率預測及工作效率預測等多方面都成功地應用了仿真技術。
虛擬仿真技術的發展范文5
關鍵詞：系統仿真設計
一、系統仿真技術
所謂仿真就是建立系統的模型（數學模型、物理效應模型或數學-物理效應模型），并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計中的系統。這里的系統包括技術系統，如土木、機械、電子、水力、聲學、熱學等，也包括社會、經濟、生態、生物和管理系統等非技術系統。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗?，F代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的?？刂乒こ毯拖到y工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機出現及計算技術的迅猛發展，則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。
仿真技術得以發展的主要原因是它帶來了重大的社會和經濟效益。系統仿真的應用大致可分為：對已有系統進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統進行設計時采用仿真技術；在系統運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統過去的、現在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；
在系統運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統運行起來后，可能產生什么現象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，訓練系統操縱人員或管理人員。在工程領域仿真技術可以降低系統的研制成本，可以提高系統實驗、調試和訓練過程的安全。
一般認為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統仿真技術中，一個仿真系統要首先建立起系統的數學模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應的程序。
仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術。通過仿真實驗要了解系統中各變量之間的關系，要觀察系統模型變量變化的全過程，此外，為了對仿真模型進行深入研究和結果優化，還必須進行多次運行，系統優化等工作，因此，良好的人機交互性是系統仿真的一個重要特性。
二、虛擬現實技術
虛擬現實技術是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術，是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境--虛擬環境，用戶投入這種環境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，從而也大大推進了計算機技術的發展。目前，虛擬現實技術已在建筑、教育培訓、醫療、軍事模擬、科學和金融可視化等方面獲得了應用，漸已成為21世紀廣泛應用的一種新技術。
虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：
（1）依托學科的高度綜合化；
（2）人的臨場化；
（3）系統或環境的大規模集成化；
（4）數據表示的多樣化和標準化，數據存儲的大容量、數據傳輸的高速化與數據處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對感官的刺激，對所需解決的問題有了清晰和直觀的認識，從而，也使模型的建立和驗證更加方便。
三、系統仿真技術與虛擬現實技術的結合
傳統的系統仿真技術很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發展，計算機模擬外界環境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明，人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于數字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術與虛擬現實技術相結合，利用虛擬現實技術進行仿真模型的建立和實驗的模擬，使仿真的過程和結果可以實現圖象化、可視化，使仿真的系統具有了三維、實時交互、屬性提取等特征，極大地促進了仿真技術的發展，同時也使虛擬現實技術更加具有生命力。
四、仿真與虛擬現實技術在結構工程中的應用
仿真與虛擬現實技術近年來在機械、電子、水利、社會、經濟、生態、生物等各個領域都得到了廣泛的應用。
在結構工程中，仿真與虛擬現實技術已經應用于如下幾個方面：
1．在工程結構分析中的應用
工程結構在各種荷載作用下的反應，其破壞特征和極限承載力是人們所關心的。當結構形式特殊，荷載及材料特性復雜時，人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能，但模型試驗往往受到場地和設備的限制，只能做小比例模型試驗，難以完全反映結構的實際情況。若用仿真與虛擬現實技術，則可以進行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改參數。此外，有些結構難于進行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現出優越性，如建筑物及構筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現實技術，分析才能大量進行。又如在高速荷載作用下，結構反應很快，人們在真實試驗中只能觀察到最終結果，而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機理的研究。對于長期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程，讓人們清楚地看到其過程。在運用傳統的有限元法進行結構分析時，結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數據，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。
2．在巖土工程中的應用
巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經常會塌方冒項。根據地質勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件，并存入計算機中。
在數值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態下的性能與有限元相仿，而當它失去平衡時，則在外力和重力作用下產生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結構，邊坡穩定等問題時，可以把節理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區域及范圍，這就為支護設計提供了可靠依據。
3.防災工程中的應用
長期以來，人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現實技術在這一領域的應用就更有意義。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功，例如洪水泛濫淹沒區的洪水發展過程演示系統。該系統預先存儲了泛濫區的地形地貌和地物，有高程數據可確定等高線，只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置，計算機就可根據水量、流速區域面積及高程數據算出不同時刻的淹沒地區，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面，對森林火災的蔓延，建筑物中火災的傳播均已開發出相應的模擬仿真系統，這對消防工程起到了很好的指導作用。
4．在模擬施工過程中的應用
建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬?，F有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用?；谝陨显?，需對施工過程建立合適的模型，以達到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統的模擬仿真模型，是由運輸子系統和澆注子系統構成的，模型是按進程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應關系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結構和系統狀態相對應。
另外，仿真與虛擬現實技術在結構工程領域內，還可應用在建筑系統工程管理、建筑信息管理、建筑物及構筑物的空氣流場、空氣品質分析等方面。
我國是一個發展中國家，有著大量繁重的基本建設任務，特別是在十五計劃綱要中，提出進一步加強水利交通、能源等基礎設施建設和西部大開發戰略。這一大好形勢，為結構工程高新技術的信息化和集成化，為結構工程學科及相關學科的發展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現實技術作為結構工程高新技術之一，開創了結構工程學科的新紀元，其技術潛力巨大、應用前景十分廣闊。
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虛擬仿真技術的發展范文6
關鍵詞：虛擬仿真；醫學；實踐操作
中圖分類號：G642.0 ？搖文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）39-0043-03
隨著高等教育改革的不斷深化，傳統的教學模式受到場地、設備、師資等眾多因素的限制，極大地制約著學生創新意識和創新能力的培養。新興的虛擬仿真技術在高等學校教學、實驗中向著網絡化、智能化以及互動化等方向發展，可以發展現代教育思想、提高教學水平、改善實驗環境以及優化教學過程，從而增強學生的實驗動手能力。虛擬仿真化教學模式可以極大地克服傳統教學模式的一些弊端，必將成為現代化高等教育的重要途徑和方式之一，并在飛速發展的信息化時代日趨完善和成熟，承擔起培養現代化創新人才的重任。
一、虛擬仿真教學平臺
虛擬仿真（Virtual Reality，VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，具有交互性、真實性以及多感知性等特點。其以計算機軟件及硬件為基礎，相關的技術手段為輔助，通過對己知或未知世界的仿真，使人獲得真實感受的一種先進的計算機應用技術。虛擬仿真技術可以依靠計算機的圖形處理進行圖像再現，與傳統的圖像再現手段，如電影、電視以及DV等相比，有著本質的飛躍。虛擬仿真技術對于圖像的再現不僅僅局限在對實物的再現，它更多地被應用在超現實畫面的再現上。隨著計算機硬件技術發展的突飛猛進，虛擬仿真技術已普遍應用于各個領域，如訓練、教學、仿真、娛樂、遙控操作以及模擬預測等方面。[4]現階段，盡管虛擬仿真技術優點諸多，越來越受教育界所青睞，但是虛擬仿真教學平臺在醫學教育領域的應用還處于起步階段。如果能將虛擬仿真技術成功地運用到醫學教育領域，勢必會具有廣闊的發展前景。
二、現代醫學教育引入虛擬仿真教學平臺的迫切性
醫學是一門實踐性非常強的學科，實驗室操作和臨床實習貫穿著整個教學的過程。實驗教學環境的優良與否直接關系到學生們能否掌握好該門課程。心理學家瑞特拉研究表明，同樣的知識采用不同的教學方式呈現時，其效果有著顯著的差異，采取對不同感官進行多方面的刺激，所達到的記憶效果會有所不同。因此，現代教育技術有必要把多媒體技術、虛擬仿真技術、網絡技術以及控制技術等進行綜合運用并引入課堂，虛擬各種實驗設備和實訓環境；充分發揮現代信息技術的集成性、交互性和控制性，生動形象地展示教學內容，綜合處理超文本、圖形、圖像、動畫、視頻、聲音等多媒體信息，展現那些在傳統的教學模式中無法實現的教學過程?，F代醫學教育也是如此，虛擬仿真教學平臺正是在現代教育思想的指導下，使用新技術改進教學方法的嘗試。在現代醫學教育課程中，醫學生只有通過足夠的實驗室訓練操作才能獲得必要的綜合技能，并初步具備一定的臨床實際工作能力。在虛擬仿真技術平臺中，教師能夠采用“做中學”的教學模式，多種媒介的信息同時作用于學生的各個感官，有助于提高學生的理解能力和實踐能力，直到形成合適的行為模式以及行為系統。同時，循序漸進的教學過程也符合學生的認知規律。三維虛擬仿真教學平臺的引入，可對現代醫學教育起到很大的促進和推動作用。虛擬仿真教學平臺和虛擬課堂系統相結合，能夠突破課堂實驗教學的制約，打破時間和空間的局限性，充分發揮學生的自覺性，利用其各自適合的時間在本地計算機上完成實驗過程，為學生提供真正“開放性”的教學環境。但是，由于虛擬仿真技術是20世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術。[7]同時，醫學領域又有著極強的專業性，其專業技術的要求比較高；另一方面，人體是一個非常復雜的系統，即使超大型的計算機虛擬仿真系統也與醫學的模擬要求有相當的差距?，F階段，虛擬仿真技術在醫學教育中的應用仍處于比較早期的純畫面展示類型，僅僅是將傳統的圖片、圖譜變成了3D動畫，缺乏應有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的觀看。因此，有必要在現代醫學教學中引入虛擬仿真教學平臺，充分發揮虛擬仿真技術的優勢。
三、虛擬仿真教學平臺在醫學教育中的優勢
醫學虛擬仿真教學平臺環境是虛擬仿真技術與醫學教學實踐高級復雜的結合，是信息化教學的高級應用。隨著現代信息技術的飛速發展、軟硬件性價比的大幅度提高，醫學虛擬仿真技術正逐漸從科研院所、實驗室走向實際的臨床教學應用中，有著傳統教學手段所沒有的眾多優勢。
1.虛擬仿真教學平臺運用計算機全面仿真臨床中現實的世界，為醫學生提供生動、逼真的學習環境，在虛擬環境中模擬給患者進行操作。例如在口腔醫學實踐教學中，由于口腔視野狹窄、結構復雜、與顱頜面又是一個整體，學生掌握實驗操作技能比較困難。然而醫學虛擬仿真技術可以充分發揮其優勢，利用仿真軟件進行現場模擬構建，使教學活動更加生動形象、直觀易懂，以此激發學生學習的興趣和提高教學的效率。
2.虛擬仿真教學系統能夠使學生們主動成為虛擬教學環境中的一名參與者，不僅僅成為教學“教”的工具，也起到與“學”的互動作用。這對調動其學習積極性、突破教學的重點難點、培養學生的臨床操作技能都將起到積極的作用。同時，虛擬仿真教學平臺可以解決許多真實實驗中實現不了的困難，使學生在虛擬環境中接受多感官的刺激，并進行具體操作、感受和體驗，更容易調動學生的情感參與，將抽象的內容具體化、形象化，留下深刻的記憶，以提高學習效率。
3.虛擬仿真教學平臺提供開放性的實驗平臺，能夠解除課堂實驗教學時間、地點的限制，打破時間和空間的局限性，充分發揮學生的自覺性，利用其各自適合的時間在本地計算機上完成實驗過程，為學生提供真正“開放性”的教學環境。在課堂上沒能按要求通過實驗的學生可以在課余時間利用網上虛擬仿真系統進行模擬實驗，隨時隨地進行實踐操作訓練。
4.虛擬仿真教學平臺為學生提供平等的實踐操作資源。實驗室操作與實踐教學在整個教學過程中起著舉足輕重的作用，能夠促使學生將所學知識進行靈活運用，引導學生掌握規范操作的技能技巧，培養學生觀察、分析和動手操作的能力。由于醫學院校教學條件依然存在其多變性、復雜性等客觀原因，各個學校實驗環境存在一定的差異，虛擬仿真教學系統能夠充分發揮網絡的優勢，使教學實驗資源共享，以彌補實驗室資源的不足。
5.虛擬仿真教學系統的應用還能在實驗教學中節約相當的成本。在虛擬系統中訓練可以為學生在實驗室的實踐操作奠定一定的基礎，能在實踐中收獲更多，體會更加深刻。其次，虛擬仿真教學系統也可以代替傳統實驗條件下無法完成的實驗操作，或由于實驗設備昂貴而難以實現的實驗訓練。因此，虛擬教學和實驗室相結合也是合理地利用、開發教育資源的一種途徑。盡管計算機虛擬仿真系統與臨床醫學中的模擬要求還有相當的差距，但是也可以作為醫學實驗室操作訓練的另一種補充。通過運用形象、直觀、生動的現代教育技術手段為學生們創設學習情境，開拓教育信息交流的新渠道，使課堂教學具有交互性，其組織形式更加豐富和完善，可以充分調動學生的學習興趣，發揮其主觀能動性、獨立性和創造性，讓他們盡快熟練掌握臨床操作技能。
四、虛擬仿真教學平臺在醫學教育中的前景
隨著現代信息技術的發展，應用于醫學實驗室操作與實踐教學的系統也將不斷推陳出新，給教育的發展和改革帶來了機遇、動力和挑戰。虛擬仿真教學平臺為學習者提供了一個既先進又靈活的環境，可以鍛煉學生的獨立構思和設計能力，激發其學習的興趣，對提高教育技術水平、改善教學及實驗實訓環境、優化教學過程、提高教學效率、節約教學成本、加速培養現代化的醫學專業技術人才產生深遠的影響，并將推動學科研究，促進教學改革。
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基金項目：重慶市教學改革研究項目：結合口腔醫學專業認證標準，優化口腔正畸學PBL教學模式（1203112），重慶市研究生教育優質課程（2011-56）
