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虛擬仿真現實技術范文1
中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：1007-9416（2012）04-0000-00
1、論文研究背景及意義
近多年來，由于計算機及網絡相關技術的迅猛發展，世界經濟發展的必然趨勢就是數字化，數字城市也逐漸引起了人們的注意。那么怎樣應用計算機技術來構建數字城市，近而實現城市的數字化已經引起城市規劃及管理人員和城市居民的共同關注。城市仿真技術在構造數字城市過程中發揮著非常重要的作用，因此成為當前一個新的研究熱點。仿真(Simulation)技術是利用計算機軟件模擬實際環境進行科學實驗的技術，以模擬的方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真體驗中獲得直接參與和探索仿真技術對象在所處環境中的作用和變化。城市仿真(Urban Simulation)技術就是仿真技術在城市規劃、建筑設計等領域中的應用，表現為人機交互、真實建筑空間感與大面積三維地形仿真，即交互式實時三維(Interactive Realtime 3D)。采用虛擬現實技術構造出來的城市視景仿真系統是數字地球的重要組成部分和支撐手段，已經被廣泛應用在城市的規劃、建設以及管理當中，對于城市發展規劃的各個方面都具有相當重要的意義。
2、國內、外的視景仿真工具
MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三維建模軟件是世界上流行的實時三維數據庫生成系統的軟件環境，在仿真系統中得到廣泛的應用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司應用于實時視景仿真、聲音仿真和虛擬現實等領域的世界領先的軟件環境。Urbansim是基于城市交通需求模擬分析和城市土地綜合分析的新型城市發展仿真軟件。MagicCity屬于WinTel架構基礎上的虛擬現實和視景仿真系統。我國在視景仿真系統開發的同時，也在進行仿真系統軟件平臺的開發。TrueSim v2.0 三維實時仿真軟件平臺是深圳市創想科技發展有限公司在綜合了國內外多項最新三維仿真技術的研究成果以及多年來從事三維仿真研究所積累的多種經驗的基礎之上推出的具有自主知識產權的仿真平臺。神州視景信息技術有限公司自主研發了“基于普通PC和Internet的大規模場景實時漫游引擎系統――SCVR”。 Virtools是一個實時三維虛擬現實編輯軟件，可將多種常用文件格式（三維模型、二維圖表、聲音等）整合到一起，并具備交互功能，能夠開發出電腦游戲、建筑仿真、交互娛樂等多種3D產品。
3、本文的研究目的及重要內容
本文通過研究虛擬現實視景仿真技術的相關知識，實現以我們學院校園為虛擬環境的視景漫游系統。通過對虛擬場景的構建，能夠實現視景漫游中的自動漫游和交互漫游等效果。本系統應用建筑草圖大師Sketchup和MultiGen Creator軟件工具來構建虛擬場景中地形及建筑物的三維模型，并建立道路、樹木、路燈等虛擬景物，借助Vega Prime軟件平臺和工具集對校園虛擬場景進行仿真，在VC++開發平臺下實現三維景觀及模型的交互式（以鼠標、鍵盤等交互方式）控制，實現了虛擬校園景觀的視景仿真漫游系統。
本文主要研究內容和所做工作總結如下：
(1)了解視景漫游技術以及虛擬現實的發展，對國內外虛擬現實技術應用現狀進行調研。
(2)對黑龍江農墾科技職業學院的視景環境數據進行搜集和整理，包括地形數據的獲取、建筑物數據的獲取、紋理數據的獲取等等。
(3)研究用虛擬現實建模軟件Sketchup、Creator以及三維建模技術、模型真實感技術以及模型優化技術等對地形、道路、教學樓和圖書館等建筑以及校園之中的花草樹木等進行建模，構建出虛擬場景模型庫，然后用視景漫游軟件Vega Prime和VC++對虛擬場景進行漫游和交互控制。
(4)研究模型數據庫建模和優化技術問題，模型數據庫的建構、調整和優化對提高實時仿真系統中運行的速度和流暢性起著至關重要的作用，成為目前重要的研究課題。
(5)碰撞檢測技術。開發虛擬現實仿真系統有一個主要目標就是能夠讓用戶以盡可能接近自然的方式與構建的虛擬場景中的物體直接進行交互。要實現自然的、精確的人機交互功能首先要解決的是碰撞檢測的問題。碰撞檢測是虛擬場景中動態物體與靜態物體之間或動態物體與動態物體之間進行交互的基礎。在碰撞檢測中有兩個問題需要解決，一是檢測到碰撞的發生和碰撞的位置，二是計算碰撞后的反應。而碰撞檢測是計算碰撞反應的先決條件，因此，碰撞檢測是虛擬環境中一個必不可少的部分。
(6)為保證虛擬場景的真實性、生動性及其對用戶的感染力，對基于粒子系統的虛擬場景環境特效技術進行研究。
校園視景仿真就是在計算機環境中對真實校園的景觀進行虛擬再現，采用虛擬現實相關技術，生成一個實時的、能給用戶各種真實感受的三維虛擬環境。利用計算機軟硬件及其相關輸入輸出設備，使用戶可以在虛擬的校園場景中進行瀏覽和交互漫游，感受校園中的風景。利用這種方法可以讓更多的人來了解我們的學校，對本校園的環境及交通現狀等方面有更深刻的認識。
參考文獻
虛擬仿真現實技術范文2
關鍵詞 虛擬現實 仿真 培訓系統
一、虛擬現實仿真平臺概述
虛擬現實仿真系統最為重要的是保證各子系統之間能夠自由地進行數據交換以實現平臺協作。系統的組成包括數據庫平臺、仿真平臺、虛擬現實平臺以及虛擬現實場景維護平臺。仿真平臺以實際工業生產過程的工藝機理為原型，可以完成化工生產過程的仿真任務。仿真過程中從數據庫平臺獲取基礎數據并將仿真產生的動態數據寫入數據庫。虛擬現實平臺需要從數據庫平臺獲取生產數據以實現對生產仿真過程的呈現，同時也可以在該平臺中對數據庫的基礎數據進行維護。場景維護平臺則負責虛擬現實場景的維護工作。虛擬現實平臺可以通過數據庫向仿真平臺生產控制指令，仿真平臺則通過數據庫將生產過程的狀態信息反饋虛擬現實平臺。
（1）虛擬現實仿真技術特點。虛擬現實仿真系統是能在虛擬場景中漫游，并能對場景中對象做交互操作。該仿真系統的構成有：1）場景的三維模擬。對實際場景和環境采用虛擬現實仿真技術。用軟件繪制圖形模塊，再轉換成編程語言支持的形式。三維圖形的好處在于視覺上能帶給人身臨其境的感覺，不同于普通的平面圖形呆板的特點，利用三維虛擬和仿真技術相結合，不僅可以對現場環境進行再現，還可以通過搭建數學模型，通過連接仿真平臺和虛擬現實平臺，形成一套交互式的仿真系統。2）成員仿真。應急預案演練過程中，有各種職能的“角色”參與其中。一是總指揮：判斷事故狀態，調度各種資源，指揮職能部門。二是現場指揮：根據現場狀態，調度本部門人員和資源。例如，車間、消防隊、環保監測等，指揮操作人員。三是操作員：按照職能要求和指令，進行具體操作，如現場巡視、堵漏、關閥、消防隊員澆水降溫、滅火等。3）內容仿真。對場景內可支配物體、活動規律等的仿真。一是工藝模型：描述工藝過程變化，參數調節對過程的影響，控制系統動作等。二是工具和資源的模型：如水槍、消防炮、設備等。三是三維互動模型：儀器、儀表、閥門、開關等。
（2）虛擬現實平臺。虛擬現實平臺由主體程序和三維場景兩部分組成。首先三維軟件對裝置主體及周邊環境進行模擬，然后將其裝換成編程語言后導入到仿真主體程序中去，和主體程序實現交互。同時利用VB的圖形化界面設計功能和數據庫讀寫控制功能，對數據進行編輯和訪問，這樣，用戶在使用系統時，既可以瀏覽裝置場景又可以修改各類裝置的屬性并讀取生產數據，也可以命令實現與仿真模型的交互。
二、仿真培訓系統開發總體設計
（1）動態仿真培訓系統開發綜述。仿真平臺開發化生產過程仿真系統重點工作包括三個部分：第一要建立系統模型，首先確定仿真范圍，然后根據工藝設計數據計算各管線和設備物流數據。例如，流量、溫度、壓力等。然后再用這些數據辨識具體設備模型。最后搭接設備模型，即系統建模。第二要建立仿DCS系統，即完成各種組態工作以及模型與操作界面（包括仿真DCS/現場畫面）的變量通訊（數據交換）組態。最后是系統調試，目的是使系統運行穩定且協調。化工裝置仿真培訓系統的開發包括DCS功能開發、模型開發和現場站功能開發等。1）DCS功能開發。DCS功能開發包括以下幾個方面：第一是圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面、組顯示圖、歷史趨勢圖、報警畫面、軟開關圖、狀態顯示等開發。第二是DCS功能開發，包括DCS鍵盤功能、DCS使用功能等。第三是報警和連鎖系統開發。2）現場站功能開發?，F場站功能開發有現場站圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面和現場站閥，上泵，開關，攪拌器等可操作設備功能的開發。3）模型開發。模型開發采用GPRES軟件平臺，其建模過程是模塊化的，具體來說就是：模型由參數固定的模塊搭接而成。每一個模塊都包含輸入、輸出和系數三種參數，都實現一種算法功能。算法是特定的數學模型，用來模擬相應的化工設備或單元操作。
（2）模擬范圍及條件。1）資料準備。開發中涉及的資料包括：工藝原則流程圖（PFD圖）、工藝自控儀表流程圖（P&ID圖）、物料/熱量平衡數據表、工藝原理說明、操作規程、事故仿真技術、評分標準、設備資料、儀表資料等。2）初始條件。仿真模擬的初始條件為：每個模型將提供兩個初始條件：穩態和冷態。穩態條件是用來培訓學員的正常操作或用來進行故障處理和停車訓練，它代表裝置平穩運行時的狀態，以PFD圖和物料平衡數據為基礎，進行開發模擬。冷態條件也稱作開車態，用來培訓學員進行裝置開車，代表裝置停車時的狀態，某些基礎開車步驟如管線吹掃，儀表閥調準等假設已經完成，裝置已具備投料條件。3）裝置故障模擬。仿真平臺可以提供的故障類型：影響范圍廣的全裝置故障、局部關鍵設備故障、局部轉動設備故障、變送器漂移、靜止設備故障、裝置特有故障。
三、虛擬現實仿真系統架構
（1）系統功能。把VR技術與仿真技術有機地結合起來，就構成了加氫裂化裝置虛擬現實仿真系統。它應具備以下功能：1）虛擬現實仿真培訓系統能夠模擬裝置現場的場景，實現各個設備的建模和虛擬場景的三維建模，并且體現出材質和變化，附加貼圖，使用戶能夠在與現實非常相似的三維虛擬環境中自由交互、隨意漫游，并且隨時接收到場景反饋回來的信息，信息內容包括使用者在當前所處的場景位置和視野方向，裝置的場景中實物的概況和使用者在操作過程中的注意事項、提示信息等。2）根據用戶的需求，系統可以暫停或恢復正在運行的仿真過程，能根據不同用戶有差異的操作秩序和參與程度給出智能評價，同時能夠記錄使用者的操作步驟信息和保存相關的系統數據、資料結果等。3）虛擬現實仿真培訓系統會提供良好的人機互動界面，包括場景瀏覽模式的選擇、相關瀏覽器信息、虛擬場景的描述及反饋信息、曲線面版，可以快捷簡易地創建和修改虛擬環境，數據輸入手段非常友好，可以進行優化控制參數的操作，亦可存儲和公布數據結果。4）通用性、擴展性和維護性的功能強大，可以對多種編譯平臺、硬件的加入提供支持，可以滿足不同裝置的差異性需求。
（2）效果評價。虛擬現實仿真培訓系統界面友好，設計簡潔、有效、界面清晰、易懂，只需簡單培訓就能很快掌握其操作步驟和方法。培訓系統功能齊全，包括冷態開停車、單項操作、事故狀態、評分，實現了DCS控制系統的高級控制、連鎖控制、緊急停車等功能，同時開發了具有三維真實感的現場環境，實現了3D巡檢培訓功能，提高了仿真培訓系統的真實感。培訓系統逼真度高，仿真效果與實際裝置運行的現象基本吻合。動態變化趨勢與實際裝置運行的現象吻合，現場三維環境與生產現場幾乎一致。培訓系統硬件和網絡結構簡單，易于維護和擴充，能夠擴大同時參加培訓的員工人數。
（作者單位為中國石油遼陽機電儀研修中心）
參考文獻
[1] 郭艷軍.化工仿真系統的研究與開發[J].計算機應用技術，2007（5）.
虛擬仿真現實技術范文3
【關鍵詞】虛擬現實 適度仿真 低成本化
虛擬現實技術(簡稱vr技術)是基于計算機技術及數據處理技術的沉浸式交互技術，也就是基于計算機技術等現代科技，人為產生的可以綜合感知以模擬特定環境的虛擬交互技術。用戶可以借助相應的設備以人類自然的方式與虛擬環境對象進行交互影響，從而產生類似真實環境的體驗。
一、虛擬現實系統的構成
虛擬現實系統的設計開發須涉及到人工智能、計算機科學、電子學、傳感器、計算機圖形學、智能控制等多個學科，一般來說完整的虛擬現實系統由以下幾部分構成：
1.傳感器模塊：是用戶與虛擬環境的接口，一方面接受用戶的操作并將其作用于虛擬環境；另一方面將操作結果以綜合形式反饋給用戶，使用戶形成對虛擬環境的感知。
2.檢測模塊：用于檢測分析由傳感器模塊接收到的用戶操作，并將其轉換為系統操作指令傳輸給控制模塊操控虛擬環境。
控制模塊：是仿真系統的核心部分，既可以仿真控制虛擬環境以應對用戶操作，又可以將虛擬環境的反饋通過反饋模塊控制傳感器使用戶獲得仿真體驗。
3.反饋模塊：接收來自控制模塊的處理信息為用戶提供實時反饋。
4.建模模塊：獲得現實世界的三維表示，并由此構成對應的虛擬環境。
二、虛擬現實系統的關鍵技術及成本構成
虛擬現實系統的關鍵技術及成本構成主要包括以下幾個方面：
1.動態環境建模技術：虛擬環境的建立是虛擬現實技術的核心內容。動態環境建模技術的目的是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。三維數據的獲取可以采用cad技術（有規則的環境），而更多的環境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數據獲取的效率。這里的開發成本主要表現為環境三維模型和貼圖帶來的系統空間及時間占用，如果不能較好的優化模型和貼圖將會嚴重影響整個系統的視覺效果及運行速度，大量浪費計算機系統資源，甚至導致復雜場景環境無法實現。
2.實時三維圖形生成技術：三維圖形的生成技術已經較為成熟，其關鍵是如何實現“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15楨/秒，最好是高于30楨/秒。在不降低圖形的質量和復雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術的研究內容。隨著新一代高性能圖形處理器三維渲染技術的實用化，經過適當優化模型貼圖的虛擬環境實時生成已不再是系統設計的成本瓶頸了—大多數主流圖形處理器已可以輕松勝任此項任務，不必再增加額外的開發成本。
3.立體顯示和傳感器技術：虛擬現實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發展?，F有的傳感器技術還遠遠不能滿足系統的需要。例如，數據手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點；虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發新的三維顯示技術。由此可見，現有的立體顯示和傳感器技術還遠遠不能滿足高仿真度虛擬環境的構建要求，并且由于技術的不成熟性還極大的提高了系統開發的成本。據統計系統開發成本的40%以上將消耗在該方面，因此是低成本虛擬現實系統開發必須解決的問題。
3.仿真控制技術：自然環境中的各物體之間是有相互作用的，簡單的說就是各種力場的存在特性。幾乎所有的運動和交互動作都要涉及到約束力學，這意味著仿真環境及身處其中的用戶應該在合理的作用力影響下活動。因此虛擬現實系統需要模擬環境中出現的大量物體的材料及物理力學特性，單從需要仿真的數量及類型上看就會極大地增加系統實際的工作量及成本，更何況虛擬環境中物體之間紛繁復雜的相互影響關系了。事實上針對這些問題現代工程物理學也沒有一種簡單有效的解決方法，故而要想找到合理簡單的數學模型并最終形成算法是虛擬現實技術的重要研究方向。就目前的情況來看仿真度要求越高算法的實現就越困難，系統開發成本就越巨大。
4.系統集成技術：由于虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。目前的虛擬現實系統開發通常都是單獨開發相關的部分，致使系統存在開發難度及工作量巨大、可重復利用率低、通用性差等缺陷，這也是系統開發中成本高昂的重要原因之一。
三、低成本化虛擬現實系統解決方案分析
使虛擬現實系統在工業產品設計生產方面無法大規模應用的高昂開發成本，主要來源于高精度三維環境模擬，高度真實的動力學仿真設計及高度沉浸感的交互式感覺器及三維顯示技術等幾個方面。綜合來看，虛擬現實系統對虛擬環境及虛擬交互的仿真度要求越高則系統的開發成本就越大，因此有必要提出適度仿真的概念，以解決當前高成本阻礙應用的問題，至于完善的問題盡可以在應用擴展的同時，隨著技術的發展逐漸解決。
首先，合理的選擇虛擬三維環境模型的建模方式和優化方法就可以大大節省對系統資源的消耗，如手工建模方式中的可編輯多邊形建模，就可以在環境或物體尺寸精度要求不高的情況下，以少量的多邊形網格和極少的代價獲得非常精致的視覺效果，而使用有效的優化方法還可以進一步提高網格的效率。同時選擇通用化成熟的商品建模工具也可以大大提高建模的效率，使原來用編輯手段實現的效果開發變得簡單、快捷，這就大大降低了相應的成本消耗。
其次，在工業產品的大多數虛擬現實應用中，降低對傳感器及立體顯示的似真度要求也可以在降低成本的前提下保持相對較好的環境沉浸感，比如，技術比較成熟的環幕顯示技術，虛擬洞穴顯示技術雖然還不是立體顯示技術，但其視覺效果已可以滿足大多數的沉浸交互應用了，而使用傳統的鼠標指點設備代替復雜的數據手套等高技術傳感器，雖然對用戶的沉浸體驗有很大的影響，但依然可以滿足大多數的低成本系統的要求，而開發成本卻可以極大下降。
虛擬仿真現實技術范文4
關鍵字：虛擬仿真技術；建筑施工；應用
中途分類號：TU7 文獻標識碼：A
系統仿真是以多種學科理論為基礎，以計算機及其軟件為工具進行試驗研究的理論和方法論體系。仿真技術顧名思義，是把自然界中的物理現象通過一定的物理和數學模型在計算機上模擬來得到實際場變量的分析，有助于預知關心的物理現象。簡單的說，仿真技術是對系統模型的一種試驗技術(是對系統動態模型的一種實驗手段)，在安全性和經濟性方面有較大的優越性。
一、虛擬仿真技術的應用現狀
目前，虛擬現實技術在國際上是一個熱門研究課題，其應用已取得引人注目的成效，在國內也引起了廣泛的重視。當人們需要構造當前不存在的環境、人類不可能到達的環境或構造虛擬環境以代替耗資巨大的現實環境時，虛擬現實技術是必不可少的。隨著計算機硬件、軟件技術的發展以及人們越來越認識到它的重要作用，虛擬仿真技術在各行各業都得到了不同程度的發展，并且越來越顯示出廣闊的應用前景。虛擬現實的廣泛應用前景使之成為目前最具影響力的技術之一。軍事領域、航天技術、建筑設計、工業設計、教育培訓、醫學領域、石油化工等等，虛擬戰場、虛擬城市、甚至“數字地球”，無一不是虛擬技術的應用。虛擬仿真技術將使眾多傳統行業和產業發生革命性的改變。虛擬仿真技術在建筑方面的應用主要有：大型建筑先期演示和論證；建筑設計領域；結構工程領域(工程結構分析、巖土工程分析)；房地產展示領域(全方位的數字化沙盤、數字化投標領域、房地產展示、施工流程的數字化模擬)。本文主要闡述虛擬仿真技術在建筑施工中的應用。
二、虛擬仿真技術在建筑施工中的應用方式
（一）用當前流行的三維動畫軟件3DS MAX、虛擬現實軟件3DVRI、多媒體編排軟件NeoBook、編程工具C#來實現模擬施工和虛擬建筑場景漫游。
3DVRI制作出來的虛擬仿真系統主要功能有：全方位互動漫游功能；即時輸出功能；數據實時查詢及修改功能；語音定位功能；導航圖功能。
事先用3DSMAX軟件做好建筑場景及主體的3D模型以及各施工模塊的3D模型，然后用3DVRI虛擬現實軟件對動畫場景進行處理轉換為3DVRI實時三維系統，最后用NeoBook軟件在3DVRI實時三維系統中按照需求寫入不同的指令，為實時三維系統添加交互功能，可以利用專業編程工具如C#等軟件對實時三維系統中的模型及動畫進行精確控制，并可編寫更復雜的交互功能程序，最終為可獨立運行的3DVRI施工模擬虛擬現實系統。此方案對于多種施工方案的展示、施工工序的編排比較有用，但無法對于施工方案進行預見性的模擬。
（二）用專業的建筑虛擬現實軟件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，結合部分編程技術，實現具有較強人機交互能力、模擬建筑施工過程，以選擇合理的設計方案以及合理的施工方案。
本方案更為專業和智能，能預見性地發現施工方案中的不足，便于指導施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隱患、防止施工事故、減少施工成本與時間。此方案的軟件購置費用比較高。
比較著名的是英國Bentley建筑工程系列軟件公司提供的系列建筑仿真軟件，目前已經在中國建筑、工程以及建造領域得到一些應用，主要在各建筑設計院使用，在施工中企業的應用還屬于起步階段。Bentley工程軟件系統公司首席執行官Greg Bentley宣布了兩項新的中國計劃，以支持中國的大規?；ㄍ顿Y。首先，Bentley亞洲總部將進駐北京，為中國的基建領域提供全面配套的軟件產品；其次，即將啟動的Bentley Power計劃，使中國用戶可在初期免費注冊專業的計算機輔助制圖／設計(CADD)軟件服務。
三、建筑施工中應用虛擬仿真系統的意義
（一）建筑工程施工方案的選擇和優化。
建筑工程施工的施工方法及施工組織的選擇和優化主要是建立在施工經驗的基礎上，存在一定局限性。同時，現代建筑基本都具有鮮明的個性，建筑工程施工成為不可完全重復的過程。使用施工虛擬仿真技術將可以直觀、科學地展示不同施工方法和施工組織措施的效果，可以定量地完成方案的對比，有助于施工方案的選擇和優化，真正實現最優施工。
（二）施工技術革新和新技術引入。
施工虛擬仿真技術一方面能使廣大施工技術人員低成本地試驗施工新工藝和革新思路，有助于創造性的充分發揮，同時能真切展示新技術的成效，縮短建筑業新技術的引入期和推廣期，降低新技術、新工藝的實驗風險。
（三）施工管理
施工虛擬仿真技術能事先模擬施工全過程，能提前發現施工管理中質量、安全等方面存在的隱患，因而可以采取有效的預防和強化措施，提高工程施工質量和施工現場管理效果。
（四）安全、生產培訓
施工虛擬仿真技術能實時、直觀地顯示施工過程的實際情況，有助于操作人員全面了解操作流程，優質安全地完成施工任務。
（五）大型工程設計
施工虛擬仿真技術可以考察建筑設計是否合理，可以方便地對擬改進部位進行修改，從而得到滿意的設計結果。設計的仿真也有利于設計單位與業主、施工單位進行設計交底。
（六）建筑市場管理
施工虛擬技術在招投標過程中能直觀對比各方的施工方法和成效，增加評標的透明度和公正性，有利于建筑市場的規范管理。
（七）其它方面
開發施工虛擬仿真技術必然帶動虛擬現實技術廣泛地應用于建筑業其它方面，帶動以下幾方面的進步：城市和市政規劃的優化；投資者的投資意圖及市場推銷；建筑機械設計；仿真和虛擬現實技術。
四、總結：
總而言之，隨著信息技術的高速發展，各種新型技術都已經開始投入實踐。建筑業也必須敢于創新，勇于嘗試，這是建筑行業發展自身、壯大自身并適應時展的唯一途徑。
參考文獻：
虛擬仿真現實技術范文5
【關鍵詞】 虛擬數控機床；數控教學與培訓；虛擬現實仿真
隨著數控加工在機械制造業中的廣泛應用，數控操作者的大量培訓便成為迫切的問題。在傳統的操作培訓中，數控編程和操作的有效培訓必須在實際機床上進行，這既占用了設備加工時間，又具有風險，培訓中的誤操作經常會導致昂貴設備的損壞。
隨著計算技術的發展，尤其是虛擬現實技術和理念的發展，產生了可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真培訓系統。它用計算機仿真培訓系統進行培訓，不僅可迅速提高操作者的素質，而且安全可靠、費用低。
與科學幻想相似，想象力和技術的相互結合造就了虛擬現實。培根在13世紀寫的沒有馬的轎車和配備動力的機械的科幻故事就是這類結合的早期見證，凡爾納在19世紀寫了火箭和潛水艇的預言性科幻小說，特別是一些科幻作家們已做出的各種利用虛擬現實的基本概念的設想正在逐步變成了具體化。上世紀內所建樹的幾個技術性里程碑使得虛擬現實成為可能，電話、無線電、電視、半導體三極管和集成電路（微處理器芯片）和液晶顯示器。尤其是計算機技術的飛速發展。一些早期的仿真嘗試（例如第一臺飛行模擬器、立體電影、電視游戲等）都已成為當今虛擬現實仿真的先驅。當然虛擬現實技術的發展歷程與電子學以及計算機產業的蓬勃發展是分不開的。
目前在國內已經有少數高等院校將計算機仿真初步運用于數控操作人才培訓的教學之中，也產生了各種仿真教學系統。這些教學系統既能單機系統獨立運行，又能在線運行。獨立運行即機床模型方式，其培訓設施只需一臺微機，數控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進行，而零件切削過程由機床模型三維動畫演示，用這種方式進行初步培訓是經濟有效的；在線運行即機床工作方式，這種方式下教學系統將與實際機床連接，由硬件實現零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機床的真實情況一樣，簡單來講就是利用計算機和其他的專用硬件軟件去產生一種真實場景的仿真，參與者可以通過與仿真場景的交互來體驗一種接近于真實的場景的感覺。因此能進一步培訓操作者的實際工作技能。
數控仿真系統的核心是虛擬數控機床，而虛擬數控機床又是虛擬制造技術中的一個執行單元，它不僅在數控加工過程中為產品設計提供了可制造性的分析，而且在數控系統的學習和培訓中，為各類學校和企業技術人員提供了完善的學習和培訓。該類系統完全模擬零件的切削過程，能檢驗數控指令正確與否，提供一套功能齊全的調試、編輯、修改和跟蹤執行等功能。
一、虛擬數控系統功能
虛擬數控機床實際上是虛擬環境中數控機床的模型。與真實機床相比，虛擬數控機床應具有以下功能：
虛擬數控機床應具有與真實機床完全相同的結構。虛擬數控機床能模仿真實機床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導致某種結構和信息的失真或丟失.并應與真實機床有完全相同的界面風格，為技術人員的學習和培訓提供保證。
虛擬數控機床強大的網絡功能，為遠程教育提供可能。
完善的圖形和標準數據接口。用戶既能在真實的環境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種遠行參數，并能與其他CAD／CAM軟件接口。
二、平臺的購建
虛擬數控機床是如何實現這些功能的呢？它一般是通過以下的構建平臺來實現。
1.Nc解釋平臺:NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗證器。任務分配數據庫從任務調度中接受數控代碼并將其翻譯為虛擬機床的部件、刀具等運動的信息，并將其通過計算模塊來模擬機床的響應，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數控機床的CNC控制器。
2.NC驗證器，能夠驗證NC代碼的語法正確性。
3.刀具庫:刀具庫應包括一臺數控機床所需的刀具，并能自由配置刀具庫中的刀具號.從而能模擬任何一種數控機床的換刀形式。
4.仿真平臺:仿真平臺包括刀具軌跡仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三維動畫仿真、加工工時統計分析，仿真平臺是虛擬數控機床的核心技術。操作者可以在虛擬的環境中進行機床運動和切削過程等的仿真，從中獲得相關的加工數據。如進給軸的位移量、換刀狀態、主軸轉速、加速度、進給量、加工時間等。通過加工過程的仿真，了解所設計工件的可加工性，驗證NC代碼的正確性以及評價和優化加工過程，并通過在線修改NC代碼來優化NC代碼。
5.計算平臺:計算平臺用來完成虛擬數控機床中各種計算，如根據NC代碼計算加工零件新的幾何形狀，根據刀具的材料、運行時間、零件的材料性質和介質的性質計算刀具的補償量和熱補償量。這些計算結果是虛擬數控機床在應用于虛擬制造過程中的加工方案評價以及可制造性分析所必須的。
6.設計開發平臺:虛擬數控機床的設計平臺是一個面向對象的數控軟件庫及其開發環境。通過對數控軟件的標準化、規范化研究和其它CAD／CAM軟件的數據交換，并對典型的零件進行封裝，設計成具有穩定、通用接口的可重用的軟件。
7.操作運行平臺和監控平臺:在虛擬環境中完全實現真實機床的操作，讓使用者完全感受到真實機床的運行特性。在這些基礎上的監控硬件和軟件，用來控制簡易機床.增加虛擬數控機床的真實感.并且可以進行典型零件的實驗性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感覺。尤其是在數控教學和培訓過程中，初學數控編程者需要大量的編程練習，并進行實際調試。用試切法來檢驗數控加工程序顯然不合理，而且也難于實現。如果利用仿真技術，這些問題可以輕松得到解決，從而避免編程時人為出錯或工藝不合理造成工件報廢。
三、總結
鑒于虛擬數控機床具備的功能，針對目前我單位數控教學課程和參加數控實習學生人數的增多，及數控設備較為精密、昂貴的特點。把數控加工仿真軟件引入教學之中，用于數控機床操作與編程培訓，這樣既可以避免因誤操作造成價格昂貴的數控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數控機床操作過程中產生臨場感和真實感。而且能夠讓同學們更快地熟悉和了解數控加工的工作過程，并且掌握每種數控機床的基本操作。更大的好處是在實現了同樣效果的情況下將加工出錯及事故發生率降低到了最小程度。
學校目前的硬件設施基本具備，包括微機房、局域網和各類數控機床等。不久的將來在校園網接通之后，這種教學方式確實很有可能成為現實，相信這種教學方式必將成為一種必要的教學手段。
參考文獻
1 曾小惠，吳明華，潘鐵虹.在線數控加工仿真教學系統的實現.
虛擬仿真現實技術范文6
關鍵詞：虛擬現實技術；工業；設計；應用
在計算機技術模擬的三維立體空間之中，用戶可以強烈地感受到視覺、聽覺、觸覺的模擬，在將虛擬現實技術應用于工業設計領域時，突顯出虛擬現實技術不可比擬的應用優勢和性能，它可以無障礙、無阻滯地實現對三維立體空間的事物的觀察和操作，生動地模擬出實際的工業生產場景，可以良好地應用于制造、裝配、安全監測、建筑、室內設計等領域，具有極其重要的現實功能和意義.
1虛擬現實技術的工業設計綜述
虛擬現實技術以計算機網絡技術、現代信息技術為依托，實現虛擬現實技術與現代先進制造技術的整合，是一種基于高度逼真的模擬化人機界面技術，可以達到基于自然技能和真實體驗的人機交互系統.虛擬現實技術的工業設計具有其特殊的性能和特征，具體表現為：（1）網絡化.在網絡技術為支撐的、并行式的設計結構系統之中，實現了對設計、工程分析、生產制造三者的統一和集成.它可以快速地響應市場需求，在虛擬的制造環境中生成數字樣機，并對其進行預測和評估.（2）交互性.在虛擬現實技術的工業設計之中，建構三維立體的虛擬數字模型，給人以真實的體驗，在身臨其境的感覺中對其加以修改和操作，較好地實現了人機的交互.（3）高效性.在虛擬現實技術的工業設計之中，可以較好地減少對設計的修改，節約了設計成本，也提升了設計精度，由此可見，虛擬現實技術的工業設計可以極大地提升資金使用效能.虛擬現實技術對于工業設計的影響是多方面的，我們可以從不同的角度看待虛擬現實技術在工業設計中的應用優勢：（1）變革了工業設計理念.在虛擬現實技術應用于工業設計領域時，工業設計師不僅參與工業的設計階段，還滲透到企業的生產和銷售階段，需要全程對自己的設計負責，這種理念的轉變是前所未有的，虛擬現實技術在工業設計中的應用不僅體現于工業產品的外形設計，還體現于工程設計，這就需要設計師立于更高的、更為全面的角度，生成優良的新產品設計，并使之涵括除了工業設計專業之外更為廣泛的領域，更好地實現與其他經營、銷售等團隊的精誠合作和交流.（2）創新了工業設計方法.傳統的二維式的平面圖設計方法已經被替代，在虛擬現實技術的應用之下，可以使工業設計方法更為立體化和三維化，可以使人們體驗和感受到不同視角的立體效果圖，在用戶任意旋轉、放大、收縮的模型修改過程中，充分體現工業設計方法的多維化轉變.
2虛擬現實技術的分類及應用領域
2.1虛擬現實技術的分類
虛擬現實技術又被稱為“虛擬生產”、“虛擬貿易”、“虛擬網絡”，它基于“人是信息環境的主體”的理念和意識，強調人在虛擬現實系統中的主導作用，它的分類，具體包括以下幾種：（1）分布式虛擬現實技術.不同的用戶基于計算機網絡實現鏈接，共同參與和體驗虛擬經歷，這些不同的用戶可以對同一個虛擬世界進行互動、操作和交流，以更好地實現網絡協同，達到共同體驗的工作目標.（2）增強現實性的虛擬現實技術.它是實現對真實世界的模擬和高度仿真，可以極為有效地增強用戶在真實場景下所無法感知或不便于感知的體驗，如：戰斗機飛行員的平視顯示器，可以更好地引領飛行員將武器瞄準數據投射到穿透式的屏幕之上，獲悉敵機的導航偏差.（3）沉浸式的虛擬現實技術.運用特定的設備隔離用戶的視覺和聽覺，使用戶可以全身心地投入和沉浸于系統之中，利用位置跟蹤器、數據手套、手控設備等，實現沉浸式的虛擬現實技術的體驗.（4）桌面虛擬現實技術.運用個人計算機和低端工作站，實現對現實世界的高度仿真和模擬，并以計算機屏幕為觀察窗口，借助于各種輸入設備，全方位、多角度地實現與虛擬仿真世界的交互、操作和修改，在這個系統之中，個體沒有與外界相隔離，會受到外界的干擾和影響，因而缺乏真切的現實體驗和感受.
2.2虛擬現實技術的應用領域
（1）虛擬設計.虛擬現實技術可以應用于虛擬設計領域，如：虛擬現實汽車設計.（2）教育和娛樂領域.虛擬現實技術可以使用戶體驗到真切的感官刺激，在三維立體的逼真視景之中，實現用戶自主的、個性化的體驗.（3）安全訓練.在一些高難度和危險的情境之下，可以運用虛擬現實技術進行訓練.如：應用于醫療手術訓練的虛擬現實技術系統.（4）先進制造領域.在工業設計中的先進制造領域，可以運用虛擬現實技術，完善產品的設計，優化產品的性能，更好地提升設計效能.（5）建筑與藝術設計領域.在工業建筑及藝術設計領域之中，可以運用虛擬現實技術，將抽象思維轉化為實體場景，極為有效地增強用戶的真實體驗.
3虛擬現實技術在不同工業設計中的應用實踐分析
3.1虛擬現實技術在灌裝制造生產線的應用
3.1.1虛擬灌裝生產制造線的框架設計
在將虛擬現實技術應用于制造生產線的架構之中，可以將虛擬生產線建構為以下幾大模塊內容：（1）仿真管理模塊.實現虛擬現實接口的指令數據接收與傳遞，更好地實現對虛擬環境的協調與維護.（2）工藝布局模塊.設計人員基于生產制造線的約束性條件和前提，實現虛擬環境中的布局整體設計.（3）設備模型庫模塊.在這個模塊之中，可以充分體現出虛擬設備的控制屬性和幾何屬性，使用戶沉浸于虛擬場景和立體模型之中，實現對物理制造生產線的觀察和評價.（4）任務管理模塊.通過虛擬制造生產線的任務調度，實現對工件的傳送、加工、測量、運輸、灌裝等操作.（5）分析引擎模塊.測定設備及工件的運行狀態，并實施虛擬生產線上的系統故障檢測.（6）報價模塊.這是對虛擬制造生產線的設計的價格評估.（7）虛擬現實接口.借助于虛擬外部設備，可以實現虛擬仿真，建構人與虛擬系統的接口.
3.1.2虛擬灌裝生產制造線的可視化設計
依照整體的生產能力和要求，在虛擬制造生產線的可視化設計中，要使輸送系統具有充分的存儲量和緩沖時間，能夠集成工藝流程和調度過程.同時，還要利用對象的繼承和封裝機制，生成虛擬的制造生產線環境，在三維的模型之下可以極其逼真地反映出制造生產線中的設備及工件.
3.2虛擬現實技術在航空智能制造中的應用
虛擬現實技術與航空智能制造相融合，充分展示出虛擬現實技術的“智能之窗”的地位和功效，基于我國航空制造的實際需求，可以將虛擬現實技術應用于航空制造中的工藝設計、車間執行、管理等方面，具有極其重要的現實意義.航空飛機制造的核心是工藝設計，在這個“看不見的手”之中，可以實現制造工藝的標準化、可控化、可拓展應用.具體應用項目和內容包括有：（1）沉浸式工藝審核.在航空飛機的制造虛擬現實技術應用之中，首先即要實施對航空飛機裝配工藝的審核，以飛機設計圖樣、數據模型、文件等為審核內容，協調各方面的意見和建議，全面做好工藝設計的審核和評定，工藝設計人員可以完全沉浸于虛擬、高度仿真的環境之中，不受任何干擾和影響，實現與虛擬對象的交互.（2）沉浸式工藝仿真.在虛擬現實技術的應用之下，航空飛機制造實現了“基于建模和仿真的科學設計模式”的突破，在多源信息融合的仿真虛擬環境系統之中，實現對航空制造的工藝設計仿真分析，如：航空飛機工藝數字樣機模擬、空間分析與漫游、虛擬裝配、交互虛擬實驗等.
3.3虛擬現實技術在建筑及藝術設計中的應用
在建筑設計領域之中，虛擬現實技術極大地拓展了圖形藝術設計創作方式，通過虛擬漫游技術在建筑設計中的應用，可以三維、立體地呈現城市景觀、小區景觀、室內設計、歷史性建筑的仿真模擬，它可以使設計者從多角度、自如地審視和欣賞，極大地拓展了建筑展示空間虛擬現實的漫游技術較好地解決了設計過程中的枯燥而繁瑣的溝通性缺陷，可以利用其三維建模的虛擬現實設計和全景虛擬現實展示設計，充分展示出設計者的設計創新思維，靈活地運用于不同的建筑設計項目之中.在室內設計中采用虛擬現實技術，可以虛擬出一個建筑室內空間，直觀而形象地表達和傳遞設計者的設計意圖和設計思維，它比傳統的沙盤模型具有更大的優勢性能，可以實現對設計空間的全尺寸模型設計，用戶可以任意在虛擬空間中漫游、修改和調整，使之更具有人性化和逼真化，極大地增強和提升了建筑室內空間的整體操控和設計水平.
3.4虛擬現實技術在汽車制造中的應用
虛擬現實技術可以應用于汽車制造系統之中，預先發現并解決汽車整體或零部件的問題，通過汽車三維立體模型的建構，可以使設計人員更好地體驗汽車內部的舒適度、駕駛模擬程度、故障模擬等，提升設計指標的合理性和科學性.并且，在對汽車進行虛擬開發設計的過程中，還可以實現對汽車造型、制模、沖壓、焊接、總裝等流程的三維化和虛擬化，通過網絡數據為支撐和依托，實現虛擬協通實時設計，并實施虛擬實驗檢測，預測汽車的整體安全性能和動力性能.
4結束語
綜上所述，虛擬現實技術以計算機技術和網絡信息技術為支撐，通過立體的、三維建模方式，實現對現實世界的虛擬和高度仿真，在將這種全新的技術與工業設計相嫁接時，我們可以看到這個“智能窗口”的現實功能和意義，在網絡、信息、數據等方面的集成之下，可以清晰地呈現產品的全方位細節，實現工業設計的網絡化、系統化和智能化，增強工業設計的交互性和科學性，充分利用工業設計資源庫，更好地縮短工業設計周期，提升工業設計的效能.
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