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三維仿真論文范文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
三維仿真論文范文2
【關鍵詞】三維仿真;地理信息系統;環境決策
1、引言
隨著數字環保概念和虛擬現實技術的發展，三維仿真系統在環境業務領域的應用日益成為人們關注的焦點。三維仿真系統全方位、多角度、高效率的管理方法和技術特性奠定了其在環境業務領域的多方面應用優勢。三維仿真系統以直觀、形象的可視化表達方式[1]，真實展現三維環境要素，為環境監控、環境執法監察、環境影響評價（戰略環評、規劃環評、項目環評）、行政審批、環境應急、環境日常業務管理及環境生態領域提供很好的“所見即所得”的平臺。
2、三維仿真系統在環境領域中的應用分析
2.1基于三維仿真系統在環境領域中的應用優勢分析
目前環境業務多是基于二維地理信息系統，對環境現場的分析多是使用現場平面圖和現場圖片等相關資料進行分析，缺乏直觀性。難以對環境地域進行三維綜合研究和空間分析，無法使領導部門及時得到對空間清晰、直觀的認識[2]。同時環境領域涉及地形地貌，如地形起伏較大、管網密集、排口眾多等，用二維的表示方法很難準確描述和進行信息精確管理。
三維仿真系統通過對大范圍海量環境數據進行一體化管理，實現無縫三維實時漫游、空間多媒體信息查詢、表示、分析和輔助決策，為環境管理部門進行更加清晰、直觀、準確的管理環境信息提供技術支持，如：靈活漫游全面巡視重點污染源；真實的還原事故現場用于應急決策[3]；真實的模擬重要治污設施的日常運作狀態。
三維仿真系統在環境業務領域的應用優勢：
（1）重點風險源工藝管線跟蹤分析，為企業環境安全提供可視化監控支持
三維仿真系統可對環境重點風險源如石油石化企業工藝管線進行模擬，動態顯示管線內物質流向，便于管理者實時查看管線運行情況，為查堵泄漏點提供可視化技術支持。
（2）全方位展示重要治污設施運行狀態，為環境安全提供基礎保障
通過三維仿真系統，可實現全廠區漫游，全面展示重要治污設施分布情況及其運行狀態。當某一設施出現異常，系統會進行異常報警，使管理者不必親臨現場即可了解治污設施運行狀態，為環境安全提供保障。
（3）快速還原環境事故現場，為環境應急提供科學決策支持
環境突發事故現場具有不可再現性。為了對事故進行更準確的分析，可通過三維仿真系統對事故現場進行模擬還原，再現事故發生過程，為領導提供更詳盡的現場信息，為環境應急提供科學決策支持。
（4）更真實表現地形地貌，輔以模型分析，為指揮調度、優化路徑提供輔助支持
三維仿真系統既有地理信息系統的圖形展示功能，又有真實模擬地貌的優勢。在環境應急中可以通過三維仿真系統展現事故現場及周邊敏感區分布情況，真實展現地勢起伏及路況信息，通過模型分析為應急指揮調度及路徑優化提供輔助支持。
2.2三維仿真系統在環境監控領域中的應用分析
目前環境監控領域中采用視頻、紅外、數采儀等形式將監控數據傳至監控中心，無法對整個監控場所進行全面、多角度的監控。三維仿真系統可通過對監控場所的真實模擬實現對環境的日常監控，包括：重大風險源企業廠區漫游仿真；圍繞風險單元多角度查看周邊地貌信息；真實模擬工況運行狀態；真實模擬設備運行狀態；全面立體展現三維空間污染源分布；對環境空間及風險單元等進行屬性查詢等。
三維仿真系統可為環保系統領導提供了多角度、可視化的監控平臺，不用親臨現場，即可掌控所有環境監控區域的風險源及工況等多種信息，提高工作效率，為決策的質量和效率提供保障。
2.3三維仿真系統在環境應急領域中的應用分析
目前的二維信息平臺由于立體表現不完整，無法整體直觀反映環境事故現場情況，容易導致宏觀分析、決策的偏差[4]。三維仿真系統能夠全面分析事故現場及周邊情況，進行三維擴散模型分析，包括氣象應急模型、地質應急模型、水應急模型（水淹模型、泥沙模型、水污染模型）及化學/核污染應急模型，通過模型分析直觀立體展現污染擴散趨勢及周邊敏感源，為應急監測、指揮調度及現場處置提供重要依據；可依據地勢，通過路徑優化分析，為應急疏散提供直觀、可視化指導，為領導決策提供全方面、直觀、真實的決策支持。領導不必深入事故現場就能掌握現場真實情況，并組織專家討論并制定正確的應急措施，發出正確的調度指令，保證應急指揮和應急調度的科學性和正確性。
同時，通過三維仿真系統可進行事故應急演練及事故回放[5]，真實模擬事故應急演練，直觀展示應急流程，為完善應急預案體系、強化應急指揮體系提供參考依據；事故回放是針對事故現場不可保存性，進行事故現場還原，通過仿真事故發生過程，為領導提供應急決策支持，并為事故后評估提供有力依據。
2.4三維仿真系統在環境日常業務領域中的應用分析
三維仿真系統在環境日常業務領域的應用包括：與12369結合，快速定位事故現場，直觀查看事故現場地勢地形三維景觀，為準確預警提供更為詳盡的可視化三維信息；建設項目審批，通過三維仿真系統進行區域地形地貌查看，將設計方案導入三維場景中進行審查，在真實再現規劃現狀的前提下，用戶可以從任意路徑，以任意視點、任意視角考察設計方案，對方案進行從全局到細部的推敲和修改；環境監察、移動執法，通過三維仿真系統可真實模擬環境監察、移動執法車輛的出勤路徑，為執法監督提供可視化督查功能。
2.5三維仿真系統在環境生態領域中的應用分析
環境生態日益受到人們重視，如何有效保護生態，形成良好生態人文環境已成為人們關注的熱點。三維仿真系統為生態保護、生態規劃提供三維仿真技術支持，領導無需到達現場即可通過三維仿真系統漫游重要生態區域并進行分析，如漫游引用水水源地、防洪堤壩、庫區防洪堤拆除后對周邊生態的影響分析等。對環境生態區域的規劃也可通過三維仿真系統進行模擬展示，將規劃前及規劃后的場景進行真實模擬對比，為領導進行正確、科學的生態規劃提供直觀可視化的科學依據。
3、結語
隨著數字環保的推進、物聯網技術及三維仿真技術的發展，三維仿真系統在環境業務領域的應用越來越顯現出無法替代的優勢。通過三維仿真系統可真實展現環境業務領域現時情景，并可漫游于場景之中，為環境業務領域提供立體化、全方位展示，為領導進行科學的環境決策提供支持。因此，應加強三維仿真技術的研究，使其在環境業務領域的應用更為深入，為環境管理部門更加清晰、直觀、準確的管理環境信息提供技術支持。
參考文獻
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三維仿真論文范文3
論文摘要：工程圖學課程是理論性和實踐性都較強的課程，在理論教學中由于缺乏真實感受，學生聽課時常會感到枯燥乏味、內容很難理解，因此，在教學中進行虛擬仿真實驗教學，不但在一定程度上可以彌補實驗資源的匱乏，而且可以提高學生觀察問題、分析問題和解決問題 的能力。因此，在《工程圖學》教學中應用“虛擬仿真實驗教學”進行教學改革的探索。
0 引言
工程圖學課程教學理論與實踐相結合是非常重要的特別是學生的動手及創新能力的培養，是理論性和實踐性都較強的課程，因此實驗教學環節對學好這門課程至關重要。通過加強實踐教學環節，才能使學生真正理解和掌握該學科的理論知識。
工程圖學課程的教學是很具體形象的，它注重機構的運動及動作 ，在理論教學中由于缺乏真實感受，學生聽課時常會感到枯燥乏味、內容很難理解；機械類課程 中的實驗設備大多很昂貴，有些情況下，不能完全滿足相應的實驗要求，尤其是對每個學生而言，學生實驗通常是分組 ，對有些實驗，實驗設備很少時，分組的人數會很多，這樣學生在做實驗時會沒有很多機會熟練掌握 ；因此，如果能在教學中進行虛擬仿真實驗教學，不但在一定程度上可以彌補實驗資源的匱乏 ，而且可以提高學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，以求達到掌握一門專業技術技能。
1 虛擬仿真實驗應用于教學中的現實意義
目前國內大多數高校的實驗還是采用傳統方式，即老師講解、演示，再由學生自己動手。而國外已經從傳統實驗轉為實物實驗與虛擬實驗相結合，充分利用先進的計算機設備進行虛擬仿真實驗教學，取得了較好的效果。
傳統的教學模式以教師為中心，知識的傳遞主要靠教師對學生的灌輸，作為認知主體的學生在教學過程中自始至終處于被動狀態，其主動性和積極性難以發揮，不利于培養學生的發散性思維、批判性思維和創造性思維，也不利于創造性人才的培養。虛擬仿真實驗突破了傳統教學手段上的局限。學生自己動手操作，親身參與整個實驗過程的操作，通過將實際生產的工藝過程以影像、動畫等生動的形式表示，從而增強學生的感性認識和學習興趣，提高教學效果，使其實踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。虛擬實驗技術創設了一個人性化的學習環境 ，使學生能夠在自然、互動的氣氛中進行學習?；谝陨纤伎?，嘗試在《工程圖學》教學中應用“虛擬仿真實驗教學”進行教學改革的探索。
2 虛擬仿真實驗設計目標
虛擬實驗的開發工具主要是網絡虛擬現實建模語言(VRML)和三維建模軟件。VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構三維世界的場景建模語言。VRML的基本目標是建立因特網上的交互式虛擬對象、場景、三維模型，基本特征包括分布式、三維、交互性 、多媒體集成、境界逼真性等，是 目前 Intenet上基于“www”的三維互動網站制作的主流語言。
虛擬現實系統的設計要達到以下目標 ：
a)要使參與者有“真實”的體驗。這種體驗就是“沉浸”或“投入”，即全心地進入，簡單地說就是產生在虛擬世界中的幻覺。理想的虛擬環境應達到用戶難以分辯真假的程度，甚至比真的還“真”。這種沉浸感的意義在于可以使用戶集中注意力。為了達到這個 目標，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現實系統應具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺 、聽覺、觸覺 ，甚至味覺和嗅覺。
b)系統要能提供方便的、豐富的、主要是基于自然技能的人機交互手段。這些手段使得參與者能夠對虛擬環境進行實時的操縱，能從虛擬環境中得到反饋信息 ，也能便系統了解參與者的關鍵部位的位置、狀態、變形等各種系統需要知道的數據。實時性是非常重要的，如果在交互時存在較大的延遲，與人的心理經驗不一致 ，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。
3 零、部件測繪實踐虛擬輔助教學
《工程圖學》課程為機械類專業一門主要技術基礎課，是一門理論性和實踐性都較強的課程，因此實驗教學環節對學好這門課程至關重要。通過加強實踐教學環節，才能使學生真正理解和掌握該學科的理論知識。本項目的實施內容主要是采用 inventor 2008，3D max，AutoCAD及 vrml軟件系統設計虛擬實驗系統，使之能夠對齒輪油泵(圖1)、減速器(圖2)、虎鉗 (圖 3)的裝配進行動態模擬 ，通過影像、動畫等生動的形式對裝配過程進行動態模擬 ，可以充分發揮學生的主觀能動性，有利于學生獲得豐富的感性認識，激發學生進一步提出問題與尋求解決問題的興趣 ，有助于拓寬學生的知識面，有效地支持理論學習。
零部件測繪實踐虛擬輔助教學技術的做法是，以實物模型為基本要素、以實物模型測繪為主線，用計算機虛擬現實的方法，制作圖畫和動畫形式為主的直觀形象，去解析零部件的形狀結構和測繪過程。
將虛擬輔助教學融于測繪實踐教學的過程是：布置測繪任務；觀測分析實物模型；教師依據實物模型通過虛擬輔助教學課件集中指導；學生依據實物模型，參照虛擬輔助教學課件自主測繪；教師集中講評。
虛擬輔助教學主要構件是以虛擬圖象為主，配有少量文字說明的電子文檔。分別是：以動畫為主去表達零部件形狀結構的圖畫集，以對零部件形狀結構分析和視圖分析為主的圖畫集，以對零部件測繪方法和過程指導為主的圖畫集，以對尺寸、技術要求、圖樣、作業要求指導為主的圖畫集。
4 零、部件測繪實踐虛擬輔助教學技術的特點
a)基于實體的虛擬。計算機虛擬現實、虛擬三維圖與構形思維和視覺及視覺心理密切相關。實踐表明：沒有實體模型做基準沒有構形思維和視覺及視覺心理的支持，計算機虛擬現實、虛擬三維圖就會成為沒有意義的作品；另一方面，沒有構形思維和視覺及視覺心理知識去指導計算機虛擬現實、虛擬三維圖的創作，也不能獲得效果良好的作品。
b)基于圖學素質對測繪對象 (零、部件)的選擇。選擇好測繪對象是保障零、部件測繪實踐教學效果的首要條件。簡單化和過度復雜化都不可取，都可能給大學總體教學帶來損害。選擇測繪對象 (零、部件)的第一因素是考慮對學生圖學素質培養的要求，其次是考慮后續課的需求。閥類、泵類、夾具類(虎鉗)、減速器類是常選測繪對象，其主要原因是便于教學。按圖學素質培養的要求考慮，所選零、部件的測繪內容應當盡量多的涵蓋圖學主要的核心內容。例如，表達方法典型、全面，結構具有代表性。按后續課的需求考慮，所選零、部件的測繪內容要含有后續課的主要要素。
5 結語
開發零、部件虛擬測繪裝配實驗是為了拓寬實驗教學平臺，改進測繪方法，提高測繪效率和品質，減輕教學負擔。這一教學技術的核心涉及到傳統測繪的方方面面，也涉及到現代教育技術的深層理論和技術問題。當然虛擬仿真實驗不能完全替代實物實驗，但可以探索將其作為實物實驗及課堂理論教學的補充。
參考文獻
三維仿真論文范文4
Abstract： This paper， through virtual reality technology， constructed a aero-engine virtual teaching experiment system which can achieve the functions of engine simulation assembly， engine structure display， engine working mechanism demo， engine simulation test. Through the three-dimensional interaction and visual simulation means of this system， the students can get the vision， hearing， touch and other sensory experiences， with a very strong interaction and immersion. Engine virtual teaching experiment system effectively overcome the high cost， operational difficulties and other issues of traditional teaching experiment， so it has great significance to the promotion of China's aviation technical personnel training.
關鍵詞： 航空發動機；虛擬教學；三維仿真；人機交互
Key words： aero-engine；virtual learning；three-dimensional simulation；human-computer interaction
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）11-0181-02
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作者簡介：劉振俠（1963-），男，陜西西安人，教授，研究方向為航空發動機推進理論與工程。
0 引言
航空發動機是當代工業技術發展的結晶，是工業技術“皇冠上的明珠”，對國民經濟、國防建設起著戰略性的作用。隨著軍事需求、民用航空的發展，航空發動機技術日新月異，新的設計構造不斷涌現。但是長期以來，由于人才短缺、基礎薄弱等原因，我國航空發動機技術始終與國外先進國家存在著較大的差距。因此，培養高素質、創新型的航空發動機人才對促進我國航空發動機技術發展至關重要。
實踐教學是航空發動機教學工作中的重要一環，對促進學生了解發動機內部復雜結構、理解相關理論知識起著重要作用。傳統的實踐教學內容主要包括參觀發動機樣機、進行發動機試車實驗等。但是，由于航空發動機內部結構非常復雜，難以觀測到內部細致結構；進行一次航空發動機試車實驗不僅花費高昂，而且對操作者要求極高，只能由專業技術人員操作，學生的參與度很低；另外，航空發動機技術日新月異，教學實驗設備難以及時更新，使學生所學知識與實際應用嚴重脫節。
為了提高學生教學質量，解決航空發動機教學設備陳舊、實驗費用高昂等問題，本文將虛擬現實技術與發動機專業教學相結合，建設了了航空發動機虛擬教學實驗系統。
1 系統組成與功能
實驗系統旨在建立數字化的三維虛擬航空發動機實驗室，可以實現發動機結構的虛擬裝配，發動機試車臺實驗仿真，發動機內部工作原理及內部流場展示等多個教學實驗內容。學生能夠通過這個虛擬空間觀看發動機教學實驗，并通過視、聽、觸等感知行為去體驗，學生能夠主動操作實驗，實驗系統具有很強的交互性與沉浸感。
如圖1所示，為航空發動機虛擬教學實驗系統的軟硬件組成。硬件包括人機交互所用的傳感設備（如數據手套、六自由度鼠標、觸覺與力度反饋器等）、顯示設備（如頭盔、投影屏）、虛擬環境產生器（包括高性能圖形工作站、立體聲音響）；支撐軟件包括對象模型生成軟件、虛擬視景軟件以及程序編輯平臺等。
通過軟硬件結合，航空發動機虛擬教學實驗系統能實現由發動機虛擬裝配、?；瘜嶒?、流場顯示等三個模塊的多種功能。
1.1 發動機虛擬裝配模塊。學生能夠在全場景、沉浸式的虛擬環境下任意角度觀測到航空發動機各大部件及其內部結構，通過配戴數據手套實時交互地對發動機三維模型進行虛擬裝配，加強學生對發動機總體結構和部件間的連接關系的認識；
1.2 航空發動機?；虒W視景仿真模塊。此平臺可模擬發動機在工作過程中內部的運行情況，利用視景仿真技術模擬渦輪轉子轉動，氣流在發動機內外函道的流動以及燃燒室和尾噴管的火焰現象，并能通過對油門桿的交互操作實現對這些動態現象的控制，可以使學生從視覺上對航空發動機內部工作狀態有形象直觀的認識；
1.3 發動機試車實驗仿真模塊。能夠模擬能使發動機試車的操作過程，可以使學生了解發動機試車的具體步驟，培養學生對試車實驗的實際操作能力；通過曲線歷程圖和實時數據反映發動機特性參數的變化，加深對發動機工作原理和氣動特性的理解；提供發動機試車的立體音效和控制臺視景仿真，加強了系統的沉浸感；
1.4 流場顯示仿真模塊。能夠模擬發動機內流場質點的流動軌跡，可以使觀測者直觀了解如葉柵繞流等實驗現象及其機理，加深對相關專業課的認識和理解，達到較好的教學效果。
2 系統設計方案
為了應用相應的軟硬件設備，完成航空發動機虛擬教學實驗系統應滿足的需求與功能，采取了以下設計流程來完成系統的搭建，如圖2所示。
2.1 第一層為硬件層，主要由虛擬現實人機交互系統、大屏幕立體顯示系統和小型桌面虛擬現實系統組成。其中小型桌面虛擬現實系統包括高端PC工作站、VR專業三維立體圖形發生器、紅外立體眼鏡及播放器組成和CRT彩色顯示器組成。而人機交互系統包括由六自由度三維空間立體鼠標、數據手套等組成。其中六自由度立體鼠標可實現x、Y、z三個方向上的移動和旋轉功能；而數據手套可以真實地模擬人手的裝配動作和觸覺感應。大屏幕立體顯示系統由投影儀、立體轉換器、硬幕、偏振片和偏振立體眼鏡組成。
2.2 第二層為硬件接口層，主要用于獲取六自由度三維空間鼠標、數據手套等的虛擬裝配環境結構數據，設定立體眼睛雙目視覺間隔參數等。
2.3 第三層為3D模型層，首先可利用Creator、CAD等建模工具，采用體素法、輪廓掃描法和實體掃描等方法建立幾何模型，對物體的形狀、位置、大小等幾何信息，以及發動機各部件間連接關系等拓撲信息進行描述，獲得物體重心、表面積、體積、密度、質量、轉動慣量等幾何、物理參數。
2.4 第四層為支持工具層，在本例中為VEGA虛擬環境開發系統，運行于vC++6.O工作平臺，它提供了大量的處理窗口、環境以及實現虛擬動作的函數。
2.5 第五層為驅動層，包括數據手套、六自由度三維空間鼠標、位置跟蹤器、立體顯示設備等的驅動程序。
2.6 第六層為應用層，可采用vc++6.O開發出面向用戶的友好的虛擬裝配環境。最終用戶并不需要了解繁瑣的函數調用和硬件接口，只需通過空間立體鼠標、力反饋數據手套等輸入裝配控制指令，并通過立體眼鏡、頭盔顯示器等設備觀看到實時的裝配效果。
3 系統應用與前景
航空發動機虛擬教學實驗系統將虛擬現實技術與航空發動機專業教學與實驗相結合，克服了傳統教學方法設備更新困難、試驗費用高昂等問題，突破了傳統教學方式的局限性，有效地推動了教學方式的改革與創新。通過航空發動機虛擬教學實驗系統在教學實踐中的應用，系統有效提高了專業學生的培養質量，節約了實驗教學成本，將我國航空動力專業的教學工作推上了一個新的臺階。同時，虛擬教學實驗系統的思想在土木建筑、軍事教育、醫學教學等領域具有廣泛的應用前景。隨著計算機與多媒體技術、仿真技術、虛擬現實技術的迅速發展，虛擬實驗教學必將突破傳統教學方式得到廣泛應用。
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三維仿真論文范文5
【關鍵詞】 改革 理實一體 虛擬仿真
1 引言
《汽車構造》是高職院校所開設的汽車類專業一門共同的專業核心課程，能否有效地掌握好這門課程中所講授的知識，對學生在后續課程學習，以及職業崗位能力培養等方面，起著至關重要的作用?！镀嚇嬙臁分饕v解汽車發動機和底盤的各個系統和總成的組成、結構、工作原理，以及各零部件之間的相互位置、連接關系和運轉情形等教學內容，是一門理論性和實踐性都很強的課程。在目前常規的教學模式中，以圖片加文字為主要內容的PPT課件是唯一的“法寶”。PPT課件所使用的圖片大多是從教材上移植過來的平面結構圖，缺乏立體感，更無動態展示功能，而職業學校的學生又普遍在識讀工程圖樣方面的能力存在不足。于是，學生看不懂PPT和教材上的圖形，聽起課來自然就像聽天書，感到枯燥乏味，缺乏興趣，上課打瞌睡、玩手機也就在所難免。感到痛苦的不僅僅是學生，還有老師。老師在教學中遇到稍微復雜一點的結構，本來應該詳細講述的內容，但苦于缺乏有效的手段和方法把它們講述清楚，往往輕描淡寫、粗枝大葉、一帶而過，根本達不到教學目的。因此，對《汽車構造》課程教學實施改革，勢在必行。
2 理實一體化教學模式
針對《汽車構造》這門課程的特點，以及高職院校人才培養目標，實行理實一體化教學模式是目前大多數高職院校進行《汽車構造》課程教學改革的一大方向。所謂理實一體化，就是按照理論與實踐相結合的原則，將理論教學的場所由傳統的多媒體教室轉移到實訓室（及理實一體化教室），利用實物展示，增強直觀性，避免讓學生面對枯燥、乏味且又難懂的機械圖紙，使教學達到事半功倍的效果。具體方案是，在實訓室里設置多媒體教學設備（電腦和投影儀），用于進行對必要的知識點的介紹和講解；在實訓室中央設置學生座位；在實訓室四周根據方便教學的要求，有規劃地、分門別類地成列出汽車各總成、機構和系統。
《汽車構造》理實一體化教學可分為以下四個過程：
（1）認知性的學習過程。教師可以邊拆裝邊講解，讓學生充分認識各總成及其零部件的構造和工作原理。對于運動關聯性較強的機構，如曲柄連桿機構、配氣機構等，還可利用實物，演示其傳動關系，把原本抽象的事情變得具體化、實在化，從而成倍地提高學習效率和效果。
（2）拆裝技能學習過程。教師從拆裝工具的使用，到拆裝步驟、要求和注意事項，分別進行講解和示范，然后再讓學生進行分組訓練。
（3）故障診斷學習過程。針對某一總成或系統，分析其常見的故障現象、原因及處置辦法。
（4）檢測與調整學習過程。利用各種專用或通用工具，運用一定的方法和手段，進行針對汽車底盤和發動機的常規檢查和調整，如離合器踏板自由行程的檢查和調整、發動機氣門間隙的檢查和調整等。
以實物教學為主要特征的理實一體化的教學模式，與傳統的教學模式相比，的確有了很大的進步，教學效果也要好得多。但是，實物教學也因受到許多條件的制約，難以大規模地推廣和實施。例如，理實一體化教學對教學場地、教學設施以及教師的雙師型素質都有較高要求，這讓許多花起錢來捉襟見肘的民辦高職院校望而卻步。
3 虛擬仿真演示教學
虛擬仿真演示教學就是利用計算機三維建模技術和動漫技術，全方位展示汽車每一個零部件的結構和形狀，動態演示每一個局部和整體的運行情況，對學習汽車構造和工作原理這一認知性的學習過程十分有幫助。虛擬仿真演示教學是《汽車構造》課程教學改革的另一大趨勢，相對于實物展示教學，虛擬仿真演示教學還具有以下優點：
（1）能夠更加清晰和方便地展示汽車的三維結構、系統和部件的組成及工作原理，可提高教學效率和效果；
（2）可以彌補實訓設備、師資等教學條件的不足；
（3）無需耗材，可大大降低教學成本；
（4）虛擬仿真安全可靠，能避免學生操作中發生意外事故；
（5）還可以促進教學觀念的改進，讓學生由被動學習變為主動學習，提高學習積極性。
實踐虛擬仿真演示教學的關鍵，是制作仿真教學軟件，需依次完成以下內容：
（1）零件尺寸整理及建模。各零件尺寸整理及建模主要在Pro/E中完成，除此之外，UG和CATIA也是常用的三維建模軟件。要注意尺寸整理一定要準確表達，避免數字模型的失真。尺寸整理與放樣完成后建立各零部件的三維模型。
（2）在3DS MAX中對三維模型進行整理。進入3DS MAX操作界面，在File菜單中導人各個零部件并賦材質和貼圖處理，并且把各個零部件都擺放在正確的相對空間位置，最后把它們組合成一個整體并重新命名。
（3）在Clut3D中導入模型、添加交互行為并渲染作品。
（4）將三維仿真交互模型嵌入課件。這樣制作的三維仿真交互課件就可以在課件播放時交互操縱這個三維仿真模型。這種三維仿真交互課件可用于課堂教學，也可到網絡上讓學生自學。
以曲柄連桿機構為例，其制作過程大體如下：首先在Pro/E中完成活塞、活塞銷、卡環、連桿、連桿蓋、連桿螺栓、軸瓦、曲軸等零部件的三維建模，然后在3DS MAX中完成曲軸、連桿、活塞、連桿頭的裝配，將模型導入Clut3D，在曲柄-連桿-活塞機構上加載約束，設定仿真參數，最后進行曲線繪制，模擬出活塞的位移、速度、加速度曲線。下圖為曲柄連桿機構靜態仿真圖。
以上只是單純的虛擬仿真演示教學軟件的制作方法，如果在此基礎上進行軟件升級，還可使操作者在一種逼真的虛擬環境下，與操作對象進行人機交互，從而完成汽車發動機、底盤的裝配、檢測與調整等實訓教學內容。
4 結束語
《汽車構造》課程教學改革，就是在教學實踐中積極探索，尋找新的教學方法和教學手段，提高教學質量和教學效率。每一種教學模式都有自己的優點，也存在各自的不足。傳統教學模式對系統學習課程知識點是必要的，理實一體化教學模式對技能性學習是最好的，虛擬仿真演示教學對認知性學習過程最有幫助，它們之間不是誰代替誰的問題，而是一種互補關系。因此，良好的課堂教學應該讓多種教學方法有機地結合在一起，任何單一的教學方法都會讓學生感到疲憊和難以適從。
[參考文獻]
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三維仿真論文范文6
關鍵詞：VRML；虛擬現實；三維；裝修設計；DIY
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3724-03
1 概述
隨著人們對家居環境的要求提高，家庭裝修設計進入個性化時代，越來越多的人開始嘗試自己當設計師，為新居貼上個性標簽，但是往往僅憑想象無法確定設計效果，在選擇方案時表現得比較猶豫。對此，該文應用虛擬現實技術通過計算機虛擬三維家居設計環境，幫助用戶在多種感官上產生沉浸于自己設計的家居環境的感覺，從而幫助用戶對設計方案進行正確判斷。
2 VRML虛擬現實建模語言
VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現實建模語言）始于20世紀90年代，是一種用于三維虛擬場景建模的語言，是目前Internet上三維互動網站制作的主流語言。它的出現及其發展改變了網絡的二維平面世界，帶給我們一個全新的三維立體網絡世界，能夠進行動態交互和智能感知，是計算機網絡、多媒體技術與人工智能等技術的完美結合。
VRML提供了54個節點類型用于構造復雜場景建模，其中有6種插補器節點創建動畫效果，7種傳感器節點完成感知和反應的交互功能，而且可以嵌入Java、 JavaScript等程序實現人機交互，從而極大地擴充其變現能力。還可以將3DS MAX建立的場景直接導出成VRML文件，或者可以在3DS MAX中建立VRML節點。
3 DIY裝修虛擬設計系統設計
系統提供多種可以設計的虛擬空間如客廳、餐廳和臥室等模型，用戶選擇設計空間后，可以更換家具、軟裝等設計元素。虛擬設計作品欣賞提供一些優秀的設計作品供用戶參考。系統幫助對系統的使用進行說明。
4 DIY裝修虛擬設計系統實現
采用VRML建模相對較為麻煩，象虛擬空間如客廳、臥室等的建模以及家具、窗簾等一些復雜造型的建模可以采用專業建模工具3DS MAX進行建模，導出成VRML文件，然后使用VRML進行優化，使用Script節點添加交互換裝功能。
4.1 導航欄、材質圖片按鈕及其對話框的實現
5 小結
VRML提供各種節點構建動態、豐富的三維場景，并且可以利用程序腳本和Script節點，創建一些節點，讓它們產生復雜的動作，為VRML提供強有力的補充?；赩RML制作的DIY裝修虛擬設計系統能較好地讓用戶隨意更換居室設計，幫助用戶真實感知自己設計的效果，享受自己動手設計自己居住環境的。今后還需在參數化居室，能讓用戶添加設計元素的方面進行改進，增加系統的實用性。
參考文獻：
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