虛擬仿真技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】計算機仿真技術(shù) 信息化 制造業(yè)

1對系統(tǒng)仿真類型進行概述

顧名思義，“仿真”就是對現(xiàn)實世界的物體進行模擬的一種狀態(tài)，使其達到逼真的情形。在工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來研究相關(guān)事物，如通過系統(tǒng)模型的相關(guān)實驗來研究設計或者存在的某個系統(tǒng)。

2對計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應用以及發(fā)展現(xiàn)狀進行概述

由于我國是一個制造業(yè)大國，并且制造業(yè)在我國的國民經(jīng)濟收入中也占很大的比例，因此，國家及企業(yè)都非常重視我國制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國科學技術(shù)及制造業(yè)的進步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發(fā)展。而系統(tǒng)仿真技術(shù)作為工程領(lǐng)域里面的一個重要手段，其被大量應用到我國制造業(yè)進行研究及實踐，從而產(chǎn)生出一些先進制造技術(shù)。對于系統(tǒng)仿真技術(shù)而言，如果從本質(zhì)上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對仿真模型不斷進行實踐模擬的一種先進技術(shù)。它的實現(xiàn)過程主要是由仿真語言、計算機高級語言、以及計算機仿真軟件來實現(xiàn)，具體情況如上圖2-1所示。可以很明顯的看出，對于一個典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語言、仿真環(huán)境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計算機仿真軟件的一個發(fā)展情況。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，直到上個世紀80年代后期，出現(xiàn)了一體化的仿真環(huán)境。隨著我國計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，開始出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮牟l(fā)執(zhí)行機制，這樣，就非常容易的實現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理的基礎之上來對實驗及模型數(shù)據(jù)、以及實驗仿真的結(jié)果等進行統(tǒng)一的管理，與此同時，人工智能等相關(guān)的先進技術(shù)也開始應用到仿真建模、運行以及對仿真的結(jié)果進行分析之中。另外，廣義的制造系統(tǒng)的相關(guān)仿真器也開始大量出現(xiàn)，在某種程度上面很好的實現(xiàn)了對制造系統(tǒng)進行的非語言建模、以及模型數(shù)據(jù)驅(qū)動等相關(guān)的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3計算機仿真研究的熱點以及對我國制造業(yè)的相關(guān)影響

自從上世紀末以來，隨著我國制造業(yè)的競爭不斷加劇，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短，這樣就導致系統(tǒng)仿真技術(shù)不斷向橫向的方向發(fā)展，在制造業(yè)里面比較典型的就是“虛擬制造技術(shù)”的發(fā)展。根據(jù)虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計算機來模擬整個產(chǎn)品的設計及制造過程，這樣便于發(fā)現(xiàn)各種問題，并且在產(chǎn)品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。隨著制造業(yè)的發(fā)展，仿真技術(shù)在我國制造行業(yè)里面的又一個重要研究熱點誕生，即虛擬產(chǎn)品的開發(fā)（VPD），它最早是來源于并行工程的思想。并行工程技術(shù)（CE）在對產(chǎn)品進行開發(fā)之前就對產(chǎn)品的整個生命周期進行全面的考慮，這樣，對解決相關(guān)產(chǎn)品的設計以及開發(fā)之間的矛盾是非常有益的。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)是在并行工程的指導下，把大規(guī)模的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及CAD等產(chǎn)品設計系統(tǒng)等進行綜合起來，從而進一步的形成虛擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境，這樣就可以在該環(huán)境下進行產(chǎn)品的策劃、設計等，以及預測產(chǎn)品在真實環(huán)境下的相關(guān)特征、功能及性能等，這樣在進行實際設計、生產(chǎn)的過程中，可以減少反復或者變更等的次數(shù)。VPD技術(shù)能夠深入到各種復雜產(chǎn)品的制造之中，從而為企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。隨著計算機技術(shù)的高度快速發(fā)展，對仿真技術(shù)的相關(guān)應用已由單一的形式向復雜性的方向進行發(fā)展。由于現(xiàn)代制造企業(yè)面向全國甚至全世界，因此，它的仿真對象也是分布在不同的時空，在這樣的背景下就產(chǎn)生了分布交互化仿真技術(shù)（DIS）。對于這種仿真系統(tǒng)來講，它所包括的內(nèi)容有：構(gòu)造實體、實體-虛體、真實方面的實體等，并且，這些實體是可以基于不同時期的相關(guān)技術(shù)、不同產(chǎn)品的相互組成、不同的系統(tǒng)方面的目的、以及不同生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)等，對于這樣的復雜情況是允許他們進行交換操作的。分布交互化仿真技術(shù)（DIS）通過采用計算機網(wǎng)絡將分布在不同地點的仿真設備進行連接起來，這樣便可以通過實體之間的數(shù)據(jù)方面的交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種比較先進的仿真技術(shù)。如今，在我國制造業(yè)中已經(jīng)產(chǎn)生了虛擬企業(yè)或者類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心等。就目前來講，比較出名的就是香港城市大學與香港生產(chǎn)力方面的促進局共同構(gòu)建的快速科技中心，它就是虛擬研究開發(fā)中心。由于當今社會是動態(tài)快速發(fā)展變化的，人們的需求更多轉(zhuǎn)向個性化、多樣化等方向，因此，對于制造企業(yè)來講，它們就要抓住市場的需求，然后采取方式（如柔性生產(chǎn)制造）來快速響應市場需求，這樣才能夠為企業(yè)獲取更多的市場利潤，但是，通常情況之下，由于企業(yè)在短期內(nèi)存在相關(guān)資源欠缺等方面的局限性，在這樣的背景下，企業(yè)要想獲得市場機會，它們就有可能通過互聯(lián)網(wǎng)來臨時連接成一種動態(tài)方面的聯(lián)盟-也就是所謂的虛擬企業(yè)。

4結(jié)束語

隨著我國社會的不斷發(fā)展，導致計算機仿真技術(shù)的發(fā)展也日新月異。在制造業(yè)中，對于整個產(chǎn)品的生命周期來講，仿真技術(shù)都表現(xiàn)出其強大的發(fā)展?jié)摿?。在當今制造業(yè)競爭激烈的社會，計算機仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的應用及發(fā)展在不斷的擴展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產(chǎn)、綠色制造等方面不斷發(fā)展。

參考文獻

[1]戴金海等.并行工程與仿真技術(shù)[J].計算機仿真,2013(23):54-59.

[2]熊光楞.計算機仿真及其在制造業(yè)中的應用[J].計算機仿真,2012,2(14):20-27.

[3]鄭力,盧繼平等.虛擬制造技術(shù)[J].計算機輔助設計與制造,2013(09):62-67.

第2篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：仿真 機械 控制

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0104-01

隨著技術(shù)的進步，作為機械設計制造的仿真模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且廣泛應用于實際當中。計算機仿真技術(shù)是以多種學科理論為指導，利用相應的軟件為工具，通過虛擬試驗的方法來解決問題的技術(shù)。隨著工程機械產(chǎn)品競爭日益激烈。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以仿真技術(shù)為代表的技術(shù)成為工程領(lǐng)域一種現(xiàn)代化設計手段。運用仿真設計，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，從實際對象的物理模型出發(fā)。設置不同的激勵信號，利用相應曲線，即可對系統(tǒng)進行辨識。可以在產(chǎn)品設計設計和評估產(chǎn)品的性能方面，降低開發(fā)風險，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。工程中的技術(shù)問題首先是要仿真技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

1 計算機仿真的實現(xiàn)

對于需要研究的對象，計算機一般是不能直接認知和處理的，這就要求為之建立一個既能反映所研究對象的實質(zhì)，又易于被計算機處理的數(shù)學模型。數(shù)學模型將研究對象的實質(zhì)抽象出來，計算機再來處理這些經(jīng)過抽象的數(shù)學模型，并通過輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對象的特質(zhì)，當然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認識研究對象。模型是進行計算機仿真的核心。系統(tǒng)的數(shù)學模型根據(jù)時間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時間動態(tài)模型、離散時間動態(tài)模型和混合時間動態(tài)模型；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。通過這個關(guān)系還可以看出，數(shù)學建模的精準程度是決定計算機仿真精度的最關(guān)鍵因素。從模型這個角度出發(fā)，可以將計算機仿真的實現(xiàn)分為三個大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實驗。所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是計算機語言轉(zhuǎn)換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統(tǒng)，利用已有的仿真軟件，如鑄造過程就常用ADSMS軟件來進行仿真。將仿真模型載入計算機進行使用。

2 計算機仿真在機械行業(yè)的應用

2.1 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是綜合多學科的技術(shù)，以機械系統(tǒng)運動學和控制理論為核心，運用成熟的計算機圖形技術(shù)將部件集成在一起，建立機械系研究的問題，根據(jù)仿真所要達到的目的抽象出一個確定的系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的邊界條件和約束條件，利用各種相關(guān)學科的知識，把所抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學的表達式描述出來，描述的內(nèi)容，傳統(tǒng)的仿真就是針對單個子系統(tǒng)的仿真，而仿真技術(shù)則是強調(diào)整體的優(yōu)化，它通虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品設計方案進行評估，并不斷改進設計方案，直到獲得最優(yōu)化的效果，所以子系統(tǒng)之間的協(xié)同求解，應該快速地建立控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等虛擬樣機。的運用目前市場上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運動學和動力學仿真軟件可采用ADAMS軟件?？刂葡到y(tǒng)仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過三維模型和運動學、動力學仿真軟件ADAMS中進行分析，對控制方案進行仿真。使產(chǎn)品設計可擺脫對物理樣機的依賴，給企業(yè)帶來高的經(jīng)濟效益，高效的研發(fā)手段促使產(chǎn)品開發(fā)風險降低，提高生產(chǎn)效率，通過虛擬樣機找到組織生產(chǎn)，使產(chǎn)品制造和市場競爭方面更具靈活性，同時克服企業(yè)資源的局限性，將具有開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)組成一個臨時的企業(yè)聯(lián)盟。仿真技術(shù)必將成為工程機械領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)的主流。

2.2 機械加工仿真

機械加工過程，是利用計算機仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機理，為提高機械性能。在機械的磨削方面，采用時間變化的描述磨削過程的各個數(shù)學模型，通過優(yōu)化和虛擬磨削創(chuàng)造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過程動力學模型，開發(fā)切削振動仿真的微機通用軟件，得出了端銑切削振動的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。建立了連續(xù)擠壓的計算機仿真模型，通過模擬連續(xù)擠壓全過程的應力場、應變場和溫度場。

2.3 機構(gòu)運動仿真

了解了機構(gòu)需要設定的運動副情況后，進行運動仿真。新建一個運動學仿真，創(chuàng)建連桿，根據(jù)各部件相互運動方式需建立7個連桿，對模型的材料特性進行加載，定位每個運動副的時間函數(shù)，在一個周期內(nèi)完成所有的運動。向機構(gòu)添加一定的外載荷，使整個機構(gòu)工作在真實的工程狀態(tài)下，機構(gòu)的兩連桿之間，模擬兩個零件之間的彈性連接。根據(jù)運動驅(qū)動的形式，取料機械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，要求必須設定運動時間和解算步數(shù)，機構(gòu)做運動仿真分析時，需要詳細記錄整個仿真零件的位移距離，適當縮短機械加工產(chǎn)品開發(fā)周期，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能具有積極的作用。

參考文獻

[1]曾芬芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù).上海：上海交通大學出版社，1997.

[2]姜虹，朱文海等.結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)協(xié)同并行設計技術(shù)研究.美國MDI公司2001年ADAMS中國用戶年會會議論文.

[3]馮雅麗，李瑞濤等.虛擬樣機技術(shù)及其在深海采礦系統(tǒng)開發(fā)中的應用前景.2001年中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)學術(shù)研討會論文集.

第3篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文關(guān)鍵詞： 信息技術(shù)　微電子專業(yè)教學　應用

論文摘 要： 信息技術(shù)包括多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)，等等。它的飛速發(fā)展和廣泛普及，使得傳統(tǒng)的教學方法正在向現(xiàn)代教育技術(shù)方法轉(zhuǎn)變。針對新興的多學科綜合的微電子專業(yè)，作者討論了信息技術(shù)在微電子專業(yè)教學中的作用與意義，聯(lián)系實際教學實踐，指出了各種信息技術(shù)的特點及應用中需注意的關(guān)鍵問題。

信息技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)的基石和重要組成部分?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中提出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”；“強化信息技術(shù)應用。提高教師應用信息技術(shù)水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果”。信息技術(shù)與高校專業(yè)教學相結(jié)合，可以改進教學手段、創(chuàng)新教學方法、提高教學效率、增強教學效果。

微電子專業(yè)是我國近年來大力發(fā)展的一個多學科綜合、高技術(shù)密集的新興專業(yè)，主要研究半導體材料、器件與工藝和集成電路與系統(tǒng)的設計、制造和測試等理論和技術(shù)。微電子專業(yè)教學由于課程開設時間較短、涉及學科多、理論性強、同時又與實踐結(jié)合緊密。因此如何有效地改善教學效果，提高教學質(zhì)量成為微電子專業(yè)教學中迫切需要解決的問題。將現(xiàn)代信息技術(shù)應用到微電子專業(yè)的教學活動中，提高了學生學習的興趣和積極性，促進了教師與學生的互動，取得了很好的教學效果。

1.多媒體技術(shù)在專業(yè)教學中的應用

多媒體教學是信息技術(shù)在教學過程中最典型、最廣泛的具體應用。多媒體信息技術(shù)在教學中的應用是指采用圖像、動畫、視頻等新穎的教學形式，將教學內(nèi)容生動形象地展示給學生，使學生獲得直觀的感性認識。多媒體教學方式有助于學生對教學內(nèi)容，特別是重難點內(nèi)容的理解和吸收，是對傳統(tǒng)教學方式的突破和有益的補充。針對于微電子專業(yè)的特殊性和綜合性，我們在教學中采用多種多媒體表現(xiàn)方式，分別應用在以下幾個方面。

1.1幻燈片教學

多媒體輔助教學課件通常由多頁幻燈片組成。在幻燈片中可以插入各種對象如文字、圖片、圖形、表格、藝術(shù)字和聲音等，把抽象的、難以直接用語言表達的概念和理論以直觀的、易于接受的形式表現(xiàn)出來，有效地增強了教學效果。微電子專業(yè)課程理論較多，信息量大，直接講授學生感到比較枯燥。使用幻燈片教學后，色彩豐富，圖形清楚，概念清晰，有助于把抽象概念形象化，復雜問題簡明化，調(diào)動學生的積極性，提高學習效率。

1.2動畫演示

電腦動畫的運用能夠進一步提升多媒體技術(shù)的作用和效果。動畫能夠?qū)⑽㈦娮訉I(yè)課程中遇到的深奧的理論問題和復雜的內(nèi)部機理，通過簡單的畫面動態(tài)地表示出來，從而使學生加快加深理解，特別有利于重點難點的掌握。另外，電腦動畫能夠逼真地再現(xiàn)微電子工藝流程的加工過程，可以模擬實際操作步驟，從而可以代替或輔助部分實踐教學。

1.3錄像放映

微電子專業(yè)的實習單位往往是高投資、大規(guī)模、貴重設備云集的高科技公司。這些公司管理制度嚴格、專業(yè)程度高，對在校學生進企業(yè)實習有著很多限制，同學們經(jīng)常只能去參觀工廠環(huán)境，遠眺機器的運作，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)不對學生開放實習。這樣，教學得不到生產(chǎn)實踐的支持，使得理論與實踐嚴重脫節(jié)，降低了教學效果。而將企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流程拍成錄像，或者購置相關(guān)內(nèi)容的影像資料，通過多媒體放映給同學觀看，可以近距離地觀摩生產(chǎn)流程和設備運作、了解技術(shù)細節(jié)，對不甚明白的內(nèi)容可以反復觀看。采用這種方式進行教學，同學們紛紛反映大開眼界，受益匪淺，不僅對課程里所學的內(nèi)容有了直觀的認識，而且了解到產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展。

2.虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)教學中的應用

得益于計算機硬件的飛速進步和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)成為當前流行的新型教學手段。傳統(tǒng)的實驗教學手段，局限于實驗室購置的設備和儀器，特別是微電子專業(yè)的實驗設備價格高昂、操作復雜、容易損傷，使同學很難得到上機鍛煉的機會。而使用基于虛擬仿真技術(shù)的教學方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結(jié)果直觀明了，既能培養(yǎng)學生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造性。

虛擬仿真技術(shù)在微電子專業(yè)教學中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在電路設計方面，基于電子設計自動化（Electronic Design Automation，EDA）技術(shù)實現(xiàn)對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導體工藝和器件的計算機輔助技術(shù)（Technology Computer Aided Design，TCAD）實現(xiàn)對微電子制造工藝和半導體器件結(jié)構(gòu)及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實驗中通過軟件設計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學概念清晰，內(nèi)容生動，過程可視，還能夠大幅節(jié)省實驗設備的購置和維護費用，經(jīng)濟高效。

3.網(wǎng)絡技術(shù)在專業(yè)教學中的應用

近年來網(wǎng)絡技術(shù)更加普及，也更加方便，特別是校園局域網(wǎng)的建設，提供了學生隨時隨地使用各種終端進行網(wǎng)絡學習的教育環(huán)境。這也促使我們把教學平臺從教室向網(wǎng)絡拓展，必然在一定程度上改變教學的形式和基本架構(gòu)，帶來革命性的變化。

互聯(lián)網(wǎng)和校園局域網(wǎng)一方面可以作為信息資源庫，為微電子專業(yè)課程教學提供教學教案、課件、習題等資源的下載和在線瀏覽；另一方面也可以作為師生課外互動的平臺，進行答疑、作業(yè)提交、通知等教學活動。這兩種方式也是目前微電子教學中最主要的網(wǎng)絡應用手段。使用網(wǎng)絡教學有助于師生雙方的交流，教學信息的豐富，以及多元化教學，等等。網(wǎng)絡教學的推廣和網(wǎng)絡教學平臺的建設，極大地推動了網(wǎng)絡技術(shù)在教學體系中的應用，將會成為現(xiàn)代教育技術(shù)的主流之一。

綜合運用信息技術(shù)的各種方法和手段，結(jié)合微電子專業(yè)特點，更新教學觀念，加強教學實踐應用，能夠有效地提升教學效率和效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的符合社會需求的專業(yè)人才。

參考文獻

［1］劉子良.發(fā)揮幻燈片在計算機輔助教學中的作用［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2007，52（6）：22-24.

第4篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】計算機仿真技術(shù) 物流實驗室 建設策略

物流專業(yè)最大的特點是實踐性強，加強相關(guān)設備的投入力度及構(gòu)建相應的實驗室對學生實踐操作能力的提升具有重要意義。由于計算機仿真技術(shù)存在諸多的優(yōu)勢如成本少、可控性高、可視化等，將其運用到物流實驗室中可以帶來意想不到的效果。

1 構(gòu)建基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室的意義

1.1 教學方面

在物流教學過程中，除了要傳授學生相關(guān)的物流知識外，還必須培養(yǎng)其一定的實踐操作能力。通過將計算機仿真技術(shù)與物流實驗室有機結(jié)合，能緊跟物流技術(shù)的發(fā)展變化來及時更新所需的資源，能在并不廣闊的場所及資金少的情況下進行各種不同的實驗操作，完全達到了物流實踐教學的要求，并且學生能夠?qū)⒄n堂上所學的知識運用到實際生活中。

1.2 科研方面

對于具有豐富理論知識，想有進一步發(fā)展的學生來說，基本的理論教學與實踐操作很難達到他們的實際所需，特別渴望參與一些深層次的物流系統(tǒng)分析、高級實驗活動。為此，構(gòu)建基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室是滿足學生要求的不二選擇，能夠為現(xiàn)代社會培養(yǎng)一批高級別的物流管理團隊。

1.3 社會服務方面

學校在完成培養(yǎng)綜合型人才隊伍的任務的同時，還肩負著服務社會的責任。由于目前缺乏實踐系統(tǒng)，基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室的建設，很大程度上幫助了教育者利用自身掌握的知識，通過實驗室豐富的軟硬件資源來承接相關(guān)的項目課題，促進企業(yè)物流系統(tǒng)的進一步升級，避免不必要的資金投入，綜合了物流與其他相關(guān)技術(shù)、信息技術(shù)，減少了社會資源的大量耗費。

2 基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室建設策略

2.1 明確具體的建設目標與指導思想

首先，基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室應配備具有開放性、綜合性特點的實驗體系，提高學生知識水平的同時，增強其實踐操作能力，制定詳細完善的教學計劃，注重學科發(fā)展，將學生創(chuàng)新意識及能力的養(yǎng)成作為教學目標。

其次，基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室建設必須將系統(tǒng)性、先進性、經(jīng)濟性、實用性作為主要指導思想。實驗室應時刻了解先進物流技術(shù)、相關(guān)教學手段的最新情況，盡可能的集網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動識別技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等為一體；從學科與專業(yè)的角度出發(fā)，合理使用實驗室建設費用，優(yōu)化配置各類硬軟件、場地資源，建立健全物流仿真實驗工程體系，為專業(yè)設計及畢業(yè)設計提供幫助，真正實現(xiàn)涵蓋教學、科研、實驗、人才培養(yǎng)等內(nèi)容的教學科研基地。

2.2 總體規(guī)劃

2.2.1 硬件設備

基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室應配置一定數(shù)量的電腦，方便學生利用電腦來構(gòu)建仿真模型。另外，還需購置下列設備：投影機、弧形三維屏幕（籠罩整個實驗室，以創(chuàng)設虛擬的物流仿真系統(tǒng)氛圍）、在實驗室中間放置一臺服務器電腦與音響，并和投影機與弧形三維屏幕連接，這樣即完成操作平臺的設置。同時還要有具備無線遙控功能的激光筆，為相關(guān)操控提供便利。

基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室及其硬件的規(guī)劃與分配途徑是：將實驗室劃分為教學區(qū)與科研區(qū)兩個不同功能的區(qū)域，各自處于不同的空間中。教學區(qū)主要為學生的實踐教學提供服務，內(nèi)部共配備了投影機、屏幕、服務器、音響、供學生操作的電腦、遙控激光筆?？蒲袇^(qū)中主要配備辦公桌椅、電腦以及教研人員，是教育者日常開展科研活動的場地。

2.2.2 軟件設備

軟件設施在物流仿真實驗室中屬于必不可少的工具。由于物理軟件的類型眾多，因此必須結(jié)合仿真系統(tǒng)選擇相匹配的軟件。比如Flexsim仿真軟件，此軟件具有通用性特點，在多個行業(yè)系統(tǒng)中得到應用。該軟件在物流仿真實驗中的應用涉及了配送中心揀選仿真、倉庫系統(tǒng)出入庫仿真、生產(chǎn)物流仿真、機場仿真等領(lǐng)域。由于當前運用的Flexsim軟件只涉及一些基本功能，所以還需對其進行升級，添進相配套的優(yōu)化軟件包。

2.2.3 建設流程

基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室建設應遵循循序漸進、分階段的原則。舉例說明，選擇相應的實驗場所及設備，建設滿足教學要求的仿真物流系統(tǒng)及仿真生產(chǎn)物流系統(tǒng)；然后再建設另兩個仿真配送中心系統(tǒng)及仿真供應鏈系統(tǒng)。

在構(gòu)建仿真物流各系統(tǒng)過程中，應通過委托開發(fā)與自行研發(fā)相結(jié)合的手段。由于對大型仿真物流系統(tǒng)進行開發(fā)時會耗費諸多的時間、精力，并且要求有豐富的計算機編程知識，所以應開展招投標活動，委托專業(yè)機構(gòu)開發(fā)，同時自己與相關(guān)團隊協(xié)作開展二次研發(fā)。

3 結(jié)論

C上所述可知，在培養(yǎng)物流人才過程中，實驗教學環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可忽視的作用，為高質(zhì)量人才的培養(yǎng)提供了堅實的保障。從專業(yè)特色角度出發(fā)，制定系統(tǒng)完善的培養(yǎng)計劃，構(gòu)建實踐性高的物流實驗室，致力于將計算機仿真技術(shù)與物流實驗室緊密結(jié)合，這不僅有助于進一步升華實驗教學，推動物流健康持續(xù)發(fā)展，而且還極大地增強了學生的實踐應用能力。

參考文獻

[1]曾鳴.基于Flexsim的港口倉儲作業(yè)過程仿真及優(yōu)化研究[D].北京：北京交通大學碩士學位論文，2010.

[2]呂奇光，廖浩.仿真技術(shù)在物流實踐教學中的應用探討[J].重慶科技學院學報，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于計算機仿真技術(shù)的物流實驗室建設[J].航海教育研究，2012.

[4]高舉紅，陳思宇，劉曉宇.基于精益設計的生產(chǎn)能力分析與現(xiàn)場物流改善.工業(yè)工程，2010（01）.

[5]高輝.計算機實驗的仿真技術(shù)探析[J].長春教育學院學報，2012（06）：130-131.

作者簡介

阮文（1967-），女，福建省仙游縣人。工程碩士學位，畢業(yè)于哈爾濱理工大學，現(xiàn)為湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院講師。研究方向為計算機應用。

第5篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】 短波網(wǎng) 半實物仿真 omnet

一、概述

短波網(wǎng)項目中，仿真技術(shù)是一種低成本高準確性的方法。通過仿真技術(shù)，設計者可以在短波通信系統(tǒng)設計時就能驗證通信流程的正確性以及模擬網(wǎng)絡建成以后的使用性能，為網(wǎng)絡設計提供必要的依據(jù)。

在眾多的仿真技術(shù)中，半實物仿真通過部分模塊與實際網(wǎng)絡環(huán)境進行交互，更能貼近現(xiàn)實網(wǎng)絡環(huán)境，更能反映出實際網(wǎng)絡的性能。omnet是一個基于離散事件，組建模塊化的網(wǎng)絡仿真平臺。

由于其清晰的圖形界面，簡單的消息交互機制以及提供了大量的成熟的通信仿真模塊，它已經(jīng)廣泛應用于短波網(wǎng)項目中。在使用omnet進行半實物仿真的過程中，經(jīng)常會碰到需要通過網(wǎng)口Socket與仿真程序進行數(shù)據(jù)交互的情況，本文主要為了解決以上問題，介紹了如何使用omnet實現(xiàn)Socket接口與仿真程序交互數(shù)據(jù)。

二、實現(xiàn)原理

要說明Socket與omnet仿真程序如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，先簡要介紹omnet中消息的分發(fā)機制。

omnet仿真平臺的消息分發(fā)機制是通過一個叫cSchedule的類來實現(xiàn)。當仿真程序初始化的時，omnet仿真平臺會生成一個公有的cSchedule類實例。這實例負責把各個仿真類對象所發(fā)送的消息，按照其應該到達的時間，按時有效的傳遞到各個實例的handleMessage函數(shù)中，以便對消息進行處理。

oment的仿真平臺對以上過程進行了妥善的封裝，對于使用者來說是透明的，使用者只需關(guān)心消息到達以后如何處理，如何編寫handleMessage函數(shù)。

要實現(xiàn)Socket接口與omnet仿真程序數(shù)據(jù)交互，則需要把已有的cSchedule類實例進行改造，使其不單單只為omnet的仿真類傳遞消息，還能接受來自網(wǎng)口Socket的數(shù)據(jù)，并且以handleMessage的形式交給用戶處理。

omnet++4.0為實現(xiàn)這目標提供了cSocketRTScheduler類。cSocketRTScheduler類使網(wǎng)口的傳輸數(shù)據(jù)與仿真程序接收到的消息的接口一致。網(wǎng)絡實際數(shù)據(jù)與程序中的虛擬數(shù)據(jù)均來源于自身模塊的omnet消息通知handlemessag函數(shù)，用戶不用特意區(qū)分消息的來源，實現(xiàn)透明傳輸?shù)哪康摹?/p>

三、使用方法

既然cSocketRTScheduler類已經(jīng)幫我們完成了大部分工作，剩下的我們需要完成的工作包括：

3.1加入cSocketRTScheduler類。

拷貝SocketRTScheduler.cc和SocketRTScheduler.h文件到目標工程目錄下。

3.2創(chuàng)建并指定cMessage實例用來表示通過Socket網(wǎng)口傳遞的消息。

調(diào)用函數(shù)new cMessage并取一個特定名字表示該消息，如名字為“rtEvent”則使用

cMessage rtEvent = new cMessage（“rtEvent”）；

3.3替換omnet中的cSchedule類實例為cSocketRTScheduler類。

通過simulation類的getScheduler函數(shù)獲取當前的cSchedule類實例，并用check_and_cast使其轉(zhuǎn)化為cSocketRTScheduler類，具體使用如下：

cScheduler*pcScheduler = simulation.getScheduler（）；

cSocketRTScheduler*rtScheduler=check_and_ cast（pcScheduler）；

3.4使cSchedule類與消息和緩沖區(qū)建立連接。

調(diào)用cSocketRTSchedule的setInterfaceModule函數(shù)實現(xiàn)與omnet消息和緩沖區(qū)建立連接，其中setInterfaceModule函數(shù)的聲明如表1所示。

3.5配置文件中指定cSocketRTScheduler類

在配置文件指定用cSocketRTScheduler類替代cSchedule類，在omnetpp.ini中添加如下配置代碼。

scheduler-class =”cSocketRTScheduler”

3.6指定本程序監(jiān)聽網(wǎng)絡Socket端口號

最后是要指定監(jiān)聽網(wǎng)口的端口號，cSocketRTSchedule類指定了一個屬性“socketrtscheduler-port”代表網(wǎng)口的端口號，其默認值為4242，可以通過配置文件omnetpp.ini中進行配置，具體添加如下配置代碼到該文件中。

socketrtscheduler-port = 60001

四、數(shù)據(jù)收發(fā)

4.1數(shù)據(jù)接收

由于數(shù)據(jù)的接收統(tǒng)一到handleMessage函數(shù)中，數(shù)據(jù)接收與omnet仿真中的消息處理相類似。

調(diào)用handleMessage函數(shù)。

先判斷接收到的消息是否是自消息，再判斷接收到的消息是為與網(wǎng)口消息相關(guān)聯(lián)的omnet消息。

訪問接收緩沖區(qū)，進行數(shù)據(jù)處理。

4.2數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)發(fā)送只需調(diào)用cSocketRTScheduler的sendBytes即可發(fā)送消息。其函數(shù)聲明如圖2 所示。

五、注意事項

當使用了cSocketRTScheduler作為cSchedule后，仿真的時序和現(xiàn)實的時序?qū)y(tǒng)一，即仿真的時間間隔和現(xiàn)實時間間隔將會相等。

仿真程序的休眠將會使得仿真程序的時間與實際時間不一致，導致產(chǎn)生不可預料的錯誤，因此不推薦在進行串口半實物仿真程序中進行休眠。

參 考 文 獻

[1]操敏，李文峰，袁兵；基于OMNeT++的傳感器網(wǎng)絡仿真 中國論文科技在線 2011；

第6篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文摘要：計算機輔助工業(yè)設計是工業(yè)設計未來的發(fā)展方向，本文從工業(yè)設計及計算機輔助工業(yè)設計的一般含義出發(fā)，探究計算機輔助工業(yè)設計的應用，著重探討計算機輔助設計中的人機交互，并對其做出了展望。

工業(yè)設計是一門綜合性學科，其知識體系包括數(shù)學、物理學、材料學、工程學、電子學、機械學、色彩學、心理學、美學、傳播學及倫理學等。它在促進經(jīng)濟發(fā)展，改善人的生活方式等方面發(fā)揮了重要的作用。但究竟什么是工業(yè)設計，一直眾說紛紜。2006年國際工業(yè)設計協(xié)會理事會（ICSID）給出的定義認為：設計是一種創(chuàng)造性活動，其目的是確立產(chǎn)品多向度的品質(zhì)、過程、服務及整個生命周期系統(tǒng)，因此，設計是科技人性化創(chuàng)新的核心因素，也是文化與經(jīng)濟交流至關(guān)重要的因素。工業(yè)設計的任務是對結(jié)構(gòu)、組織、功能、表達和經(jīng)濟關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和評估，主要表現(xiàn)在：

（1）增強全球可持續(xù)化發(fā)展和對環(huán)境的保護；

（2）賦予人類社會整體、個人、集體以利益與自由；

（3）決定用戶、生產(chǎn)者和市場領(lǐng)導者；

（4）不論世界如何全球化，支援文化多樣化；

（5）賦予產(chǎn)品、服務、系統(tǒng)與其特性在形式（符號的、語義學）的表達上與內(nèi)涵的協(xié)調(diào)（審美的、美學）保持一致。

近五十年工業(yè)設計得到了快速發(fā)展，特別是以計算機和通信技術(shù)為代表的數(shù)字化信息時代的到來，進一步促進了工業(yè)設計的發(fā)展。計算機輔助工業(yè)設計以一種嶄新的面貌進入企業(yè)，改變著企業(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)過程。

一、計算機輔助工業(yè)設計

20世紀60年代，隨著計算機圖形理論的創(chuàng)立，計算機輔助設計（CAD）應運而生。隨之而來的是軟硬件的不斷更新和現(xiàn)代工業(yè)的迫切需要，因此計算機輔助設計引入工業(yè)設計，也成為一種必然。工業(yè)迅猛發(fā)展，市場日新月異，產(chǎn)品的更新?lián)Q代更加迅速，為了獲得競爭的勝利，企業(yè)就需要縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，獲得更好的市場資料，傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)手段已不能滿足這種需求，借助計算機輔助工業(yè)設計（CAID）的技術(shù)則可以更加容易滿足這種需求。

CAID，即是計算機及其系統(tǒng)集成相關(guān)高新科技，輔助產(chǎn)品（工程）或服務工業(yè)設計的現(xiàn)代設計技術(shù)，它的技術(shù)原理是將設計人員的最佳特性、創(chuàng)造性思維、經(jīng)驗知識、綜合判斷與決策能力、想象能力、審美能力等，與計算機的強大記憶、信息檢索能力、海量信息高速精確計算與處理能力、易修改設計、虛擬真實顯示、藝術(shù)渲染、一定的人工智能、工作狀態(tài)穩(wěn)定且不會疲勞等特性相結(jié)合，從而提高設計速度和效率，大大縮短設計周期，保證設計質(zhì)量，降低設計成本。

二、CAID的應用

CAID的應用主要是基于數(shù)字化平臺實現(xiàn)的，借助CAID，企業(yè)可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，同時能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，進而增強企業(yè)的市場競爭力。CAID將科學思維和藝術(shù)思維融合在一起，科學的發(fā)明融入了藝術(shù)的思維，可使產(chǎn)品外觀和操作更加人性化；將科學思維融入到藝術(shù)思維中，可以確保對產(chǎn)品的形態(tài)美及功能美的探求有科學的依據(jù)。

1、計算機輔助形態(tài)設計

計算機輔助形態(tài)設計就是借助計算機軟硬件，通過形態(tài)變化、分割與比例等方法按照形式美法則對產(chǎn)品的造型進行探究，以獲得功能布局合理、操作人性化的技術(shù)美。在這個階段，設計師會經(jīng)常對產(chǎn)品的形態(tài)進行探索，以獲得良好的產(chǎn)品形態(tài)，這必然要求設計師經(jīng)常對已有的產(chǎn)品形態(tài)進行修改。CAID的參數(shù)化功能，便于反復修改尺寸、線型等；具有較強的曲面造型功能；能夠快速地實現(xiàn)基于草圖的三維建模。

2、計算機輔助色彩設計

色彩對于產(chǎn)品的重要性是不言而喻的，不同人群及地域?qū)ι实睦斫獠灰粯?，因此，設計師要根據(jù)不同的目標人群在特定的使用情景下使用特定的色彩，同時，特定形態(tài)的產(chǎn)品，也需要特定的色彩才能更加完美地展現(xiàn)產(chǎn)品的特性。計算機輔助設計中的相關(guān)軟件一般都有強大的色彩編輯器，及色彩拾取功能，這可以讓設計師方便地選取色彩，進而提高設計師的工作效率，也更加便于對色彩的修改。此外，軟件的色彩數(shù)據(jù)庫能不時更新，保證了設計的時代性、時尚性。

3、計算機輔助人機設計

人機工程的主要任務是研究用戶使用產(chǎn)品時的合適尺度關(guān)系、操作方式，及使用時的生理反應與心理感受。它的根本目的在于通過對“人-機-環(huán)境”相互影響的研究，創(chuàng)造出一個最合理的“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)。

人機設計的好壞將直接影響產(chǎn)品的性能及用戶的安全，好的人機設計將有利于產(chǎn)品性能的最佳發(fā)揮，提高生產(chǎn)效率，反之，將威脅用戶的身體健康，給用戶的操作帶來不便，降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品人機環(huán)境的綜合性能。隨著計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，以CAD為代表的三維數(shù)字化產(chǎn)品設計技術(shù)已成為企業(yè)提高競爭力的重要手段，進而出現(xiàn)了“數(shù)字化人機工程”概念，即借助計算機、信息處理技術(shù)，利用計算機輔助人機設計軟件系統(tǒng)進行人機設計與評價。如運動型人體模型，它可以用來模擬人體的運動特性，在影視、工程設計、軍事領(lǐng)域具有廣泛的應用，在人機工程領(lǐng)域主要用于對姿態(tài)與動作的分析。

4、計算機輔助設計評價

借助CAID對設計方案進行評價是提高設計質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。由此，可以判斷各個方案的價值，確定其優(yōu)劣，以便篩選出最佳的設計方案。評價工具的出現(xiàn)，使得設計評價方法和原則具有更強的可操作性。例如利用計算機對產(chǎn)品進行藝術(shù)美學的評價和分析，這是CIAD進行評價的一個突出案例。“計算機藝術(shù)美評價系統(tǒng)實質(zhì)上也是個智能專家系統(tǒng)，在系統(tǒng)知識庫中集中了客觀上對某種產(chǎn)品是否美的評價概念，也集中了專家級的藝術(shù)美學思想及認識，它在系統(tǒng)推理中確定了評價藝術(shù)美的準則，然后進行人機對話對產(chǎn)品的藝術(shù)美做出專家級的評價”（汪海波《淺析計算機輔助工業(yè)設計》，載于《安徽工業(yè)大學學報》2005年第4期）。

三、計算機輔助工業(yè)設計的人機交互

信息在人類社會活動中變得越來越重要，當今社會已從以“技術(shù)為核心”變?yōu)橐浴靶畔楹诵摹保@標志著社會的進步，同時，也給設計者帶來了一定的挑戰(zhàn)，即如何將信息正確、及時地傳遞給用戶。這就要求用戶和產(chǎn)品實現(xiàn)無障礙交流，因此才有互動模式的CAID實現(xiàn)。目前，在CAID技術(shù)領(lǐng)域，人機交互的研究主要體現(xiàn)在人機界面設計和虛擬仿真設計等方面。

1、人機界面設計

計算機系統(tǒng)中的人機界面也稱為用戶界面，它介于用戶和計算機之間，是用戶與計算機進行信息傳遞和信息交換的載體，是用戶使用計算機的綜合操作環(huán)境。人機界面中設計師的作用就是處理人與硬件界面和軟件界面的關(guān)系，而硬件界面與軟件界面之間的關(guān)系則通過計算機技術(shù)來解決。目前，人機界面主要研究領(lǐng)域是人機界面模型設計、虛擬界面設計、多感官界面設計和多用戶界面設計等。

2、虛擬仿真技術(shù)

通過計算機硬件系統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)，可以對人機關(guān)系進行有效的設計、驗證和評估等工作。當前，“虛擬仿真技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在觸覺反饋、壓力反饋等基礎技術(shù)以及人機交互的模擬、人機虛擬環(huán)境的構(gòu)建等方面”（羅海玉《計算機輔助工業(yè)設計技術(shù)綜述》，載于《甘肅科技》2003年第7期）。它是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中試聽等主觀行為的人機界面技術(shù)。目前，已有很多設備可以用來虛擬仿真設計，如三位空間交互球、力反饋器、數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等。虛擬仿真技術(shù)在國內(nèi)目前主要用于軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，在工業(yè)設計領(lǐng)域的運用還不多。但是，毫無疑問的是虛擬仿真技術(shù)必然是工業(yè)設計未來發(fā)展的一個主要方向，借助它可以實現(xiàn)設計過程中任一環(huán)節(jié)的考察與操作，可以幫助設計師快速、真實、有效地實現(xiàn)和修改設計方案，減少不必要的體力與腦力勞動，實現(xiàn)與設計團隊的信息交流和資源共享，進而提高產(chǎn)品研發(fā)的速度，快速及時地抓住市場機遇，提高企業(yè)市場競爭力，獲得巨大經(jīng)濟效益。

結(jié) 語

借助CAID可以有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，但是，目前CAID技術(shù)還不夠成熟，急需進一步研究。從工業(yè)設計本身而言，隨著人工智能、虛擬仿真等技術(shù)的不斷發(fā)展，設計師的設計思維也將發(fā)生重大變化，人機交互模式的CAID就將成為未來工業(yè)設計發(fā)展的必然趨勢，更加人性、快捷、真實的人機交互方式將會是CAID中人機交互的必然結(jié)果。

參考文獻

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2、 劉和山、趙英新、黃克正、張明《淺談計算機輔助工業(yè)設計》，載于《山東內(nèi)燃機》1999年第3期

3、 楊海成、陸長德、余隋慶《計算機輔助工業(yè)設計》，北京理工大學出版社2009年版

4、 汪海波《淺析計算機輔助工業(yè)設計》，載于《安徽工業(yè)大學學報》2005年第4期

第7篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實;協(xié)同訓練;多用戶;網(wǎng)絡環(huán)境

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B【論文編號】1009―8097(2010)04―0120―03

引言

在國際上,VR與仿真技術(shù)非常普遍與成熟。在遠程協(xié)作的分布式VR與仿真系統(tǒng)方面,他們制定了一系列標準、協(xié)議和算法。在國外虛擬環(huán)境中的協(xié)同式訓練系統(tǒng)也有研究,比較有代表性的是SecuReVi系統(tǒng),它是利用MASCARET模型設計的虛擬環(huán)境中多人協(xié)同滅火的消防員訓練系統(tǒng),還有些遠程醫(yī)療手術(shù)協(xié)作訓練系統(tǒng),這些系統(tǒng)多數(shù)是在研究階段,成型產(chǎn)品極為少數(shù)。和一些發(fā)達國家相比,我國協(xié)同VR與仿真技術(shù)還有一定的差距,其應用也主要集中在軍事院校和研究所,也取得了一定研究成果[1][2],特別是在分布式VR與仿真領(lǐng)域里,國內(nèi)在這方面的研究也有所開展[3][4]。

由于教育培訓軟件的應用長期局限于平面的文字及圖像表述,即使近年來動態(tài)圖形圖像表現(xiàn)形式大大提高了內(nèi)容的表現(xiàn)效果,但仍無法真正滿足人類視覺、聽覺……甚至是感覺上的認同效應。因此,當前傳統(tǒng)的CBT(計算機支持的教育培訓體系,Computer Based Training)訓練方式已在一定程度上無法滿足高科技培訓的需要,基于計算機虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的協(xié)同式訓練系統(tǒng)將視景仿真和協(xié)同工作的概念引入CBT中,它拋棄了傳統(tǒng)的訓練必須在真實的環(huán)境和場地下進行的觀念;同時也克服了傳統(tǒng)訓練無法模擬某些現(xiàn)場環(huán)境的缺陷,如飛機上、地鐵中、商廈里等,它使受訓人員不用再冒著一定的危險、不用再在投入巨額的設備購買和場地布置的情況下就能參加訓練。通過應用現(xiàn)代化的虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行協(xié)同式訓練系統(tǒng)的研發(fā),將克服實際場地演練的諸多不足,不僅花費小,對環(huán)境沒有污染,而且沒有危險,是未來技能培訓的主要手段之一[5][6]。系統(tǒng)在各種高危領(lǐng)域和應急處理場合有著廣泛的應用,可應用于工廠企業(yè)、航空、地鐵公司、社區(qū)、商店等大型場所的應急訓練;還可用于部隊演習;學校、研究所大型實驗;網(wǎng)絡游戲;遠程醫(yī)療等。該系統(tǒng)的研究將推動計算機虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的發(fā)展,促進了計算機科學在現(xiàn)實生活中的應用。本文以航空客艙乘務員應急處理訓練為例,介紹基于虛擬現(xiàn)實的協(xié)同訓練系統(tǒng)的設計過程、原理及關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)。

一 系統(tǒng)描述

基于虛擬現(xiàn)實的協(xié)同訓練系統(tǒng)是一個綜合應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、三維圖形圖像技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)設計和開發(fā)的一個虛擬仿真訓練軟件,具有在虛擬仿真環(huán)境中進行多用戶協(xié)同操作和基于知識庫的智能評判功能特點。系統(tǒng)利用三維技術(shù)構(gòu)建各種虛擬訓練場景(如飛機、地鐵等),多個用戶在這樣的虛擬仿真環(huán)境中,通過網(wǎng)絡進行文字和語音的通信、相互合作完成一個訓練任務。同時,系統(tǒng)提供任務的知識庫進行操作過程的正確性判斷和提示,并詳細記錄各個用戶操作過程,提供專家進行評判(如圖1所示)。系統(tǒng)采用了視景仿真、多用戶協(xié)同、知識庫與匹配策略的技術(shù),并在訓練過程中具有多感知性、實時性、互操作性以及真實臨場性的特征,可廣泛應用于特定環(huán)境下一個團隊通過相互配合,相互協(xié)作來有效地完成訓練任務

在此系統(tǒng)基礎上,加入具體應用的環(huán)境(3D場景),利用系統(tǒng)接口和核心功能設計具體應用的驅(qū)動模塊,形成具體應用的系統(tǒng)。如進行飛機客艙火災應急處理訓練,系統(tǒng)將裝入一個飛機機艙的場景和訓練角色,多人通過網(wǎng)絡、視景等多種交互方式協(xié)同地進行飛機客艙火災應急處理,形成了某一特定應用的協(xié)同式訓練的應用系統(tǒng)。

基于虛擬現(xiàn)實的協(xié)同訓練系統(tǒng)主要有如下應用特點:

1 基于虛擬現(xiàn)實的協(xié)同式訓練系統(tǒng),通過模擬現(xiàn)場的實際情況,從而提高實際操作人員對各種實際環(huán)境的協(xié)同處理能力。系統(tǒng)尤其適合于模擬高危領(lǐng)域的操作訓練,如火災、地震、防恐等;

2 克服了傳統(tǒng)訓練中實景再現(xiàn)困難、場地特殊、人員調(diào)度復雜等環(huán)境因素,適合機、地鐵、鬧市、商住大廈等情況較復雜地區(qū)的訓練模擬;

3 降低對人員財物等的安全威脅,也便于人員時間上的安排與調(diào)度,減少人力、財力等各方開支,并且間接性地減少了對周圍環(huán)境的污染。適合于要求團隊組員同時在現(xiàn)場進行協(xié)同訓練的場合,如遠程醫(yī)療專家合診、網(wǎng)絡游戲;

4 利用計算機手段,實現(xiàn)訓練模擬,運用多媒體的實現(xiàn)方式,提高人員訓練熱情和整體訓練效果,因而也適用于原理或操作較枯燥的訓練內(nèi)容,如學校、研究所等實驗仿真。

二 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

整個系統(tǒng)實現(xiàn)由三層結(jié)構(gòu)組成(如圖2所示)。底層是操作系統(tǒng)與開發(fā)API組成的支撐環(huán)境,中間層是由核心程序與接口組成的系統(tǒng)平臺,頂層是三維場景模型與系統(tǒng)功能驅(qū)動組成的應用程序。

系統(tǒng)平臺主要由三維場景子系統(tǒng)、協(xié)同通信子系統(tǒng)和訓練管理子系統(tǒng)組成。其主要特點:將多用戶協(xié)同處理計算機模擬的理念,具體應用到行業(yè)技能訓練的領(lǐng)域中,并在訓練過程中,采用了視景仿真、協(xié)同、知識庫的技術(shù)。

(1) 三維場景子系統(tǒng)

三維場景子系統(tǒng)是用三維造型來模擬現(xiàn)實訓練環(huán)境的一種實時渲染圖形系統(tǒng)。系統(tǒng)完成的主要模塊有模型導入、運動仿真、場景設置、碰撞檢測等。

模型導入利用功能強大的三維造型軟件,如3DS Max,MAYA制作三維模型,紋理以及動畫等,然后輸入至訓練場景中,具體包括:3D對象導入、角色導入、動畫導入、材質(zhì)和紋理的設置、坐標設置、比例變換等等。運動仿真是對場景中人和物體運動的一種數(shù)學物理描述以及控制,它包括各種運動類型,如走、跑、轉(zhuǎn)身、站立、蹲下、取物等等。場景設置主要是提供改變某些場景的參數(shù),改善視覺效果,便于觀察和響應不同的訓練要求,具體包括:燈光設置、視角設置、環(huán)境設置、特殊效果設置(如火,煙霧)、聲音設置、紋理材質(zhì)設置、動態(tài)對象的位置、方向和比例設置、坐標設置等等。碰撞檢測主要是防止物體間的相互干涉以及作為某些事件的觸發(fā)器,由檢測類型和檢測算法二大部分組成。檢測類型主要有視線范圍檢測(LOS line-of-sight)、三腳架法(TRIPOD)、凸塊檢測方法(BUMP)。LOS、TRIPOD、BUMP的算法主要是加入按一定規(guī)則分布的線段矢量,計算與干涉物體的交點,距離,方向以及設置回調(diào)函數(shù)。

(2) 同步通信子系統(tǒng)

協(xié)作通信系統(tǒng)完成的功能由語音通信、場景同步通信二大部分組成。

語音通信主要提供學員之間相互協(xié)調(diào)聯(lián)絡的通信平臺,也是協(xié)同訓練中對講、交談等的語音工具。

這里語音通信部分主要采用點對點(也可組播)的語音通信,是針對一個點實現(xiàn)話音的實時采集、處理、播放,同時可與其它點進行可靠的網(wǎng)絡語音數(shù)據(jù)傳送和接收。對于前者,采用Windows MDK的低層音頻服務,因為低層音頻服務中的回調(diào)機制為我們提供了音頻數(shù)據(jù),設備驅(qū)動程序控制音頻設備在后成錄音和放音的具體操作,通過回調(diào)機制,我們又可以檢測到什么時候用完一個數(shù)據(jù)塊,并及時傳送下一個數(shù)據(jù)塊,從而保證了聲音的連續(xù),有了這種單機上的實時采集、回放功能后,接下來的工作就是在網(wǎng)絡上傳送語音數(shù)據(jù)。在點對點網(wǎng)絡傳輸方面,選擇基于無連接的UDP協(xié)議,UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議能夠向若干臺目標計算機發(fā)送數(shù)據(jù),接收發(fā)自若干個源計算機的數(shù)據(jù)。在采集話音回放之前,一方面將自己的語音傳給網(wǎng)絡,另一方面接收網(wǎng)絡傳來的語音,具體是利用Windows Socket API實現(xiàn)的。

場景同步通信主要提供多用戶之間場景一致的功能,它由服務器、會話、用戶、網(wǎng)絡消息和分布式對象組成。

多用戶服務器是基于客戶/服務器技術(shù),所有用戶之間的通信必須通過服務器。一個用戶與其他用戶交互必須連接到一個會話上,一個用戶同時只能連接一個會話,并且只能與連接到同一會話的用戶通信。用戶有二個參數(shù),一是用戶名,二是用戶ID,一個客戶在連接或產(chǎn)生會話前必須設置用戶名。網(wǎng)絡消息是用戶之間通信的主要方法,這個消息類似窗口消息,可以在消息中附帶數(shù)據(jù)。分布式對象是另一個用戶間傳送信息的機制,它相關(guān)于場景中某一個實體,且按照一定規(guī)則分布到所有用戶機上,分布式對象是類的一個實例,它有自己的屬性,需要時可以通過網(wǎng)絡通信來更新。同步通信技術(shù)借鑒了國外的DIS(分布式交互系統(tǒng))和HLA(高層架構(gòu))等技術(shù)。

(3) 訓練管理子系統(tǒng)

訓練管理系統(tǒng)主要是用于處理訓練相關(guān)的信息,它完成的功能有訓練知識庫、實時跟蹤記錄、沖突解決機制等。

訓練知識庫主要包括訓練數(shù)據(jù)庫、訓練規(guī)則和匹配策略。訓練數(shù)據(jù)庫主要有學員信息、課程信息、訓練信息等等。訓練規(guī)則主要有角色定義與分配規(guī)則、評判規(guī)則、記分規(guī)則,其中評判規(guī)則包括動作執(zhí)行者、動作間的關(guān)系、施加對象以及次數(shù)等等。匹配策略主要是有序無序的匹配、規(guī)則樹的遍歷。

實時跟蹤記錄實際上是對學員的操作流進行管理的一個模塊,它主要有觸發(fā)事件、操作信息收集、發(fā)送與接收(操作信息)和記錄器組成。

沖突解決機制主要是多學員在協(xié)同訓練中發(fā)生操作沖突時的一種消除機制。其中簡單的方法是加鎖解鎖、延時的方法,比較高級的有優(yōu)先級和擁有權(quán)的處理。

三 系統(tǒng)應用示例

客艙火災應急處理訓練是利用協(xié)同訓練平臺開發(fā)的一個應用實例,主要是在模擬飛機機艙內(nèi)協(xié)作完成滅火訓練任務。這個訓練任務描述如下:

客機平穩(wěn)而正常地行駛著,乘客們安靜地享受著舒適的空中之旅,艙內(nèi)的乘務員出現(xiàn)在各自的位置上,此時,公共信息廣播:此次航班由上海飛往北京,祝各位旅客旅途愉快。30秒后,前工作區(qū)的學員看到屬于她的信息窗顯示:附近有怪異的煙味,請速核查。并且她看到絲絲煙霧飄散。該學員先去查核哪里發(fā)生火情,確定是在壁櫥的衣帽間,用手試探門的涼熱,其信息窗口顯示兩級溫度信息:門是涼的/門很燙手;該學員使用話機通知乘務長,并請求附近的乘務員速帶滅火器材來協(xié)助,本人去駕駛艙拿應急斧,取來應急斧,在門上開一個小洞,來支援的乘務員拿海倫滅火器來了,對著洞口噴滅火劑,直至火滅,開門檢查燃燒物,防止死灰復燃。最后把火災的處理結(jié)果報告乘務長,由乘務長報告給機長。

該應用實例包括一個三維實例場景和一個實例驅(qū)動模型。三維實例場景就是飛機機艙、火、煙霧、角色及其他設施,驅(qū)動模型是具體應用的情節(jié)腳本,由滅火操作、協(xié)作規(guī)則、評判規(guī)則等許多事件構(gòu)成的。應用實例系統(tǒng)主要界面如圖3所示。

四 結(jié)束語

在網(wǎng)絡環(huán)境和多用戶視景交互的支持下,人們可以通過交互設備,利用聽覺、視覺、觸覺在虛擬的環(huán)境中協(xié)作完成訓練任務,從而形成一套具有“視景”和“協(xié)同”特色的訓練軟件。本文主要描述了一個基于虛擬現(xiàn)實的多用戶協(xié)同訓練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計、技術(shù)架構(gòu)、網(wǎng)絡通信和應用示例。隨著基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的CBT系統(tǒng)正在逐步取代過去單機、單一任務的CBT系統(tǒng),將給計算機培訓提供一種嶄新的系統(tǒng)訓練方式,能使許多特殊場合的訓練變得非常方便,同時極大提高培訓的效果。本系統(tǒng)中設計的技術(shù)和方法希望對于其他分布式訓練系統(tǒng)的開發(fā)具有借鑒作用。

參考文獻

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[5] 湯衛(wèi)華,滅火救援協(xié)同戰(zhàn)術(shù)訓練探析[J].公安研究, 2007,

第8篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文摘要：隨著科學技術(shù)的進步，計算機技術(shù)在動畫當中起著不可或缺的作用，它推動了動漫領(lǐng)域的發(fā)展，如今，“動漫”已經(jīng)不僅僅是一種藝術(shù)現(xiàn)象，它更是一種影響日常生活的方式。計算機和藝術(shù)的完美結(jié)合沖擊著我們的生活，不久一切不可能都將變成可能。 

“動漫”是動畫與漫畫的合稱，是造型藝術(shù)的一門分支，以其活潑生動、個性鮮明獨特的藝術(shù)表現(xiàn)力在各個時期和地區(qū)都倍受青睞。近幾年來，“動漫”已經(jīng)從平面媒體和電視媒體擴展到游戲機、網(wǎng)絡、玩具等眾多的領(lǐng)域，“動漫”已成為全球新興的重要產(chǎn)業(yè)。 

一、“動漫”的發(fā)展概況 

“上世紀中期，日本動漫宗師手冢治蟲，最早把電影分鏡頭語言融入到漫畫構(gòu)圖之中，他還把自己的漫畫改編成了動畫作品，產(chǎn)品大獲成功。自此日本動漫界紛紛效仿，形成了一股龐大的“動漫”綜合創(chuàng)作浪潮。80年代，這種全新的動、漫畫結(jié)合的形式傳入了中國，深受青少年觀眾和讀者的喜愛，也掀起了一股“動漫”狂潮。 

動漫，是將孤立的卡通藝術(shù)形象，通過制作將無生命的東西賦予人類的動作和情感。包括策劃、設計、生產(chǎn)到傳播，再到相關(guān)衍生產(chǎn)品的開發(fā)，形成一個完整循環(huán)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。隨著計算機技術(shù)的提高，逐步實現(xiàn)了動態(tài)的二維和三維漫畫，極大的豐富了視聽語言和創(chuàng)作藝術(shù)空間，延伸了觀賞、體驗等娛樂功能。 

從全球來看，動漫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)，其中日本作為動漫產(chǎn)業(yè)的第一大國，有著強大的市場占有率，而在美國，網(wǎng)絡游戲成為動漫產(chǎn)業(yè)的主力軍，作為全美最大的娛樂業(yè)，其產(chǎn)值業(yè)已連續(xù)四年超過好萊塢電影業(yè)；同樣，在韓國無論是數(shù)字音樂、網(wǎng)絡游戲還是電影、電視或手機游戲，相關(guān)產(chǎn)品在東南亞的各個國家風靡一時，特別是在信息娛樂領(lǐng)域，通過寬帶、3g技術(shù)和休閑娛樂內(nèi)容相結(jié)合，韓國在娛樂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上實際已經(jīng)領(lǐng)先于很多信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達的國家。由三維動畫、flash動畫、全息動畫等嶄新的動漫形式形成的動漫文化已經(jīng)在不同國家與地區(qū)形成主流的文化形式。近些年來，仿真技術(shù)進步顯著，尤其是虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為計算機和藝術(shù)領(lǐng)域的新寵。這些先進的技術(shù)必將引領(lǐng)“動漫”進入一個全新的時代。 

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù) 

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的新興產(chǎn)物，是一種以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計算機高級人機界面。它的交互性、沉浸感特性使它與一般的三維計算機圖形截然不同：它利用了多種計算機技術(shù)模擬人的感覺器官功能，創(chuàng)建了一種適人化的多維空間，強調(diào)的是一種身臨其境的感覺，采用的是人與人之間自然的交互方式。它模擬的方式為使用者創(chuàng)造了一個實時反映對象變化與相互作用的三維圖形世界，在視、聽、觸摸等感知行為的逼真體驗中，使參與者可以獲得直接參與和探索虛擬對象在所處環(huán)境中的作用與變化，仿佛置身于一個虛擬的世界中。 

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般由專業(yè)圖形處理計算機、應用軟件系統(tǒng)、輸入設備和演示設備等組成，軟件分為建模軟件和實時仿真軟件兩大類，常用的建模軟件有3ds max、maya等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)中任何復雜虛擬環(huán)境的創(chuàng)建都需要使用計算機實時三維圖形學和三維仿真技術(shù)。所以掌握這些技術(shù)是實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵。 

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多種技術(shù)的結(jié)合，主要的技術(shù)包括以下幾種： 

動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)是核心技術(shù)，建立虛擬環(huán)境來獲取實際三維環(huán)境的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)建立虛擬環(huán)境模型。 

實時三維圖形生成技術(shù)、足夠的刷新頻率和清晰度，并開發(fā)寬視場立體顯示技術(shù)。由于虛擬物體要有具體三維結(jié)構(gòu)的顯示，其中要有視差提供的深度信息，所以圖像顯示要具有足夠大的視場。 

傳感器技術(shù)，尤其是觸覺（力覺）、嗅覺等傳感器技術(shù)。要讓用戶在虛擬的環(huán)境下直接操作虛擬物體，并感受到與在真實環(huán)境下一樣的感覺，真正達到虛擬現(xiàn)實的效果。 

交互技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。虛擬現(xiàn)實的實質(zhì)性特征就是交互性，其最終目的就是對時空環(huán)境的現(xiàn)實構(gòu)想。虛擬物體與用戶間的交互是三維的用戶，是交互作用的主體。用戶能感覺到自己在虛擬環(huán)境中對物體的控制，交互是多感知的，用戶可以使用與現(xiàn)實生活不同的方式與虛擬物體交互。 

三、使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境藝術(shù)設計的漫游動畫 

應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的環(huán)境藝術(shù)設計不同于傳統(tǒng)的設計理念，它實現(xiàn)了可全方位、完全由用戶自由控制的逼真的、純?nèi)S的場景。 

虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式深刻地反映了設計者的思想，虛擬現(xiàn)實可以把這種構(gòu)思變成看得見的環(huán)境。在設計階段的檢查必不可少，多種設計方案進行比較，檢查設計有無缺陷，例如，整個城區(qū)的布局、整個社區(qū)協(xié)調(diào)與否、單個建筑物的風格、植被的分布情況，還包括室內(nèi)的裝修風格、家具的款式以及擺放位置等。利用相應的虛擬手段可以讓設計師和用戶在接近真實的環(huán)境中，提前體驗最終的三維效果。在設計比較時，設計師可以根據(jù)季節(jié)切換相應的場景，或根據(jù)一天中的不同時間，顯示明暗程度不同的視覺效果，也可以點擊某一建筑，來觀看它的建造過程，甚至可以將其與不同階段的建筑、景觀或裝飾的預算數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起。 

環(huán)境藝術(shù)設計的目的是通過對各種空間環(huán)境進行創(chuàng)造進一步地為人服務，設計者始終需要把人對環(huán)境的要求，包括物質(zhì)使用和精神兩方面，放在設計的首位。 

四、結(jié)束語 

動漫產(chǎn)業(yè)是文化和科技相結(jié)合的創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)，是21世紀最有希望的朝陽產(chǎn)業(yè)。我國早已有相關(guān)的人員在圖形技術(shù)上進行了努力的學習和鉆研?，F(xiàn)在己經(jīng)取得了一定的成績，但是在一些特殊效果的程序開發(fā)方面取得的成績較少。隨著互聯(lián)網(wǎng)與3g技術(shù)的進一步發(fā)展，動漫藝術(shù)作品的傳播渠道和受眾面將會越來越廣，雖然目前我國的動漫產(chǎn)業(yè)影響力不夠大，但是相信有著五千年歷史積累的豐富文化底蘊的中國，會用本土文化的魅力打開世界動漫的大門，走進世界動漫游戲產(chǎn)業(yè)的大舞臺。 

參考文獻： 

第9篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;虛擬仿真;平臺建設

為加快提高本科教育質(zhì)量，2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國家級和省級一流本科專業(yè)建設點名單，認定首批4054個國家級一流本科專業(yè)建設點和6210個省級一流本科專業(yè)建設點［1］。作為進入榜單的省級一流環(huán)境工程專業(yè)建設點，需要進一步加強專業(yè)建設，持續(xù)提升本專業(yè)內(nèi)涵和建設水平，發(fā)揮一流專業(yè)的示范領(lǐng)跑作用，培養(yǎng)本專業(yè)一流人才，為學?！半p一流”建設奠定堅實基礎。

1虛擬仿真實驗平臺建設意義

國家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)年》提出深入推進信息技術(shù)與高等教育實驗的深度融合，將實驗信息化作為高等教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量［2］，以高質(zhì)量實驗助推高等教育質(zhì)量變軌超車，對培養(yǎng)高素質(zhì)人才，建設高等教育強國，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實驗平臺依托虛擬現(xiàn)實和人機交互等技術(shù)，使學生在虛擬場景中開展實驗和實踐［4］。虛擬仿真實驗中心建設任務是實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的功能，在涉及高?；驑O端的環(huán)境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓練等情況時，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目［5］。虛擬仿真實驗中心建設應充分體現(xiàn)虛實結(jié)合、能實不虛的原則［6］。

2建設思路

以環(huán)境工程省一流專業(yè)建設為契機，武漢工商學院環(huán)境與生物工程虛擬仿真實驗中心以開源共享、在線學習的信息化方式推進我校化學和污水處理類改革，以實驗、開放的思想推動化學和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺，創(chuàng)建開放共享平臺，回應全媒體大數(shù)據(jù)時代對于“終身學習”的需求［8］。虛擬仿真實驗平臺建設以學生為中心，平臺全天候開放，以線上線下交互學習的模式，將化學和污水處理類相關(guān)理論課、實驗課、課程設計和污水處理廠生產(chǎn)實習等環(huán)節(jié)，與仿真實驗互通交叉進行。在傳統(tǒng)課堂中，學生學習的知識理論性強，理解扁平化，通過在直觀、可視的虛擬仿真實驗項目中實施設計實踐、構(gòu)思實現(xiàn)、運行操作、問題解決過程，增加學習的趣味性，學生對理論知識的感性認識不斷增強，對設計理念的掌握運用逐步熟練，對知識結(jié)構(gòu)的建立形成持續(xù)完善，實現(xiàn)對專業(yè)知識體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強化學生的問題分析解決能力、綜合設計能力、實踐創(chuàng)新能力。

3建設措施

3．1開發(fā)與利用實驗資源

依托虛擬仿真技術(shù)研發(fā)公司提供的虛擬仿真產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)支持，項目用于學校虛擬仿真實驗，并持續(xù)開發(fā)拓展項目內(nèi)容及功能;充分發(fā)揮工程技術(shù)企業(yè)和信息技術(shù)企業(yè)在虛擬仿真實驗項目中的積極作用，創(chuàng)新才人培養(yǎng)模式，強化大學生綜合能力訓練，培養(yǎng)適合創(chuàng)新性國家建設的應用型創(chuàng)新人才。湖北君集水處理公司是學校合作企業(yè)，為實驗項目提供了大量的專業(yè)實驗設備、技術(shù)支持和經(jīng)費支持。持續(xù)開發(fā)獨立自主知識產(chǎn)權(quán)《污水處理工藝虛擬仿真實驗》軟件作為課程推進的新動力。虛擬仿真實驗平臺建設涵蓋四個模塊:化學水質(zhì)檢測仿真實驗室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實驗，包含演示，可用于預習，見圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(可用于學生認知仿真實習或企業(yè)入職培訓，見圖2)，污水處理工藝設計(見圖3)和仿真污水處理廠運行(見圖4)。每個模塊化單元有其參數(shù)設置和設計計算等。

3．2建設化學和污水處理虛擬仿真實驗網(wǎng)絡共享平臺

3．2．1建設門戶網(wǎng)站實現(xiàn)網(wǎng)絡共享門戶網(wǎng)站作為虛擬仿真實驗網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的網(wǎng)絡入口，各模塊包括首頁，項目描述，項目團隊，網(wǎng)絡相關(guān)要求等，首頁涵蓋通知公告、相關(guān)視頻、虛擬仿真平臺和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時掌握本行業(yè)相關(guān)賽事和講座信息;相關(guān)視頻有實驗室安全知識講座、科技治污、各種宣傳片等;網(wǎng)絡平臺支持學生開展專業(yè)討論、在線共享學習資料等，承擔隨時學習等功能［7］。污水處理仿真實驗是在線開放共享的，進入實驗時可以選擇不同的角色，實現(xiàn)對用戶的分級管理，主要包括專家、教師和學生，不同級別用戶享有不同的使用權(quán)限，用以提高網(wǎng)絡的安全性［8］。3．2．2實現(xiàn)虛擬仿真實驗管理平臺功能虛擬仿真實驗項目構(gòu)架及研發(fā)技術(shù):通過3D仿真技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術(shù)實現(xiàn)3D渲染。通過骨骼動畫、關(guān)鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫。通過計算機圖形學(實時陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計算幾何學(碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等)等實現(xiàn)現(xiàn)象仿真。通過后臺模塊化模型的搭建和鏈接實現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真。開發(fā)工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語言并通過VisualStudio工具進行程序開發(fā)。通過SVN，MicrosoftProject等工具進行程序版本控制和項目管理。虛擬仿真管理平臺的開發(fā)語言是JAVA，開發(fā)工具是Eclipse跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。服務器硬件設有專人專管，部署在實驗室核心機房;制定了虛擬仿真平臺維護流程要求及維護記錄，安排專人與歐倍爾公司對接并將軟件持續(xù)改進。虛擬仿真實驗平臺涵蓋對實驗平臺的后臺維護人員和各類基礎信息進行初始化、數(shù)據(jù)維護和功能設置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺，仿真程序教師端包括學員管理和考試管理，仿真程序管理平臺包括運維管理和部署管理。學員管理包括設置教師和學生的基本信息，包括實驗安排、實驗結(jié)果存儲上傳與數(shù)據(jù)分析、實驗操作評價、實驗報告成績、實驗課程成績管理等功能;部署管理包括資料庫、實驗交流、實驗過程管理、和在線答疑等部分［7］。

3．3建立和完善實驗與科研隊伍的培養(yǎng)制度

著力規(guī)范和加強教職工培訓管理工作，明確按照學校建設發(fā)展的需要，“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排”的基本原則，采用校內(nèi)與校外、國內(nèi)與國外培訓相結(jié)合，形式多樣、有針對性、注重實效的方式來加強培訓工作，確保建立起一支高水平的實驗與科研隊伍。大力支持從事實驗與科研隊伍人員相互學習、相互促進、共同提高，研究成果和發(fā)表的相關(guān)論文及編寫的實驗教材與同類科研成果一樣享受各種獎勵。擔任有實驗教學課程的新教師和實驗技術(shù)人員上崗前必須經(jīng)過培訓，過好實踐教學關(guān)，熟悉實驗室環(huán)境，了解掌握儀器設備性能和操作使用方法，掌握實驗教學軟件的運用，認真?zhèn)湔n，撰寫指導實驗的教案。同時，在指導實驗前必須完成預備實驗，進行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經(jīng)系、實驗中心負責人組織審查確認后可進行實驗教學和指導實驗。

4應用情況

4．1學科競賽

2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項目交流賽(武漢)由武漢工商學院承辦［9］，結(jié)合疫情防控相關(guān)要求，虛擬仿真平臺模塊是其中5個考試模塊之一，占總成績的10%，每個模塊的設置充分考驗選手設備安裝能力、操作熟練程度、實驗進程把握能力，以及界定、探索、解決不確定性問題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項目湖北省線上集訓也采用了虛擬仿真平臺，并且向參加的14所院校52名學生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開發(fā)的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術(shù)項目正式比賽中［10］，武漢工商學院學子分別取得了第一名和第二名的好成績。

4．2實驗和實踐教學