虛擬仿真現實技術精選(九篇)

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第1篇：虛擬仿真現實技術范文

【關鍵詞】虛擬現實技術 建筑裝飾 微課教學

【Abstract】With the development of virtual reality technology， virtual reality technology is increasingly integrated into the teaching， the virtual reality technology in architectural design of micro teaching with traditional production methods elusive advantage； modern interior design education and curriculum integration of theory and the practice is a great supplement.

【Keyword】Virtual reality technology；Building Decoration；Micro Teaching

近年來微課形式的出現吸引了不少教育研究者和一線教師。微課作為傳統教育的輔工具，為師生提供了一種全新教學模式。在裝飾設計教學中微課的運用豐富了教學手段，有助于提高裝飾設計教學質量，但是傳統的微課拍攝方式存在不少問題，比如：拍攝出來的微課視頻清晰度不高，視頻的畫面單一不生動、錄制的過程讓老師感到拘束等問題。由于各種現實條件限制，導致裝飾設計微課質量不高。但是近年來虛擬現實技術迅猛發展，在很多領域得到運用，虛擬現實技術也以極快的速度融入教育教學中，同時也在建筑裝飾設計教育教學中得到了一定的運用，虛擬現實技術能將三維空間的環境清晰的再現出來，能使學習者直接與虛擬裝飾環境中的各種對象進行交互作用，從而使虛擬現實技術在裝飾設計微課中的運用成為一種選擇，在微課中結合虛擬現實技術并通過多種形式參與到教學的過程中去，從而能夠較好的把控整個教學過程。

首先，虛擬現實技術和裝飾設計微課具有互補性。虛擬現實技術和裝飾設計微課可以相互滲透、相互融合，可以提高裝飾設計微課的質量。裝飾設計微課以視頻為主要載體，核心組成內容是課堂教學視頻，課堂教學視頻包含教師講授視頻、演示視頻，裝飾設計中很多課程內容環節需要對建筑空間重構演示，這些重構演示效果是課堂講授永遠無法達到的，而采用裝飾空間施工現場拍攝視頻往往周期比較長，有些工地施工工期長達幾年，花費大量時間而且拍攝效果也不近人意；虛擬現實技術利用計算機建立虛擬的建筑裝飾結構模型并生成逼真的三維空間，結構構件可以進行拆分，利用動畫漫游可以清晰再現裝飾空間，所以利用虛擬現實技術進行建筑空間重構可以較好的解決講授課程中難以說明的知識點。

其次，虛擬現實技術和裝飾設計微課情景化的互通。裝飾設計微課資源組成的“情景化”與虛擬現實技術強調的“臨場感”具有相似性，虛擬現實技術的“臨場感”在裝飾設計微課中的運用更具有“情景化”的感受。裝飾設計微課營造真實的、具體的、典型案例化的教與學情景中，虛擬現實技術用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽空間，通過虛擬現實設備，對虛擬建筑裝飾世界進行互動。使用者進行位置變換和移動時，電腦能夠及時進行復雜的運算，將精確的三維影像反饋，制作成漫游視頻，使之產生身臨其境的感受。學生在這種仿真的、比較具體的、典型案例化的教學情景中可易于實現“隱性知識”、“默會知識”等高階思維能力的學習，進一步提高學生學業水平。

第三，虛擬現實技術和裝飾設計微課共通性。虛擬現實技術與裝飾設計微課在使用時間上有共通性。裝飾設計微課教學時間不長，一般5-10分鐘左右；虛擬現實在建筑裝飾設計教學中的應用不僅僅是一個設計工具，而且還是一個演示媒體，它用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽等效果，微課制作者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的空間，并可以任意變換主體在房間中的位置，進行漫游技術處理，生成漫游動畫，其效果逼真，具有較強的臨場感，而且制作5-10分鐘相對來說比較經濟，費時不多而且簡便實用。

第四，虛擬現實技術和裝飾設計微課經典示范案例性。“微課”選取的教學內容一般要求主題突出，追求真實、具體、典型案例化的教與學情景。虛擬現實技術在裝飾設計工程技術中的運用，往往可以用來構建經典示范案例；在裝飾設計微課教學中，往往有大量的裝飾施工案例，這種案例如果使用拍攝視頻的形式來制作，具有很長的周期，有些項目施工周期達到四、五年，甚至更久，而且裝飾施工項目中的結構構造不容易通過拍攝體現；而虛擬現實技術在裝飾工程中的運用可以打破空間、時間的限制，利用虛擬現實技術，可以徹底打破時間與空間的限制。大到建筑群，小到裝飾面板、螺絲釘，都可以進入其內部進行結構構建和觀察。一些需要長時間的裝飾施工過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現出來。例如，裝飾裝修一個大型酒店，其施工過程往往需要幾年，而虛擬現實技術在短時間內就可以實現。所以在裝飾設計微課中通過虛擬現實技術具有較大的優勢。

總之基于裝飾設計微課的特征，綜合運用虛擬現實技術，可以構成了一個主題鮮明、形象逼真、具有臨場感、結構緊湊的裝飾設計微課“主題單元資源包”，營造了一個真實的“微教學資源環境”。教師和學生在這種具體的、典型案例化的教與學情景中可易于實現裝飾工程“隱性知識”、“默會知識”等高階思維設計能力的學習并實現裝飾技能、風格的模仿和提升，從而迅速提升教師的課堂教學水平、促進教師的專業成長，提高學生學業水平。

參考文獻：

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[2]胡鐵生 微課―區域教育信息資源發展的新趨勢《電化教育研究》（2011年10期）

[3]許秀文 郝勇 周矛欣 淺談虛擬現實技術在教學中的應用[J] 中國教育信息化2011年06期

第2篇：虛擬仿真現實技術范文

關鍵詞：虛擬仿真技術；實踐教學；學習場景；教學訓練

一、概述

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。

虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中應用研究的意義：利用虛擬仿真技術可以構建一個虛擬的實訓場地和教學場景，在沒有實際設備的情況下可以有效提高教學效果。并且可以減少高職院校因設備不足的高額開支。通過仿真技術可以進一步整合教學資源，提高實訓設備的利用率，提高學生知識和技能。在教學中對仿真技術感興趣的學生可以做再次開發，這樣能更好的提高實踐教學效果和學生的實踐應用能力。

二、虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的研究內容

傳統設計是設計者根據產品用戶的需要，將所設計產品的結構通過圖紙表現出來，經過計算或者經驗認證后，再投入生產試制中進一步檢驗其結構設計的正確性與合理性。而虛擬現實仿真技術在實踐教學應用研究中主要體現在以下幾個方面：

1. 利用虛擬現實仿真技術開展三維模塊實踐教學的應用研究

Solidworks作為一款三維設計軟件，功能強大，組件繁多。Solidworks有功能強大、易學易用和技術創新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。對于熟悉微軟的Windows系統的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內完成大型裝配設計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，學生能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的設計應用到虛擬設備中。

在強大的設計功能和易學易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協同下，使用SolidWorks ，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。

（1）全動感用戶界面：

①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動態界面和鼠標拖動控制。“全動感的”的用戶界面減少設計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂。

②嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設計過程和步驟。屬性管理員包含所有的設計數據和參數，而且操作方便、界面直觀。

③用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器。

④特征模版為標準件和標準特征，提供了良好的環境。用戶可以直接從特征模版上調用標準的零件和特征，并與同事共享。

⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習慣，順利地從二維設計轉向三維實體設計。

（2）裝配設計：

①在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。

②SolidWorks 可以動態地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態的干涉檢查和間隙檢測。

③用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。

④鏡像部件是SolidWorks技術的巨大突破。鏡像部件能產生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯關系的零件）的新的零部件。

2. 利用虛擬現實仿真技術開展三維動畫交互實踐教學的應用研究

虛擬現實系統的目的是為了開發虛擬現實應用，所以任何一個完整的細膩顯示系統都需要有一套功能完備的虛擬現實應用開發平臺，一般包括兩個部分，一是硬件開發平臺，即高性能的圖像生成及處理系統，通常為高性能的圖形計算機或者虛擬現實工作站；另一部分為軟件開發平臺，即面向應用對象的虛擬顯示應用軟件開發平臺。VRP（Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）即虛擬現實平臺，VRP是一款由中視典數字科技有限公司獨立開發的具有完全自主知識產權的直接面向三維美工的一款虛擬現實軟件。VRP可廣泛的應用于城市規劃、室內設計、工業仿真、古跡復原、橋梁道路設計、房地產銷售、旅游教學、水利電力、地質災害等眾多領域，為其提供切實可行的解決方案。

三、虛擬現實仿真技術在實踐教學中擬解決的關鍵問題

1. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，有效地避免了高校實驗實訓設備不足的影響因素。學生通過虛擬實驗項目的學習與訓練，減少其真機操作時出現許多失誤問題。

2. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，教師利用虛擬現實仿真技術教學時，與實訓室技師經常切磋技藝、探討操作問題，提高了教師的實踐教學水平。

3. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，改變了學生被動學習的方式，提高了學生學習興趣、綜合實踐能力和高職實踐課堂教學效果。

四、結束語

隨著科學技術的不斷進步，虛擬現實仿真技術也進入了一個充滿活力和具有廣闊市場前景的高新技術領域，它的出現也漸漸取代了傳統模式中許多教學的新方法與新手段。目前，利用我院現有和二次開發虛擬現實仿真實訓軟件系統，進一步完善學院虛擬仿真實訓室的硬件和軟件設施，構建虛擬實訓室嶄新的教學與學習場景，實施機電產品虛擬仿真設計、制造、裝配等模塊實踐教學的應用與研究。對提高我院課堂教學改革實踐效果，具有深遠的意義。

參考文獻

[1] 尹湛華，朱海洋. 虛擬仿真技術在高職實踐教學中的比較優勢[J]. 南昌高專學報，2008（08）

[2] 王嵐等. 虛擬實現EON Studio應用教程[M]. 天津：南開大學出版社，2007

第3篇：虛擬仿真現實技術范文

【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。現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。

第4篇：虛擬仿真現實技術范文

[關鍵詞]PE管焊接；技能培訓；虛擬仿真；PE管焊接技能培訓虛擬仿真

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0231-02

PE管是目前國際上應用最為成熟的塑料壓力管道之一。PE管的應用發展在歐美能夠保持長期穩定的高速發展，而據分析，我國PE管應用有十分廣闊的前景，在塑料管應用的各個領域，PE管材管件都將得到廣泛應用。并且隨著一系列相關技術性能的國家標準陸續頒布， 其生產規模更是不斷擴大。原料國產化的發展，使得PE管材價格將逐漸降低，其經濟性也大大提高。對于焊接技術，許多公司機構都設有專門的設備場地進行培訓訓練，不僅國家有關部門專門為此設立焊接工技術考試，設置專門的技術證明，而且在一些高校更是讓同學在實習期間接觸學習焊接技術，進而培養具備多種高素質技能人才。

一、虛擬仿真技術與PE管焊接技能培訓結合的必要性

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》內容提及教育信息化改革的具體措施及發展規劃，著重強調了關于增強開發虛擬仿真實訓教學軟件、虛擬仿真實訓實驗系統以及建立虛擬仿真實訓基地的力度。虛擬現實，是近年來興起的技術，通過對現實環境的虛擬數字化，給人一種身臨其境的感覺。虛擬現實是多種技術的融合，包括計算機圖形學技術、視覺反饋技術、廣角立體顯示技術等。虛擬仿真是基于虛擬現實發展起來的，在傳統的計算機圖形技術中，主要是通過對真實環境的三維建模，操作鼠標和鍵盤來實現與虛擬場景的交互，從而給使用者一種完全的沉浸式體驗。

將這種體驗與技能培訓相結合，可以解決現在實際技能培訓的多種問題，具體問題如下：（1）實際焊接培訓成本較高，虛擬仿真軟件則不需原材料和機器進行操作訓練；（2）實際焊接技能學習效率較低，學生完成一次焊接操作花費時間較長，用虛擬仿真軟件則可以短時間多次重復操作，提高焊接學習效率；（3）實際焊接具有一定的安全問題，使用虛擬軟件則學習人員無需承擔任何安全風險。

二、虛擬仿真技術的應用

1.虛擬仿真技術

虛擬現實技術能逼真地模擬人在自然環境中視覺、聽覺的感受，并做出對應的交互行為。虛擬現實技術有以下三個特征：沉浸性：通過虛擬設備進入到虛擬環境之后，原有的視覺和聽覺感受被虛擬環境中的感受所替代，所做出的反應也能被檢測裝置檢測到，虛擬環境給人一種完全真實的感覺。交互性：虛擬環境并不是一個封閉靜止的世界，用戶進入虛擬環境后，不僅可以通過傳感器得到周圍的信息，還能對虛擬的物體做出操作，在操作的過程中獲得“真實”的體驗。比如搬動虛擬環境中的一個虛擬椅子，甚至還可以在搬動過程中感受到椅子的重量。構想性。虛擬環境的沉浸性和可交互性，使用戶產生豐富的聯想。構想性是虛擬現實的高級表現形式，是基于沉浸性和交互性而得到的抽象性思維。虛擬現實的實現形式多種多樣，只要符合上述三個特征，都可以稱之為虛擬現實。虛擬現實技術在視覺感受和操作體驗上提供了新思路，因而在不同行業領域都有廣泛的應用。主要表現在以下幾個方面：（1）娛樂方面；（2）軍事航天領域；（3）室內設計領域；（4）工業仿真領域。

2.PE管焊接仿真系統的技能培訓

（1）軟件介紹

PE管焊接仿真培訓軟件主要采用3DSMax軟件進行建模，Microsoft Visual Studio 2010開發平臺下的C++開發語言進行腳本編輯，Unity3D平臺進行開發。3DSMax功能強大，在建筑設計和游戲模型制作方面應用廣泛。本文選擇，主要考慮該軟件成熟，軟件有中文版和英文版，操作簡單，是國內使用最廣的三維建模平臺。Unity3D具有高度優化的圖形渲染管道，展示形式無論是2D還是3D，都可達到美輪美奐的畫面效果。它操作簡單，移植性好，插件豐富，實現的功能強大。它內建NVIDIA Physx物理引擎，能夠輕松的實現現實中生動的互動效果。

通過虛擬仿真系統，可以創建一個與施工現場相似的虛擬場景，通過鼠標、鍵盤等能查看或操作各種設備。軟件分別幾個模塊，主要設備、操作流程等，通過這些模塊的學習，可以讓學習人員有充分的理論知識基礎，以及對操作流程較好的掌握。虛擬仿真系統中，通過點擊鼠標實現設備的開啟、夾取、信息的錄入情況等。可設置不同的工藝流程參數，準確地模擬出現場不同的管材設備，可能出現的不同施工環境，清晰地顯示出實地操作中會出現的各種狀況。因此，學習人員不僅會輕松掌握一般PE管焊接的相關操作步驟，更會全面的讓學習人員處理各種不同條件狀況下的實際情況。

（2）焊接操作培訓

對學習人員進行操作培訓時，首先是根據焊接方法的不同，設置了電熔焊接和熱熔焊接不同的工藝流程。在應用之前，先讓學習人員首先大致了解不同焊接方法的步驟。例如電源電壓的范圍，機架管材的放置，銑刀夾具的開啟取下等。其后就是針對各個小步驟的工藝，如拖動壓力等進行更為詳細的講解。

工藝流程基本熟悉之后，學習人員需要對各種工具設備進行熟悉。進入PE管仿真實訓系統，點擊主要設備菜單，學習人員可以看到各種焊接設備的簡介、內部結構詳解以及工作原理模擬。通過全方位無死角瀏覽各個單體設備結構以及詳細學習設備工作原理，提高了學習人員對設備構造、工作原理的認知度，為學習人員將來實際操作工藝設備奠定了扎實的理論基礎。

培訓方可以利用PE管虛擬仿真實訓系統中的各工藝單元操作流程進行具體的操作培訓。例如，PE管熱熔焊接的焊接單元操作流程，可以分為以下幾個部分介紹：檢查管材并清理管端操作流程、緊固管材、銑刀銑削管端操作流程、檢查管端錯位和間隙、加熱管材并觀察卷邊操作流程、管材熔接和冷卻操作流程、取出管材操作流程。學習人員進入模擬操作流程后，系統會依據操作規范給出詳細的操作步驟，學習人員再根據當前提示（設備編號、操作類型等）進行反復的模擬操作練習。

在PE管焊接虛擬仿真軟件中有題庫和成績評判模塊，以便培訓方對學習人員的學習效果進行檢驗或者學習人員的自我檢測。當進入考試模式時，電腦被鎖定，只能在考試系統里進行操作，沒有任何操作提示，同時會計時，隨機生成施工環境。考試人員需要根據具體情況具體操作，不能生搬硬套。當考試人員操作有誤時，系統根據相應標準自動扣分。同時還配有錯題庫，方便學習人員糾正錯誤。

（3）結合施工環境因素進行軟件焊接操作

在風雨和寒冷天氣進行焊接時，防護措施不到位，施工工藝沒有作相應的調整，造成焊接質量不穩定；PE管材和管件存放場地環境溫度和現場環境溫度不一致，而不注意把管材和管件在施工現場放置一段時間，待其溫度接近施工現場溫度，而直接進行施焊連接，這樣也會影響焊接質量。

本系統內建了影響PE管焊接質量的外部環境因素，可以最大程度模擬實際施工中的環境，使學員在不同的溫度，濕度的環境因素中練習調整不同的焊接參數，達到最佳的練習效果。

（4）焊接操作規范

熱熔焊接時的溫度、時間、壓力三個重要因素要嚴格控制，認真做好焊口端面的銑削、端口的清潔、最終焊口的冷卻等方面細節工作；嚴格執行PE管焊接質量檢查制度，通過對PE管的焊接外觀成型檢查，可以及時發現問題，有助操作人員及時調整焊接工藝；對焊縫的縫隙、錯邊、翻邊寬度和單邊寬度的檢查，可及時發現管材軸線是否與機架軸線保持在同一條直接上，發現焊接設備運行是否正常，工人操作是否熟練，焊接設備開閉時間是否超標；在熱熔焊接之后，冷卻期間要注意切忌移動焊接件或對焊接件施加外力。因為焊接壓力稍高于規定值時，會造成熔融區高溫材質被擠出，形成低溫結合，接頭強度明顯下降。

三、虛擬仿真技能培訓系統的意義

虛擬仿真焊接訓練系統是提高PE管焊工技能水平的有效途徑，能夠促進PE焊工培訓質量的不斷提高，以更好的適應我國逐漸大規模使用PE管材的新形式。利用虛擬仿真教學系統，可以改變傳統的教育格局。現在的傳統教學只是把知識從教師的頭腦中落實到學生的筆記本中，如果充分利用虛擬現實技術，就可以利用建構主義來構建情境化教學，所謂的建構主義內容很豐富，但其核心用一句話概述就是：以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識的主動建構。基于Unity3D的液壓傳動虛擬仿真教學系統就是該思想的完美體現，是真正實現集“教”、“學”、“練”、“考”于一身的教學系統。虛擬仿真教學系統具有開發靈活、可無限復制、擺脫時間與空間的各種限制及價格低、易開發等優點。利用基于Unity3D的液壓傳動虛擬仿真教學系統，不僅可以實現學生自主搭建實驗環境，還可自主控制學習進度。在實驗過程中不僅可以直觀地觀察液壓油真實的流動效果及方向，還可實現真實實驗中無法實現的觀察內部元件的工作原理的功能，將被動的課堂教學轉變為主動的自主學習、探索學習。虛擬仿真教學系統能夠全面提高學生的創新能力、探索精神和實踐動手能力，能夠做到共享優質實驗教學資源，建立信息化實驗教學資源，推進實驗教學信息化建設和實驗教學資源的開放共享，進而推動高等學校實驗教學改革與創新，形成在虛擬仿真教學領域可持續發展的現代服務業支撐體系，解決我國教育面臨的規模與質量之間的矛盾，克服實驗資源不均衡、創新能力不足的問題，有效的提高人才培養的質量。

參考文獻

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第5篇：虛擬仿真現實技術范文

G122-4；G642.4

一、虛擬仿真實驗室的內涵和價值

1.虛擬仿真實驗室的內涵

虛擬實驗一般是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。主要是利用虛擬現實數據、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等工具，幫助學生判別虛擬仿真實驗的主要指標。在一個虛擬的仿真實驗環境之上，實現實驗操作的模擬性和實驗結果的仿真性。隨著虛擬實驗技術的成熟，虛擬仿真實驗室在高校教育中的應用價值日益凸顯，它不僅可以輔助高校的科研工作，同時在模擬實驗課教學方面也具有突出的作用。虛擬仿真實驗室教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物，目前大多數高校都開設了模擬仿真實驗課，在計算機系統中采用虛擬模擬現實技術實現的各種虛擬實驗環境，讓學生感受真實實驗環境，完成各種預定的實驗項目，所取得的教學效果近似于在真實環境中所取得的效果，提高實際動手能力，增強了就業競爭力。

2.虛擬仿真實驗室的作用

（1）虛擬仿真實驗室適度降低教學成本。虛擬仿真實驗室主要采用桌面虛擬仿真實驗室，這種教學能夠突破傳統實驗對“地域、時間、空間”的限制，虛擬仿真實驗室是虛擬現實技術應用研究就的重要載體，有效減輕學校在實訓經費、實訓基地、實訓人員等的投入成本；同時也可以輔助高校的科研工作的投入成本。

（2）虛擬仿真實驗生動形象，提高學習效率。模擬化學實驗室的教學實踐可以生動形象，超越設備、環境、地域和空間限制的新的實驗教學方式，可以得到良好的教學效果和投資效益，從而提高學生實際感知和動手能力。

（3）虛擬仿真實驗室融合多樣教學手段。虛擬仿真實驗室融合媒體課件，人機配合、仿真環境、仿真數據、仿真案例把把理論知識更形象、客觀、生動、模擬出來，增強實踐教學的互動性和真實感受性，讓學生深刻體會理論與知識相結合的學習手段，提高學習效率，達到理論聯系實際最佳的教學效果。

二、獨立學院虛擬仿真實驗室的存在的問題分析

1.虛擬仿真實驗室建設的經費短缺，教育經費是獨立學院發展教育和提高教學質量的一個重要條件，建立一個獨立學院虛擬仿真實驗室是有效進行虛擬現實應用的關鍵，而要建立一個完整的虛擬現實系統，首先要解決的是購買和建設的用的經費。

2.虛擬仿真實驗室建設不統一，實驗室使用效率低。由于在獨立學院發展的過程中，各二級學院以本學院的實驗室發展為主要發展，通過本學院的專業課題的申報，建立適合本學院教學規模的實驗室，所以在實驗室的建設缺乏協調性，各自以自己的專業為主，存在重復建設，單獨使用，實驗室使用效率低

3.擬仿真實驗室建設，沒有提供全方位虛擬教學輔助功能。由于獨立學院經費、教務管理和技術問題的制約，沒有能力建立虛擬仿真實驗室的綜合管理中心，很難實現對仿真實驗室的統一管理和整合教學資源，影響了實驗室的使用功能。

4.缺乏專業的教師。虛擬仿真實驗室教學中需要教師既要有豐富的理論知識又要有實際的操作經驗，因為獨立學院的教師大多數屬于年輕的教師，所以在仿真案例教學和實際操作等方面的教學缺乏經驗，可能出現嚴謹性不夠合流于形式的問題。

三、獨立學院虛擬仿真實驗室改進的思考

1.加強對獨立學院的高校經費投入。財政部、教育部應加強對獨立學院的高校經費投入，同時應為獨立學院適度提供更多的實驗室項目，給獨立學院的教務、科研、規劃等職能部門有足夠的資金從事教學改革的支出，有足夠的經費進行虛擬仿真實驗室的建設支出。

2.建設虛擬仿真實驗中心，設立專門的部門管理。整合各個學院的虛擬仿真實驗室的資源，由學校統一建設虛擬仿真實驗中心，統一管理，實現“共建、共享、共A”，降低投入成本，提高使用效率和使用功能。

3.建設仿真實驗教學管理和共享平臺。借鑒其他學校的經驗平臺建設具體包括虛擬實驗中心門戶網站、實驗前的理論學習、實驗的開課管理、實驗結果的自動批改、實驗成績統計查詢、數字化資源管理、師生互動交流和系統管理等子系統建設一個開放式虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺，然后再陸續把相關虛擬實驗課程的資源統一放到該平臺來進行管理，從而面向各個學科的相關課程開展虛擬實驗教學。

4.加強虛擬仿真實驗室教師的培訓。學校需提供各種專業理論和實訓的機會和平臺，幫助教師在后續的教育培訓過程中不斷更新教育觀念，不斷提高自身實作能力，不斷發現和解決問題，不斷變革教學方式，調整自己的教學方法，實現專業教學水平的提高。

參考文獻：

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[2]李虹. 經管類國家級虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J]. 《實驗室研究與探索》， 2016， 35（6）

[3]周世杰，吉家成，王華. 虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J]. 《計算機教育》， 2015（9）

第6篇：虛擬仿真現實技術范文

關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計

文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02

作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計

隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。

1虛擬機械制造技術

以往傳統的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統為保證的設計方式的發展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。

2虛擬制造技術的關鍵

虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：

2.1虛擬技術中的建模技術

虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術中的仿真技術

仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現實技術

虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。

3機械虛擬樣機技術介紹

虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統動態仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發展中發展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發過程，有效縮短產品開發的時間，最大程度降低產品的開發成本和費用，實現產品質量和系統性能的提升，使設計產品實現最優化和最具創新性。綜合以上優勢，該技術一經出現就受到了眾多工業發達和高等院校及設計和生產企業的重視，許多著名的產品開發設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計

中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。

4虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢

4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力

虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。

4.2為機械系統建模帶來便利

傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。

4.3強大的后期處理能力

在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。

5結語

虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節約了產品開發的成本，保證產品的開發和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。

參考文獻

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[5]陶表達，姚桂玲．虛擬技術在現代機械產品研發中的應用[J]．湖北第二師范學院學報，2010，（2）．

第7篇：虛擬仿真現實技術范文

關鍵詞：輸電線路；運行與檢修；虛擬現實；仿真培訓

輸電線路運檢工作的業務范圍涵蓋了超特高壓交、直流所有電網的運行維護和檢修，具有高智力、高技能、高風險等特點，對工作人員的理論素質和操作技能都有很高的要求，但是目前針對運檢工作的各種培訓方式都存在一定的缺陷，極大地限制了培訓效果。為彌補傳統培訓的不足，本文提出了基于虛擬現實技術的輸電線路運檢的三維仿真培訓系統。

近年來，虛擬現實技術逐步應用在電力培訓中，如文獻[1]提出了一種變電站仿真培訓系統，文獻[2]設計開發了有關電力安全的仿真培訓系統，但是這些系統僅限于仿真軟件的開發，交互性不強且培訓模式單一，使得培訓效果沒有得到較大的提升。本文提出的培訓系統既具有虛擬現實技術的全部特點，又提出了完整的培訓模式。在實際培訓中由理論知識到實際操作，由學習到考核，建立了完整的培訓體系。培訓人員可在循序漸進的學習過程中全面提升自身的理論素質和技能水平，大大增強了培訓的效果。

一、系統特征及功能

1.系統特征

虛擬現實的應用范圍非常廣泛，包括科學可視化、設計與規劃、教育與培訓、遙感操作、藝術與娛樂等領域。[3]在輸電線路運行與檢修的培訓中采用虛擬現實技術能為培訓人員提供的視覺、聽覺和觸覺反饋，得到幾近真實的感受，與現實教育培訓基地或設施相比，輸電線路運檢三維仿真培訓系統具有仿真性、可操作性、對應性的特征，能夠在保證培訓人員安全的前提下提升培訓效果。具體特征如下：

（1）仿真性。仿真性是指培訓系統實現了對輸電線路運檢的工作現場、工作流程及操作動作的全仿真。受訓者在構造的輸電線路虛擬場景中，通過自由變換虛擬場景的視角，可以瀏覽到輸電線路的所有元件以及虛擬人物的動作細節，仿真了整個作業現場；通過體感設備，培訓者可以做出動作與虛擬設備發生交互，從而仿真了作業中的實際操作。系統的培訓效果與仿真性有直接關系，只有在如同真實的環境中進行實際操作才會使培訓人員盡可能學習到作業的關鍵技術、危險點等。

（2）可操作性。可操作性是指仿真培訓系統采用與實際工作中相對應的操作設備，這些設備為培訓人員提供了接近真實的操作方式。[4]如受訓者在培訓系統中正在進行某項停電檢修作業，作業中需要工器具時培訓人員能夠抓取虛擬的工器具，并使用工器具對虛擬設備進行操作。可操作性是虛擬培訓系統實際運用的必備特性，培訓人員可以主動地在虛擬的輸電線路工作環境中進行作業，通過對感受到的信息進行思考和分析，形成自己想要的動作或策略，通過操作設備反饋給系統，實現與系統的交互和控制。[5]

（3）對應性。對應性是指培訓系統是有針對性的培訓：一是培訓方式對應實際工作，現在輸電線路運檢三維仿真培訓系統中按照不同的電壓等級、不同的作業項目進行輸電線路運檢工作的講解，具體作業項目如運行工作中的線路定期巡視、測量工作中接地電阻測量、停電檢修工作中500kV停電清掃污穢絕緣子、帶電作業中500kV帶電更換單片絕緣子。二是培訓對象對應不同人員的自身狀況，對不同基礎、能力和培訓狀況的學員開展針對性的培訓。

2.系統功能

輸電線路運行與檢修三維仿真培訓系統的主要功能模塊的劃分如圖1所示。主要包括基礎分析、仿真訓練、考核評價、培訓管理。培訓是一種由理論知識到實際操作、從學習到考核的循序漸進的過程。

（1）基礎分析。基礎分析借助輸電線路的三維仿真場景，將典型500kV線路的組成包括導地線、絕緣子、金具、桿塔、基礎、接地裝置等進行一一展現及介紹，讓學員在進實操培訓前，學習掌握到輸電線路基礎知識。

（2）仿真訓練。仿真訓練主要幫助培訓人員提升操作技能，是通過具體的作業項目進行培訓的，如測量工作中接地電阻測量。培訓人員通過控制設備與虛擬場景進行交互，掌握作業流程、作業關鍵點以及危險點等。此時可進行單人操作練習，也可以利用網絡技術進行多人的協同作業，在仿真作業的同時，培訓人員可以隨時進行資料查詢，包含作業指導書、各項規程標準等資料。

（3）考核評價。考核評價的目的是在階段性培訓后對學員的學習情況進行評定，包括理論考試和實操考試。理論考試主要包含作業指導書、電力安全作業規程、工器具使用等基本內容；實操考試是在仿真訓練的基礎上開發的考試模式，對學員的各項操作進行考核，評估學員的實操水平。

（4）培訓管理。培訓管理的目的是保證仿真培訓工作的有序開展，貫穿于整個培訓過程。培訓管理主要功能包括：賬號管理、考核評定和資料管理。各項功能由管理員控制，主要用于建立學員學習檔案，管理學員信息和成績，方便教師設置考試科目、考試內容，管理員也可以隨時編輯，補充資料查詢功能模塊的內容。

二、系統開發與實現的關鍵技術

虛擬場景是構建輸電線路運檢三維仿真培訓系統的基礎，一個逼真的三維模型場景能對使用者構成強大的視覺沖擊，所建立的場景越真實培訓效果愈好。本系統利用 3ds MAX 平臺進行輸電線路各元件模型的構造，主要采用層次建模法，即先設計出模型的各種零部件，然后進行整體裝配。同時，通過 3ds MAX 的材質和貼圖系統、燈光系統等提高三維模型的真實度。

虛擬場景要想引人注目，必須是動態可交互的。[6]本文基于Quest 3D搭建整個仿真系統的底層平臺，將所建立的三維模型導入到Quest 3D中，利用Quest 3D開發各項功能模塊實現培訓系統的交互功能。在功能模塊的開發中需要解決各項具體問題，如碰撞檢測問題就是檢測不同模型是否發生了碰撞，就像現實中兩實體之間是不會發生交叉重疊的一樣，在虛擬場景中兩三維模型之間也不能發生穿透的現象。[7]在平臺中采用層次包圍盒方法進行實時碰撞檢測，其基本思想是通過建立對象的包圍盒層次來逐漸逼近對象的幾何模型，從而用體積略大而形狀簡單的包圍盒代替復雜的幾何對象參加碰撞檢測，通過包圍盒間的相交測試快速地排除不相交的基本幾何元素，以減少相交測試的次數。[8]利用Quest 3D進行實時檢測的精確性及響應速度完全滿足于本系統。通過解決碰撞問題系統將大大增加真實感。最終表現如圖2所示，圖中展現的是在500kV帶電更換單片絕緣子的作業項目中，等電位電工進入等電位的動作。

三、結語

將虛擬現實技術應用到輸電線路運檢的三維仿真培訓方法突破了傳統教學方法的局限，具有實用性、互動性、娛樂性等特點，是虛擬現實技術在電力培訓上的具體應用。通過完成對三維模型建模、場景搭建、碰撞檢測等等問題的處理，建立輸電線路運檢三維培訓系統，其高度仿真性、操作性以及對應性的特點提高了培訓的效果，但是目前限于計算機軟、硬件技術水平，虛擬現實系統還只能達到部分真實感的程度。隨著技術的不斷發展以及電力行業對安全的重視程度，虛擬現實技術在該領域的應用會將更加深入，仿真培訓方式也將逐步成為輸電線路運檢三維仿真培訓的重要手段。

參考文獻：

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第8篇：虛擬仿真現實技術范文

虛擬現實(VR一Virtualreality)，又稱為靈境，是一種可以創造和體驗虛擬世界的計算機系統，虛擬世界是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的沉浸感、交互感。虛擬現實技術實際上是包括計算機圖形學、圖象處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語言處理與響應技術、網絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統的集合。由于“需求推動”和“技術推動”的原因，虛擬現實技術在農業脫粒機械的開發與研究中有廣泛的應用，其前景十分誘人。虛擬現實技術發展較快，而且是十分活躍的技術領域之一美國、日本、英國等國的政府機構和許多大公司特別重視這方面的研究工作。

2虛擬現實技術

2.1虛擬現實技術的概念

什么是虛擬現實技術?至今為止，還沒有一個確切的定義。從本質上來講，虛擬現實技術是一種先進的以用戶為核心的計算機接口。通過給用戶提供諸如視、聽、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，實現用戶與環境直接地進行自然交互，從而達到身臨其境的感知。這里所謂環境就是由計算機生成的虛擬世界。虛擬現實技術有助于減少人與計算機的隔閡，有助于人在認識問題的認識空間與計算機的處理空間趨向一致.

2.2虛擬現實技術的特征虛擬現實技術有三個最突出的特征:交互性(Interaetivity)、沉浸感(Immersion)和想象(Imagi-nation)。即所謂的三I特征。

2.2.1交互性

指用戶與虛擬場景中的各種對象相互作用的能力，它是人機和諧的關鍵性因素。交互性包括對象的一可操作程序及用戶從環境中反饋的自然程度。虛擬場景中對象依據物理定律運動。VR是自主參考系，以用戶的視點變化進行虛擬交換，這個過程最重要的因素是實時性。

2.2.2沉浸感

這是VR系統的核心，使用戶投人到計算機生成的虛擬場景中去，用戶成為系統的一部分，有“身臨其境”之感。

2.2.3想像

VR不僅僅是一個用戶終端接口，而且可使用戶沉浸其中獲得新知識，提高感性和理性認識，從而產生新的構想。這種想像結果輸入到系統中去，系統會將處理后的狀態實時的顯示或由傳感器裝置反饋給用戶，如此反復，這是一個學習—創造—再學習—再創造的過程，因而可以說，VR是啟發人的創造性思維的活動。

2.3虛擬現實的硬件與軟件

VR系統實際就是一個計算機系統，它必需有硬件與軟件的支持才能正常工作。計算機硬件包括PC、工作站和超級計算機以及各種實現視、聽、觸、嗅、力覺效果的輸人輸出設備。而軟件集成了開發虛擬現實所需的模擬管理、實時描繪，目標管理，動畫插人、傳感器輸人、紋理映射、圖形顯示等各種功能，提高了虛擬現實系統的開發效率。以下介紹一些常用的輸人輸出設備和虛擬現實開發軟件。

2.3.1常用的輸人設備

二維鼠標器。二維鼠標器是一個二自由度的輸人設備。浮動鼠標器.浮動鼠標器在桌面上類似于上述的二維鼠標器，但當它離開桌面后，就成為一個六自由度的鼠標器。手持式操縱器。手持式操縱器包含一個位置跟蹤探測器和幾個按鈕，專門放在手中使用。力矩球。力矩球安裝在一個小型的固定平臺上，可以提供六自由度的功能。數據手套.數據手套可以探測手指間的相對運動。當手運動時，手套檢測這些活動，并向計算機送出電信號，這些電信號可轉化為虛擬手的動作，你可以看到虛擬手隨著你的真手在虛擬環境中活動。數據手套允許手去抓或推動虛擬物體。數據衣。數據衣是一種穿在參與者身上，把他的整個身體中各部位的數據輸人到計算機的裝置。它可以使虛擬環境的虛擬人，隨參與者一起活動。語音識別。語音識別是一種很有發展前途的虛擬現實輸人技術.它允許參與者對著連接計算機的拾音器說話，而不需要鍵盤和其他手工操作的設備輸人數據。

2.3.2常用的輸出設備

立體聲耳機。聲音可以大大增強虛擬環境中的真實程度，立體聲耳機使得參與者在虛擬現實環境中有一種身臨其境的感覺。立體眼鏡。人的視覺在虛擬環境中起著重要的作用。為了增強虛擬環境的現實感，參與者在虛擬環境中所看到的物體和景物必須具有立體感。立體眼鏡可以為參與者提供立體圖像。頭盔式顯示器。這是一種當前比較高級的虛擬現實設備。它由一個立體圖像顯示器，一副立體聲耳機和一個位置跟蹤設備組成。位置跟蹤設備用于將參與者的頭部位置及運動方向告訴計算機，計算機據此調整該參與者的圖像，從而使得呈現的圖像更富于真實感。

2.3.3虛擬現實常用的開發軟件

虛擬現實常用的圖形建模軟件有OPENGL、CAD、3DS一MAX等等。典型的虛擬現實軟件包有MR、WTK、PROvision系統等。MR(minimalreality)是由美國Alberta大學的MarkGreen教授和他領導的開發隊伍開發的用于虛擬現實環境的工具包，對于那些希望進行虛擬現實研究的機構而言，MR可以被免費使用。WTK(WorldToolKit)是由SensensCorpora-tion開發，用于虛擬環境的應用開發環境。WTK與硬件無關，可以在PC到SGI工作站上運行。而PROVision系統是由SGI公司開發的。

3虛擬現實技術在農業脫粒機械開發研究中的應用

虛擬現實技術在農業脫粒機械開發研究中主要應用于以下幾個領域:

3.1虛擬制造與設計

虛擬制造系統其本質是以計算機支撐的仿真技術為前提的一個交流信息化的計算機系統，是現實制造系統在虛擬環境下的映射。把虛擬的模板顯示在正加工的工件上，工人根據此模板控制代加工過程。傳統生產方法是先做樣機、實驗、然后投人正式生產，而在虛擬現實條件下，計算機生成全部工件原形，然后對虛擬原形進行預裝配，在預裝配同時還能進行碰撞檢測、階段性的性能檢測等，若對測試結果不滿意，還可對工件設計圖進行實時修改。在制造過程中，所有步驟預先在計算機上設計完成，大大減少了設計更改、錯誤和返工等浪費。“虛擬原形”代替“真實零部件”進行預裝配提高了可靠性，節約了大量原材料。

3.2農業脫粒機械的實驗仿真研究

脫粒裝置是脫粒機械的核心部分，它在很大程度上決定了機器的脫粒質量與生產率，而且對分離清選也有很大影響。在就喂人量、滾筒速度、凹板柵欄間距、脫粒間隙等因素對脫盡率、破損率、夾損失率、含雜率與單位功耗等脫粒性能指標進行研究時，由于脫粒過程的復雜性、非線性，實驗費用大，開發周期長，往往都先作計算機仿真實驗。傳統的數值仿真，其結果都是以數值、曲線表示，不直觀，而且有些信息表達不出來。而采用虛擬現實技術，將其復雜的數據計算和數據處理推向后臺，用戶與圖形打交道，通過交互方式的方法可獲取仿真過程，可千預和引導計算機并最終獲得計算機結果的圖形、顏色、靜態和動態畫面，使研究者了解仿真過程和發展的趨勢，理解計算機數值仿真難以“體驗”的過程。同時可以提高仿真精度和仿真效率，降低對用戶的操作水平.

第9篇：虛擬仿真現實技術范文

關鍵詞：計算機硬件；虛擬現實技術；虛擬仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0210-02

隨著計算機技術的快速發展，計算機虛擬仿真技術在各領域得到了廣泛的應用。計算機虛擬現實技術主要是指通過計算機技術，對現實中的一些實驗或者操作進行仿真處理，使現實中的一些難度大或成本高的操作或者實驗通過虛擬計算機實驗平臺來完成。如對計算機硬件的測試、開發以及相關知識學習等等，通過虛擬技術，能有效地將計算機硬件的相關功能、特性以及實驗測試直觀地展現在人們面前，從而有效提升計算機硬件的實驗和操作效率。

1 虛擬計算機硬件實驗平臺概述

虛擬計算機技術又稱為計算機虛擬現實技術和計算機虛擬仿真技術，主要通過計算機技術，將一些難度大或者成本高的操作和實驗利用現代科技置于計算機中進行完成。從而制造出一些直觀的集視覺、聽覺以及觸覺的虛擬環境，讓用戶身臨其境地進行感受與操作。虛擬計算機硬件實驗平臺，主要是對對計算機硬件的測試、開發以及相關知識學習等等，通過虛擬技術，能有效地將計算機硬件的相關功能、特性以及實驗測試直觀地展現在人們面前，從而有效提升計算機硬件的實驗和操作效率。通過虛擬計算機硬件實驗平臺，將計算機中一些復雜的在現實環境中不能直觀操作或者操作繁復的過程置于虛擬環境進行操作，并實現現實仿真的效果。

2 虛擬計算機硬件實驗平臺的構建

虛擬計算機硬件實驗平臺的構建首先必須構建一個完整的虛擬現實系統。虛擬顯示系統主要包括以下一個方面，具體如下圖1所示：

2.1 虛擬現實開發平臺

虛擬計算機硬件實驗平臺的構建，離不開虛擬現實開發平臺，計算機硬件開發平臺具有一套高性能的圖象生成和處理系統。硬件虛擬開發平臺是整個虛擬實驗平臺的核心。其主要負責整個VR場景的開發、運算、生成，是整個虛擬現實系統最基本的物理平臺，同時連接和協調整個系統的其他各個子系統的工作和運轉，與他們共同組成一個完整的虛擬現實系統。

2.2 虛擬仿真交互系統

多自由度實時交互是虛擬現實技術最本質的特征和要求之一，也是虛擬現實技術的精髓，離開實時交互，虛擬現實應用將失去其存在的價值和意義，這也是虛擬現實技術與三維動畫和多媒體應用的最根本的區別。在虛擬現實交互應用中通常會借助于一些面向特定應用的特殊虛擬外設，它們主要是6自由度虛擬交互系統，比如：力或觸覺反饋系統、數據手套、位置跟蹤器或6自由度空間鼠標、操縱桿等等。

2.3 虛擬三維顯示系統

在虛擬現實應用系統中，通常有多種顯示系統或設備，比如：大屏幕監視器、頭盔顯示器、立體顯示器和虛擬三維投影顯示系統，而虛擬三維投影顯示系統則是目前應用最為廣泛的系統，因為虛擬現實技術要求應用系統具備沉浸性，而在這些所有的顯示系統或設備中，虛擬三維投影顯示系統是最能滿足這項功能要求的系統，因此，該種系統也最受廣大專業仿真用戶的歡迎。虛擬三維投影顯示系統是目前國際上普遍采用的虛擬現實和視景仿真實現手段和方式，也是一種最典型、最實用、最高級別的投入型虛擬現實顯示系統。這些高度逼真三維顯示系統的高度臨場感和高度參與性最終使參與者真正實現與虛擬空間的信息交流與現實構想。

3 虛擬計算機硬件實驗平臺的應用

3.1 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件教學中的應用

在計算機硬件相關的教學中，可以通過計算機硬件實驗平臺，將硬件的一些特性、功能、組裝過程等等各種內容設計成各種圖形、動畫、聲音等信息，從而將這些信息在多媒體等工具中進行展現，讓學生們在直觀的畫面下對計算機硬件進行認識和學習。計算機硬件虛擬實驗平臺對于計算機硬件教學有著很大的作用，主要體現在共享性、交互性、表現性等方面。共享性主要是指在制作好的計算機硬件教學課件可以進行多元的傳遞和共享，交互性主要是指在課堂上能促使學生進行現場互動，讓學生們在計算機硬件知識學習的過程中，身臨其境地對硬件相關功能、特性以及組裝過程進行全面的了解和操作。表現性主要是指在硬件教學過程中，通過虛擬計算機平臺，將計算機硬件及其構件以及組裝過程直觀地展現在學生面前，讓學生產生即時的想象性和沉浸感，能有效提升學生學習計算機硬件的積極性。在計算機硬件教學中，虛擬計算機實驗平臺主要應用在三維課件的制作、硬件組裝的實踐操作、虛擬實驗室等方面。

3.2 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件設計和組裝中的應用

計算機硬件虛擬實驗平臺在計算機硬件的設計和組裝中應用是比較常見的，計算機的各硬件在開發設計中不可能重復地進行現實實驗操作，這樣的話將浪費大量的成本，而通過虛擬計算機硬件實驗平臺，將計算機硬件在計算機中進行展示、設計和測試，從而大大降低計算機硬件開發設計的成本。比如計算機硬件的組裝，其操作性以及直^性非常強，組裝過程中所涉及的計算機硬件非常多，并且計算機一些部件的更新速度比較快，而且相應的設備跟進有點滯后性，所以對計算機進行操作實驗往往存在著一定的難度。因此，通過計算機硬件虛擬仿真技術，將計算機各硬件在相關系統或者軟件中進行仿真模擬，以構建一個虛擬計算機硬件實驗平臺，如利用VRML技術，使用戶通過人機界面，對計算機各硬件在虛擬環境中展開組裝操作。

其實，虛擬計算機硬件實驗平臺對于計算機硬件的設計和組裝主要體現在以下幾個方面，首先體現在對計算機硬件及其各部件的直觀瀏覽上，通過虛擬仿真平臺，讓用戶直觀的觀看和了解計算機各硬件及部件。其次，體現在計算機各硬件及其部件的組裝過程的演示上，通過計算機組裝的演示，讓應用者能清楚地了解整個組裝過程，對整個組裝過程有一個整體的把握。最后，對各硬件的功能和特性及其效果進行監測。通過虛擬計算機硬件實驗平臺，對計算機各硬件的功能和特性在虛擬現實環境中進行實驗，這對于新開發和設計出來的硬件性能檢測有著巨大的幫助作用。

3.3 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件維護中的應用

計算機技術并不是一層不變的，而是不斷發展的。新技術的出現勢必會產生計算機硬件設備性能的改變，這一定程度上也促使了計算機硬件維護方法的改變。因此，用戶在計算機使用過程中，隨著計算機技術的不斷更新，其也需要不斷增進計算機硬件的維護常識和技能。比如在計算機各硬件設備出現一些故障時，用戶應該形成一種維護常識。同時，用戶應該對計算機的各硬件及應用狀況等知識進行一定的了解，用戶應該根據硬件設備的技術更新，而實時地改進其維護方法和知識。而針對這些知識的獲得，通過虛擬計算機硬件實驗平臺是最有效的方法。

綜上所述，虛擬計算機硬件實驗平臺開發將計算機中一些復雜的在現實環境中不能直觀操作或者操作繁復的過程置于虛擬環境進行操作，并實現現實仿真的效果。其在計算機硬件教學、計算機硬件設計和組裝、計算機硬件維護中得到更為廣泛的應用。

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