分布式交互仿真技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞] HLA；OPNET；Simulink；光電著艦引導(dǎo)；仿真；數(shù)據(jù)鏈

概述

與陸基飛機(jī)的著陸相比，艦載機(jī)在航空母艦飛行甲板上著艦更為困難。在航空母艦上配置著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是保障艦載機(jī)安全、高效使用的前提。基于多種光電傳感器的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是一種有效途徑，并在美、法等國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了研制和裝備。光電著艦引導(dǎo)設(shè)備是以高精度激光測(cè)距/跟蹤儀、高分辨率電視CCD和高靈敏度雙波段紅外熱像儀為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的多傳感器一體化光電引導(dǎo)技術(shù)。該技術(shù)使用激光測(cè)距/跟蹤儀完成著艦飛機(jī)的距離、方位角、高低角的精密測(cè)量。

航空母艦全天候著艦引導(dǎo)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

本論文利用HLA思想結(jié)合matlab和opnet仿真平臺(tái)對(duì)光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)及引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行仿真，設(shè)計(jì)光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)，并與已有的航母甲板運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)和飛行仿真系統(tǒng)交聯(lián)，構(gòu)建光電著艦引導(dǎo)飛行控制仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。

1.光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分布式仿真體系HLA構(gòu)建。HLA按照面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒▉順?gòu)建仿真系統(tǒng)并劃分仿真成員，構(gòu)建仿真聯(lián)邦。

根據(jù)仿真需求，將本文仿真系統(tǒng)的任務(wù)想定為如下情景：

艦載機(jī)到達(dá)離航母8n mile處，光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)得飛機(jī)的方位角、仰角以及距航母距離，通過引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈送至艦載機(jī)任務(wù)系統(tǒng)，由飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)至離航空母艦0.75n mile處，使飛機(jī)進(jìn)入光波束助降的人工著艦引導(dǎo)區(qū)。

根據(jù)想定，仿真系統(tǒng)主要由四個(gè)聯(lián)邦成員組成：光電著艦引導(dǎo)仿真分系統(tǒng)、引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)、航母甲板運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、飛行仿真系統(tǒng)。具體的聯(lián)邦結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

其中，光電著艦仿真分系統(tǒng)采用matlab simulink平臺(tái)仿真設(shè)計(jì)，采用RTW工具箱構(gòu)成實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，并采用matlab_HLA工具箱與HLA RTI交互。

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)采用opnet平臺(tái)仿真設(shè)計(jì)，采用opnet_HLA接口與HLA交互。

2.光電著艦引導(dǎo)仿真模塊設(shè)計(jì)

光電著艦仿真系統(tǒng)主要完成如下功能：

（1）能夠通過以太網(wǎng)與航母運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)以及艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)配合使用，接收和處理來自航母運(yùn)動(dòng)（包括縱搖角、橫搖角、艏向角等信息）和艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)（包括相對(duì)艦船距離、運(yùn)動(dòng)速度等信息）的數(shù)據(jù)；

（2）仿真激光測(cè)角、測(cè)距性能，形成著艦引導(dǎo)方位偏差信號(hào)、下滑偏差信號(hào)、距離信號(hào)；

光電著艦仿真系統(tǒng)主要包括兩個(gè)單元：外部數(shù)據(jù)接收與處理模塊、 激光設(shè)備模擬模塊。外部數(shù)據(jù)接收和處理模塊不斷接收由××型艦航母運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)傳遞的艦體運(yùn)動(dòng)信號(hào)（包括航母的縱搖角、橫搖角、艏向角等信息），對(duì)影響艦載機(jī)著艦的相關(guān)信息進(jìn)行匯總和處理，再將處理后的信息直接傳輸至激光設(shè)備模擬模式，信號(hào)處理模塊對(duì)艦體運(yùn)動(dòng)信號(hào)及制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行分析處理,得出艦面設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等運(yùn)算，計(jì)算得到飛機(jī)著艦所需要的各個(gè)數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前下滑飛行的方位偏差、仰角等信息，形成著艦引導(dǎo)方位偏差信號(hào)、下滑偏差信號(hào)，最后將相關(guān)信號(hào)信息通過905數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)傳輸至飛控計(jì)算機(jī)或在顯示屏上顯示。

光電著艦仿真系統(tǒng)采用Matlab/Simulink工具箱開發(fā)，并利用MATLAB的實(shí)時(shí)工具箱RTW（Real-Time Workshop）實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)， RTW采用專用的實(shí)時(shí)內(nèi)核代替WINDOWS操作系統(tǒng)接管實(shí)時(shí)控制任務(wù)，可將Intel 80x86/Pentium計(jì)算機(jī)或PC兼容機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，內(nèi)核任務(wù)換行的最小周期是1ms，可以滿足仿真的實(shí)時(shí)性要求。RTW使用外部模式用于實(shí)現(xiàn)Simulink模型框圖與外部實(shí)時(shí)程序通訊。使用外部模式，用戶可以通過Simulink模型框圖對(duì)外部程序進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)整，或通過Simulink提供和各種顯示模塊對(duì)外部程序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

光電著艦仿真系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互采用matlab_HLA工具箱與HLA交互。

3.引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)采用opnet平臺(tái)仿真設(shè)計(jì)，采用opnet_HLA接口與其它模塊交互。

3.1引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈opnet仿真實(shí)現(xiàn)

OPNET 網(wǎng)絡(luò)仿真工具采用離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制，允許用戶使用有限狀態(tài)機(jī)（FSM,Finite State Machine）開發(fā)自己的協(xié)議。用戶建模時(shí)采用進(jìn)程、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三層建模機(jī)制。其中最底層為進(jìn)程模型，它以有限狀態(tài)機(jī)來描述協(xié)議，用于模擬單個(gè)對(duì)象的行為；其次為節(jié)點(diǎn)模型，由相應(yīng)的協(xié)議模型構(gòu)成，反映設(shè)備特性，通過它可將進(jìn)程模型中的對(duì)象互聯(lián)成設(shè)備；最上層為網(wǎng)絡(luò)模型，用于將設(shè)備互聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)。

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真節(jié)點(diǎn)模型包括數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)，其中數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)如圖3所示。其中tx-gen模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)包，radio-tx為無線發(fā)射機(jī)，ant-proc為天線控制模塊，ant-tx為天線模塊。

3.2 HLA接口

為了最大限度地減少用戶利用OPNET進(jìn)行基于HLA分布式仿真的工作量，OPNET提供了一個(gè) HLA接口，用戶只需要在仿真場(chǎng)景中加入該接口就可以將OPNET作為一個(gè)聯(lián)邦成員加入到HL A聯(lián)邦中。如圖4所示為OPNET HLA仿真接口在數(shù)據(jù)鏈仿真中的作用

4.結(jié)束語

本文基于分布式交互體系HLA結(jié)構(gòu)，利用matlab simulink工具箱、matlab RTW工具箱、matlab HLA接口工具箱以及opnet仿真平臺(tái)，對(duì)光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可用于激勵(lì)已有機(jī)載飛行仿真系統(tǒng)，構(gòu)成人在環(huán)的半物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，滿足進(jìn)行著艦飛行仿真試驗(yàn)的相關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉強(qiáng),匡鏡明,王華. 基于HLA的分布式軍事通信網(wǎng)仿真[J].計(jì)算機(jī)工程,2006,32(12).

[2]OPNET Technology lnc．HLA User Guide [Z].OPNET Modeler Document , 2003-04.

第2篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)仿真電子商務(wù)仿真

電子商務(wù)作為一個(gè)新興領(lǐng)域,各個(gè)院校在電子商務(wù)專業(yè)建設(shè)中,培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系不是完全統(tǒng)一，因此側(cè)重點(diǎn)是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實(shí)踐的現(xiàn)象非常嚴(yán)重,不利于電子商務(wù)人才地培養(yǎng)。原因很簡(jiǎn)單，就是實(shí)踐的電子商務(wù)平臺(tái)很難搭建，應(yīng)用仿真技術(shù)可以解決這一問題。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)從事商務(wù)活動(dòng),突出學(xué)生的動(dòng)手能力,培養(yǎng)融IT與商務(wù)于一身的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的全面普及，基于互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在近年來獲得了巨大的發(fā)展，成為一種全新的商務(wù)模式，被許多經(jīng)濟(jì)專家認(rèn)為是新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。這種電子商務(wù)模式對(duì)管理水平、信息傳遞技術(shù)都提出了更高的要求，其中安全體系的構(gòu)建又顯得尤為重要。如何建立一個(gè)安全、便捷的電于商務(wù)應(yīng)用環(huán)境，對(duì)信息提供足夠的保護(hù)，是商家和用戶都十分關(guān)注的話題。

一、概述

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供虛擬的仿真情境,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種開放的、主動(dòng)的、發(fā)現(xiàn)式的探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境,發(fā)展學(xué)生的高級(jí)思維能力和問題解決能力,從而通過對(duì)該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結(jié)論。計(jì)算機(jī)仿真可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的高水平思維活動(dòng),讓學(xué)生通過反省性的、高水平的思維活動(dòng)來建構(gòu)深層的、靈活的、真正的知識(shí),近幾年,計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)在國(guó)內(nèi)外的電子商務(wù)課程中屢見不鮮,但仿真教學(xué)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用、尤其是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用還處于探索研究的階段,將計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)中,往往能夠收到事半功倍的效果。

電子商務(wù)引起人們的普遍關(guān)注，細(xì)說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室可以提供一個(gè)真實(shí)的環(huán)境,在這個(gè)環(huán)境中,學(xué)生可以模擬電子商務(wù)的各種活動(dòng)。因此,電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室具有可操作性、仿真性及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。可操作性,是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室中的計(jì)算機(jī)所需軟件;仿真性,是指學(xué)生在電子商網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)上安裝了相關(guān)軟件后,能夠模擬IT環(huán)境,進(jìn)行各種電子商務(wù)活動(dòng)等;適應(yīng)性強(qiáng),是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室能夠成為與電子商務(wù)相關(guān)的多門課程的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地。在電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以學(xué)習(xí)基本的電子商務(wù)網(wǎng)站的建設(shè)流程。

二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)(computer?simulation?technology)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。計(jì)算機(jī)仿真，是在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)形式性原理，利用計(jì)算機(jī)來逼真模仿研究對(duì)象。研究對(duì)象可以是真實(shí)的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的仿真方法是一個(gè)迭代過程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性（過程），抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)（輸入），進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。在沒有計(jì)算機(jī)以前，仿真都是利用實(shí)物或者它的模型來進(jìn)行研究的，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計(jì)算機(jī)仿真是將研究對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)建設(shè)中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的核心是按系統(tǒng)工程原理建立真實(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，然后利用模型代替真實(shí)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。由于近年來信息技術(shù)的發(fā)展特別是高性能海量并行處理技術(shù)，可視化技術(shù)，分布處理技術(shù)，多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得建立人——機(jī)——環(huán)境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發(fā)展，形成了一些新的研究仿真方法熱點(diǎn)，如：定性仿真方法；面向?qū)ο蟮姆抡娣椒ǎ环植际浇换シ抡娣椒ǎ蝗恕獧C(jī)和諧仿真環(huán)境建立方法學(xué)。

三、電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室

利用仿真技術(shù)可以構(gòu)建電子商務(wù)仿真實(shí)驗(yàn)室，通用的通信網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》或《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修專業(yè)課程。它的實(shí)驗(yàn)主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做實(shí)驗(yàn):它包括網(wǎng)絡(luò)布線與制作,計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的安裝與配置,局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),廣域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。其目的主要是讓學(xué)生了解常用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的連接、安裝與配置。通過設(shè)計(jì)、連線和配置,完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的模擬與仿真:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型,有許多協(xié)議支持實(shí)現(xiàn),每種協(xié)議實(shí)現(xiàn)都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實(shí)驗(yàn),這種實(shí)驗(yàn)通常用軟件加以實(shí)現(xiàn),但同時(shí)也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對(duì)算法應(yīng)用理解更深刻。如:數(shù)據(jù)鏈路層的連續(xù)ARQ,網(wǎng)絡(luò)安全中的加密算法等。網(wǎng)頁(yè)虛擬實(shí)現(xiàn)交互指導(dǎo)實(shí)驗(yàn):有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備費(fèi)用很高,也沒有必要全部實(shí)做,設(shè)計(jì)一些虛擬網(wǎng)頁(yè),通過網(wǎng)絡(luò)的操作達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。如:網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試儀的使用,高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用和配置等。

在教學(xué)應(yīng)用中，通過仿真技術(shù)不但可以節(jié)約教學(xué)成本，而且能取得良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

第3篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】高層體系結(jié)構(gòu)；聯(lián)邦開發(fā)；想定推演

1.引言

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)仿真憑借其可控性、安全性、無破壞性、可重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)防、交通、經(jīng)濟(jì)、天氣預(yù)報(bào)等諸多行業(yè)的重要領(lǐng)域，進(jìn)行大型系統(tǒng)分析、評(píng)估、測(cè)試、研究、研制和技術(shù)訓(xùn)練等工作。由于需要仿真系統(tǒng)解決的問題越來越復(fù)雜，靠單個(gè)仿真系統(tǒng)已無法解決，所以需要依靠多個(gè)仿真系統(tǒng)聯(lián)合起來進(jìn)行協(xié)同仿真。

高層體系結(jié)構(gòu)HLA（High Level Architec-ture）是最新發(fā)展的先進(jìn)分布仿真技術(shù)（Advanced Distributed Simulation，ADS），用來構(gòu)建仿真通用技術(shù)框架，支持不同仿真應(yīng)用間的互操作和仿真部件的可重用。它的特點(diǎn)是通過支撐環(huán)境（Run Time Infrastructure，RTI）提供通用的、相互獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將仿真應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境功能分離開，隱蔽各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。實(shí)現(xiàn)各種類型的仿真系統(tǒng)間的互操作、仿真系統(tǒng)及其部件的重用，從而將構(gòu)造仿真、虛擬仿真和實(shí)況仿真集成到一個(gè)綜合環(huán)境中，以滿足各種類型仿真的需要[1]。

2.高層體系結(jié)構(gòu)HLA分析

HLA是以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的對(duì)像模型模板OMT（Object Model Template）的形式定義和描述仿真實(shí)體的對(duì)象信息和交互信息，為完成復(fù)雜的不同類型特征的綜合仿真應(yīng)用任務(wù)，提供了比較好的互操作性和資源的可重用性。

HLA通過支撐環(huán)境RTI提供通用的、相對(duì)獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將具體的仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信傳輸三者分離，從而實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用同底層的支撐環(huán)境分開，隱藏各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，使各部分可以相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)，并能充分利用各自領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的功能和服務(wù)，適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展[2]。同時(shí)，HLA可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用，有利于新的仿真系統(tǒng)的集成和管理，并能根據(jù)不同的用戶需求和應(yīng)用目的，實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦的快速組合和重新配置，為聯(lián)邦范圍內(nèi)的互操作和重用提供了保障。

聯(lián)邦（Federation）是指用于達(dá)到某一特定仿真目的的分布式仿真系統(tǒng)，它由若干相互作用的聯(lián)邦成員（簡(jiǎn)稱成員）構(gòu)成。聯(lián)邦成員是指所有參與聯(lián)邦運(yùn)行的應(yīng)用程序都可以稱為聯(lián)邦成員。聯(lián)邦中的成員有多種類型，如用于聯(lián)邦數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)記錄器，用于和實(shí)物接口的實(shí)物仿真成員，用于管理聯(lián)邦的聯(lián)邦管理器等等[3]。

2.1 HLA的對(duì)象模型模板功能

HLA采用對(duì)象模型（OM Object Model）來描述聯(lián)邦及聯(lián)邦中的每一個(gè)聯(lián)邦成員，它描述了聯(lián)邦在運(yùn)行過程中需要交換的各種數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。對(duì)象模型模版（OMT）采用一種統(tǒng)一的表格來規(guī)范對(duì)象模型的描述。

在HLA OMT中定義了兩類對(duì)象模型：一類是描述仿真聯(lián)邦的聯(lián)邦對(duì)象模型（FOM，F(xiàn)ederation Object Model）；另一類是描述聯(lián)邦成員的成員對(duì)象模型（SOM，Simulation Object Model）。這兩種對(duì)象模型的主要目的都是促進(jìn)仿真系統(tǒng)間的互操作和仿真部件的重用。

聯(lián)邦對(duì)象模型FOM主要提供聯(lián)邦成員之間用公共的、標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，它描述了在仿真運(yùn)行過程中將參與聯(lián)邦成員信息交換的對(duì)象類、對(duì)象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性。HLA FOM的所有部件共同建立了一個(gè)實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦成員間互操作所必須的“信息模型協(xié)議”。

成員對(duì)象模型SOM是單一聯(lián)邦成員的對(duì)象模型，它描述了聯(lián)邦成員可以對(duì)外或需要定購(gòu)的對(duì)象類、對(duì)象類屬性、交互類、交互參數(shù)的特性，這些特性反映了成員在參與聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)所具有的能力。基于OMT的SOM開發(fā)是一種規(guī)范的建模技術(shù)和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于對(duì)已開發(fā)的仿真資源的再利用，能夠促使建模走向標(biāo)準(zhǔn)化[4]。

2.2 HLA的對(duì)象模型模板組成

HLA對(duì)象模型是由一組以表的形式進(jìn)行規(guī)范化描述的部件組成的。HLA OMT由對(duì)象模型標(biāo)識(shí)表、對(duì)象類結(jié)構(gòu)表等九個(gè)表組成。其中：（1）對(duì)象模型標(biāo)識(shí)表：記錄與HLA對(duì)象模型相關(guān)的重要標(biāo)識(shí)信息；（2）對(duì)象類結(jié)構(gòu)表：記錄所有聯(lián)邦或聯(lián)邦成員對(duì)象類的名稱，并且描述了類與子類的關(guān)系；（3）交互類結(jié)構(gòu)表：記錄所有聯(lián)邦或聯(lián)邦成員交互類的名稱，描述了類與子類的關(guān)系；（4）屬性表：記錄聯(lián)邦或聯(lián)邦成員中對(duì)象屬性特性；（5）參數(shù)表：記錄聯(lián)邦或聯(lián)邦成員中交互參數(shù)的特性；（6）枚舉數(shù)據(jù)類型表：用來對(duì)出現(xiàn)在屬性表/參數(shù)表中枚舉數(shù)據(jù)類型進(jìn)行說明；（7）復(fù)雜數(shù)據(jù)類型表：用來對(duì)出現(xiàn)在屬性表/參數(shù)表中的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型進(jìn)行說明；（8）路徑空間表：用來指定聯(lián)邦中對(duì)象類屬性和交互類的路徑空間；（9）FOM/SOM術(shù)語詞典：用來記錄上述各表中使用的所有術(shù)語的定義[5]。

3.基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3.1 想定推演模型分析

想定推演就是通過計(jì)算機(jī)提供直觀逼真的任務(wù)環(huán)境，模擬在一定任務(wù)背景下，針對(duì)未來可能發(fā)生的情況進(jìn)行模擬應(yīng)對(duì)。使指揮人員能夠熟悉任務(wù)環(huán)境，檢驗(yàn)和完善想定預(yù)案，并對(duì)預(yù)案進(jìn)行論證評(píng)估和補(bǔ)充完善，從而不斷啟發(fā)新的應(yīng)對(duì)指揮思想，通過仿真訓(xùn)練，進(jìn)一步提高應(yīng)對(duì)實(shí)際突況的能力。

在整個(gè)仿真系統(tǒng)的開發(fā)中涉及到多種模型，其中想定推演的建模過程如圖1所示。

概念模型是對(duì)真實(shí)世界的第一次抽象，其目的主要是為本領(lǐng)域?qū)＜液头抡骈_發(fā)技術(shù)人員提供一個(gè)溝通的橋梁。借助概念模型，仿真開發(fā)技術(shù)人員可以獲取所仿真的真實(shí)世界系統(tǒng)的細(xì)節(jié)信息。

仿真模型和具體的仿真應(yīng)用有關(guān)，是聯(lián)邦運(yùn)行的基本元素，負(fù)責(zé)仿真的運(yùn)行管理、實(shí)體的處理以及對(duì)外信息交換等。按照一定原則，從仿真想定中抽取想定推演所需要的信息并加以規(guī)范化的描述，就形成了想定推演模型。

想定推演模型是對(duì)仿真模型某種程度上的簡(jiǎn)化。從集合的觀點(diǎn)來看，想定推演模型包含的信息是仿真模型中包含信息的子集。

3.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)提供和支援想定推演仿真系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的互聯(lián)，目的是描述系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系與運(yùn)行機(jī)制。基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)層、功能層、用戶層以及底層通信系統(tǒng)組成，如圖2所示。

數(shù)據(jù)層：此系統(tǒng)主要用到MapX地圖數(shù)據(jù)，想定數(shù)據(jù)庫(kù)，仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)以及推演模型庫(kù)。

功能層：

想定生成模塊：根據(jù)用戶的實(shí)際需求生成多個(gè)想定方案，供用戶選擇使用。

想定管理模塊：將生成的想定方案存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，生成管理列表對(duì)想定方案進(jìn)行管理，方便用戶操作使用。

想定加載模塊：從想定數(shù)據(jù)庫(kù)里取出想定編輯的具體內(nèi)容。

想定推演模塊：根據(jù)仿真想定選擇推演模型，對(duì)態(tài)勢(shì)進(jìn)行推算演繹。

數(shù)據(jù)采集與回放模塊：按一定的步長(zhǎng)抽取存儲(chǔ)態(tài)勢(shì)的中間狀態(tài)，并支持推演態(tài)勢(shì)的回放演播。

聯(lián)邦管理模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)RTI支撐下的分布式運(yùn)行聯(lián)邦成員的管理。

視圖層：視圖層直接面向用戶，本系統(tǒng)包括想定編輯界面，二維態(tài)勢(shì)顯示界面和聯(lián)邦管理界面。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中想定生成系統(tǒng)負(fù)責(zé)想定的生成與管理，將想定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。想定推演成員主要是負(fù)責(zé)加載已有想定方案，進(jìn)行推演仿真，態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集成員按一定的步長(zhǎng)抽取存儲(chǔ)推演態(tài)勢(shì)的中間狀態(tài)，并支持推演態(tài)勢(shì)的回放演播；態(tài)勢(shì)顯示成員負(fù)責(zé)訂購(gòu)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，反射對(duì)象屬性值，更新狀態(tài)，將最新態(tài)勢(shì)通過二維地圖顯示出來。

3.3 聯(lián)邦設(shè)計(jì)

根據(jù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦主要有想定推演邦員、數(shù)據(jù)采集邦員、態(tài)勢(shì)顯示邦員等組成，參與想定推演者為想定推演成員，數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集成員，二維顯示模塊為態(tài)勢(shì)顯示成員。當(dāng)聯(lián)邦成員之間需要交流時(shí)，將會(huì)發(fā)送通信交互，因此想定推演成員需要和訂購(gòu)這個(gè)交互類；數(shù)據(jù)采集成員同樣在推演時(shí)訂購(gòu)，在回放時(shí)此類；move機(jī)動(dòng)交互是想定推演的一種，想定推演成員必須要這個(gè)交互，其他成員為了接收到這個(gè)交互需要訂購(gòu)此類，不同的想定推演成員間也需要訂購(gòu)此類。

4.基于HLA的想定推演系統(tǒng)聯(lián)邦開發(fā)

本系統(tǒng)是在VC++6.0環(huán)境下基于MAKRTI支撐平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦及聯(lián)邦成員的交互。

4.1 聯(lián)邦執(zhí)行文件的設(shè)計(jì)

聯(lián)邦執(zhí)行文件（FED文件）是聯(lián)邦對(duì)象模型（FOM）開發(fā)的結(jié)果，是為實(shí)現(xiàn)所有聯(lián)邦成員間交互目的而達(dá)成的“協(xié)議”。FED文件記錄了聯(lián)邦執(zhí)行期間所有參加聯(lián)邦交互的對(duì)象類＼交互類及其屬性＼參數(shù)、傳輸?shù)念愋汀鬏旐樞蛞约奥窂娇臻g信息[6]。本仿真系統(tǒng)的FED文件重點(diǎn)內(nèi)容如下所示：

（FED

（Federation FederationName）

（FEDversion v1.3）

（spaces）

（objects

（class ObjectRoot

（attribute privilege To Delete reliable timestamp）

（class RTIprivate）

（class Member_RP

（attribute id reliable receive）

（attribute name reliable receive）

（attribute respect reliable receive）

（attribute isin reliable receive）

）

（class Forces

（attribute department_id reliable receive）

（attribute forces_status reliable receive）

（attribute number reliable receive）

（attribute equipment reliable receive）

（attribute attachment reliable receive）

（attribute memberships reliable receive）

（attribute location reliable receive）

）

（class Environment

（attribute ET_id reliable receive）

（attribute Weather reliable receive）

（attribute DayorNight reliable receive）

（attribute Traffic reliable receive）

（attribute Temperature reliable receive）

）

……

）

）

4.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)開發(fā)中，軟硬件優(yōu)化配置是建立并實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)的基本硬件配置為PC終端機(jī)、電子顯示屏、100Mb/s自適應(yīng)以太網(wǎng)絡(luò)等；軟件配置：采用WindowsXP操作系統(tǒng)、VC++.NET開發(fā)平臺(tái)、SQLSever2000數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)工具、MAKRTI支撐環(huán)境。基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

5.結(jié)束語

HLA是分布交互仿真的高層體系結(jié)構(gòu)，它采用面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒ń?duì)象模型并分析系統(tǒng)，它所具有的良好的重用性和互操作能力，滿足了用戶多方面的需求，作為一門在計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，一直受到仿真研究的廣泛重視。

參考文獻(xiàn)

[1]付正軍，王永紅.計(jì)算機(jī)仿真中的HLA技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2003，6：32-41.

[2]馮潤(rùn)明，黃柯棣.HLA聯(lián)邦成員軟件開發(fā)環(huán)境研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2001（3）：1-4.

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[5]劉利浦.HLA在擴(kuò)頻通信仿真系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].沈陽(yáng)理工大學(xué)，2010.

第4篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

Abstract: The virtual reality technology is one has the potential extremely the front research direction, faces one of the 21st century's important technical. The virtual reality technology application's domain is also getting more and more broad, the typical application domain has the education to apply, the project to apply, the entertainment application and the commercial use, but in the commercial use domain appears gradually the 3D network hypothesized commercial city is a virtual reality technology model application, the virtual reality technology has brought the infinite vitality in the hypothesized commercial city's application for the entire electronic commerce.

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí) 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務(wù)行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?wù)。在各種各樣的電子商務(wù)中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶,在家里的電腦上就可以買到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁(yè)式的實(shí)現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實(shí)現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實(shí)((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是作為一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù),目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是 21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)的研究開發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國(guó)國(guó)防部(DOD)制定了SIMENT的研究計(jì)劃;1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight。到90年代初,美國(guó)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域,主要用于以下四個(gè)方面:虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境;進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練;實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí);進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。一些著名大學(xué)和研究所的研究人員也開展了對(duì)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個(gè)實(shí)驗(yàn)性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國(guó)NPS開發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的DIVE(1993)及英國(guó)Nottingham大學(xué)的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機(jī)實(shí)現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡(jiǎn)單,主要用于CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)建筑設(shè)計(jì)、桌面游戲等領(lǐng)域。二是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),又稱為混合虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),如各種用途的體驗(yàn)器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓(xùn)、演示以及高級(jí)游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)的利用。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來,采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù),形成一個(gè)在實(shí)踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進(jìn)行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn),相繼推出了 DIS、MA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)在航天中極具應(yīng)用價(jià)值,例如,國(guó)際空間站的參與國(guó)分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國(guó)重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費(fèi)設(shè)備費(fèi)用,而且也減少了人員出差的費(fèi)用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過因特網(wǎng)連接起來,共同實(shí)現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計(jì)算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計(jì)協(xié)作系統(tǒng)、實(shí)境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)教育應(yīng)用:把分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣,效果十分顯著。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對(duì)話方式。(2)工程應(yīng)用:當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用將使人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)、交流和,從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應(yīng)用:對(duì)于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁(yè)上向客戶發(fā)送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購(gòu)買商品的經(jīng)歷。(4)娛樂應(yīng)用:娛樂領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務(wù)潮流充斥著整個(gè)社會(huì),給整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來了無限商機(jī),隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界中的在線虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時(shí)不間斷營(yíng)業(yè),用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項(xiàng)目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實(shí)體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會(huì)覺得產(chǎn)品太少,而且覺得只你一個(gè)人在購(gòu)物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶不愿意像在實(shí)體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費(fèi)也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁(yè)界面的網(wǎng)頁(yè)的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領(lǐng)整個(gè)商業(yè)市場(chǎng)。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購(gòu)物環(huán)境,它采用C2C的電子商務(wù)模式,讓用戶在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進(jìn)行交互式的操作,全面虛擬了購(gòu)物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時(shí)還會(huì)提供數(shù)字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財(cái)務(wù)系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購(gòu)物的有效性,完整性和機(jī)密性。3D虛擬的商城中3D語音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)一體化的虛擬世界。顧客可以通過創(chuàng)建個(gè)人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購(gòu)物,同時(shí)與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動(dòng)交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導(dǎo);第三,顧客可以通過組建社會(huì)化或虛擬的購(gòu)物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購(gòu)物聚會(huì),共同分享購(gòu)物的樂趣與經(jīng)驗(yàn),開創(chuàng)全新的輔助式電子商務(wù)或社交性購(gòu)物的概念;第四,網(wǎng)上客戶服務(wù)將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點(diǎn)擊通話或?yàn)g覽數(shù)百頁(yè)的網(wǎng)上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務(wù)代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評(píng)級(jí)較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測(cè)試新的店面設(shè)計(jì)和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實(shí)際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界,提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起,為人機(jī)交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的集成技術(shù),提供了一種實(shí)時(shí)、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中,觀看計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實(shí)感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術(shù)的發(fā)展始終圍繞它的三個(gè)特征而前進(jìn),即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個(gè)重要特征與其相鄰近的技術(shù)(如多媒體技術(shù),計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)等)相區(qū)別,沉浸感是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進(jìn)入了一個(gè)真實(shí)的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識(shí),提高感性和理性認(rèn)識(shí),從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說虛擬現(xiàn)實(shí)可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點(diǎn)均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持,基于DVR平臺(tái)的三維虛擬商城將是電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)商城發(fā)展的必然趨勢(shì)。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測(cè)方法、三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互等都是基于DVR的技術(shù)支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行完善和擴(kuò)張進(jìn)行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵信息進(jìn)行了封裝,而且大部分業(yè)務(wù)邏輯處理都集中在服務(wù)器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場(chǎng)景的碰撞檢測(cè)對(duì)于提高虛擬系統(tǒng)的真實(shí)性、增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感有至關(guān)重要的作用;三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互主要研究三維虛擬場(chǎng)景中物體的動(dòng)態(tài)添加、三維場(chǎng)景中物體的材質(zhì)的更新、三維場(chǎng)景與數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)等問題。

虛擬商城的展示在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用,成為實(shí)物展示的重要互補(bǔ)。我國(guó)在虛擬商店展示領(lǐng)域的研究比較落后,對(duì)虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設(shè)計(jì)與制作方面,缺乏有效的開發(fā)平臺(tái)。而網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的發(fā)展為商家與客戶進(jìn)行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實(shí)化”提供了可能。

參考文獻(xiàn):

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第5篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

1關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)主要內(nèi)容的概述

關(guān)于系統(tǒng)一詞，著名科學(xué)家錢學(xué)森是這樣對(duì)其定義的：相互依賴、相互作用的多種組成部分之間的相互結(jié)合所形成的具有特殊功能的一個(gè)整體即為系統(tǒng)。根據(jù)其定義可以得出系統(tǒng)的三個(gè)要素：一是系統(tǒng)是多種元素的相互結(jié)合形成的；二是元素之間相互依賴、相互作用；三是具有特殊功能的一個(gè)整體。在系統(tǒng)的復(fù)雜性演化過程中主要有三個(gè)方面的發(fā)展變化。首先是組成系統(tǒng)的元素?cái)?shù)量的變化，從最初的少量變?yōu)榇罅浚僮兂啥鄶?shù)量，最后變成無限量；其次是元素之間相互依賴、相互作用的變化，是從線性變化到非線性，最后變成了隨機(jī)性；最后是某種特殊功能的變化，是從元素直接功能的描述變?yōu)榻M織性的間接描述，最后演變成沒有任何形式組織的不可描述形態(tài)。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的描述沒有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而組成系統(tǒng)元素?cái)?shù)量的龐大，元素之間依賴作用關(guān)系的非線性、隨機(jī)性以及特殊功能不能用部分特性來實(shí)現(xiàn)具體化描述等這些特性構(gòu)成了所謂的復(fù)雜系統(tǒng)[1]。

2關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分布智能仿真平臺(tái)的分析

2.1關(guān)于自適應(yīng)Agent仿真平臺(tái)的分析

自適應(yīng)Agent仿真平臺(tái)Swarm是美國(guó)研究復(fù)雜系統(tǒng)的桑培菲所提出的。這種仿真平臺(tái)中有著多種單機(jī)中的多數(shù)進(jìn)程或者線程組成的具有不同功能的智能主體Agent，這其中主要包含有人與計(jì)算機(jī)交互所顯示控制的Agent、在網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)交互的交互Agent、合理控制時(shí)間變化和元素管理以及通信交流的全部或部分Agent，還有就是具備自我適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的反應(yīng)Agent。關(guān)于具備自我適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的反應(yīng)Agent的結(jié)構(gòu)模型，主要是由信息緩沖MB、行為輸出MO、信息接口MI、反應(yīng)體所構(gòu)成。這其中MB和MI主要是對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行良好感知，而反應(yīng)體主要是在獲取感知之后，做出適合的決策。比如，一般金融投資者的證券交易原則，其過程極為簡(jiǎn)便：他們?nèi)绻l(fā)現(xiàn)證券價(jià)格在逐漸上升時(shí)，就會(huì)將具有上升趨勢(shì)的多數(shù)證券出手；而如果他們發(fā)現(xiàn)證券價(jià)格在迅速下降時(shí)，就會(huì)把具有下降趨勢(shì)的多數(shù)證劵買進(jìn)[2]。

2.2關(guān)于智能仿真（DSI）的分析

在經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展之后，分布計(jì)算機(jī)以及人工智能技術(shù)也較為成熟，在這個(gè)時(shí)候美國(guó)桑培菲提出的Swarm自適應(yīng)仿真平臺(tái)就顯得跟不上時(shí)代的發(fā)展，再加上智能思維和仿真規(guī)范的約束，使得其自適應(yīng)仿真平臺(tái)發(fā)展相對(duì)滯后。在新時(shí)期發(fā)展下，計(jì)算機(jī)分布智能仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)能夠更好的發(fā)展進(jìn)步。計(jì)算機(jī)分布智能仿真平臺(tái)中的Agent支撐庫(kù)主要是對(duì)Agent創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的支撐，從而有效統(tǒng)計(jì)分析仿真結(jié)果；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)間的同步以及信息消息的傳播技術(shù)是通過仿真支撐軟件來實(shí)現(xiàn)的，面向全局服務(wù)化的Agent在整個(gè)計(jì)算機(jī)分布智能仿真平臺(tái)中只有一個(gè)，而且它的存在是為了給各個(gè)Agent提供唯一的全局Agent標(biāo)識(shí)，這樣便于有效的創(chuàng)建和取消Agent，而且能夠?qū)gent的具置以及具體特征做到準(zhǔn)確定位查詢。對(duì)于Agent的部分控制是在結(jié)點(diǎn)機(jī)上存在的，而且每個(gè)結(jié)點(diǎn)機(jī)上都有一個(gè)，它主要是負(fù)責(zé)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)間的變化、做到元素的有效管理、而且負(fù)責(zé)權(quán)限的變革和結(jié)點(diǎn)之間的相互信息交流。

3復(fù)雜系統(tǒng)的智能主體和HLA/RTI功能

3.1關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的智能主體

創(chuàng)建社會(huì)系統(tǒng)以及自然描述的基本模型，從而構(gòu)造智能化主體是分布人工智能的主要研究目的。這種研究為復(fù)雜計(jì)算機(jī)仿真研究提供了基礎(chǔ)保障。關(guān)于分布式人工智能可以從兩個(gè)方面來分析，分別是多主體系統(tǒng)和分布問題求解。分布式問題求解系統(tǒng)僅僅是問題的求解，主要把問題作為任務(wù)來有效分開完成，這種系統(tǒng)是自上而下的模式。而對(duì)于多主體系統(tǒng)而言也是自上而下的模式，實(shí)際研究時(shí)，需要將自主主體分別定義，而且主體之間的相互作用可能是交流、爭(zhēng)論還有可能是敵對(duì)關(guān)系。面對(duì)上述這種情況，智能主體就自然而然的成為復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真研究的主要方向。

3.2關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的HLA/RTI功能

復(fù)雜系統(tǒng)中HLA框架中最為核心的部分就是RTI，它主要是實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用、特定功能、基礎(chǔ)通信之間的有效分離。仿真過程中的，復(fù)雜系統(tǒng)中的智能主體以HLA所規(guī)范的方式實(shí)現(xiàn)與RTI數(shù)據(jù)之間的交換，從而確保主體之間的相互交流。關(guān)于RTI的綜合管理主要有六個(gè)部分功能，分別是主體管理、全局管理、屬性管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理、聲明管理、時(shí)間管理。主體管理是實(shí)現(xiàn)主體間的有效控制；全局管理主要是實(shí)現(xiàn)全局化的服務(wù)，主要內(nèi)容有動(dòng)態(tài)控制、創(chuàng)建、主體變更等；屬性管理是主體屬性權(quán)限的控制、變化；數(shù)據(jù)分發(fā)管理則是在網(wǎng)絡(luò)上控制流量，而且利用組播技術(shù)有效交流；聲明管理是通過聲明智能主體，從而實(shí)現(xiàn)交互信息的接收；時(shí)間管理是在復(fù)雜系統(tǒng)中運(yùn)用合理的方式使其時(shí)間變化。

3.3HLA/RTI協(xié)議下的多Agent計(jì)算機(jī)分布仿真平臺(tái)

HLA框架中的RTI服務(wù)能夠提供復(fù)雜系統(tǒng)仿真環(huán)境下的多種特定功能，其中主要包括數(shù)據(jù)信息傳遞、信息事件處理、時(shí)間控制、控制主體，RTI服務(wù)能夠?yàn)槭录幚硪约熬唧w狀態(tài)變革提供良好的依據(jù)，而且便于時(shí)間的管理。MAE環(huán)境利用HLA/RTI作為支撐，能有效發(fā)揮HLA模型和RTI的多種服務(wù)，更加利于仿真環(huán)境的形成。從Agent方面來看，多Agent仿真平臺(tái)中采用HLA/RTI還不能夠使其完善，主要是缺乏Agent之間的交流支持，通過對(duì)Agent遠(yuǎn)程狀態(tài)進(jìn)行分析才能對(duì)其應(yīng)用，而且Agent也需要特定通信的支持。在Agent的決策中，最為主要的就是Agent之間的交互通信，而HLA/RTI這一框架并不能滿足相關(guān)要求。為了能夠有效的解決這一問題，需要添加中間層，這個(gè)中間層處于RTI和Agent之間。它所起的作用是將作為HLA仿真元素加入到多Agent之間通信進(jìn)行封裝解釋，這樣有效增加了Agent之間的通信交流，并且為其提供支持保障。在中間層的封裝消息，Agent之間數(shù)據(jù)流也會(huì)變多，通過RTI路由空間的限制從而控制數(shù)據(jù)信息分發(fā)數(shù)量，這樣做到合理約束數(shù)據(jù)信息，從而保證元素只得到應(yīng)該獲取的信息。通過上述的分析，了解到HLA/RTI比較適用于多Agent仿真環(huán)境，隨著HLA/RTI的不斷擴(kuò)展壯大，能夠更多的構(gòu)建多Agent計(jì)算機(jī)分布仿真平臺(tái)。

4結(jié)論

第6篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；體育；應(yīng)用；新元素；多元化；娛樂化

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)（ Virtual reality， VR ）技術(shù)是一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)， 也是力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)等各種學(xué)科的綜合應(yīng)用。虛擬環(huán)境通常是由計(jì)算機(jī)生成并控制的， 使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中的物體， 通過虛擬現(xiàn)實(shí)的三維設(shè)備與物體接觸，從而真正地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可以說人處在虛擬環(huán)境之跟現(xiàn)實(shí)環(huán)境是沒有差別的。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要分為桌面虛擬現(xiàn)實(shí)、沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)。

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。常見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)、MUD等。

沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡睢?/p>

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)是指多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET，位于德國(guó)的仿真器可以和位于美國(guó)的仿真器一樣運(yùn)行在同一個(gè)虛擬世界，參與同一場(chǎng)作戰(zhàn)演習(xí)。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界給人一種身臨其境的感覺。2） 交互性（ Interaction） ： 人能夠以很自然的方式跟虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互操作或者交流， 著重強(qiáng)調(diào)使用手勢(shì)、體勢(shì)等身體動(dòng)作（ 主要是通過頭盔、數(shù)據(jù)手套 、數(shù)據(jù)衣等來采集信號(hào)） 和自然語言等自然方式的交流。3） 構(gòu)想（ Imagination）： 虛擬環(huán)境可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識(shí)， 提高感性和理性認(rèn)識(shí)， 從而使用戶深化概念和萌發(fā)新意。因而可以說 ， 虛擬現(xiàn)實(shí)可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維 。

4.現(xiàn)階段中國(guó)體育領(lǐng)域大環(huán)境

4.1政策紅利覆蓋全國(guó)

2015年，在利好政策不斷出臺(tái)的情況下，體育產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。據(jù)國(guó)家體育總局統(tǒng)計(jì)，《意見》一年來，包括體育總局在內(nèi)的有關(guān)部門已經(jīng)出臺(tái)了15份配套文件，另有 8套文件已經(jīng)形成初稿。文件制定涉及發(fā)改委、公安部、新聞出版廣電總局、旅游局等多個(gè)部門。這些文件的制定和出臺(tái)，使廣受社會(huì)關(guān)注的賽事審批、賽事轉(zhuǎn)播、安保服務(wù)和大型體育場(chǎng)館等問題取得了階段性的進(jìn)展。

在地方貫徹方面，截至目前，已有31個(gè)省區(qū)市出臺(tái)了本地區(qū)的實(shí)施意見。2015年10月，國(guó)家體育總局局長(zhǎng)劉鵬在全國(guó)體育產(chǎn)業(yè)工作會(huì)上透露，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，各省（市、區(qū)）上報(bào)的2025年體育產(chǎn)業(yè)總規(guī)模總和已經(jīng)達(dá)到7億。

4.2資本搶奪核心資源

2015年8月27日，萬達(dá)集團(tuán)王健林以6.5億美元收購(gòu)了美國(guó)世界鐵人公司100%的股權(quán)。阿里巴巴獲得世俱杯冠名權(quán)的消息在2015年12月引起各方關(guān)注，而相同級(jí)別的爆炸性消息在年內(nèi)頻繁出現(xiàn)。過去一年，體育產(chǎn)業(yè)投資大幅增加，國(guó)內(nèi)、國(guó)際體育賽事核心資源成為哄搶的對(duì)象。

4.3體育方式多元化，娛樂化

隨著全民體育概念的提出，體育逐漸走向民間，體育的多元化，娛樂化也因此而加深。提高國(guó)民身體素質(zhì)是當(dāng)前的中國(guó)體育的根本目標(biāo)，為了使體育更加親民，越來越多的科技元素，娛樂元素加入原本一板一眼，枯燥無味的體育運(yùn)動(dòng)中。近年來，越來越多的體感設(shè)備與體育相結(jié)合，受到了廣大體育愛好者額歡迎，特別是一些由于場(chǎng)地限制的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如高爾夫，網(wǎng)球，在體感虛擬的環(huán)境中，都可以盡情的體驗(yàn)體育帶來的快樂。

5.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于體育增加其娛樂性

5.1為體育觀賽帶來娛樂體驗(yàn)

體育賽事最需要的莫過于身臨其境的現(xiàn)場(chǎng)感，通過自由切換，實(shí)時(shí)流暢的虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)直播，觀眾可以排除周邊的干擾，全身心、近距離地感受到圖像帶來的震撼感和沖擊力，觀賽體驗(yàn)比之收看傳統(tǒng)轉(zhuǎn)播大為提升。大大增加了觀賽的娛樂體驗(yàn)感。

5.2為體育訓(xùn)練娛樂訓(xùn)練方法

根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)， 通過相應(yīng)的三維圖形圖像庫(kù)構(gòu)架模擬訓(xùn)練環(huán)境， 包括訓(xùn)練場(chǎng)背景、比賽的場(chǎng)景、各種賽場(chǎng)裝置和相關(guān)人員等， 為受訓(xùn)者營(yíng)造一種逼真、生動(dòng)的立體訓(xùn)練環(huán)境。利用虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)出“有生命”的草坪，以增強(qiáng)臨場(chǎng)感覺， 達(dá)到模擬訓(xùn)練的效果， 提高訓(xùn)練質(zhì)量。于此同時(shí)，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)有沉浸感這一特性，運(yùn)動(dòng)員可以完全進(jìn)去虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)定的環(huán)境中，在這種環(huán)境可以增加體育訓(xùn)練的娛樂性，使原本枯燥的體育訓(xùn)練變得有趣起來，以此來提升運(yùn)動(dòng)員的練積極性。

很多國(guó)家訓(xùn)練隊(duì)都已經(jīng)在教學(xué)、訓(xùn)練中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如用Be-yondSport的VR技術(shù)對(duì)足球訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)時(shí)的沙盤演練、視頻分析、戰(zhàn)術(shù)復(fù)盤以幫助足球隊(duì)提升教學(xué)水平，且以后還計(jì)劃在更多球隊(duì)、賽事中推進(jìn)。通過大數(shù)據(jù)整合等為體育活動(dòng)提供戰(zhàn)術(shù)輔助訓(xùn)練，VR目前已經(jīng)在棒球、賽馬、橄欖球等多個(gè)項(xiàng)目得到廣泛應(yīng)用。由此可見，在不久的將來，VR設(shè)備有望成為各賽事職業(yè)俱樂部和球隊(duì)的剛需產(chǎn)品。

5.3為全民健身帶來新的娛樂方式

全民健康是國(guó)家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志。全民健身是實(shí)現(xiàn)全民健康的重要途徑和手段，是全體人民增強(qiáng)體魄、幸福生活的基礎(chǔ)保障。實(shí)施全民健身計(jì)劃是國(guó)家的重要發(fā)展戰(zhàn)略。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)想性這一特點(diǎn)，可以為參加大眾健身的用戶營(yíng)造一個(gè)有趣，娛樂的虛擬健身場(chǎng)景，在愉快的心情下完成健身。

目前基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的健身應(yīng)用層出不窮，Sanzaru開發(fā)的《VR體育挑戰(zhàn)》是這類體育游戲的一大代表。在該游戲中，借助Oculus Rift的動(dòng)作感應(yīng)手柄，玩家可以以第一人稱視角暢玩橄欖球、籃球、曲棍球和棒球等美國(guó)四大主流運(yùn)動(dòng)，游戲氣氛不亞于風(fēng)靡全球的《NBA嘉年華》。無獨(dú)有偶，美國(guó)公司Vir Zoom也推出了一套將健身單車、VR設(shè)備與小游戲結(jié)合起來的健身設(shè)備，創(chuàng)造出戴著VR眼鏡騎著單車開F1的奇效

6.總結(jié)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)將不斷滲入體育產(chǎn)業(yè)鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)，越來越多的公司開始滲入虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)，體育產(chǎn)業(yè)與虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合會(huì)越來越密切，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)的三大特性會(huì)完全顛覆傳統(tǒng)體育產(chǎn)業(yè)，為體育產(chǎn)業(yè)增加更多的娛樂性，推動(dòng)體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于技術(shù)紅利階段，只有未來過渡到內(nèi)容紅利階段，才算真正的站穩(wěn)了腳跟。希望虛擬現(xiàn)實(shí)能夠?yàn)轶w育產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的商業(yè)娛樂價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

在教學(xué)效果保障方面，作為現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的重要組成部分，虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)揮著不可替代的重要作用，并且其已經(jīng)被越來越多的人所關(guān)注。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)逐漸將可視化、多傳感交互以及3D數(shù)字等現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用其中，從而實(shí)現(xiàn)了用戶與逼真虛擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)交互，并對(duì)其虛擬對(duì)象進(jìn)行感知和操作，最終使得虛擬實(shí)驗(yàn)達(dá)到更加優(yōu)良的性能。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)以及虛擬實(shí)驗(yàn)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

作為計(jì)算機(jī)研究的一個(gè)新領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)是利用人的感知行為，如視覺、聽覺以及觸覺等為用戶戶提供一個(gè)虛擬的場(chǎng)景，并基于模擬的方式讓用戶沉浸于虛擬環(huán)境之中，然后與之進(jìn)行相互作用，而虛擬環(huán)境也會(huì)由此發(fā)生變化。目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)匯聚了多種高新關(guān)鍵技術(shù)，如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)以及人類行為學(xué)等。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以定義為：一種對(duì)人在自然環(huán)境中的各種行為，如聽、看以及運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行逼真模擬的人機(jī)接口技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要是利用高分辨顯示的可視化技術(shù)以及3D數(shù)字和傳感器交互技術(shù)，通過特定的設(shè)備，來生成一種逼真的虛擬環(huán)境，從而使得人能夠與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，并成為虛擬環(huán)境的一員，最終達(dá)到對(duì)虛擬對(duì)象進(jìn)行感知和操控的目的。

1.2 虛擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)際實(shí)驗(yàn)存在一個(gè)有形的實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)工具和實(shí)驗(yàn)對(duì)象。而相對(duì)于實(shí)際實(shí)驗(yàn)來說，虛擬實(shí)驗(yàn)指的是其實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)驗(yàn)對(duì)象都是無形的，并且主要是通過操作虛擬儀器來實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的具體操作。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，作為信息化時(shí)代的產(chǎn)物，虛擬實(shí)驗(yàn)有著更為優(yōu)越的性能和應(yīng)用前景：首先，虛擬實(shí)驗(yàn)具有透明性，其具有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一命令，能夠?qū)浻布?shù)據(jù)庫(kù)以及人員形成統(tǒng)一管理；其次，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚬蚕碣Y源，同時(shí)這也是虛擬實(shí)驗(yàn)的構(gòu)筑宗旨。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，用戶能夠通過數(shù)據(jù)庫(kù)、檢索系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件或者電子圖書館等工具，實(shí)現(xiàn)信息、軟件以及設(shè)備等資源的共享，從而縮減了投資，提高了用戶的效率；再次，虛擬實(shí)驗(yàn)在操作上能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)。不僅用戶之間能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)信息的溝通和交流，而且遠(yuǎn)程用戶也能夠?qū)?shí)驗(yàn)環(huán)境加以操作。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)還具有擴(kuò)展性、用戶自主性以及性能優(yōu)勢(shì)顯著的優(yōu)點(diǎn)。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建

2.1 分布式虛擬實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建分析

分布式虛擬實(shí)驗(yàn)是在物理設(shè)備分布式的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，其指的是將網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備相連接，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程操作以及分析的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。因此可以看出，分布式虛擬實(shí)驗(yàn)中，用戶并不擁有物理設(shè)備，其只需要利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作就可以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)，并獲得所需數(shù)據(jù)。

作為一個(gè)系統(tǒng)工程，分布式虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：虛擬儀器、數(shù)據(jù)分析、虛擬實(shí)驗(yàn)管理以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。

（1）利用個(gè)人主機(jī)，用戶能夠直接登入Internet，進(jìn)而通過瀏覽器來實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)的訪問，并進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；

（2）根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)入虛擬儀器控制臺(tái)；

（3）用戶根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的操作指令，來實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的輸入；

（4）虛擬儀器根據(jù)接收到的指令，來向物理儀器進(jìn)行參數(shù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理儀器對(duì)參數(shù)和指令的操作，最終完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；

（5）當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成之后，通過虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)⑺脭?shù)據(jù)反饋給遠(yuǎn)程用戶，而用戶則可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自由處理。

分布式虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴沟脙x器使用率大大提升。同時(shí)，其也有一定的缺陷，如它的系統(tǒng)開發(fā)較為復(fù)雜，且對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的依賴性很高，具有較高的維護(hù)成本。另外，它無法讓用戶感受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和過程，也就是其沒有直觀性和形象性。

2.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建分析

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的交互性，并能夠?yàn)橛脩籼峁└呒?jí)仿真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，真實(shí)感較強(qiáng)。因此，據(jù)此可以將基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)分為六個(gè)子模塊，并形成一個(gè)統(tǒng)一的工程，具體的系統(tǒng)模塊如圖1所示。

2.2.1 用戶管理子系統(tǒng)

該模塊分為三級(jí)，即管理員、教師和學(xué)生。該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類用戶信息的管理，并且可以對(duì)信息和用戶記錄進(jìn)行添加、修改和刪除。

2.2.2 教務(wù)管理子系統(tǒng)

該模塊主要是用來管理班級(jí)以及課程等這方面的基本教學(xué)信息，而且對(duì)這一模塊的使用，只有系統(tǒng)管理員才能實(shí)現(xiàn)。這一子系統(tǒng)主要分為課程實(shí)驗(yàn)管理以及班級(jí)信息管理兩個(gè)子模塊。

2.2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)

作為虛擬實(shí)驗(yàn)的核心模塊，該子系統(tǒng)主要包括具體實(shí)驗(yàn)庫(kù)、教學(xué)材料管理以及添加或者刪除實(shí)驗(yàn)功能這三個(gè)部分。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告子系統(tǒng)

對(duì)于這一模塊的使用，教師和學(xué)生都能夠?qū)崿F(xiàn)，且能夠完成不同的任務(wù)。如學(xué)生利用該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的提交以及修改，而教師利用該子系統(tǒng)則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)生報(bào)告的檢查和退回。另外，該模塊還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)報(bào)告提交的期限管理。

2.2.5 成績(jī)管理子系統(tǒng)

該模塊主要是用來評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的。

2.2.6 在線討論子系統(tǒng)

通過BBS方式，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生和教師之間的交流和溝通，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

3 結(jié)語

綜上所述，由于虛擬實(shí)驗(yàn)具有透明性，能夠共享資源，在操作上能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)，而且還具有擴(kuò)展性、用戶自主性以及性能優(yōu)勢(shì)顯著的優(yōu)點(diǎn)。因此，今天的研究中必須加大對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)的探索，從而為技術(shù)的不斷更新提供有利條件。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);教學(xué)實(shí)踐;三個(gè)基本;點(diǎn)面結(jié)合

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,簡(jiǎn)稱VR)主要采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境(Virtual Environment,簡(jiǎn)稱VE),用戶借助必要的設(shè)備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環(huán)境中的實(shí)體對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構(gòu)想(Imagination)特性。交互特性強(qiáng)調(diào)參與者通過專用設(shè)備以人類自然方式與VE中的對(duì)象進(jìn)行相互操作;沉浸特性要求計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境能使參與者產(chǎn)生置身其中的體驗(yàn);構(gòu)想特性是指虛擬環(huán)境能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并輔助產(chǎn)生創(chuàng)新思維。

二十世紀(jì)六十年代初,“圖靈獎(jiǎng)”獲得者,被稱為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父的美國(guó)科學(xué)家Ivan Sutherland發(fā)表“終極顯示”論文提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念,自此,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)歷經(jīng)一系列里程碑式的理論、方法與技術(shù)研究工作,并取得了重大工程應(yīng)用成果。今天虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛,主要包括三大應(yīng)用方向,即訓(xùn)練演練、規(guī)劃設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行作戰(zhàn)指揮模擬,宇宙飛船、飛機(jī)、艦船模擬駕駛訓(xùn)練,飛機(jī)、導(dǎo)彈、輪船等復(fù)雜系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)與制造,城市環(huán)境規(guī)劃及其建筑物的展示,手術(shù)培訓(xùn)與導(dǎo)航,游戲動(dòng)漫與影視制作等。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的學(xué)科綜合性、交叉性強(qiáng),是可以拉動(dòng)多學(xué)科發(fā)展,不斷產(chǎn)生新思想、新技術(shù),具有廣泛和重大應(yīng)用前景的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)確定為信息領(lǐng)域優(yōu)先支持的三大前沿技術(shù)之一。

2課程的特點(diǎn)

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院從1994年開始從事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域的研究,取得許多創(chuàng)新成果,在相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域產(chǎn)生了較大影響,逐步形成了北航計(jì)算機(jī)學(xué)院一個(gè)新的優(yōu)勢(shì)學(xué)科方向。作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用本科生的專業(yè)限選課程,“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”課程教學(xué)已經(jīng)講授了5年。本課程的教學(xué)目的是通過對(duì)有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)問題、典型研究工作的介紹,使學(xué)生了解當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì);通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)基本原理、基本算法、開發(fā)方法、主流系統(tǒng)的介紹,使學(xué)生掌握虛擬現(xiàn)實(shí)主要技術(shù)、開發(fā)環(huán)境與平臺(tái);以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究工作為主要實(shí)踐教學(xué)支撐,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防部門對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)ｉT人才的需求。虛擬現(xiàn)實(shí)課程具有以下特點(diǎn):

2.1學(xué)科交叉性、綜合性強(qiáng)

國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要指出:“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重點(diǎn)研究心理學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、電子學(xué)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合的技術(shù),研究醫(yī)學(xué)、娛樂、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造等多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)。”虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程科學(xué)與先進(jìn)制造技術(shù)等學(xué)科中孕育并實(shí)現(xiàn)跨越,逐步發(fā)展成熟,涉及心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)等,學(xué)科交叉性、綜合性強(qiáng),如圖1所示。

2.2數(shù)理基礎(chǔ)要求高

虛擬現(xiàn)實(shí)課程的許多理論、方法和技術(shù)涉及大量的數(shù)學(xué)公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中所涉及的計(jì)算機(jī)圖形學(xué),基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中所涉及的圖像處理和信號(hào)處理技術(shù),在建模技術(shù)中涉及的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等,都需要學(xué)生具備深厚的數(shù)理基礎(chǔ)。

2.3創(chuàng)新思維豐富

虛擬現(xiàn)實(shí)被眾多學(xué)者認(rèn)為是科學(xué)研究與工程實(shí)踐中理論和實(shí)驗(yàn)方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達(dá)的宏觀或微觀環(huán)境,進(jìn)行研究和體驗(yàn);在虛擬環(huán)境下進(jìn)行逼真的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、訓(xùn)練演練,作出評(píng)價(jià)和決策,其與生俱來的構(gòu)想特性能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并產(chǎn)生創(chuàng)新思維。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于多學(xué)科交叉性,在不同學(xué)科交叉融合中源源不斷地產(chǎn)生新思想、新方法。

2.4工程應(yīng)用突出

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)既有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和方法,也有大量的典型算法,同時(shí)又是一門應(yīng)用牽引強(qiáng),各種開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)用工具豐富,人機(jī)交互設(shè)備多,軟硬件結(jié)合與系統(tǒng)集成占相當(dāng)比重的課程。

2.5課程內(nèi)容多課時(shí)緊

本課程是本科生計(jì)算機(jī)應(yīng)用方向的限選課程,在本科四年級(jí)上學(xué)期開設(shè),其間正值學(xué)生考研復(fù)習(xí)準(zhǔn)備階段,課時(shí)總計(jì)36學(xué)時(shí),課內(nèi)教學(xué)18學(xué)時(shí)、課外實(shí)踐18學(xué)時(shí),授課時(shí)間十分緊張。

3教學(xué)內(nèi)容安排

我們經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐,在不斷與學(xué)生教與學(xué)交互的活動(dòng)中,結(jié)合自身學(xué)科研究特色,總結(jié)、完善主要教學(xué)內(nèi)容,形成了如下的教學(xué)大綱:

第一章:概論(2h)

問題的提出、名詞術(shù)語、虛擬現(xiàn)實(shí)特征、里程碑工作和研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)外典型應(yīng)用實(shí)例。

第二章:虛擬現(xiàn)實(shí)硬件與系統(tǒng)(2h)

虛擬現(xiàn)實(shí)輸入設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)輸出設(shè)備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡(jiǎn)稱GPU)、典型沉浸式交互系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)例。

第三章:基于圖形的虛擬現(xiàn)實(shí)建模與開發(fā)技術(shù)(6h)

視覺感知相關(guān)基本概念、場(chǎng)景表示與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、CREATOR建模軟件與合成自然環(huán)實(shí)例、場(chǎng)景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發(fā)軟件、虛擬場(chǎng)景漫游應(yīng)用程序開發(fā)實(shí)例。

第四章:基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)建模與繪制技術(shù)(2h)

IBMR技術(shù)與全光函數(shù)、全景圖像與柱面全景圖像實(shí)例、同心拼圖方法。

第五章:人工生命-人工魚實(shí)例(2h)

人工魚的總體方案、人工魚的生物力學(xué)分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環(huán)境建模、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、逼真性與效率權(quán)衡。

第六章:虛擬人技術(shù)(2h)

人體抽象模型與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、逼真運(yùn)動(dòng)獲取與表示、運(yùn)動(dòng)約束與重用、虛擬人技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。

第七章:分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(2h)

DIS技術(shù)與IEEE1278、HLA技術(shù)與IEEE1516、分布交互仿真程序開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例。

教學(xué)實(shí)踐與課外教學(xué)安排:(18h)

課外研讀學(xué)習(xí)OpenGL、構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)漫游程序;參觀虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,觀看演示、操作實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)備,了解當(dāng)前主要研究方向和趨勢(shì)。

4教學(xué)實(shí)踐與思考

針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)課程的上述特點(diǎn),我們?cè)谡n程的教學(xué)活動(dòng)中形成了“突出三個(gè)基本,注重融會(huì)貫通;點(diǎn)面結(jié)合,各有側(cè)重;結(jié)合實(shí)例,促進(jìn)創(chuàng)新思維”的教學(xué)思路。

4.1突出三個(gè)基本,注重融會(huì)貫通

在教學(xué)中突出三個(gè)基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現(xiàn)實(shí)課程的諸多內(nèi)容來自不同的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對(duì)于這部分內(nèi)容在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)有意識(shí)進(jìn)行聯(lián)系,分析講解,努力讓學(xué)生融會(huì)貫通。以細(xì)節(jié)層次概念(LOD)為例,細(xì)節(jié)層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復(fù)雜程度(常常以多邊形數(shù)來衡量)各不相同的實(shí)體細(xì)節(jié)層次模型來描述對(duì)象,在運(yùn)行時(shí)根據(jù)一些主客觀標(biāo)準(zhǔn)在這些LOD模型間進(jìn)行切換,實(shí)時(shí)改變場(chǎng)景的復(fù)雜度,從而能夠繪制效率與效果的平衡,該方法需要解決模型間切換時(shí)產(chǎn)生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復(fù)雜光照模型實(shí)時(shí)繪制等研究工作中也引入和應(yīng)用了同樣的原理,因此在講解細(xì)節(jié)層次概念時(shí)進(jìn)行舉一反三,加深學(xué)生對(duì)這一滿足逼真性和繪制實(shí)時(shí)性普適基本方法的理解,進(jìn)一步可以引伸出連續(xù)細(xì)節(jié)層次方法以及與視點(diǎn)相關(guān)的遞進(jìn)傳輸技術(shù)如何滿足基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題。這樣教學(xué)思路始終貫徹在七維全光函數(shù)降維、八叉樹的數(shù)據(jù)組織方法等諸多教學(xué)內(nèi)容中,以達(dá)到融會(huì)貫通的目的。

4.2點(diǎn)面結(jié)合,各有側(cè)重

虛擬現(xiàn)實(shí)課程涉及學(xué)科眾多,內(nèi)容十分豐富,有限的課時(shí)內(nèi)做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學(xué)大綱基本覆蓋虛擬現(xiàn)實(shí)的主要研究分支,重點(diǎn)是基于圖形和基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在其他課程有重點(diǎn)講授,不過多涉及。其次注重對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究重點(diǎn)、熱點(diǎn)問題,以及當(dāng)前的主流設(shè)備、開發(fā)工具與平臺(tái)介紹。通過發(fā)揮授課教師的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)背景,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室多年的研究工作進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的深入講解。例如在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)室在該方向上開展了長(zhǎng)達(dá)十年的研究工作,研究成果既體現(xiàn)了該內(nèi)容的基本方法、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),又體現(xiàn)了當(dāng)前的最新研究成果。該內(nèi)容的教學(xué)從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術(shù)的對(duì)比,重點(diǎn)講解分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何應(yīng)用數(shù)據(jù)抽象與封裝、與訂購(gòu)、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術(shù)解決大規(guī)模交互仿真問題,進(jìn)一步引伸介紹目前該方向的研究進(jìn)展,讓同學(xué)了解當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題。

4.3結(jié)合實(shí)例,促進(jìn)創(chuàng)新思維

虛擬現(xiàn)實(shí)是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù),不同學(xué)科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創(chuàng)新尤為明顯。因此在講授具體內(nèi)容的同時(shí),應(yīng)介紹該研究工作和成果產(chǎn)生的背景,體現(xiàn)交叉創(chuàng)新、集成創(chuàng)新思路,啟迪同學(xué)的創(chuàng)造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標(biāo)。在課程綜述中重點(diǎn)介紹信息資源環(huán)境的智能化、普適化、協(xié)同化、沉浸化發(fā)展的各個(gè)不同歷史時(shí)期代表性工作,以及仿真技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等學(xué)科對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的重要貢獻(xiàn),突出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)交叉融合的特性。將具體的課程知識(shí)點(diǎn)講授融入到典型實(shí)例中,人工生命課程教學(xué)中以ACM優(yōu)秀博士論文工作為基礎(chǔ),講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環(huán)境建模等,目的在于突出建模內(nèi)涵的寬泛性和在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學(xué)分析、總體方案設(shè)計(jì),行為與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),歸納總結(jié)出多學(xué)科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創(chuàng)新所在。在講授虛擬人技術(shù)時(shí),首先提出逼真人體運(yùn)動(dòng)復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性這一矛盾,引入機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)以及信號(hào)與系統(tǒng)中的信號(hào)處理方法,重點(diǎn)介紹借鑒其他學(xué)科方法解決虛擬人運(yùn)動(dòng)重用和大規(guī)模人群等關(guān)鍵問題,強(qiáng)調(diào)借鑒啟迪是創(chuàng)新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環(huán)境中同樣貫徹了結(jié)合實(shí)例,促進(jìn)創(chuàng)新思維這一教學(xué)思路。

5結(jié)論與展望

“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”涉及面寬、內(nèi)容十分豐富,同時(shí)發(fā)展迅速,應(yīng)用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個(gè)需要不斷探討、研究總結(jié)的教學(xué)課題。筆者在多年的教學(xué)活動(dòng)中,通過教與學(xué)的交流,不斷總結(jié)形成了一些教學(xué)思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實(shí),主要包括兩個(gè)方面內(nèi)容:(1)如何做好虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、圖像處理技術(shù)的銜接;(2)如何利用好虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究環(huán)境、軟硬件資源以進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。我們將在今后繼續(xù)研究探索,以解決這些重要問題。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙沁平. DVENET分布式虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)與開發(fā)工具[M]. 北京:科學(xué)出版社,2004.

第9篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：建環(huán)專業(yè);實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）05-0106-02

引言

虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的信息技術(shù)，能夠模擬真實(shí)設(shè)備或系統(tǒng)的工作過程，具有信息量大、生動(dòng)形象、身臨其境、實(shí)時(shí)交流等特征。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容[1]，促進(jìn)當(dāng)前教育模式、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程是一個(gè)典型工科類的專業(yè)，在人才培養(yǎng)中普遍存在“重設(shè)計(jì)、輕實(shí)踐”等問題，強(qiáng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型的實(shí)用人才，是社會(huì)對(duì)建環(huán)專業(yè)教學(xué)改革的迫切要求。將虛擬仿真技術(shù)的引入到建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的存在問題，提高建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，是值得研究和探索的課題。

一、建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上是傳統(tǒng)模式[2]，存在實(shí)驗(yàn)課時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段單一等諸多問題。實(shí)驗(yàn)類型多以驗(yàn)證性、演示型為主，學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)，往往敷衍了事。為了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，很多學(xué)校做出積極探索和改革[3-4]，如獨(dú)立設(shè)置專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程、改革實(shí)驗(yàn)考核模式、開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、增加生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。雖然這些努力對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起到了一定作用，但是，建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展中存在瓶頸：

1.受實(shí)驗(yàn)室條件限制，很難開設(shè)交叉性專業(yè)實(shí)驗(yàn)。

暖通空調(diào)系統(tǒng)形式多樣、構(gòu)成復(fù)雜、設(shè)備龐大、維護(hù)費(fèi)用高，受實(shí)驗(yàn)室空間和資金的限制，很難建設(shè)較為綜合的暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生對(duì)系統(tǒng)整體性和在工程中的實(shí)際運(yùn)行缺少全面性認(rèn)識(shí)。

2.受生產(chǎn)與安全條件限制，生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)效果很難達(dá)到預(yù)期要求。

為了彌補(bǔ)交叉性專業(yè)實(shí)驗(yàn)的不足，很多學(xué)校加強(qiáng)了生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。但是，由于實(shí)際工程環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)大、操作安全要求高，企業(yè)出于經(jīng)濟(jì)效益和安全考慮，不可能同意把在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，只能是走馬觀花的參觀式教學(xué)，實(shí)際教學(xué)效果不佳。

3.受師資力量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大打折扣。

大多數(shù)學(xué)校建環(huán)專業(yè)每年招生2個(gè)班以上，有的學(xué)校甚至達(dá)到4個(gè)班。當(dāng)學(xué)生人數(shù)多時(shí)，而師資力量有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限時(shí)，如何安排好學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且能夠激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性、積極性是一件非常困難的事情。

二、建環(huán)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

虛擬仿真技可以生動(dòng)形象地復(fù)現(xiàn)各類復(fù)雜的暖通空調(diào)系統(tǒng)，有效解決建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)改革的瓶頸問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不受實(shí)驗(yàn)室條件的限制、生產(chǎn)與安全條件的限制、師資與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，可以實(shí)現(xiàn)在課堂和實(shí)驗(yàn)室中無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過程，拓展實(shí)驗(yàn)類型，開展豐富多樣的專業(yè)交叉性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

建環(huán)專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將帶來如下優(yōu)勢(shì)：①能營(yíng)造出一種仿真式與交互式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不用考慮實(shí)驗(yàn)室面積、投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，使得實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)大大降低。②能展現(xiàn)建環(huán)專業(yè)的最前沿技術(shù)，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。③擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和深度，突破課堂教學(xué)難點(diǎn)。④去除了繁雜的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，節(jié)省去人力、物力，更有效利用師資力量。⑤可以反復(fù)訓(xùn)練，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供平臺(tái)，提高學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)主動(dòng)思考。

對(duì)于實(shí)踐教學(xué)而言，不同層次的實(shí)踐教學(xué)可以用不同層次的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行模擬。在專業(yè)基礎(chǔ)課程中的實(shí)踐教學(xué)可以使用簡(jiǎn)單、高效、成本低廉的傳統(tǒng)仿真技術(shù)來完成，對(duì)于專業(yè)核心課程的實(shí)踐教學(xué)或綜合性實(shí)驗(yàn)，可采用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

三、建環(huán)專業(yè)領(lǐng)域的常用仿真技術(shù)

仿真技術(shù)以低成本、高開放性和廣泛適用性等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在建環(huán)專業(yè)相關(guān)的科研領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用和研究，很多仿真軟件被用于暖通空調(diào)的仿真建模，主要分為以下三個(gè)方面：

1.建筑室內(nèi)環(huán)境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等軟件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型，能夠準(zhǔn)確模擬所研究對(duì)象內(nèi)的空氣流動(dòng)、傳熱和污染等物理現(xiàn)象。Airpak則是專門面向HVAC領(lǐng)域的室內(nèi)環(huán)境仿真軟件，在功能上沒有Fluent全面，但是比Fluent更易于建環(huán)專業(yè)人員使用。

2.建筑或空調(diào)系統(tǒng)能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等軟件，其中EnergyPlus和DeST在我國(guó)應(yīng)用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的優(yōu)點(diǎn)，采用集成同步的負(fù)荷/系統(tǒng)/設(shè)備的模擬方法。DeST基于狀態(tài)空間法理論，利用多區(qū)熱質(zhì)平衡算法和三維動(dòng)態(tài)傳熱算法模擬建筑能耗。

3.暖通空調(diào)系統(tǒng)性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等軟件。TRNSYS模塊化結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬軟件，內(nèi)置了200多個(gè)功能性子程序，目前應(yīng)用最為普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系統(tǒng)模擬軟件，能夠很好解決因果類仿真平臺(tái)的代數(shù)循環(huán)問題，而且具備將建模和數(shù)值方法的理想解耦，適用于開發(fā)復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)仿真模型。

可見，仿真技術(shù)已經(jīng)在建環(huán)專業(yè)科研領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，可以模擬建筑室內(nèi)復(fù)雜的熱環(huán)境，仿真各種復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)，為暖通空調(diào)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

四、建環(huán)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r

仿真技術(shù)是用來構(gòu)建仿真系統(tǒng)的物理模型，真實(shí)反映出實(shí)際系統(tǒng)的特性。對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來說，必須有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等軟件平臺(tái)開發(fā)，使學(xué)生可直接參與，探索仿真對(duì)象的變化過程。目前，雖然建環(huán)專業(yè)領(lǐng)域的仿真研究很多，但主要應(yīng)用于科研領(lǐng)域;建環(huán)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)很少，尚處于初步探索階段。

美國(guó)可持續(xù)建筑性能研究所開發(fā)了LearnHVAC軟件，如圖1所示。學(xué)生可以對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬操作，包括短期控制模擬，長(zhǎng)期能耗模擬，分析系統(tǒng)故障。教師可以自定義暖通空調(diào)系統(tǒng)的模擬場(chǎng)景，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理。目前，LearnHVAC只是可發(fā)了變風(fēng)量系統(tǒng)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在國(guó)內(nèi)，山東建筑大學(xué)開發(fā)了太陽(yáng)能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，只側(cè)重于對(duì)原理的認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)功能簡(jiǎn)單;合肥工業(yè)大學(xué)楊善林教授將組件技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)的計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研發(fā)過程中，其開發(fā)方法能夠?qū)μ摂M仿真軟件有一個(gè)很好的參考作用[5];湖北工業(yè)大學(xué)以BIM技術(shù)、信息技術(shù)為支撐，組建了綠色建筑全生命周期虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[6]。

目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)逐漸得到重視，很多大學(xué)已經(jīng)開展了相關(guān)調(diào)研，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、研究虛擬仿真教學(xué)方法等工作已經(jīng)逐步開展。

五、結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)是當(dāng)前高等教育的重要教學(xué)手段，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)必將推動(dòng)建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，如何與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，設(shè)置合理的實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃，開發(fā)創(chuàng)新性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，將是近年來建環(huán)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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