分布式交互仿真技術精選(九篇)
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第1篇：分布式交互仿真技術范文
[關鍵詞] HLA；OPNET；Simulink；光電著艦引導；仿真；數據鏈
概述
與陸基飛機的著陸相比，艦載機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系統是保障艦載機安全、高效使用的前提。基于多種光電傳感器的著艦引導系統是一種有效途徑，并在美、法等國成功實現了研制和裝備。光電著艦引導設備是以高精度激光測距/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設計的多傳感器一體化光電引導技術。該技術使用激光測距/跟蹤儀完成著艦飛機的距離、方位角、高低角的精密測量。
航空母艦全天候著艦引導控制系統原理結構如圖1-1所示。
本論文利用HLA思想結合matlab和opnet仿真平臺對光電著艦引導系統及引導數據鏈進行仿真，設計光電著艦引導仿真系統，并與已有的航母甲板運動仿真系統和飛行仿真系統交聯，構建光電著艦引導飛行控制仿真驗證系統。
1.光電著艦引導仿真系統設計
光電著艦引導仿真系統設計采用分布式仿真體系HLA構建。HLA按照面向對象的思想和方法來構建仿真系統并劃分仿真成員，構建仿真聯邦。
根據仿真需求，將本文仿真系統的任務想定為如下情景：
艦載機到達離航母8n mile處，光電著艦引導系統測得飛機的方位角、仰角以及距航母距離，通過引導數據鏈送至艦載機任務系統，由飛機飛行控制系統引導飛機至離航空母艦0.75n mile處，使飛機進入光波束助降的人工著艦引導區。
根據想定，仿真系統主要由四個聯邦成員組成：光電著艦引導仿真分系統、引導數據鏈仿真分系統、航母甲板運動仿真系統、飛行仿真系統。具體的聯邦結構圖如圖2所示：
其中，光電著艦仿真分系統采用matlab simulink平臺仿真設計，采用RTW工具箱構成實時仿真系統，并采用matlab_HLA工具箱與HLA RTI交互。
引導數據鏈仿真分系統采用opnet平臺仿真設計，采用opnet_HLA接口與HLA交互。
2.光電著艦引導仿真模塊設計
光電著艦仿真系統主要完成如下功能：
（1）能夠通過以太網與航母運動仿真系統以及艦載機運動仿真系統配合使用，接收和處理來自航母運動（包括縱搖角、橫搖角、艏向角等信息）和艦載機運動仿真系統（包括相對艦船距離、運動速度等信息）的數據；
（2）仿真激光測角、測距性能，形成著艦引導方位偏差信號、下滑偏差信號、距離信號；
光電著艦仿真系統主要包括兩個單元：外部數據接收與處理模塊、 激光設備模擬模塊。外部數據接收和處理模塊不斷接收由××型艦航母運動仿真系統傳遞的艦體運動信號（包括航母的縱搖角、橫搖角、艏向角等信息），對影響艦載機著艦的相關信息進行匯總和處理，再將處理后的信息直接傳輸至激光設備模擬模式，信號處理模塊對艦體運動信號及制導信號進行分析處理,得出艦面設備發送過來的數據,通過坐標轉換等運算，計算得到飛機著艦所需要的各個數據，包括當前下滑飛行的方位偏差、仰角等信息，形成著艦引導方位偏差信號、下滑偏差信號，最后將相關信號信息通過905數據鏈仿真系統傳輸至飛控計算機或在顯示屏上顯示。
光電著艦仿真系統采用Matlab/Simulink工具箱開發，并利用MATLAB的實時工具箱RTW（Real-Time Workshop）實現控制任務， RTW采用專用的實時內核代替WINDOWS操作系統接管實時控制任務，可將Intel 80x86/Pentium計算機或PC兼容機轉變為一個實時系統，內核任務換行的最小周期是1ms，可以滿足仿真的實時性要求。RTW使用外部模式用于實現Simulink模型框圖與外部實時程序通訊。使用外部模式，用戶可以通過Simulink模型框圖對外部程序進行實時參數調整，或通過Simulink提供和各種顯示模塊對外部程序進行實時監視。
光電著艦仿真系統與其它系統的數據交互采用matlab_HLA工具箱與HLA交互。
3.引導數據鏈仿真分系統設計
引導數據鏈仿真分系統采用opnet平臺仿真設計，采用opnet_HLA接口與其它模塊交互。
3.1引導數據鏈opnet仿真實現
OPNET 網絡仿真工具采用離散事件驅動的仿真機制，允許用戶使用有限狀態機（FSM,Finite State Machine）開發自己的協議。用戶建模時采用進程、節點、網絡三層建模機制。其中最底層為進程模型，它以有限狀態機來描述協議，用于模擬單個對象的行為；其次為節點模型，由相應的協議模型構成，反映設備特性，通過它可將進程模型中的對象互聯成設備；最上層為網絡模型，用于將設備互聯組成網絡。
引導數據鏈仿真節點模型包括數據發送節點和數據接收節點，其中數據發送節點如圖3所示。其中tx-gen模塊產生數據鏈數據包，radio-tx為無線發射機，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進行基于HLA分布式仿真的工作量，OPNET提供了一個 HLA接口，用戶只需要在仿真場景中加入該接口就可以將OPNET作為一個聯邦成員加入到HL A聯邦中。如圖4所示為OPNET HLA仿真接口在數據鏈仿真中的作用
4.結束語
本文基于分布式交互體系HLA結構，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，對光電著艦引導仿真系統進行了設計，可用于激勵已有機載飛行仿真系統，構成人在環的半物理仿真試驗系統，滿足進行著艦飛行仿真試驗的相關要求。
參考文獻：
[1]劉強,匡鏡明,王華. 基于HLA的分布式軍事通信網仿真[J].計算機工程,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范文
[關鍵詞]計算機仿真電子商務仿真
電子商務作為一個新興領域,各個院校在電子商務專業建設中,培養目標和課程體系不是完全統一，因此側重點是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實踐的現象非常嚴重,不利于電子商務人才地培養。原因很簡單，就是實踐的電子商務平臺很難搭建，應用仿真技術可以解決這一問題。利用計算機技術、網絡技術等現代信息技術從事商務活動,突出學生的動手能力,培養融IT與商務于一身的高素質復合型人才。
隨著互聯網的全面普及，基于互聯網的電子商務也應運而生，并在近年來獲得了巨大的發展，成為一種全新的商務模式，被許多經濟專家認為是新的經濟增長點。這種電子商務模式對管理水平、信息傳遞技術都提出了更高的要求，其中安全體系的構建又顯得尤為重要。如何建立一個安全、便捷的電于商務應用環境，對信息提供足夠的保護，是商家和用戶都十分關注的話題。
一、概述
計算機仿真技術可以為學生提供虛擬的仿真情境,為學生創設一種開放的、主動的、發現式的探索式的學習環境,發展學生的高級思維能力和問題解決能力,從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結論。計算機仿真可以在很大程度上激發學生的高水平思維活動,讓學生通過反省性的、高水平的思維活動來建構深層的、靈活的、真正的知識,近幾年,計算機模擬教學在國內外的電子商務課程中屢見不鮮,但仿真教學在計算機教學中的應用、尤其是在計算機網絡課程中的應用還處于探索研究的階段,將計算機模擬應用于教學活動中,往往能夠收到事半功倍的效果。
電子商務引起人們的普遍關注，細說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務網絡仿真實驗室可以提供一個真實的環境,在這個環境中,學生可以模擬電子商務的各種活動。因此,電子商務網絡仿真實驗室具有可操作性、仿真性及適應性強的特點。可操作性,是指電子商務網絡仿真實驗室中的計算機所需軟件;仿真性,是指學生在電子商網絡實驗室的計算機上安裝了相關軟件后,能夠模擬IT環境,進行各種電子商務活動等;適應性強,是指電子商務網絡仿真實驗室能夠成為與電子商務相關的多門課程的實習實訓基地。在電子商務網絡仿真實驗室,學生可以學習基本的電子商務網站的建設流程。
二、計算機仿真技術
計算機仿真技術(computer?simulation?technology)是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統（尤其是復雜系統）的重要工具。計算機仿真，是在研究系統過程中，根據形式性原理，利用計算機來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實的系統，也可以是設想中的系統。傳統的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設態勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，根據判斷的情況來修改模型和有關的參數。在沒有計算機以前，仿真都是利用實物或者它的模型來進行研究的，這種方法的優點是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計算機仿真是將研究對象進行數學描述，建模編程，且在計算機上運行實現。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現代化生產建設中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經濟效益。
計算機仿真技術的核心是按系統工程原理建立真實系統的計算機仿真模型，然后利用模型代替真實系統在計算機上進行實驗和研究。由于近年來信息技術的發展特別是高性能海量并行處理技術，可視化技術，分布處理技術，多媒體技術，虛擬現實技術的發展，使得建立人——機——環境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發展，形成了一些新的研究仿真方法熱點，如：定性仿真方法；面向對象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人——機和諧仿真環境建立方法學。
三、電子商務網絡仿真實驗室
利用仿真技術可以構建電子商務仿真實驗室，通用的通信網絡硬件實驗平臺《計算機網絡》或《計算機網絡與通信》是計算機專業的必修專業課程。它的實驗主要是從以下幾個方面進行設計的:網絡技術做實驗:它包括網絡布線與制作,計算機操作系統的安裝與配置,局域網的設計與實現,廣域網的設計與實現。其目的主要是讓學生了解常用網絡的設備的連接、安裝與配置。通過設計、連線和配置,完成網絡數據通信實驗。計算機網絡原理的模擬與仿真:計算機網絡模型,有許多協議支持實現,每種協議實現都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實驗,這種實驗通常用軟件加以實現,但同時也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學生通過實驗對算法應用理解更深刻。如:數據鏈路層的連續ARQ,網絡安全中的加密算法等。網頁虛擬實現交互指導實驗:有些網絡設備費用很高,也沒有必要全部實做,設計一些虛擬網頁,通過網絡的操作達到實驗的目的。如:網絡的測試儀的使用,高端網絡設備的使用和配置等。
在教學應用中，通過仿真技術不但可以節約教學成本，而且能取得良好的教學效果。
四、結束語
第3篇：分布式交互仿真技術范文
【關鍵詞】高層體系結構；聯邦開發；想定推演
1.引言
當前，計算機仿真憑借其可控性、安全性、無破壞性、可重復性和經濟性等特點，已廣泛應用于國防、交通、經濟、天氣預報等諸多行業的重要領域，進行大型系統分析、評估、測試、研究、研制和技術訓練等工作。由于需要仿真系統解決的問題越來越復雜，靠單個仿真系統已無法解決，所以需要依靠多個仿真系統聯合起來進行協同仿真。
高層體系結構HLA（High Level Architec-ture）是最新發展的先進分布仿真技術（Advanced Distributed Simulation，ADS），用來構建仿真通用技術框架，支持不同仿真應用間的互操作和仿真部件的可重用。它的特點是通過支撐環境（Run Time Infrastructure，RTI）提供通用的、相互獨立的支撐服務程序，將仿真應用層同底層支撐環境功能分離開，隱蔽各自的實現細節。實現各種類型的仿真系統間的互操作、仿真系統及其部件的重用，從而將構造仿真、虛擬仿真和實況仿真集成到一個綜合環境中，以滿足各種類型仿真的需要[1]。
2.高層體系結構HLA分析
HLA是以標準化、規范化的對像模型模板OMT（Object Model Template）的形式定義和描述仿真實體的對象信息和交互信息，為完成復雜的不同類型特征的綜合仿真應用任務，提供了比較好的互操作性和資源的可重用性。
HLA通過支撐環境RTI提供通用的、相對獨立的支撐服務程序，將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層通信傳輸三者分離，從而實現仿真應用同底層的支撐環境分開，隱藏各自的實現細節，使各部分可以相對獨立地進行開發，并能充分利用各自領域的先進技術實現標準的功能和服務，適應新技術的發展[2]。同時，HLA可實現應用系統的即插即用，有利于新的仿真系統的集成和管理，并能根據不同的用戶需求和應用目的，實現聯邦的快速組合和重新配置，為聯邦范圍內的互操作和重用提供了保障。
聯邦（Federation）是指用于達到某一特定仿真目的的分布式仿真系統，它由若干相互作用的聯邦成員（簡稱成員）構成。聯邦成員是指所有參與聯邦運行的應用程序都可以稱為聯邦成員。聯邦中的成員有多種類型，如用于聯邦數據采集的數據記錄器，用于和實物接口的實物仿真成員，用于管理聯邦的聯邦管理器等等[3]。
2.1 HLA的對象模型模板功能
HLA采用對象模型（OM Object Model）來描述聯邦及聯邦中的每一個聯邦成員，它描述了聯邦在運行過程中需要交換的各種數據及相關信息。對象模型模版（OMT）采用一種統一的表格來規范對象模型的描述。
在HLA OMT中定義了兩類對象模型：一類是描述仿真聯邦的聯邦對象模型（FOM，Federation Object Model）；另一類是描述聯邦成員的成員對象模型（SOM，Simulation Object Model）。這兩種對象模型的主要目的都是促進仿真系統間的互操作和仿真部件的重用。
聯邦對象模型FOM主要提供聯邦成員之間用公共的、標準的格式進行數據交換的規范，它描述了在仿真運行過程中將參與聯邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數的特性。HLA FOM的所有部件共同建立了一個實現聯邦成員間互操作所必須的“信息模型協議”。
成員對象模型SOM是單一聯邦成員的對象模型，它描述了聯邦成員可以對外或需要定購的對象類、對象類屬性、交互類、交互參數的特性，這些特性反映了成員在參與聯邦運行時所具有的能力。基于OMT的SOM開發是一種規范的建模技術和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于對已開發的仿真資源的再利用，能夠促使建模走向標準化[4]。
2.2 HLA的對象模型模板組成
HLA對象模型是由一組以表的形式進行規范化描述的部件組成的。HLA OMT由對象模型標識表、對象類結構表等九個表組成。其中：（1）對象模型標識表：記錄與HLA對象模型相關的重要標識信息；（2）對象類結構表：記錄所有聯邦或聯邦成員對象類的名稱，并且描述了類與子類的關系；（3）交互類結構表：記錄所有聯邦或聯邦成員交互類的名稱，描述了類與子類的關系；（4）屬性表：記錄聯邦或聯邦成員中對象屬性特性；（5）參數表：記錄聯邦或聯邦成員中交互參數的特性；（6）枚舉數據類型表：用來對出現在屬性表/參數表中枚舉數據類型進行說明；（7）復雜數據類型表：用來對出現在屬性表/參數表中的復雜數據類型進行說明；（8）路徑空間表：用來指定聯邦中對象類屬性和交互類的路徑空間；（9）FOM/SOM術語詞典：用來記錄上述各表中使用的所有術語的定義[5]。
3.基于HLA的想定推演仿真系統分析與設計
3.1 想定推演模型分析
想定推演就是通過計算機提供直觀逼真的任務環境，模擬在一定任務背景下，針對未來可能發生的情況進行模擬應對。使指揮人員能夠熟悉任務環境，檢驗和完善想定預案，并對預案進行論證評估和補充完善，從而不斷啟發新的應對指揮思想，通過仿真訓練，進一步提高應對實際突況的能力。
在整個仿真系統的開發中涉及到多種模型，其中想定推演的建模過程如圖1所示。
概念模型是對真實世界的第一次抽象，其目的主要是為本領域專家和仿真開發技術人員提供一個溝通的橋梁。借助概念模型，仿真開發技術人員可以獲取所仿真的真實世界系統的細節信息。
仿真模型和具體的仿真應用有關，是聯邦運行的基本元素，負責仿真的運行管理、實體的處理以及對外信息交換等。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范化的描述，就形成了想定推演模型。
想定推演模型是對仿真模型某種程度上的簡化。從集合的觀點來看，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 系統體系結構設計
系統體系結構提供和支援想定推演仿真系統各個功能模塊的互聯，目的是描述系統的內部結構關系與運行機制。基于HLA的想定推演仿真系統主要由數據層、功能層、用戶層以及底層通信系統組成，如圖2所示。
數據層：此系統主要用到MapX地圖數據，想定數據庫，仿真運行數據庫以及推演模型庫。
功能層：
想定生成模塊：根據用戶的實際需求生成多個想定方案，供用戶選擇使用。
想定管理模塊：將生成的想定方案存入數據庫中，生成管理列表對想定方案進行管理，方便用戶操作使用。
想定加載模塊：從想定數據庫里取出想定編輯的具體內容。
想定推演模塊：根據仿真想定選擇推演模型，對態勢進行推算演繹。
數據采集與回放模塊：按一定的步長抽取存儲態勢的中間狀態，并支持推演態勢的回放演播。
聯邦管理模塊：實現對RTI支撐下的分布式運行聯邦成員的管理。
視圖層：視圖層直接面向用戶，本系統包括想定編輯界面，二維態勢顯示界面和聯邦管理界面。
系統整體結構如圖3所示。
其中想定生成系統負責想定的生成與管理，將想定數據存儲在數據庫中。想定推演成員主要是負責加載已有想定方案，進行推演仿真，態勢數據；數據采集成員按一定的步長抽取存儲推演態勢的中間狀態，并支持推演態勢的回放演播；態勢顯示成員負責訂購態勢數據，反射對象屬性值，更新狀態，將最新態勢通過二維地圖顯示出來。
3.3 聯邦設計
根據總體結構設計，該仿真系統的聯邦主要有想定推演邦員、數據采集邦員、態勢顯示邦員等組成，參與想定推演者為想定推演成員，數據采集模塊為數據采集成員，二維顯示模塊為態勢顯示成員。當聯邦成員之間需要交流時，將會發送通信交互，因此想定推演成員需要和訂購這個交互類；數據采集成員同樣在推演時訂購，在回放時此類；move機動交互是想定推演的一種，想定推演成員必須要這個交互，其他成員為了接收到這個交互需要訂購此類，不同的想定推演成員間也需要訂購此類。
4.基于HLA的想定推演系統聯邦開發
本系統是在VC++6.0環境下基于MAKRTI支撐平臺編程實現聯邦及聯邦成員的交互。
4.1 聯邦執行文件的設計
聯邦執行文件（FED文件）是聯邦對象模型（FOM）開發的結果，是為實現所有聯邦成員間交互目的而達成的“協議”。FED文件記錄了聯邦執行期間所有參加聯邦交互的對象類＼交互類及其屬性＼參數、傳輸的類型、傳輸順序以及路徑空間信息[6]。本仿真系統的FED文件重點內容如下所示：
（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 系統的實現
在系統開發中，軟硬件優化配置是建立并實現仿真系統的重要環節。
基于HLA的想定推演仿真系統的基本硬件配置為PC終端機、電子顯示屏、100Mb/s自適應以太網絡等；軟件配置：采用WindowsXP操作系統、VC++.NET開發平臺、SQLSever2000數據庫開發工具、MAKRTI支撐環境。基于HLA的想定推演仿真系統的網絡拓撲結構如圖4所示。
5.結束語
HLA是分布交互仿真的高層體系結構，它采用面向對象的思想和方法建立對象模型并分析系統，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，作為一門在計算機技術、仿真技術和網絡技術基礎上發展起來的新技術，一直受到仿真研究的廣泛重視。
參考文獻
[1]付正軍，王永紅.計算機仿真中的HLA技術[M].國防工業出版社，2003，6：32-41.
[2]馮潤明，黃柯棣.HLA聯邦成員軟件開發環境研究[J].系統仿真學報，2001（3）：1-4.
[3]魏明.基于HLA的城市道路交通仿真系統研究[D].中國農業大學，2004，5.
[4]周龍龍，姜鵬飛.韓文超.基于仿真想定的推演技術研究[J].計算機仿真，2006（2）：18-22.
[5]劉利浦.HLA在擴頻通信仿真系統中關鍵技術的研究[D].沈陽理工大學，2010.
第4篇：分布式交互仿真技術范文
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.
關鍵詞:虛擬現實 3D虛擬商城 分布式虛擬現實
key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality
一、引言
隨著Internet的發展,人們的商務行為已經從傳統商務轉變為電子商務。在各種各樣的電子商務中,最為重要的一種就是網上商店。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網頁式的實現方式以外,分布式虛擬環境是網上商店的一種更新、更好、更合適的實現方式。
二、虛擬現實技術
虛擬現實(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環境 (Virtual Environment. VE)、人工現實((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統。它是作為一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術而發展起來的計算機領域的新技術,目前所涉及的研究應用領域已經包括軍事、 醫學、心理學、教育、科研、商業、影視等,VR技術已經被公認為是 21世紀重要的發展學科以及影響人們生活的重要技術之一。
虛擬現實的研究開發工作可追溯到80年代初。如1983年美國國防部(DOD)制定了SIMENT的研究計劃;1985年SGI公司開發成功了網絡VR游戲DogFlight。到90年代初,美國率先將虛擬現實技術用于軍事領域,主要用于以下四個方面:虛擬戰場環境;進行單兵模擬訓練;實施諸軍兵種聯合演習;進行指揮員訓練。一些著名大學和研究所的研究人員也開展了對分布式虛擬現實系統的研究工作,并陸續推出了多個實驗性DVR系統或開發環境,典型的例子有美國NPS開發的NPSNET(1990)、瑞典計算機科學研究所的DIVE(1993)及英國Nottingham大學的AVIARY(1994)。
目前虛擬現實系統主要劃分為四個層次:一是桌面虛擬現實系統,也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機實現,所以成本較低,功能也最簡單,主要用于CAD(計算機輔助設計)、CAM(計算機輔助制造)建筑設計、桌面游戲等領域。二是增強現實性虛擬現實系統,又稱為混合虛擬現實系統,它是把真實環境和虛擬環境結合起來的一種系統。三是沉浸虛擬現實系統,如各種用途的體驗器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓、演示以及高級游戲等用途均可用這種系統。四是網絡分布式虛擬現實系統(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網環境下,充分利用分布于各地的資源,協同開發各種虛擬現實的利用。網絡分布式虛擬現實將分散的虛擬現實系統或仿真器通過網絡連接起來,采用協調一致的結構、標準、協議和數據庫,形成一個在實踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環境,參與者可自由地進行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經成為國際上的研究熱點,相繼推出了 DIS、MA等相關標準。網絡分布式虛擬現實在航天中極具應用價值,例如,國際空間站的參與國分布在世界不同區域,分布式虛擬現實訓練環境不需要在各國重建仿真系統,這樣不僅減少了研制費設備費用,而且也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現實系統的發展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現實系統通過因特網連接起來,共同實現某種用途。
分布式虛擬現實系統在遠程教育、科學計算可視化、工程技術、建筑、電子商務、交互式娛樂、藝術等領域都有著極其廣泛的應用前景。利用它可以創建多媒體通信、設計協作系統、實境式電子商務、網絡游戲、虛擬社區全新的應用系統。典型的應用領域有:(1)教育應用:把分布式虛擬現實系統用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結構顯示等領域,由于數據更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發了受教育者的學習興趣,效果十分顯著。同時,隨著計算機技術、心理學、教育學等多種學科的相互結合、促進和發展,系統因此能夠提供更加協調的人機對話方式。(2)工程應用:當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品,目前,CAD/CAM已經成為機械、建筑等領域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現實系統的應用將使人員能通過全球網或局域網按協作方式進行三維模型的設計、交流和,從而進一步提高生產效率并削減成本.(3)商業應用:對于那些期望與顧客建立直接聯系的公司,尤其是那些在他們的主頁上向客戶發送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統的應用有可能大幅度改善顧客購買商品的經歷。(4)娛樂應用:娛樂領域是分布式虛擬現實系統的一個重要應用領域。它能夠提供更為逼真的虛擬環境,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,電子商務潮流充斥著整個社會,給整個經濟社會帶來了無限商機,隨之出現在網絡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小時不間斷營業,用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項目和產品,還有很重要的是不用實體店面可以節省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會覺得產品太少,而且覺得只你一個人在購物,很孤單。在這種環境下,用戶不愿意像在實體店中那樣逗留很久。最終,在網上虛擬商城中的消費也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網頁界面的網頁的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領整個商業市場。
3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購物環境,它采用C2C的電子商務模式,讓用戶在3D虛擬環境中漫游,能進行交互式的操作,全面虛擬了購物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時還會提供數字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財務系統和可靠的安全系統,確保購物的有效性,完整性和機密性。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、互動以及網絡一體化的虛擬世界。顧客可以通過創建個人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購物,同時與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動交流;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;第三,顧客可以通過組建社會化或虛擬的購物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網上購物聚會,共同分享購物的樂趣與經驗,開創全新的輔助式電子商務或社交性購物的概念;第四,網上客戶服務將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點擊通話或瀏覽數百頁的網上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評級較高的顧客;第五,企業更可以利用網上商店,在虛擬環境中測試新的店面設計和構思。因此建立并發展3D虛擬商店具有實際意義。
四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應用
虛擬現實(VR)是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關于視覺、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、沒有限制地觀察三度空間內的事物。而虛擬現實技術的興起,為人機交互界面的發展開創了新的研究領域;為智能工程的應用提供了新的界面工具;為各類工程的大規模的數據可視化提供了新的描述方法。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術,提供了一種實時、三維的虛擬環境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進入虛擬環境中,觀看計算機產生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環境中交互操作,有真實感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術的發展始終圍繞它的三個特征而前進,即沉浸感、交互性和構想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(如多媒體技術,計算機可視化技術等)相區別,沉浸感是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進入了一個真實的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進行交互,操作或者交流;構想是指虛擬環境可使人沉浸其中并且獲取新的知識,提高感性和理性認識,從而深化概念并萌發新意。因而可以說虛擬現實可以啟發人的創造性思維。這些特點均為三維虛擬商城的建立和發展提供了良好的技術支持,基于DVR平臺的三維虛擬商城將是電子商務網絡商城發展的必然趨勢。
其中三維虛擬商店的系統結構和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測方法、三維虛擬商店的動態交互等都是基于DVR的技術支持。三維虛擬商店的系統結構和模型的研究是為了提高系統的安全性和綜合性能,方便以后對系統功能進行完善和擴張進行的,系統采用MVC三層結構。對系統的關鍵信息進行了封裝,而且大部分業務邏輯處理都集中在服務器上,提高系統安全性和性能。三維場景的碰撞檢測對于提高虛擬系統的真實性、增強虛擬環境的沉浸感有至關重要的作用;三維虛擬商店的動態交互主要研究三維虛擬場景中物體的動態添加、三維場景中物體的材質的更新、三維場景與數據庫的關聯等問題。
虛擬商城的展示在國外發達國家得到了廣泛的應用,成為實物展示的重要互補。我國在虛擬商店展示領域的研究比較落后,對虛擬展示系統的開發技術沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設計與制作方面,缺乏有效的開發平臺。而網絡虛擬技術的發展為商家與客戶進行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現實技術的發展,為網上最終實現網上虛擬展示的“真實化”提供了可能。
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第5篇：分布式交互仿真技術范文
1關于復雜系統主要內容的概述
關于系統一詞，著名科學家錢學森是這樣對其定義的：相互依賴、相互作用的多種組成部分之間的相互結合所形成的具有特殊功能的一個整體即為系統。根據其定義可以得出系統的三個要素：一是系統是多種元素的相互結合形成的；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整體。在系統的復雜性演化過程中主要有三個方面的發展變化。首先是組成系統的元素數量的變化，從最初的少量變為大量，再變成多數量，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為組織性的間接描述，最后演變成沒有任何形式組織的不可描述形態。對于復雜系統的描述沒有明確的規范標準，而組成系統元素數量的龐大，元素之間依賴作用關系的非線性、隨機性以及特殊功能不能用部分特性來實現具體化描述等這些特性構成了所謂的復雜系統[1]。
2關于復雜系統計算機分布智能仿真平臺的分析
2.1關于自適應Agent仿真平臺的分析
自適應Agent仿真平臺Swarm是美國研究復雜系統的桑培菲所提出的。這種仿真平臺中有著多種單機中的多數進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算機交互所顯示控制的Agent、在網絡之間實現交互的交互Agent、合理控制時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調節能力的反應Agent。關于具備自我適應調節能力的反應Agent的結構模型，主要是由信息緩沖MB、行為輸出MO、信息接口MI、反應體所構成。這其中MB和MI主要是對周邊的環境進行良好感知，而反應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，其過程極為簡便：他們如果發現證券價格在逐漸上升時，就會將具有上升趨勢的多數證券出手；而如果他們發現證券價格在迅速下降時，就會把具有下降趨勢的多數證劵買進[2]。
2.2關于智能仿真（DSI）的分析
在經過一段時間的發展之后，分布計算機以及人工智能技術也較為成熟，在這個時候美國桑培菲提出的Swarm自適應仿真平臺就顯得跟不上時代的發展，再加上智能思維和仿真規范的約束，使得其自適應仿真平臺發展相對滯后。在新時期發展下，計算機分布智能仿真平臺的設計能夠更好的發展進步。計算機分布智能仿真平臺中的Agent支撐庫主要是對Agent創建結構的支撐，從而有效統計分析仿真結果；對于復雜系統時間的同步以及信息消息的傳播技術是通過仿真支撐軟件來實現的，面向全局服務化的Agent在整個計算機分布智能仿真平臺中只有一個，而且它的存在是為了給各個Agent提供唯一的全局Agent標識，這樣便于有效的創建和取消Agent，而且能夠對Agent的具置以及具體特征做到準確定位查詢。對于Agent的部分控制是在結點機上存在的，而且每個結點機上都有一個，它主要是負責復雜系統時間的變化、做到元素的有效管理、而且負責權限的變革和結點之間的相互信息交流。
3復雜系統的智能主體和HLA/RTI功能
3.1關于復雜系統的智能主體
創建社會系統以及自然描述的基本模型，從而構造智能化主體是分布人工智能的主要研究目的。這種研究為復雜計算機仿真研究提供了基礎保障。關于分布式人工智能可以從兩個方面來分析，分別是多主體系統和分布問題求解。分布式問題求解系統僅僅是問題的求解，主要把問題作為任務來有效分開完成，這種系統是自上而下的模式。而對于多主體系統而言也是自上而下的模式，實際研究時，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、爭論還有可能是敵對關系。面對上述這種情況，智能主體就自然而然的成為復雜系統計算機仿真研究的主要方向。
3.2關于復雜系統的HLA/RTI功能
復雜系統中HLA框架中最為核心的部分就是RTI，它主要是實現仿真系統應用、特定功能、基礎通信之間的有效分離。仿真過程中的，復雜系統中的智能主體以HLA所規范的方式實現與RTI數據之間的交換，從而確保主體之間的相互交流。關于RTI的綜合管理主要有六個部分功能，分別是主體管理、全局管理、屬性管理、數據分發管理、聲明管理、時間管理。主體管理是實現主體間的有效控制；全局管理主要是實現全局化的服務，主要內容有動態控制、創建、主體變更等；屬性管理是主體屬性權限的控制、變化；數據分發管理則是在網絡上控制流量，而且利用組播技術有效交流；聲明管理是通過聲明智能主體，從而實現交互信息的接收；時間管理是在復雜系統中運用合理的方式使其時間變化。
3.3HLA/RTI協議下的多Agent計算機分布仿真平臺
HLA框架中的RTI服務能夠提供復雜系統仿真環境下的多種特定功能，其中主要包括數據信息傳遞、信息事件處理、時間控制、控制主體，RTI服務能夠為事件處理以及具體狀態變革提供良好的依據，而且便于時間的管理。MAE環境利用HLA/RTI作為支撐，能有效發揮HLA模型和RTI的多種服務，更加利于仿真環境的形成。從Agent方面來看，多Agent仿真平臺中采用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Agent遠程狀態進行分析才能對其應用，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要求。為了能夠有效的解決這一問題，需要添加中間層，這個中間層處于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之間數據流也會變多，通過RTI路由空間的限制從而控制數據信息分發數量，這樣做到合理約束數據信息，從而保證元素只得到應該獲取的信息。通過上述的分析，了解到HLA/RTI比較適用于多Agent仿真環境，隨著HLA/RTI的不斷擴展壯大，能夠更多的構建多Agent計算機分布仿真平臺。
4結論
第6篇：分布式交互仿真技術范文
關鍵詞：虛擬現實技術；體育；應用；新元素；多元化；娛樂化
1.虛擬現實技術的概念
虛擬現實（ Virtual reality， VR ）技術是一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術綜合發展起來的計算機領域的最新技術， 也是力學、數學、光學、機構運動學等各種學科的綜合應用。虛擬環境通常是由計算機生成并控制的， 使用戶身臨其境地感知虛擬環境中的物體， 通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地實現人機交互，可以說人處在虛擬環境之跟現實環境是沒有差別的。
2.虛擬現實技術的分類
現階段虛擬現實技術主要分為桌面虛擬現實、沉浸的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實、分布式虛擬現實。
桌面虛擬現實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。常見桌面虛擬現實技術有：基于靜態圖像的虛擬現實QuickTime VR、虛擬現實造型語言VRML、桌面三維虛擬現實、MUD等。
沉浸的虛擬現實提供完全沉浸的體驗，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備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知或不方便的感受。
增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據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據，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。
分布式虛擬現實是指多個用戶通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，那虛擬現實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現實系統。在分布式虛擬現實系統中，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現實系統是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網絡連接而成，用于部隊的聯合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰演習。
3.虛擬現實技術的特征
虛擬現實技術三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 計算機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象進行交互操作或者交流， 著重強調使用手勢、體勢等身體動作（ 主要是通過頭盔、數據手套 、數據衣等來采集信號） 和自然語言等自然方式的交流。3） 構想（ Imagination）： 虛擬環境可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識， 提高感性和理性認識， 從而使用戶深化概念和萌發新意。因而可以說 ， 虛擬現實可以啟發人的創造性思維 。
4.現階段中國體育領域大環境
4.1政策紅利覆蓋全國
2015年，在利好政策不斷出臺的情況下，體育產業進入高速發展時期。據國家體育總局統計，《意見》一年來，包括體育總局在內的有關部門已經出臺了15份配套文件，另有 8套文件已經形成初稿。文件制定涉及發改委、公安部、新聞出版廣電總局、旅游局等多個部門。這些文件的制定和出臺，使廣受社會關注的賽事審批、賽事轉播、安保服務和大型體育場館等問題取得了階段性的進展。
在地方貫徹方面，截至目前，已有31個省區市出臺了本地區的實施意見。2015年10月，國家體育總局局長劉鵬在全國體育產業工作會上透露，據不完全統計，各省（市、區）上報的2025年體育產業總規模總和已經達到7億。
4.2資本搶奪核心資源
2015年8月27日，萬達集團王健林以6.5億美元收購了美國世界鐵人公司100%的股權。阿里巴巴獲得世俱杯冠名權的消息在2015年12月引起各方關注，而相同級別的爆炸性消息在年內頻繁出現。過去一年，體育產業投資大幅增加，國內、國際體育賽事核心資源成為哄搶的對象。
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。提高國民身體素質是當前的中國體育的根本目標，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，枯燥無味的體育運動中。近年來，越來越多的體感設備與體育相結合，受到了廣大體育愛好者額歡迎，特別是一些由于場地限制的體育運動項目，如高爾夫，網球，在體感虛擬的環境中，都可以盡情的體驗體育帶來的快樂。
5.虛擬現實技術應用于體育增加其娛樂性
5.1為體育觀賽帶來娛樂體驗
體育賽事最需要的莫過于身臨其境的現場感，通過自由切換，實時流暢的虛擬現實動態直播，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，觀賽體驗比之收看傳統轉播大為提升。大大增加了觀賽的娛樂體驗感。
5.2為體育訓練娛樂訓練方法
根據虛擬現實技術， 通過相應的三維圖形圖像庫構架模擬訓練環境， 包括訓練場背景、比賽的場景、各種賽場裝置和相關人員等， 為受訓者營造一種逼真、生動的立體訓練環境。利用虛擬系統設計出“有生命”的草坪，以增強臨場感覺， 達到模擬訓練的效果， 提高訓練質量。于此同時，因為虛擬現實技術有沉浸感這一特性，運動員可以完全進去虛擬現實設定的環境中，在這種環境可以增加體育訓練的娛樂性，使原本枯燥的體育訓練變得有趣起來，以此來提升運動員的練積極性。
很多國家訓練隊都已經在教學、訓練中采用虛擬現實技術，如用Be-yondSport的VR技術對足球訓練進行實時的沙盤演練、視頻分析、戰術復盤以幫助足球隊提升教學水平，且以后還計劃在更多球隊、賽事中推進。通過大數據整合等為體育活動提供戰術輔助訓練，VR目前已經在棒球、賽馬、橄欖球等多個項目得到廣泛應用。由此可見，在不久的將來，VR設備有望成為各賽事職業俱樂部和球隊的剛需產品。
5.3為全民健身帶來新的娛樂方式
全民健康是國家綜合實力的重要體現，是經濟社會發展進步的重要標志。全民健身是實現全民健康的重要途徑和手段，是全體人民增強體魄、幸福生活的基礎保障。實施全民健身計劃是國家的重要發展戰略。運用虛擬現實技術構想性這一特點，可以為參加大眾健身的用戶營造一個有趣，娛樂的虛擬健身場景，在愉快的心情下完成健身。
目前基于虛擬現實技術的健身應用層出不窮，Sanzaru開發的《VR體育挑戰》是這類體育游戲的一大代表。在該游戲中，借助Oculus Rift的動作感應手柄，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四大主流運動，游戲氣氛不亞于風靡全球的《NBA嘉年華》。無獨有偶，美國公司Vir Zoom也推出了一套將健身單車、VR設備與小游戲結合起來的健身設備，創造出戴著VR眼鏡騎著單車開F1的奇效
6.總結
隨著虛擬現實產業的發展，技術將不斷滲入體育產業鏈條的各個環節，越來越多的公司開始滲入虛擬現實產業鏈各個環節，體育產業與虛擬現實的結合會越來越密切，特別是虛擬現實的三大特性會完全顛覆傳統體育產業，為體育產業增加更多的娛樂性，推動體育產業的發展。目前虛擬現實技術還處于技術紅利階段，只有未來過渡到內容紅利階段，才算真正的站穩了腳跟。希望虛擬現實能夠為體育產業創造更大的商業娛樂價值和社會價值。
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第7篇：分布式交互仿真技術范文
在教學效果保障方面，作為現代遠程教育的重要組成部分，虛擬實驗發揮著不可替代的重要作用，并且其已經被越來越多的人所關注。隨著計算機技術以及虛擬現實技術的快速發展，虛擬實驗逐漸將可視化、多傳感交互以及3D數字等現代化技術應用其中，從而實現了用戶與逼真虛擬場景的實時交互，并對其虛擬對象進行感知和操作，最終使得虛擬實驗達到更加優良的性能。
1 虛擬現實以及虛擬實驗概述
1.1 虛擬現實技術簡介
作為計算機研究的一個新領域，虛擬現實技術的特點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虛擬的場景，并基于模擬的方式讓用戶沉浸于虛擬環境之中，然后與之進行相互作用，而虛擬環境也會由此發生變化。目前，該項技術已經匯聚了多種高新關鍵技術，如計算機圖形學、傳感器技術、仿真技術、多媒體技術、網絡技術、圖形圖像實時生成技術、人工智能技術、人機接口技術以及人類行為學等。因此，虛擬現實技術可以定義為：一種對人在自然環境中的各種行為，如聽、看以及運動等進行逼真模擬的人機接口技術。該項技術主要是利用高分辨顯示的可視化技術以及3D數字和傳感器交互技術，通過特定的設備，來生成一種逼真的虛擬環境，從而使得人能夠與虛擬環境進行互動，并成為虛擬環境的一員，最終達到對虛擬對象進行感知和操控的目的。
1.2 虛擬實驗
實際實驗存在一個有形的實驗室、實驗工具和實驗對象。而相對于實際實驗來說，虛擬實驗指的是其實驗室以及實驗對象都是無形的，并且主要是通過操作虛擬儀器來實現對實驗過程的具體操作。與傳統實驗相比，作為信息化時代的產物，虛擬實驗有著更為優越的性能和應用前景：首先，虛擬實驗具有透明性，其具有標準的統一命令，能夠對軟硬件、數據庫以及人員形成統一管理；其次，虛擬實驗能夠共享資源，同時這也是虛擬實驗的構筑宗旨。在虛擬實驗中，用戶能夠通過數據庫、檢索系統以及應用軟件或者電子圖書館等工具，實現信息、軟件以及設備等資源的共享，從而縮減了投資，提高了用戶的效率；再次，虛擬實驗在操作上能夠實現互動。不僅用戶之間能夠實現相關信息的溝通和交流，而且遠程用戶也能夠對實驗環境加以操作。另外，虛擬實驗還具有擴展性、用戶自主性以及性能優勢顯著的優點。
2 虛擬實驗的構建
2.1 分布式虛擬實驗的構建分析
分布式虛擬實驗是在物理設備分布式的基礎上構建的，其指的是將網絡與物理設備相連接，以計算機網絡為核心，實現數據采集、遠程操作以及分析的虛擬實驗系統。因此可以看出，分布式虛擬實驗中，用戶并不擁有物理設備，其只需要利用網絡進行操作就可以實現虛擬實驗，并獲得所需數據。
作為一個系統工程，分布式虛擬實驗的建設主要包括以下幾個系統：虛擬儀器、數據分析、虛擬實驗管理以及計算機網絡等系統。
（1）利用個人主機，用戶能夠直接登入Internet，進而通過瀏覽器來實現虛擬實驗站點的訪問，并進入虛擬實驗系統；
（2）根據用戶需求選擇相應的實驗項目進入虛擬儀器控制臺；
（3）用戶根據具體實驗的操作指令，來實現對實驗參數的輸入；
（4）虛擬儀器根據接收到的指令，來向物理儀器進行參數傳輸，進而實現物理儀器對參數和指令的操作，最終完成實驗內容；
（5）當實驗完成之后，通過虛擬儀器和網絡，虛擬實驗系統能夠將所得數據反饋給遠程用戶，而用戶則可以將這些數據進行自由處理。
分布式虛擬實驗能夠使得儀器使用率大大提升。同時，其也有一定的缺陷，如它的系統開發較為復雜，且對于物理實驗設備的依賴性很高，具有較高的維護成本。另外，它無法讓用戶感受到實驗場景和過程，也就是其沒有直觀性和形象性。
2.2 基于虛擬現實的虛擬實驗的構建分析
基于虛擬現實的虛擬實驗具有較強的交互性，并能夠為用戶提供高級仿真的實驗場景，真實感較強。因此，據此可以將基于虛擬現實的虛擬實驗分為六個子模塊，并形成一個統一的工程，具體的系統模塊如圖1所示。
2.2.1 用戶管理子系統
該模塊分為三級，即管理員、教師和學生。該子系統能夠實現對各類用戶信息的管理，并且可以對信息和用戶記錄進行添加、修改和刪除。
2.2.2 教務管理子系統
該模塊主要是用來管理班級以及課程等這方面的基本教學信息，而且對這一模塊的使用，只有系統管理員才能實現。這一子系統主要分為課程實驗管理以及班級信息管理兩個子模塊。
2.2.3 虛擬實驗子系統
作為虛擬實驗的核心模塊，該子系統主要包括具體實驗庫、教學材料管理以及添加或者刪除實驗功能這三個部分。
2.2.4 實驗報告子系統
對于這一模塊的使用，教師和學生都能夠實現，且能夠完成不同的任務。如學生利用該子系統能夠實現預習報告的提交以及修改，而教師利用該子系統則能夠實現對學生報告的檢查和退回。另外，該模塊還能夠實現對報告提交的期限管理。
2.2.5 成績管理子系統
該模塊主要是用來評價學生實驗成績的。
2.2.6 在線討論子系統
通過BBS方式，該模塊能夠實現學生和教師之間的交流和溝通，從而加強學生對知識點的理解。
3 結語
綜上所述，由于虛擬實驗具有透明性，能夠共享資源，在操作上能夠實現互動，而且還具有擴展性、用戶自主性以及性能優勢顯著的優點。因此，今天的研究中必須加大對基于虛擬現實的虛擬實驗的探索，從而為技術的不斷更新提供有利條件。
參考文獻
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第8篇：分布式交互仿真技術范文
關鍵詞:虛擬現實;教學實踐;三個基本;點面結合
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1引言
虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)主要采用以計算機技術為核心的現代高技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境(Virtual Environment,簡稱VE),用戶借助必要的設備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環境中的實體對象進行交互作用、相互影響,從而產生身臨其境的感受和體驗。虛擬現實具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構想(Imagination)特性。交互特性強調參與者通過專用設備以人類自然方式與VE中的對象進行相互操作;沉浸特性要求計算機所創建的虛擬環境能使參與者產生置身其中的體驗;構想特性是指虛擬環境能夠啟發參與者發現新問題并輔助產生創新思維。
二十世紀六十年代初,“圖靈獎”獲得者,被稱為計算機圖形學之父的美國科學家Ivan Sutherland發表“終極顯示”論文提出虛擬現實概念,自此,虛擬現實技術歷經一系列里程碑式的理論、方法與技術研究工作,并取得了重大工程應用成果。今天虛擬現實技術的應用領域已經非常廣泛,主要包括三大應用方向,即訓練演練、規劃設計與預測、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰場環境中進行作戰指揮模擬,宇宙飛船、飛機、艦船模擬駕駛訓練,飛機、導彈、輪船等復雜系統的虛擬設計與制造,城市環境規劃及其建筑物的展示,手術培訓與導航,游戲動漫與影視制作等。由于虛擬現實技術涉及的學科綜合性、交叉性強,是可以拉動多學科發展,不斷產生新思想、新技術,具有廣泛和重大應用前景的科學技術領域,國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)把虛擬現實技術確定為信息領域優先支持的三大前沿技術之一。
2課程的特點
北京航空航天大學計算機學院從1994年開始從事虛擬現實技術領域的研究,取得許多創新成果,在相關學科領域產生了較大影響,逐步形成了北航計算機學院一個新的優勢學科方向。作為計算機應用本科生的專業限選課程,“虛擬現實技術”課程教學已經講授了5年。本課程的教學目的是通過對有關虛擬現實技術國內外研究熱點問題、典型研究工作的介紹,使學生了解當前虛擬現實技術的發展趨勢;通過對虛擬現實基本原理、基本算法、開發方法、主流系統的介紹,使學生掌握虛擬現實主要技術、開發環境與平臺;以虛擬現實技術與系統國家重點實驗室研究工作為主要實踐教學支撐,培養學生的創新能力,滿足國民經濟和國防部門對虛擬現實領域專門人才的需求。虛擬現實課程具有以下特點:
2.1學科交叉性、綜合性強
國家中長期科學和技術發展規劃綱要指出:“虛擬現實技術重點研究心理學、控制學、計算機圖形學、數據庫設計、實時分布系統、電子學和多媒體技術等多學科融合的技術,研究醫學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業制造等多個相關領域的虛擬現實技術和系統。”虛擬現實技術主要從計算機科學與技術、控制科學與技術、機械工程科學與先進制造技術等學科中孕育并實現跨越,逐步發展成熟,涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術等,學科交叉性、綜合性強,如圖1所示。
2.2數理基礎要求高
虛擬現實課程的許多理論、方法和技術涉及大量的數學公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現實技術中所涉及的計算機圖形學,基于圖像的虛擬現實技術中所涉及的圖像處理和信號處理技術,在建模技術中涉及的動力學、運動學等,都需要學生具備深厚的數理基礎。
2.3創新思維豐富
虛擬現實被眾多學者認為是科學研究與工程實踐中理論和實驗方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達的宏觀或微觀環境,進行研究和體驗;在虛擬環境下進行逼真的規劃、設計、訓練演練,作出評價和決策,其與生俱來的構想特性能夠啟發參與者發現新問題并產生創新思維。虛擬現實技術由于多學科交叉性,在不同學科交叉融合中源源不斷地產生新思想、新方法。
2.4工程應用突出
虛擬現實技術既有堅實的理論基礎和方法,也有大量的典型算法,同時又是一門應用牽引強,各種開發平臺和應用工具豐富,人機交互設備多,軟硬件結合與系統集成占相當比重的課程。
2.5課程內容多課時緊
本課程是本科生計算機應用方向的限選課程,在本科四年級上學期開設,其間正值學生考研復習準備階段,課時總計36學時,課內教學18學時、課外實踐18學時,授課時間十分緊張。
3教學內容安排
我們經過多年的教學實踐,在不斷與學生教與學交互的活動中,結合自身學科研究特色,總結、完善主要教學內容,形成了如下的教學大綱:
第一章:概論(2h)
問題的提出、名詞術語、虛擬現實特征、里程碑工作和研究現狀、國內外典型應用實例。
第二章:虛擬現實硬件與系統(2h)
虛擬現實輸入設備、虛擬現實輸出設備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡稱GPU)、典型沉浸式交互系統的構建實例。
第三章:基于圖形的虛擬現實建模與開發技術(6h)
視覺感知相關基本概念、場景表示與數據庫結構設計、CREATOR建模軟件與合成自然環實例、場景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發軟件、虛擬場景漫游應用程序開發實例。
第四章:基于圖像的虛擬現實建模與繪制技術(2h)
IBMR技術與全光函數、全景圖像與柱面全景圖像實例、同心拼圖方法。
第五章:人工生命-人工魚實例(2h)
人工魚的總體方案、人工魚的生物力學分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環境建模、運動系統、逼真性與效率權衡。
第六章:虛擬人技術(2h)
人體抽象模型與國際標準、逼真運動獲取與表示、運動約束與重用、虛擬人技術應用實例。
第七章:分布式虛擬現實技術(2h)
DIS技術與IEEE1278、HLA技術與IEEE1516、分布交互仿真程序開發與應用實例。
教學實踐與課外教學安排:(18h)
課外研讀學習OpenGL、構建虛擬現實漫游程序;參觀虛擬現實技術與系統國家重點實驗室,觀看演示、操作實驗室研究設備,了解當前主要研究方向和趨勢。
4教學實踐與思考
針對虛擬現實課程的上述特點,我們在課程的教學活動中形成了“突出三個基本,注重融會貫通;點面結合,各有側重;結合實例,促進創新思維”的教學思路。
4.1突出三個基本,注重融會貫通
在教學中突出三個基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現實課程的諸多內容來自不同的研究和應用領域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對于這部分內容在教學活動中應有意識進行聯系,分析講解,努力讓學生融會貫通。以細節層次概念(LOD)為例,細節層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復雜程度(常常以多邊形數來衡量)各不相同的實體細節層次模型來描述對象,在運行時根據一些主客觀標準在這些LOD模型間進行切換,實時改變場景的復雜度,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產生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復雜光照模型實時繪制等研究工作中也引入和應用了同樣的原理,因此在講解細節層次概念時進行舉一反三,加深學生對這一滿足逼真性和繪制實時性普適基本方法的理解,進一步可以引伸出連續細節層次方法以及與視點相關的遞進傳輸技術如何滿足基于網絡的虛擬現實應用問題。這樣教學思路始終貫徹在七維全光函數降維、八叉樹的數據組織方法等諸多教學內容中,以達到融會貫通的目的。
4.2點面結合,各有側重
虛擬現實課程涉及學科眾多,內容十分豐富,有限的課時內做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學大綱基本覆蓋虛擬現實的主要研究分支,重點是基于圖形和基于圖像的虛擬現實技術,由于增強現實在其他課程有重點講授,不過多涉及。其次注重對當前國內外的研究重點、熱點問題,以及當前的主流設備、開發工具與平臺介紹。通過發揮授課教師的計算機科學與技術專業背景,結合實驗室多年的研究工作進行知識點的深入講解。例如在分布式虛擬現實技術教學中,實驗室在該方向上開展了長達十年的研究工作,研究成果既體現了該內容的基本方法、國際標準,又體現了當前的最新研究成果。該內容的教學從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術的對比,重點講解分布式虛擬現實技術如何應用數據抽象與封裝、與訂購、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術解決大規模交互仿真問題,進一步引伸介紹目前該方向的研究進展,讓同學了解當前研究熱點問題。
4.3結合實例,促進創新思維
虛擬現實是一門多學科交叉的科學技術,不同學科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創新尤為明顯。因此在講授具體內容的同時,應介紹該研究工作和成果產生的背景,體現交叉創新、集成創新思路,啟迪同學的創造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標。在課程綜述中重點介紹信息資源環境的智能化、普適化、協同化、沉浸化發展的各個不同歷史時期代表性工作,以及仿真技術、先進制造技術等學科對虛擬現實的重要貢獻,突出虛擬現實技術交叉融合的特性。將具體的課程知識點講授融入到典型實例中,人工生命課程教學中以ACM優秀博士論文工作為基礎,講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環境建模等,目的在于突出建模內涵的寬泛性和在虛擬現實技術中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學分析、總體方案設計,行為與運動系統實現,歸納總結出多學科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創新所在。在講授虛擬人技術時,首先提出逼真人體運動復雜性和實時性這一矛盾,引入機器人技術領域的逆向運動學以及信號與系統中的信號處理方法,重點介紹借鑒其他學科方法解決虛擬人運動重用和大規模人群等關鍵問題,強調借鑒啟迪是創新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環境中同樣貫徹了結合實例,促進創新思維這一教學思路。
5結論與展望
“虛擬現實技術”涉及面寬、內容十分豐富,同時發展迅速,應用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個需要不斷探討、研究總結的教學課題。筆者在多年的教學活動中,通過教與學的交流,不斷總結形成了一些教學思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實,主要包括兩個方面內容:(1)如何做好虛擬現實技術課程與計算機圖形學、多媒體技術、圖像處理技術的銜接;(2)如何利用好虛擬現實技術與系統國家重點實驗室的研究環境、軟硬件資源以進一步加強虛擬現實課程的實踐環節。我們將在今后繼續研究探索,以解決這些重要問題。
參考文獻:
[1] 趙沁平. DVENET分布式虛擬現實應用系統運行平臺與開發工具[M]. 北京:科學出版社,2004.
第9篇：分布式交互仿真技術范文
關鍵詞：建環專業;實驗教學;虛擬仿真
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）05-0106-02
引言
虛擬仿真技術是20世紀末才興起的一門嶄新的信息技術，能夠模擬真實設備或系統的工作過程，具有信息量大、生動形象、身臨其境、實時交流等特征。虛擬仿真實驗教學是虛擬仿真技術在教育領域的應用，是高等教育信息化建設的重要內容[1]，促進當前教育模式、教學方法和學習方式的深刻變革。
建筑環境與能源應用工程是一個典型工科類的專業，在人才培養中普遍存在“重設計、輕實踐”等問題，強化專業實驗教學內容，培養應用型、復合型和創新型的實用人才，是社會對建環專業教學改革的迫切要求。將虛擬仿真技術的引入到建環專業實驗教學中，解決目前實驗教學中的存在問題，提高建環專業人才培養質量，是值得研究和探索的課題。
一、建環專業實驗的教學現狀
目前，建環專業實驗教學基本上是傳統模式[2]，存在實驗課時少、教學內容陳舊、實驗教學方法和手段單一等諸多問題。實驗類型多以驗證性、演示型為主，學生學習被動，往往敷衍了事。為了改進實驗教學效果，很多學校做出積極探索和改革[3-4]，如獨立設置專業實驗課程、改革實驗考核模式、開設創新實驗、增加生產實習等。雖然這些努力對提高實驗教學質量起到了一定作用，但是，建環專業實驗教學改革發展中存在瓶頸：
1.受實驗室條件限制，很難開設交叉性專業實驗。
暖通空調系統形式多樣、構成復雜、設備龐大、維護費用高，受實驗室空間和資金的限制，很難建設較為綜合的暖通空調實驗平臺，使學生對系統整體性和在工程中的實際運行缺少全面性認識。
2.受生產與安全條件限制，生產實習教學效果很難達到預期要求。
為了彌補交叉性專業實驗的不足，很多學校加強了生產實習環節。但是，由于實際工程環境復雜、危險大、操作安全要求高，企業出于經濟效益和安全考慮，不可能同意把在工程現場進行實驗教學，只能是走馬觀花的參觀式教學，實際教學效果不佳。
3.受師資力量和實驗設備限制，實驗教學質量大打折扣。
大多數學校建環專業每年招生2個班以上，有的學校甚至達到4個班。當學生人數多時，而師資力量有限、實驗設備數量有限時，如何安排好學生進行實驗，并且能夠激發學生主動性、積極性是一件非常困難的事情。
二、建環專業虛擬仿真實驗教學的必要性
虛擬仿真技可以生動形象地復現各類復雜的暖通空調系統，有效解決建環專業實驗改革的瓶頸問題。虛擬仿真實驗不受實驗室條件的限制、生產與安全條件的限制、師資與實驗設備的限制，可以實現在課堂和實驗室中無法實現的教學過程，拓展實驗類型，開展豐富多樣的專業交叉性、創新性實驗。
建環專業開展虛擬仿真實驗教學，將帶來如下優勢：①能營造出一種仿真式與交互式的實驗環境，不用考慮實驗室面積、投資、運行、維護費用，使得實驗經費大大降低。②能展現建環專業的最前沿技術，擴展實驗項目。③擴展實驗內容和深度，突破課堂教學難點。④去除了繁雜的實驗準備工作，節省去人力、物力，更有效利用師資力量。⑤可以反復訓練，為學生自主學習提供平臺，提高學習興趣，促進主動思考。
對于實踐教學而言，不同層次的實踐教學可以用不同層次的虛擬仿真技術進行模擬。在專業基礎課程中的實踐教學可以使用簡單、高效、成本低廉的傳統仿真技術來完成，對于專業核心課程的實踐教學或綜合性實驗，可采用虛擬現實系統來實現。
三、建環專業領域的常用仿真技術
仿真技術以低成本、高開放性和廣泛適用性等優勢，已經在建環專業相關的科研領域有了廣泛應用和研究，很多仿真軟件被用于暖通空調的仿真建模，主要分為以下三個方面：
1.建筑室內環境的仿真。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的物理模型，能夠準確模擬所研究對象內的空氣流動、傳熱和污染等物理現象。Airpak則是專門面向HVAC領域的室內環境仿真軟件，在功能上沒有Fluent全面，但是比Fluent更易于建環專業人員使用。
2.建筑或空調系統能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等軟件，其中EnergyPlus和DeST在我國應用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的優點，采用集成同步的負荷/系統/設備的模擬方法。DeST基于狀態空間法理論，利用多區熱質平衡算法和三維動態傳熱算法模擬建筑能耗。
3.暖通空調系統性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等軟件。TRNSYS模塊化結構的動態系統模擬軟件，內置了200多個功能性子程序，目前應用最為普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系統模擬軟件，能夠很好解決因果類仿真平臺的代數循環問題，而且具備將建模和數值方法的理想解耦，適用于開發復雜的空調系統仿真模型。
可見，仿真技術已經在建環專業科研領域有廣泛應用，可以模擬建筑室內復雜的熱環境，仿真各種復雜的空調系統，為暖通空調虛擬仿真實驗的開發奠定了技術基礎。
四、建環專業虛擬仿真實驗教學的發展狀況
仿真技術是用來構建仿真系統的物理模型，真實反映出實際系統的特性。對于虛擬仿真實驗來說，必須有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等軟件平臺開發，使學生可直接參與，探索仿真對象的變化過程。目前，雖然建環專業領域的仿真研究很多，但主要應用于科研領域;建環專業的虛擬仿真實驗研究相對很少，尚處于初步探索階段。
美國可持續建筑性能研究所開發了LearnHVAC軟件，如圖1所示。學生可以對空調系統進行模擬操作，包括短期控制模擬，長期能耗模擬，分析系統故障。教師可以自定義暖通空調系統的模擬場景，對學生的實驗進行管理。目前，LearnHVAC只是可發了變風量系統一項實驗內容。
在國內，山東建筑大學開發了太陽能系統、地源熱泵系統等虛擬仿真實驗軟件，只側重于對原理的認識和體驗，實驗功能簡單;合肥工業大學楊善林教授將組件技術應用于中央空調的計算機仿真培訓系統研發過程中，其開發方法能夠對虛擬仿真軟件有一個很好的參考作用[5];湖北工業大學以BIM技術、信息技術為支撐，組建了綠色建筑全生命周期虛擬仿真實驗教學中心[6]。
目前，虛擬仿真實驗教學已經逐漸得到重視，很多大學已經開展了相關調研，建設虛擬仿真實驗室、開發虛擬仿真實驗項目、研究虛擬仿真教學方法等工作已經逐步開展。
五、結束語
虛擬仿真技術是當前高等教育的重要教學手段，虛擬仿真實驗建設必將推動建環專業實驗教學發展，如何與傳統實驗項目有機結合，設置合理的實踐教學計劃，開發創新性虛擬仿真實驗項目，提高人才培養質量，將是近年來建環專業實驗教學改革的重點內容。
參考文獻：
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[2]趙麗娜，賈永明.建筑環境與能源應用工程專業實驗考核模式和方法的研究與探索[J].化工時刊，2015，29（3）：56-58.
[3]熊軍，劉澤華，羅清海，等.工程應用能力的實驗教學改革研究――以建筑環境與設備工程專業為例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.
[4]陳世強，張登春，于琦，等.建環專業測試技術實踐教學環節研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.
