虛擬仿真技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 信息化 制造業(yè)

1對(duì)系統(tǒng)仿真類型進(jìn)行概述

顧名思義，“仿真”就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的物體進(jìn)行模擬的一種狀態(tài)，使其達(dá)到逼真的情形。在工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來(lái)研究相關(guān)事物，如通過(guò)系統(tǒng)模型的相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究設(shè)計(jì)或者存在的某個(gè)系統(tǒng)。

2對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述

由于我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，并且制造業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入中也占很大的比例，因此，國(guó)家及企業(yè)都非常重視我國(guó)制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)及制造業(yè)的進(jìn)步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發(fā)展。而系統(tǒng)仿真技術(shù)作為工程領(lǐng)域里面的一個(gè)重要手段，其被大量應(yīng)用到我國(guó)制造業(yè)進(jìn)行研究及實(shí)踐，從而產(chǎn)生出一些先進(jìn)制造技術(shù)。對(duì)于系統(tǒng)仿真技術(shù)而言，如果從本質(zhì)上面來(lái)講，其就是通過(guò)建立仿真模型，然后再對(duì)仿真模型不斷進(jìn)行實(shí)踐模擬的一種先進(jìn)技術(shù)。它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要是由仿真語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言、以及計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體情況如上圖2-1所示。可以很明顯的看出，對(duì)于一個(gè)典型的仿真軟件來(lái)講，它主要包括程序包、仿真語(yǔ)言、仿真環(huán)境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計(jì)算機(jī)仿真軟件的一個(gè)發(fā)展情況。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，直到上個(gè)世紀(jì)80年代后期，出現(xiàn)了一體化的仿真環(huán)境。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮牟l(fā)執(zhí)行機(jī)制，這樣，就非常容易的實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基礎(chǔ)之上來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)及模型數(shù)據(jù)、以及實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果等進(jìn)行統(tǒng)一的管理，與此同時(shí)，人工智能等相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用到仿真建模、運(yùn)行以及對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析之中。另外，廣義的制造系統(tǒng)的相關(guān)仿真器也開(kāi)始大量出現(xiàn)，在某種程度上面很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行的非語(yǔ)言建模、以及模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等相關(guān)的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3計(jì)算機(jī)仿真研究的熱點(diǎn)以及對(duì)我國(guó)制造業(yè)的相關(guān)影響

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

4結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展也日新月異。在制造業(yè)中，對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品的生命周期來(lái)講，仿真技術(shù)都表現(xiàn)出其強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。在?dāng)今制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展在不斷的擴(kuò)展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產(chǎn)、綠色制造等方面不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：仿真 機(jī)械 控制

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）12-0104-01

隨著技術(shù)的進(jìn)步，作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的仿真模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以多種學(xué)科理論為指導(dǎo)，利用相應(yīng)的軟件為工具，通過(guò)虛擬試驗(yàn)的方法來(lái)解決問(wèn)題的技術(shù)。隨著工程機(jī)械產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開(kāi)發(fā)成本。在這種需求下，以仿真技術(shù)為代表的技術(shù)成為工程領(lǐng)域一種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段。運(yùn)用仿真設(shè)計(jì)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從實(shí)際對(duì)象的物理模型出發(fā)。設(shè)置不同的激勵(lì)信號(hào)，利用相應(yīng)曲線，即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)?？梢栽诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和評(píng)估產(chǎn)品的性能方面，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。工程中的技術(shù)問(wèn)題首先是要仿真技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于需要研究的對(duì)象，計(jì)算機(jī)一般是不能直接認(rèn)知和處理的，這就要求為之建立一個(gè)既能反映所研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)，又易于被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型將研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)抽象出來(lái)，計(jì)算機(jī)再來(lái)處理這些經(jīng)過(guò)抽象的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)展現(xiàn)研究對(duì)象的特質(zhì)，當(dāng)然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來(lái)越多的研究者所采用。通過(guò)對(duì)這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認(rèn)識(shí)研究對(duì)象。模型是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的核心。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型根據(jù)時(shí)間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)模型和混合時(shí)間動(dòng)態(tài)模型；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。通過(guò)這個(gè)關(guān)系還可以看出，數(shù)學(xué)建模的精準(zhǔn)程度是決定計(jì)算機(jī)仿真精度的最關(guān)鍵因素。從模型這個(gè)角度出發(fā)，可以將計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)分為三個(gè)大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實(shí)驗(yàn)。所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統(tǒng)，利用已有的仿真軟件，如鑄造過(guò)程就常用ADSMS軟件來(lái)進(jìn)行仿真。將仿真模型載入計(jì)算機(jī)進(jìn)行使用。

2 計(jì)算機(jī)仿真在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

2.1 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是綜合多學(xué)科的技術(shù)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制理論為核心，運(yùn)用成熟的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)將部件集成在一起，建立機(jī)械系研究的問(wèn)題，根據(jù)仿真所要達(dá)到的目的抽象出一個(gè)確定的系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的邊界條件和約束條件，利用各種相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，把所抽象出來(lái)的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達(dá)式描述出來(lái)，描述的內(nèi)容，傳統(tǒng)的仿真就是針對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)的仿真，而仿真技術(shù)則是強(qiáng)調(diào)整體的優(yōu)化，它通虛擬環(huán)境的耦合，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，直到獲得最優(yōu)化的效果，所以子系統(tǒng)之間的協(xié)同求解，應(yīng)該快速地建立控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)等虛擬樣機(jī)。的運(yùn)用目前市場(chǎng)上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真軟件可采用ADAMS軟件?？刂葡到y(tǒng)仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過(guò)三維模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS中進(jìn)行分析，對(duì)控制方案進(jìn)行仿真。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)可擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴，給企業(yè)帶來(lái)高的經(jīng)濟(jì)效益，高效的研發(fā)手段促使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)降低，提高生產(chǎn)效率，通過(guò)虛擬樣機(jī)找到組織生產(chǎn)，使產(chǎn)品制造和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面更具靈活性，同時(shí)克服企業(yè)資源的局限性，將具有開(kāi)發(fā)產(chǎn)品技術(shù)組成一個(gè)臨時(shí)的企業(yè)聯(lián)盟。仿真技術(shù)必將成為工程機(jī)械領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)的主流。

2.2 機(jī)械加工仿真

機(jī)械加工過(guò)程，是利用計(jì)算機(jī)仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機(jī)理，為提高機(jī)械性能。在機(jī)械的磨削方面，采用時(shí)間變化的描述磨削過(guò)程的各個(gè)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)優(yōu)化和虛擬磨削創(chuàng)造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型，開(kāi)發(fā)切削振動(dòng)仿真的微機(jī)通用軟件，得出了端銑切削振動(dòng)的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。建立了連續(xù)擠壓的計(jì)算機(jī)仿真模型，通過(guò)模擬連續(xù)擠壓全過(guò)程的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)。

2.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

了解了機(jī)構(gòu)需要設(shè)定的運(yùn)動(dòng)副情況后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。新建一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，創(chuàng)建連桿，根據(jù)各部件相互運(yùn)動(dòng)方式需建立7個(gè)連桿，對(duì)模型的材料特性進(jìn)行加載，定位每個(gè)運(yùn)動(dòng)副的時(shí)間函數(shù)，在一個(gè)周期內(nèi)完成所有的運(yùn)動(dòng)。向機(jī)構(gòu)添加一定的外載荷，使整個(gè)機(jī)構(gòu)工作在真實(shí)的工程狀態(tài)下，機(jī)構(gòu)的兩連桿之間，模擬兩個(gè)零件之間的彈性連接。根據(jù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的形式，取料機(jī)械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)，采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，要求必須設(shè)定運(yùn)動(dòng)時(shí)間和解算步數(shù)，機(jī)構(gòu)做運(yùn)動(dòng)仿真分析時(shí)，需要詳細(xì)記錄整個(gè)仿真零件的位移距離，適當(dāng)縮短機(jī)械加工產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能具有積極的作用。

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第3篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文關(guān)鍵詞： 信息技術(shù)　微電子專業(yè)教學(xué)　應(yīng)用

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

信息技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)的基石和重要組成部分?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”；“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用。提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果”。信息技術(shù)與高校專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，可以改進(jìn)教學(xué)手段、創(chuàng)新教學(xué)方法、提高教學(xué)效率、增強(qiáng)教學(xué)效果。

微電子專業(yè)是我國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展的一個(gè)多學(xué)科綜合、高技術(shù)密集的新興專業(yè)，主要研究半導(dǎo)體材料、器件與工藝和集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試等理論和技術(shù)。微電子專業(yè)教學(xué)由于課程開(kāi)設(shè)時(shí)間較短、涉及學(xué)科多、理論性強(qiáng)、同時(shí)又與實(shí)踐結(jié)合緊密。因此如何有效地改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量成為微電子專業(yè)教學(xué)中迫切需要解決的問(wèn)題。將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到微電子專業(yè)的教學(xué)活動(dòng)中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，促進(jìn)了教師與學(xué)生的互動(dòng)，取得了很好的教學(xué)效果。

1.多媒體技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

多媒體教學(xué)是信息技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中最典型、最廣泛的具體應(yīng)用。多媒體信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是指采用圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻等新穎的教學(xué)形式，將教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)識(shí)。多媒體教學(xué)方式有助于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容，特別是重難點(diǎn)內(nèi)容的理解和吸收，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的突破和有益的補(bǔ)充。針對(duì)于微電子專業(yè)的特殊性和綜合性，我們?cè)诮虒W(xué)中采用多種多媒體表現(xiàn)方式，分別應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

1.1幻燈片教學(xué)

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

1.2動(dòng)畫(huà)演示

電腦動(dòng)畫(huà)的運(yùn)用能夠進(jìn)一步提升多媒體技術(shù)的作用和效果。動(dòng)畫(huà)能夠?qū)⑽㈦娮訉I(yè)課程中遇到的深?yuàn)W的理論問(wèn)題和復(fù)雜的內(nèi)部機(jī)理，通過(guò)簡(jiǎn)單的畫(huà)面動(dòng)態(tài)地表示出來(lái)，從而使學(xué)生加快加深理解，特別有利于重點(diǎn)難點(diǎn)的掌握。另外，電腦動(dòng)畫(huà)能夠逼真地再現(xiàn)微電子工藝流程的加工過(guò)程，可以模擬實(shí)際操作步驟，從而可以代替或輔助部分實(shí)踐教學(xué)。

1.3錄像放映

微電子專業(yè)的實(shí)習(xí)單位往往是高投資、大規(guī)模、貴重設(shè)備云集的高科技公司。這些公司管理制度嚴(yán)格、專業(yè)程度高，對(duì)在校學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)有著很多限制，同學(xué)們經(jīng)常只能去參觀工廠環(huán)境，遠(yuǎn)眺機(jī)器的運(yùn)作，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)不對(duì)學(xué)生開(kāi)放實(shí)習(xí)。這樣，教學(xué)得不到生產(chǎn)實(shí)踐的支持，使得理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，降低了教學(xué)效果。而將企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流程拍成錄像，或者購(gòu)置相關(guān)內(nèi)容的影像資料，通過(guò)多媒體放映給同學(xué)觀看，可以近距離地觀摩生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)作、了解技術(shù)細(xì)節(jié)，對(duì)不甚明白的內(nèi)容可以反復(fù)觀看。采用這種方式進(jìn)行教學(xué)，同學(xué)們紛紛反映大開(kāi)眼界，受益匪淺，不僅對(duì)課程里所學(xué)的內(nèi)容有了直觀的認(rèn)識(shí)，而且了解到產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展。

2.虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

得益于計(jì)算機(jī)硬件的飛速進(jìn)步和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)成為當(dāng)前流行的新型教學(xué)手段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，局限于實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置的設(shè)備和儀器，特別是微電子專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格高昂、操作復(fù)雜、容易損傷，使同學(xué)很難得到上機(jī)鍛煉的機(jī)會(huì)。而使用基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方式，過(guò)程簡(jiǎn)單靈活，交互方式多樣，結(jié)果直觀明了，既能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析、綜合能力，又能提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

虛擬仿真技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在電路設(shè)計(jì)方面，基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation，EDA）技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導(dǎo)體工藝和器件的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（Technology Computer Aided Design，TCAD）實(shí)現(xiàn)對(duì)微電子制造工藝和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強(qiáng)大功能，包括軟件所具有的可升級(jí)性，在課堂和實(shí)驗(yàn)中通過(guò)軟件設(shè)計(jì)微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學(xué)概念清晰，內(nèi)容生動(dòng)，過(guò)程可視，還能夠大幅節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購(gòu)置和維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)高效。

3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加普及，也更加方便，特別是校園局域網(wǎng)的建設(shè)，提供了學(xué)生隨時(shí)隨地使用各種終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的教育環(huán)境。這也促使我們把教學(xué)平臺(tái)從教室向網(wǎng)絡(luò)拓展，必然在一定程度上改變教學(xué)的形式和基本架構(gòu)，帶來(lái)革命性的變化。

互聯(lián)網(wǎng)和校園局域網(wǎng)一方面可以作為信息資源庫(kù)，為微電子專業(yè)課程教學(xué)提供教學(xué)教案、課件、習(xí)題等資源的下載和在線瀏覽；另一方面也可以作為師生課外互動(dòng)的平臺(tái)，進(jìn)行答疑、作業(yè)提交、通知等教學(xué)活動(dòng)。這兩種方式也是目前微電子教學(xué)中最主要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用手段。使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有助于師生雙方的交流，教學(xué)信息的豐富，以及多元化教學(xué)，等等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的推廣和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，極大地推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)體系中的應(yīng)用，將會(huì)成為現(xiàn)代教育技術(shù)的主流之一。

綜合運(yùn)用信息技術(shù)的各種方法和手段，結(jié)合微電子專業(yè)特點(diǎn)，更新教學(xué)觀念，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，能夠有效地提升教學(xué)效率和效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的符合社會(huì)需求的專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)

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

第4篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 物流實(shí)驗(yàn)室 建設(shè)策略

物流專業(yè)最大的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的投入力度及構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力的提升具有重要意義。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)存在諸多的優(yōu)勢(shì)如成本少、可控性高、可視化等，將其運(yùn)用到物流實(shí)驗(yàn)室中可以帶來(lái)意想不到的效果。

1 構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室的意義

1.1 教學(xué)方面

在物流教學(xué)過(guò)程中，除了要傳授學(xué)生相關(guān)的物流知識(shí)外，還必須培養(yǎng)其一定的實(shí)踐操作能力。通過(guò)將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與物流實(shí)驗(yàn)室有機(jī)結(jié)合，能緊跟物流技術(shù)的發(fā)展變化來(lái)及時(shí)更新所需的資源，能在并不廣闊的場(chǎng)所及資金少的情況下進(jìn)行各種不同的實(shí)驗(yàn)操作，完全達(dá)到了物流實(shí)踐教學(xué)的要求，并且學(xué)生能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中。

1.2 科研方面

對(duì)于具有豐富理論知識(shí)，想有進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)生來(lái)說(shuō)，基本的理論教學(xué)與實(shí)踐操作很難達(dá)到他們的實(shí)際所需，特別渴望參與一些深層次的物流系統(tǒng)分析、高級(jí)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。為此，構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室是滿足學(xué)生要求的不二選擇，能夠?yàn)楝F(xiàn)代社會(huì)培養(yǎng)一批高級(jí)別的物流管理團(tuán)隊(duì)。

1.3 社會(huì)服務(wù)方面

學(xué)校在完成培養(yǎng)綜合型人才隊(duì)伍的任務(wù)的同時(shí)，還肩負(fù)著服務(wù)社會(huì)的責(zé)任。由于目前缺乏實(shí)踐系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，很大程度上幫助了教育者利用自身掌握的知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室豐富的軟硬件資源來(lái)承接相關(guān)的項(xiàng)目課題，促進(jìn)企業(yè)物流系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí)，避免不必要的資金投入，綜合了物流與其他相關(guān)技術(shù)、信息技術(shù)，減少了社會(huì)資源的大量耗費(fèi)。

2 基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)策略

2.1 明確具體的建設(shè)目標(biāo)與指導(dǎo)思想

首先，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備具有開(kāi)放性、綜合性特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)體系，提高學(xué)生知識(shí)水平的同時(shí)，增強(qiáng)其實(shí)踐操作能力，制定詳細(xì)完善的教學(xué)計(jì)劃，注重學(xué)科發(fā)展，將學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及能力的養(yǎng)成作為教學(xué)目標(biāo)。

其次，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必須將系統(tǒng)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性作為主要指導(dǎo)思想。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)時(shí)刻了解先進(jìn)物流技術(shù)、相關(guān)教學(xué)手段的最新情況，盡可能的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等為一體；從學(xué)科與專業(yè)的角度出發(fā)，合理使用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用，優(yōu)化配置各類硬軟件、場(chǎng)地資源，建立健全物流仿真實(shí)驗(yàn)工程體系，為專業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供幫助，真正實(shí)現(xiàn)涵蓋教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)、人才培養(yǎng)等內(nèi)容的教學(xué)科研基地。

2.2 總體規(guī)劃

2.2.1 硬件設(shè)備

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配置一定數(shù)量的電腦，方便學(xué)生利用電腦來(lái)構(gòu)建仿真模型。另外，還需購(gòu)置下列設(shè)備：投影機(jī)、弧形三維屏幕（籠罩整個(gè)實(shí)驗(yàn)室，以創(chuàng)設(shè)虛擬的物流仿真系統(tǒng)氛圍）、在實(shí)驗(yàn)室中間放置一臺(tái)服務(wù)器電腦與音響，并和投影機(jī)與弧形三維屏幕連接，這樣即完成操作平臺(tái)的設(shè)置。同時(shí)還要有具備無(wú)線遙控功能的激光筆，為相關(guān)操控提供便利。

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室及其硬件的規(guī)劃與分配途徑是：將實(shí)驗(yàn)室劃分為教學(xué)區(qū)與科研區(qū)兩個(gè)不同功能的區(qū)域，各自處于不同的空間中。教學(xué)區(qū)主要為學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)提供服務(wù)，內(nèi)部共配備了投影機(jī)、屏幕、服務(wù)器、音響、供學(xué)生操作的電腦、遙控激光筆。科研區(qū)中主要配備辦公桌椅、電腦以及教研人員，是教育者日常開(kāi)展科研活動(dòng)的場(chǎng)地。

2.2.2 軟件設(shè)備

軟件設(shè)施在物流仿真實(shí)驗(yàn)室中屬于必不可少的工具。由于物理軟件的類型眾多，因此必須結(jié)合仿真系統(tǒng)選擇相匹配的軟件。比如Flexsim仿真軟件，此軟件具有通用性特點(diǎn)，在多個(gè)行業(yè)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。該軟件在物流仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用涉及了配送中心揀選仿真、倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)出入庫(kù)仿真、生產(chǎn)物流仿真、機(jī)場(chǎng)仿真等領(lǐng)域。由于當(dāng)前運(yùn)用的Flexsim軟件只涉及一些基本功能，所以還需對(duì)其進(jìn)行升級(jí)，添進(jìn)相配套的優(yōu)化軟件包。

2.2.3 建設(shè)流程

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)遵循循序漸進(jìn)、分階段的原則。舉例說(shuō)明，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所及設(shè)備，建設(shè)滿足教學(xué)要求的仿真物流系統(tǒng)及仿真生產(chǎn)物流系統(tǒng)；然后再建設(shè)另兩個(gè)仿真配送中心系統(tǒng)及仿真供應(yīng)鏈系統(tǒng)。

在構(gòu)建仿真物流各系統(tǒng)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)委托開(kāi)發(fā)與自行研發(fā)相結(jié)合的手段。由于對(duì)大型仿真物流系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)會(huì)耗費(fèi)諸多的時(shí)間、精力，并且要求有豐富的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)，所以應(yīng)開(kāi)展招投標(biāo)活動(dòng)，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，同時(shí)自己與相關(guān)團(tuán)隊(duì)協(xié)作開(kāi)展二次研發(fā)。

3 結(jié)論

C上所述可知，在培養(yǎng)物流人才過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可忽視的作用，為高質(zhì)量人才的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。從專業(yè)特色角度出發(fā)，制定系統(tǒng)完善的培養(yǎng)計(jì)劃，構(gòu)建實(shí)踐性高的物流實(shí)驗(yàn)室，致力于將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與物流實(shí)驗(yàn)室緊密結(jié)合，這不僅有助于進(jìn)一步升華實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)物流健康持續(xù)發(fā)展，而且還極大地增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1]曾鳴.基于Flexsim的港口倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)過(guò)程仿真及優(yōu)化研究[D].北京：北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[2]呂奇光，廖浩.仿真技術(shù)在物流實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].航海教育研究，2012.

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

[5]高輝.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的仿真技術(shù)探析[J].長(zhǎng)春教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（06）：130-131.

作者簡(jiǎn)介

阮文（1967-），女，福建省仙游縣人。工程碩士學(xué)位，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，現(xiàn)為湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。

第5篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】 短波網(wǎng) 半實(shí)物仿真 omnet

一、概述

短波網(wǎng)項(xiàng)目中，仿真技術(shù)是一種低成本高準(zhǔn)確性的方法。通過(guò)仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以在短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就能驗(yàn)證通信流程的正確性以及模擬網(wǎng)絡(luò)建成以后的使用性能，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)。

在眾多的仿真技術(shù)中，半實(shí)物仿真通過(guò)部分模塊與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行交互，更能貼近現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，更能反映出實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的性能。omnet是一個(gè)基于離散事件，組建模塊化的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)。

由于其清晰的圖形界面，簡(jiǎn)單的消息交互機(jī)制以及提供了大量的成熟的通信仿真模塊，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于短波網(wǎng)項(xiàng)目中。在使用omnet進(jìn)行半實(shí)物仿真的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到需要通過(guò)網(wǎng)口Socket與仿真程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的情況，本文主要為了解決以上問(wèn)題，介紹了如何使用omnet實(shí)現(xiàn)Socket接口與仿真程序交互數(shù)據(jù)。

二、實(shí)現(xiàn)原理

要說(shuō)明Socket與omnet仿真程序如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，先簡(jiǎn)要介紹omnet中消息的分發(fā)機(jī)制。

omnet仿真平臺(tái)的消息分發(fā)機(jī)制是通過(guò)一個(gè)叫cSchedule的類來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)仿真程序初始化的時(shí)，omnet仿真平臺(tái)會(huì)生成一個(gè)公有的cSchedule類實(shí)例。這實(shí)例負(fù)責(zé)把各個(gè)仿真類對(duì)象所發(fā)送的消息，按照其應(yīng)該到達(dá)的時(shí)間，按時(shí)有效的傳遞到各個(gè)實(shí)例的handleMessage函數(shù)中，以便對(duì)消息進(jìn)行處理。

oment的仿真平臺(tái)對(duì)以上過(guò)程進(jìn)行了妥善的封裝，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)是透明的，使用者只需關(guān)心消息到達(dá)以后如何處理，如何編寫(xiě)handleMessage函數(shù)。

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

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

三、使用方法

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

3.1加入cSocketRTScheduler類。

拷貝SocketRTScheduler.cc和SocketRTScheduler.h文件到目標(biāo)工程目錄下。

3.2創(chuàng)建并指定cMessage實(shí)例用來(lái)表示通過(guò)Socket網(wǎng)口傳遞的消息。

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

cMessage rtEvent = new cMessage（“rtEvent”）；

3.3替換omnet中的cSchedule類實(shí)例為cSocketRTScheduler類。

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

cScheduler*pcScheduler = simulation.getScheduler（）；

cSocketRTScheduler*rtScheduler=check_and_ cast（pcScheduler）；

3.4使cSchedule類與消息和緩沖區(qū)建立連接。

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

3.5配置文件中指定cSocketRTScheduler類

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

scheduler-class =”cSocketRTScheduler”

3.6指定本程序監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)Socket端口號(hào)

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

socketrtscheduler-port = 60001

四、數(shù)據(jù)收發(fā)

4.1數(shù)據(jù)接收

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

調(diào)用handleMessage函數(shù)。

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

訪問(wèn)接收緩沖區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.2數(shù)據(jù)發(fā)送

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

五、注意事項(xiàng)

當(dāng)使用了cSocketRTScheduler作為cSchedule后，仿真的時(shí)序和現(xiàn)實(shí)的時(shí)序?qū)?huì)統(tǒng)一，即仿真的時(shí)間間隔和現(xiàn)實(shí)時(shí)間間隔將會(huì)相等。

仿真程序的休眠將會(huì)使得仿真程序的時(shí)間與實(shí)際時(shí)間不一致，導(dǎo)致產(chǎn)生不可預(yù)料的錯(cuò)誤，因此不推薦在進(jìn)行串口半實(shí)物仿真程序中進(jìn)行休眠。

參 考 文 獻(xiàn)

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

第6篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文摘要：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)未來(lái)的發(fā)展方向，本文從工業(yè)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的一般含義出發(fā)，探究計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，著重探討計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互，并對(duì)其做出了展望。

工業(yè)設(shè)計(jì)是一門綜合性學(xué)科，其知識(shí)體系包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、色彩學(xué)、心理學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)及倫理學(xué)等。它在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善人的生活方式等方面發(fā)揮了重要的作用。但究竟什么是工業(yè)設(shè)計(jì)，一直眾說(shuō)紛紜。2006年國(guó)際工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)理事會(huì)（ICSID）給出的定義認(rèn)為：設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，其目的是確立產(chǎn)品多向度的品質(zhì)、過(guò)程、服務(wù)及整個(gè)生命周期系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)是科技人性化創(chuàng)新的核心因素，也是文化與經(jīng)濟(jì)交流至關(guān)重要的因素。工業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)結(jié)構(gòu)、組織、功能、表達(dá)和經(jīng)濟(jì)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和評(píng)估，主要表現(xiàn)在：

（1）增強(qiáng)全球可持續(xù)化發(fā)展和對(duì)環(huán)境的保護(hù)；

（2）賦予人類社會(huì)整體、個(gè)人、集體以利益與自由；

（3）決定用戶、生產(chǎn)者和市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者；

（4）不論世界如何全球化，支援文化多樣化；

（5）賦予產(chǎn)品、服務(wù)、系統(tǒng)與其特性在形式（符號(hào)的、語(yǔ)義學(xué)）的表達(dá)上與內(nèi)涵的協(xié)調(diào)（審美的、美學(xué)）保持一致。

近五十年工業(yè)設(shè)計(jì)得到了快速發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為代表的數(shù)字化信息時(shí)代的到來(lái)，進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)以一種嶄新的面貌進(jìn)入企業(yè)，改變著企業(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。

一、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

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

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

二、CAID的應(yīng)用

CAID的應(yīng)用主要是基于數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，借助CAID，企業(yè)可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，同時(shí)能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。CAID將科學(xué)思維和藝術(shù)思維融合在一起，科學(xué)的發(fā)明融入了藝術(shù)的思維，可使產(chǎn)品外觀和操作更加人性化；將科學(xué)思維融入到藝術(shù)思維中，可以確保對(duì)產(chǎn)品的形態(tài)美及功能美的探求有科學(xué)的依據(jù)。

1、計(jì)算機(jī)輔助形態(tài)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助形態(tài)設(shè)計(jì)就是借助計(jì)算機(jī)軟硬件，通過(guò)形態(tài)變化、分割與比例等方法按照形式美法則對(duì)產(chǎn)品的造型進(jìn)行探究，以獲得功能布局合理、操作人性化的技術(shù)美。在這個(gè)階段，設(shè)計(jì)師會(huì)經(jīng)常對(duì)產(chǎn)品的形態(tài)進(jìn)行探索，以獲得良好的產(chǎn)品形態(tài)，這必然要求設(shè)計(jì)師經(jīng)常對(duì)已有的產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行修改。CAID的參數(shù)化功能，便于反復(fù)修改尺寸、線型等；具有較強(qiáng)的曲面造型功能；能夠快速地實(shí)現(xiàn)基于草圖的三維建模。

2、計(jì)算機(jī)輔助色彩設(shè)計(jì)

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

3、計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)設(shè)計(jì)

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

人機(jī)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響產(chǎn)品的性能及用戶的安全，好的人機(jī)設(shè)計(jì)將有利于產(chǎn)品性能的最佳發(fā)揮，提高生產(chǎn)效率，反之，將威脅用戶的身體健康，給用戶的操作帶來(lái)不便，降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品人機(jī)環(huán)境的綜合性能。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，以CAD為代表的三維數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)已成為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，進(jìn)而出現(xiàn)了“數(shù)字化人機(jī)工程”概念，即借助計(jì)算機(jī)、信息處理技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。如運(yùn)動(dòng)型人體模型，它可以用來(lái)模擬人體的運(yùn)動(dòng)特性，在影視、工程設(shè)計(jì)、軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，在人機(jī)工程領(lǐng)域主要用于對(duì)姿態(tài)與動(dòng)作的分析。

4、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

借助CAID對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由此，可以判斷各個(gè)方案的價(jià)值，確定其優(yōu)劣，以便篩選出最佳的設(shè)計(jì)方案。評(píng)價(jià)工具的出現(xiàn)，使得設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法和原則具有更強(qiáng)的可操作性。例如利用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行藝術(shù)美學(xué)的評(píng)價(jià)和分析，這是CIAD進(jìn)行評(píng)價(jià)的一個(gè)突出案例。“計(jì)算機(jī)藝術(shù)美評(píng)價(jià)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也是個(gè)智能專家系統(tǒng)，在系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中集中了客觀上對(duì)某種產(chǎn)品是否美的評(píng)價(jià)概念，也集中了專家級(jí)的藝術(shù)美學(xué)思想及認(rèn)識(shí)，它在系統(tǒng)推理中確定了評(píng)價(jià)藝術(shù)美的準(zhǔn)則，然后進(jìn)行人機(jī)對(duì)話對(duì)產(chǎn)品的藝術(shù)美做出專家級(jí)的評(píng)價(jià)”（汪海波《淺析計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》，載于《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2005年第4期）。

三、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的人機(jī)交互

信息在人類社會(huì)活動(dòng)中變得越來(lái)越重要，當(dāng)今社會(huì)已從以“技術(shù)為核心”變?yōu)橐浴靶畔楹诵摹?，這標(biāo)志著社會(huì)的進(jìn)步，同時(shí)，也給設(shè)計(jì)者帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，即如何將信息正確、及時(shí)地傳遞給用戶。這就要求用戶和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙交流，因此才有互動(dòng)模式的CAID實(shí)現(xiàn)。目前，在CAID技術(shù)領(lǐng)域，人機(jī)交互的研究主要體現(xiàn)在人機(jī)界面設(shè)計(jì)和虛擬仿真設(shè)計(jì)等方面。

1、人機(jī)界面設(shè)計(jì)

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

2、虛擬仿真技術(shù)

通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)，可以對(duì)人機(jī)關(guān)系進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和評(píng)估等工作。當(dāng)前，“虛擬仿真技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在觸覺(jué)反饋、壓力反饋等基礎(chǔ)技術(shù)以及人機(jī)交互的模擬、人機(jī)虛擬環(huán)境的構(gòu)建等方面”（羅海玉《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)綜述》，載于《甘肅科技》2003年第7期）。它是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中試聽(tīng)等主觀行為的人機(jī)界面技術(shù)。目前，已有很多設(shè)備可以用來(lái)虛擬仿真設(shè)計(jì)，如三位空間交互球、力反饋器、數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等。虛擬仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)目前主要用于軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用還不多。但是，毫無(wú)疑問(wèn)的是虛擬仿真技術(shù)必然是工業(yè)設(shè)計(jì)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要方向，借助它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中任一環(huán)節(jié)的考察與操作，可以幫助設(shè)計(jì)師快速、真實(shí)、有效地實(shí)現(xiàn)和修改設(shè)計(jì)方案，減少不必要的體力與腦力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的信息交流和資源共享，進(jìn)而提高產(chǎn)品研發(fā)的速度，快速及時(shí)地抓住市場(chǎng)機(jī)遇，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié) 語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

1、 zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%B7%A5%E6%A5%AD%E8%A8%AD%E8%A8%88. 維基百科

2、 劉和山、趙英新、黃克正、張明《淺談?dòng)?jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》，載于《山東內(nèi)燃機(jī)》1999年第3期

3、 楊海成、陸長(zhǎng)德、余隋慶《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》，北京理工大學(xué)出版社2009年版

4、 汪海波《淺析計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》，載于《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2005年第4期

第7篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí);協(xié)同訓(xùn)練;多用戶;網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

【中圖分類號(hào)】G434【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【論文編號(hào)】1009―8097(2010)04―0120―03

引言

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

由于教育培訓(xùn)軟件的應(yīng)用長(zhǎng)期局限于平面的文字及圖像表述,即使近年來(lái)動(dòng)態(tài)圖形圖像表現(xiàn)形式大大提高了內(nèi)容的表現(xiàn)效果,但仍無(wú)法真正滿足人類視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)……甚至是感覺(jué)上的認(rèn)同效應(yīng)。因此,當(dāng)前傳統(tǒng)的CBT(計(jì)算機(jī)支持的教育培訓(xùn)體系,Computer Based Training)訓(xùn)練方式已在一定程度上無(wú)法滿足高科技培訓(xùn)的需要,基于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的協(xié)同式訓(xùn)練系統(tǒng)將視景仿真和協(xié)同工作的概念引入CBT中,它拋棄了傳統(tǒng)的訓(xùn)練必須在真實(shí)的環(huán)境和場(chǎng)地下進(jìn)行的觀念;同時(shí)也克服了傳統(tǒng)訓(xùn)練無(wú)法模擬某些現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的缺陷,如飛機(jī)上、地鐵中、商廈里等,它使受訓(xùn)人員不用再冒著一定的危險(xiǎn)、不用再在投入巨額的設(shè)備購(gòu)買和場(chǎng)地布置的情況下就能參加訓(xùn)練。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代化的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行協(xié)同式訓(xùn)練系統(tǒng)的研發(fā),將克服實(shí)際場(chǎng)地演練的諸多不足,不僅花費(fèi)小,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染,而且沒(méi)有危險(xiǎn),是未來(lái)技能培訓(xùn)的主要手段之一[5][6]。系統(tǒng)在各種高危領(lǐng)域和應(yīng)急處理場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用,可應(yīng)用于工廠企業(yè)、航空、地鐵公司、社區(qū)、商店等大型場(chǎng)所的應(yīng)急訓(xùn)練;還可用于部隊(duì)演習(xí);學(xué)校、研究所大型實(shí)驗(yàn);網(wǎng)絡(luò)游戲;遠(yuǎn)程醫(yī)療等。該系統(tǒng)的研究將推動(dòng)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。本文以航空客艙乘務(wù)員應(yīng)急處理訓(xùn)練為例,介紹基于虛擬現(xiàn)實(shí)的協(xié)同訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、原理及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

一 系統(tǒng)描述

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的協(xié)同訓(xùn)練系統(tǒng)是一個(gè)綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、三維圖形圖像技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的一個(gè)虛擬仿真訓(xùn)練軟件,具有在虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行多用戶協(xié)同操作和基于知識(shí)庫(kù)的智能評(píng)判功能特點(diǎn)。系統(tǒng)利用三維技術(shù)構(gòu)建各種虛擬訓(xùn)練場(chǎng)景(如飛機(jī)、地鐵等),多個(gè)用戶在這樣的虛擬仿真環(huán)境中,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文字和語(yǔ)音的通信、相互合作完成一個(gè)訓(xùn)練任務(wù)。同時(shí),系統(tǒng)提供任務(wù)的知識(shí)庫(kù)進(jìn)行操作過(guò)程的正確性判斷和提示,并詳細(xì)記錄各個(gè)用戶操作過(guò)程,提供專家進(jìn)行評(píng)判(如圖1所示)。系統(tǒng)采用了視景仿真、多用戶協(xié)同、知識(shí)庫(kù)與匹配策略的技術(shù),并在訓(xùn)練過(guò)程中具有多感知性、實(shí)時(shí)性、互操作性以及真實(shí)臨場(chǎng)性的特征,可廣泛應(yīng)用于特定環(huán)境下一個(gè)團(tuán)隊(duì)通過(guò)相互配合,相互協(xié)作來(lái)有效地完成訓(xùn)練任務(wù)

在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上,加入具體應(yīng)用的環(huán)境(3D場(chǎng)景),利用系統(tǒng)接口和核心功能設(shè)計(jì)具體應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)模塊,形成具體應(yīng)用的系統(tǒng)。如進(jìn)行飛機(jī)客艙火災(zāi)應(yīng)急處理訓(xùn)練,系統(tǒng)將裝入一個(gè)飛機(jī)機(jī)艙的場(chǎng)景和訓(xùn)練角色,多人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、視景等多種交互方式協(xié)同地進(jìn)行飛機(jī)客艙火災(zāi)應(yīng)急處理,形成了某一特定應(yīng)用的協(xié)同式訓(xùn)練的應(yīng)用系統(tǒng)。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的協(xié)同訓(xùn)練系統(tǒng)主要有如下應(yīng)用特點(diǎn):

1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的協(xié)同式訓(xùn)練系統(tǒng),通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,從而提高實(shí)際操作人員對(duì)各種實(shí)際環(huán)境的協(xié)同處理能力。系統(tǒng)尤其適合于模擬高危領(lǐng)域的操作訓(xùn)練,如火災(zāi)、地震、防恐等;

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

3 降低對(duì)人員財(cái)物等的安全威脅,也便于人員時(shí)間上的安排與調(diào)度,減少人力、財(cái)力等各方開(kāi)支,并且間接性地減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染。適合于要求團(tuán)隊(duì)組員同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)同訓(xùn)練的場(chǎng)合,如遠(yuǎn)程醫(yī)療專家合診、網(wǎng)絡(luò)游戲;

4 利用計(jì)算機(jī)手段,實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練模擬,運(yùn)用多媒體的實(shí)現(xiàn)方式,提高人員訓(xùn)練熱情和整體訓(xùn)練效果,因而也適用于原理或操作較枯燥的訓(xùn)練內(nèi)容,如學(xué)校、研究所等實(shí)驗(yàn)仿真。

二 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由三層結(jié)構(gòu)組成(如圖2所示)。底層是操作系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)API組成的支撐環(huán)境,中間層是由核心程序與接口組成的系統(tǒng)平臺(tái),頂層是三維場(chǎng)景模型與系統(tǒng)功能驅(qū)動(dòng)組成的應(yīng)用程序。

系統(tǒng)平臺(tái)主要由三維場(chǎng)景子系統(tǒng)、協(xié)同通信子系統(tǒng)和訓(xùn)練管理子系統(tǒng)組成。其主要特點(diǎn):將多用戶協(xié)同處理計(jì)算機(jī)模擬的理念,具體應(yīng)用到行業(yè)技能訓(xùn)練的領(lǐng)域中,并在訓(xùn)練過(guò)程中,采用了視景仿真、協(xié)同、知識(shí)庫(kù)的技術(shù)。

(1) 三維場(chǎng)景子系統(tǒng)

三維場(chǎng)景子系統(tǒng)是用三維造型來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境的一種實(shí)時(shí)渲染圖形系統(tǒng)。系統(tǒng)完成的主要模塊有模型導(dǎo)入、運(yùn)動(dòng)仿真、場(chǎng)景設(shè)置、碰撞檢測(cè)等。

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

(2) 同步通信子系統(tǒng)

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

語(yǔ)音通信主要提供學(xué)員之間相互協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)的通信平臺(tái),也是協(xié)同訓(xùn)練中對(duì)講、交談等的語(yǔ)音工具。

這里語(yǔ)音通信部分主要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(也可組播)的語(yǔ)音通信,是針對(duì)一個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)話音的實(shí)時(shí)采集、處理、播放,同時(shí)可與其它點(diǎn)進(jìn)行可靠的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳送和接收。對(duì)于前者,采用Windows MDK的低層音頻服務(wù),因?yàn)榈蛯右纛l服務(wù)中的回調(diào)機(jī)制為我們提供了音頻數(shù)據(jù),設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制音頻設(shè)備在后成錄音和放音的具體操作,通過(guò)回調(diào)機(jī)制,我們又可以檢測(cè)到什么時(shí)候用完一個(gè)數(shù)據(jù)塊,并及時(shí)傳送下一個(gè)數(shù)據(jù)塊,從而保證了聲音的連續(xù),有了這種單機(jī)上的實(shí)時(shí)采集、回放功能后,接下來(lái)的工作就是在網(wǎng)絡(luò)上傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸方面,選擇基于無(wú)連接的UDP協(xié)議,UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議能夠向若干臺(tái)目標(biāo)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),接收發(fā)自若干個(gè)源計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)。在采集話音回放之前,一方面將自己的語(yǔ)音傳給網(wǎng)絡(luò),另一方面接收網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的語(yǔ)音,具體是利用Windows Socket API實(shí)現(xiàn)的。

場(chǎng)景同步通信主要提供多用戶之間場(chǎng)景一致的功能,它由服務(wù)器、會(huì)話、用戶、網(wǎng)絡(luò)消息和分布式對(duì)象組成。

多用戶服務(wù)器是基于客戶/服務(wù)器技術(shù),所有用戶之間的通信必須通過(guò)服務(wù)器。一個(gè)用戶與其他用戶交互必須連接到一個(gè)會(huì)話上,一個(gè)用戶同時(shí)只能連接一個(gè)會(huì)話,并且只能與連接到同一會(huì)話的用戶通信。用戶有二個(gè)參數(shù),一是用戶名,二是用戶ID,一個(gè)客戶在連接或產(chǎn)生會(huì)話前必須設(shè)置用戶名。網(wǎng)絡(luò)消息是用戶之間通信的主要方法,這個(gè)消息類似窗口消息,可以在消息中附帶數(shù)據(jù)。分布式對(duì)象是另一個(gè)用戶間傳送信息的機(jī)制,它相關(guān)于場(chǎng)景中某一個(gè)實(shí)體,且按照一定規(guī)則分布到所有用戶機(jī)上,分布式對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例,它有自己的屬性,需要時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)更新。同步通信技術(shù)借鑒了國(guó)外的DIS(分布式交互系統(tǒng))和HLA(高層架構(gòu))等技術(shù)。

(3) 訓(xùn)練管理子系統(tǒng)

訓(xùn)練管理系統(tǒng)主要是用于處理訓(xùn)練相關(guān)的信息,它完成的功能有訓(xùn)練知識(shí)庫(kù)、實(shí)時(shí)跟蹤記錄、沖突解決機(jī)制等。

訓(xùn)練知識(shí)庫(kù)主要包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)、訓(xùn)練規(guī)則和匹配策略。訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)主要有學(xué)員信息、課程信息、訓(xùn)練信息等等。訓(xùn)練規(guī)則主要有角色定義與分配規(guī)則、評(píng)判規(guī)則、記分規(guī)則,其中評(píng)判規(guī)則包括動(dòng)作執(zhí)行者、動(dòng)作間的關(guān)系、施加對(duì)象以及次數(shù)等等。匹配策略主要是有序無(wú)序的匹配、規(guī)則樹(shù)的遍歷。

實(shí)時(shí)跟蹤記錄實(shí)際上是對(duì)學(xué)員的操作流進(jìn)行管理的一個(gè)模塊,它主要有觸發(fā)事件、操作信息收集、發(fā)送與接收(操作信息)和記錄器組成。

沖突解決機(jī)制主要是多學(xué)員在協(xié)同訓(xùn)練中發(fā)生操作沖突時(shí)的一種消除機(jī)制。其中簡(jiǎn)單的方法是加鎖解鎖、延時(shí)的方法,比較高級(jí)的有優(yōu)先級(jí)和擁有權(quán)的處理。

三 系統(tǒng)應(yīng)用示例

客艙火災(zāi)應(yīng)急處理訓(xùn)練是利用協(xié)同訓(xùn)練平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,主要是在模擬飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)協(xié)作完成滅火訓(xùn)練任務(wù)。這個(gè)訓(xùn)練任務(wù)描述如下:

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

該應(yīng)用實(shí)例包括一個(gè)三維實(shí)例場(chǎng)景和一個(gè)實(shí)例驅(qū)動(dòng)模型。三維實(shí)例場(chǎng)景就是飛機(jī)機(jī)艙、火、煙霧、角色及其他設(shè)施,驅(qū)動(dòng)模型是具體應(yīng)用的情節(jié)腳本,由滅火操作、協(xié)作規(guī)則、評(píng)判規(guī)則等許多事件構(gòu)成的。應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)主要界面如圖3所示。

四 結(jié)束語(yǔ)

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和多用戶視景交互的支持下,人們可以通過(guò)交互設(shè)備,利用聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)在虛擬的環(huán)境中協(xié)作完成訓(xùn)練任務(wù),從而形成一套具有“視景”和“協(xié)同”特色的訓(xùn)練軟件。本文主要描述了一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的多用戶協(xié)同訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信和應(yīng)用示例。隨著基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的CBT系統(tǒng)正在逐步取代過(guò)去單機(jī)、單一任務(wù)的CBT系統(tǒng),將給計(jì)算機(jī)培訓(xùn)提供一種嶄新的系統(tǒng)訓(xùn)練方式,能使許多特殊場(chǎng)合的訓(xùn)練變得非常方便,同時(shí)極大提高培訓(xùn)的效果。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法希望對(duì)于其他分布式訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有借鑒作用。

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第8篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

論文摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)在動(dòng)畫(huà)當(dāng)中起著不可或缺的作用，它推動(dòng)了動(dòng)漫領(lǐng)域的發(fā)展，如今，“動(dòng)漫”已經(jīng)不僅僅是一種藝術(shù)現(xiàn)象，它更是一種影響日常生活的方式。計(jì)算機(jī)和藝術(shù)的完美結(jié)合沖擊著我們的生活，不久一切不可能都將變成可能。 

“動(dòng)漫”是動(dòng)畫(huà)與漫畫(huà)的合稱，是造型藝術(shù)的一門分支，以其活潑生動(dòng)、個(gè)性鮮明獨(dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)力在各個(gè)時(shí)期和地區(qū)都倍受青睞。近幾年來(lái)，“動(dòng)漫”已經(jīng)從平面媒體和電視媒體擴(kuò)展到游戲機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、玩具等眾多的領(lǐng)域，“動(dòng)漫”已成為全球新興的重要產(chǎn)業(yè)。 

一、“動(dòng)漫”的發(fā)展概況 

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

動(dòng)漫，是將孤立的卡通藝術(shù)形象，通過(guò)制作將無(wú)生命的東西賦予人類的動(dòng)作和情感。包括策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到傳播，再到相關(guān)衍生產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，形成一個(gè)完整循環(huán)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，逐步實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的二維和三維漫畫(huà)，極大的豐富了視聽(tīng)語(yǔ)言和創(chuàng)作藝術(shù)空間，延伸了觀賞、體驗(yàn)等娛樂(lè)功能。 

從全球來(lái)看，動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，其中日本作為動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的第一大國(guó)，有著強(qiáng)大的市場(chǎng)占有率，而在美國(guó)，網(wǎng)絡(luò)游戲成為動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的主力軍，作為全美最大的娛樂(lè)業(yè)，其產(chǎn)值業(yè)已連續(xù)四年超過(guò)好萊塢電影業(yè)；同樣，在韓國(guó)無(wú)論是數(shù)字音樂(lè)、網(wǎng)絡(luò)游戲還是電影、電視或手機(jī)游戲，相關(guān)產(chǎn)品在東南亞的各個(gè)國(guó)家風(fēng)靡一時(shí)，特別是在信息娛樂(lè)領(lǐng)域，通過(guò)寬帶、3g技術(shù)和休閑娛樂(lè)內(nèi)容相結(jié)合，韓國(guó)在娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上實(shí)際已經(jīng)領(lǐng)先于很多信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家。由三維動(dòng)畫(huà)、flash動(dòng)畫(huà)、全息動(dòng)畫(huà)等嶄新的動(dòng)漫形式形成的動(dòng)漫文化已經(jīng)在不同國(guó)家與地區(qū)形成主流的文化形式。近些年來(lái)，仿真技術(shù)進(jìn)步顯著，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為計(jì)算機(jī)和藝術(shù)領(lǐng)域的新寵。這些先進(jìn)的技術(shù)必將引領(lǐng)“動(dòng)漫”進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。 

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 

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

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般由專業(yè)圖形處理計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入設(shè)備和演示設(shè)備等組成，軟件分為建模軟件和實(shí)時(shí)仿真軟件兩大類，常用的建模軟件有3ds max、maya等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中任何復(fù)雜虛擬環(huán)境的創(chuàng)建都需要使用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)三維圖形學(xué)和三維仿真技術(shù)。所以掌握這些技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。 

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

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

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

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

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

三、使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的漫游動(dòng)畫(huà) 

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，它實(shí)現(xiàn)了可全方位、完全由用戶自由控制的逼真的、純?nèi)S的場(chǎng)景。 

虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺(jué)形式深刻地反映了設(shè)計(jì)者的思想，虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見(jiàn)的環(huán)境。在設(shè)計(jì)階段的檢查必不可少，多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，檢查設(shè)計(jì)有無(wú)缺陷，例如，整個(gè)城區(qū)的布局、整個(gè)社區(qū)協(xié)調(diào)與否、單個(gè)建筑物的風(fēng)格、植被的分布情況，還包括室內(nèi)的裝修風(fēng)格、家具的款式以及擺放位置等。利用相應(yīng)的虛擬手段可以讓設(shè)計(jì)師和用戶在接近真實(shí)的環(huán)境中，提前體驗(yàn)最終的三維效果。在設(shè)計(jì)比較時(shí)，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)季節(jié)切換相應(yīng)的場(chǎng)景，或根據(jù)一天中的不同時(shí)間，顯示明暗程度不同的視覺(jué)效果，也可以點(diǎn)擊某一建筑，來(lái)觀看它的建造過(guò)程，甚至可以將其與不同階段的建筑、景觀或裝飾的預(yù)算數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起。 

環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)對(duì)各種空間環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)造進(jìn)一步地為人服務(wù)，設(shè)計(jì)者始終需要把人對(duì)環(huán)境的要求，包括物質(zhì)使用和精神兩方面，放在設(shè)計(jì)的首位。 

四、結(jié)束語(yǔ) 

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

參考文獻(xiàn)： 

第9篇：虛擬仿真技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;虛擬仿真;平臺(tái)建設(shè)

為加快提高本科教育質(zhì)量，2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國(guó)家級(jí)和省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)名單，認(rèn)定首批4054個(gè)國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)和6210個(gè)省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)［1］。作為進(jìn)入榜單的省級(jí)一流環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，持續(xù)提升本專業(yè)內(nèi)涵和建設(shè)水平，發(fā)揮一流專業(yè)的示范領(lǐng)跑作用，培養(yǎng)本專業(yè)一流人才，為學(xué)?！半p一流”建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)意義

國(guó)家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)年》提出深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)的深度融合，將實(shí)驗(yàn)信息化作為高等教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量［2］，以高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)助推高等教育質(zhì)量變軌超車，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才，建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依托虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)交互等技術(shù)，使學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐［4］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的功能，在涉及高危或極端的環(huán)境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓(xùn)練等情況時(shí)，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目［5］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛的原則［6］。

2建設(shè)思路

以環(huán)境工程省一流專業(yè)建設(shè)為契機(jī)，武漢工商學(xué)院環(huán)境與生物工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心以開(kāi)源共享、在線學(xué)習(xí)的信息化方式推進(jìn)我?；瘜W(xué)和污水處理類改革，以實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放的思想推動(dòng)化學(xué)和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，創(chuàng)建開(kāi)放共享平臺(tái)，回應(yīng)全媒體大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于“終身學(xué)習(xí)”的需求［8］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)以學(xué)生為中心，平臺(tái)全天候開(kāi)放，以線上線下交互學(xué)習(xí)的模式，將化學(xué)和污水處理類相關(guān)理論課、實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和污水處理廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，與仿真實(shí)驗(yàn)互通交叉進(jìn)行。在傳統(tǒng)課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)理論性強(qiáng)，理解扁平化，通過(guò)在直觀、可視的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中實(shí)施設(shè)計(jì)實(shí)踐、構(gòu)思實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行操作、問(wèn)題解決過(guò)程，增加學(xué)習(xí)的趣味性，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)理念的掌握運(yùn)用逐步熟練，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立形成持續(xù)完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)知識(shí)體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強(qiáng)化學(xué)生的問(wèn)題分析解決能力、綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3建設(shè)措施

3．1開(kāi)發(fā)與利用實(shí)驗(yàn)資源

依托虛擬仿真技術(shù)研發(fā)公司提供的虛擬仿真產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)支持，項(xiàng)目用于學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并持續(xù)開(kāi)發(fā)拓展項(xiàng)目?jī)?nèi)容及功能;充分發(fā)揮工程技術(shù)企業(yè)和信息技術(shù)企業(yè)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的積極作用，創(chuàng)新才人培養(yǎng)模式，強(qiáng)化大學(xué)生綜合能力訓(xùn)練，培養(yǎng)適合創(chuàng)新性國(guó)家建設(shè)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。湖北君集水處理公司是學(xué)校合作企業(yè)，為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供了大量的專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)支持和經(jīng)費(fèi)支持。持續(xù)開(kāi)發(fā)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)《污水處理工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》軟件作為課程推進(jìn)的新動(dòng)力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)涵蓋四個(gè)模塊:化學(xué)水質(zhì)檢測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實(shí)驗(yàn)，包含演示，可用于預(yù)習(xí)，見(jiàn)圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(xùn)(可用于學(xué)生認(rèn)知仿真實(shí)習(xí)或企業(yè)入職培訓(xùn)，見(jiàn)圖2)，污水處理工藝設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)和仿真污水處理廠運(yùn)行(見(jiàn)圖4)。每個(gè)模塊化單元有其參數(shù)設(shè)置和設(shè)計(jì)計(jì)算等。

3．2建設(shè)化學(xué)和污水處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)

3．2．1建設(shè)門戶網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享門戶網(wǎng)站作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)入口，各模塊包括首頁(yè)，項(xiàng)目描述，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)要求等，首頁(yè)涵蓋通知公告、相關(guān)視頻、虛擬仿真平臺(tái)和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時(shí)掌握本行業(yè)相關(guān)賽事和講座信息;相關(guān)視頻有實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)講座、科技治污、各種宣傳片等;網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支持學(xué)生開(kāi)展專業(yè)討論、在線共享學(xué)習(xí)資料等，承擔(dān)隨時(shí)學(xué)習(xí)等功能［7］。污水處理仿真實(shí)驗(yàn)是在線開(kāi)放共享的，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)可以選擇不同的角色，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的分級(jí)管理，主要包括專家、教師和學(xué)生，不同級(jí)別用戶享有不同的使用權(quán)限，用以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性［8］。3．2．2實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)功能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)架及研發(fā)技術(shù):通過(guò)3D仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺(tái)下通過(guò)DirectX技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D渲染。通過(guò)骨骼動(dòng)畫(huà)、關(guān)鍵幀和序列幀動(dòng)畫(huà)制作3D動(dòng)畫(huà)。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(實(shí)時(shí)陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計(jì)算幾何學(xué)(碰撞檢測(cè)、射線檢測(cè)、剛體、流體模擬等)等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象仿真。通過(guò)后臺(tái)模塊化模型的搭建和鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真。開(kāi)發(fā)工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語(yǔ)言并通過(guò)VisualStudio工具進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。通過(guò)SVN，MicrosoftProject等工具進(jìn)行程序版本控制和項(xiàng)目管理。虛擬仿真管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是JAVA，開(kāi)發(fā)工具是Eclipse跨平臺(tái)的自由集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。服務(wù)器硬件設(shè)有專人專管，部署在實(shí)驗(yàn)室核心機(jī)房;制定了虛擬仿真平臺(tái)維護(hù)流程要求及維護(hù)記錄，安排專人與歐倍爾公司對(duì)接并將軟件持續(xù)改進(jìn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的后臺(tái)維護(hù)人員和各類基礎(chǔ)信息進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)維護(hù)和功能設(shè)置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺(tái)，仿真程序教師端包括學(xué)員管理和考試管理，仿真程序管理平臺(tái)包括運(yùn)維管理和部署管理。學(xué)員管理包括設(shè)置教師和學(xué)生的基本信息，包括實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)上傳與數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)管理等功能;部署管理包括資料庫(kù)、實(shí)驗(yàn)交流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理、和在線答疑等部分［7］。

3．3建立和完善實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍的培養(yǎng)制度

著力規(guī)范和加強(qiáng)教職工培訓(xùn)管理工作，明確按照學(xué)校建設(shè)發(fā)展的需要，“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排”的基本原則，采用校內(nèi)與校外、國(guó)內(nèi)與國(guó)外培訓(xùn)相結(jié)合，形式多樣、有針對(duì)性、注重實(shí)效的方式來(lái)加強(qiáng)培訓(xùn)工作，確保建立起一支高水平的實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍。大力支持從事實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍人員相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)、共同提高，研究成果和發(fā)表的相關(guān)論文及編寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)教材與同類科研成果一樣享受各種獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)任有實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的新教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員上崗前必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，過(guò)好實(shí)踐教學(xué)關(guān)，熟悉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，了解掌握儀器設(shè)備性能和操作使用方法，掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的運(yùn)用，認(rèn)真?zhèn)湔n，撰寫(xiě)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的教案。同時(shí)，在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)前必須完成預(yù)備實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經(jīng)系、實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)人組織審查確認(rèn)后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

4應(yīng)用情況

4．1學(xué)科競(jìng)賽

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

4．2實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)