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虚拟仿真范文1
虚拟仿真的世界由计算机生成，由投影机等显示设备呈现，可以是现实世界的再现（虚拟实境），也可以构想一个全新的世界（虚拟虚境），通过创造身临其境的沉浸感，并配合头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，让用户可以与虚拟世界自然实时交互，直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，像在真实环境里一样进行各种操作。这种虚拟环境具有极高的准确性，可以节省昂贵的现实培训开支，减少真实资产的浪费，更有效地整合信息和数据，帮助用户对关键任务和决策做好最佳准备，优化产品开发流程，从根本上改变人们工作的方式。
作为窗口的显示技术
在虚拟仿真系统中，显示设备是呈现虚拟世界的窗口，而投影机是其中最常使用的设备。标准的投影机通常只是在平面上投射单一图像，而虚拟仿真中的投影机通常用于多通道、边缘融合系统，显示无缝连续的图像，而且经常需要投射在球幕或柱形的表面。因此，与普通的工程应用相比，用于虚拟仿真系统的投影机需要具有更高水平的色彩校正和光输出控制，以及更先进的图像处理能力，例如几何校正。作为创建锐利图像的重要一环，投影机镜头同样重要，可帮助实现无缝的边缘融合。
“虚拟仿真系统力求达到模拟真实环境的标准，不但对整套显示系统的性能有着极高要求，系统形式也会针对不同行业的不同需求带来有不同的呈现效果。总体来说，大多数行业的虚拟仿真系统普遍会有好的色彩呈现、高分辨率、高亮度、高对比度、高一致性、高刷新率、多种立体方式、很好的沉浸感，以及观看视点位置、多视点观看等需求。在不同行业的应用中，虚拟仿真项目通常需要多台投影机拼接融合组成不同的系统形式来满足使用要求。” 巴可大中华区虚拟仿真系统产品经理赵易时指出，“就投影机来说，为满足以上需求，单机方面就要有高分辨率、不同亮度的系列，氙灯和3DLP芯片级的色彩呈现，要能够实现多种立体表现形式并能实时切换，具备高系统刷新率、低噪音、模块化易于更换、自动亮度、色彩实时检测和调整以及多通道间的融合羽化等能力。”
随着应用的不断深入，更高对比度尤其是支持夜间模拟操作的投影机成为趋势，此外，投影机刷新率的提升也增强了图像的真实感。“针对某些特殊领域，如专业级飞行模拟器等虚拟系统的使用和模拟过程中，对投影机还有夜视模式、超高对比度增强模式、快速消隐、能上运动平台等特殊要求。” 赵易时补充道。
显示技术本身的进步，也为虚拟仿真系统发展创造了更好的条件。在过去几年，受到世界经济环境的影响，机构对成本效益的考虑以及紧张的资金成为虚拟仿真系统建设面临的重大挑战，但是LED以及激光光源技术的发展，实现了更低的使用和维护成本。
同时，显示技术正不断挑战人眼的极限分辨率，对于4K、8K等技术来说，虚拟仿真是真正的利基市场。石油公司、汽车设计、军事简报室等都是对于分辨率非常饥渴的，并可能最早尝试4K的领域。赵易时指出：“4K技术的成熟对仿真应用有着重要意义，随着各个行业的不断发展，用户对虚拟仿真系统的需求也在不断增强。4K推出只有两三年左右的时间，现在已经在很多行业替代了以往的系统形式，用更少的投影显示单元实现更大的视场角以及更精细的画面表现力，带给用户更逼真的体验，促使4K的应用需求在各个行业都在快速上升。巴可是最先将4K技术应用在虚拟仿真领域的厂商，目前我们在国内已为包括上海通用、广汽及北京现代汽车等公司安装了4K仿真项目，应用在汽车制造中。”
如今的4K平板显示器亦非常适合用在虚拟仿真系统中，JVC近日在其的84英寸4K显示器上演示了“谷歌地球”的内容，这款产品针对虚拟仿真市场，有4路HDMI输入，支持60帧/秒的4K内容。地图等内容要求宽广的视野和高精度显示，非常适合在大的4K平板上播放。
不同类型的系统
虚拟仿真系统应用的范围广泛、环境复杂，应用需求多种多样，为此，市场上也有各种类型的系统提供。“根据显示系统的不同来划分，仿真系统主要有平面投影系统、弧形投影系统、CAVE投影系统和球幕投影系统，其他一些异形投影系统严格来讲都可以划分到前述的四种当中去。系统搭建的难点主要是根据客户的需求选择最适合的软硬件来完成整个系统，避免系统中的软硬件冲突。” 赢康科技的技术人员为我们介绍道。
根据实现功能的不同，有很多专门的系统应用在不同的环境中。例如，飞行模拟器和其他“4D平台模拟器”（例如安装在移动液压升降塔架上模拟重力效果）通常被用作特殊和专门的功能，它们由1个、3个、5个或更多的大型背投屏幕加上3D快门眼镜、环绕立体声和位置跟踪系统组成。头部位置和方向并不一定需要追踪（因为身体就在这个投影环境里），但是头部追踪可以在人走过空间时，实现自然视场和角度变化。追踪带有触觉反馈的数据手套可以支持对虚拟物体的操作。
CAVE协作虚拟环境，源自Collaborative automatic Virtual Environment的缩写，是近年来出现的一种标准配置，其结构通常是一个3m×3m×2.4m的长方体，由3到6个背投屏幕墙面组成。不论是在科研机构还是跨国企业，用户可以在CAVE里面通过网络与世界各地的团队就复杂问题进行协作。在CAVE当中，若干投影机由计算机或计算机集群驱动，由外向这些屏幕投射。由于近距离观看需要非常小的像素来保持真实感，因此要求投影系统有非常高的分辨率。用户在CAVE里面佩戴3D眼镜观看由CAVE生成的3D图形，其动作通常由3D眼镜附带的传感器跟踪，并不断调整视频，以保持观看视点。CAVE以及音频系统都由计算机来控制，在CAVE中，通常会在多个角度安装多个扬声器，提供配合3D视频的3D音频效果，以实现全面的3D体验。
LVC（Live， Virtual， and Constructive），现实、虚拟和建设性的仿真被广泛用于模型和仿真系统的分类。LVC有助于解决时间和空间、操作预算的限制，不用现实设备就能实现更多的培训。例如，在下一代航空领域的培训中，包括很多在无人驾驶机上的培训，都需要考虑不同的人为因素以及在不同地点的分布式培训。
另外，带有全面人体运动跟踪架构和设计的沉浸式虚拟现实系统也会有大的增长，并且在应用中有强大优势。例如对于军队的医疗团队来说，可以在虚拟空间检查新手术室的设计，移动仪器和重新定位设备，直到他们认为配置正确，这样就不用建立物理模型，从而节约时间和金钱。
尽管一个封闭的环境已经能满足需要，但是有时3D协作可能只需一面显示墙屏幕甚至是在桌面上就能实现。由于模拟项目涉及人员众多，空间常常成为问题，因此带有位置追踪的头戴式显示器或许会成为最佳解决方案。
平台软件与系统整合
相比只是简单显示信号的普通工程应用而言，虚拟仿真系统更加复杂，是各种技术的集成，除了投影显示系统外，组成系统的还有服务器、VR外设和平台软件。要让所有零散组件和工作成为一个无缝整体，秘密武器就是平台软件，没有软件的粘合，虚拟仿真系统就只剩一堆硬件。现在，大量的公司从事虚拟仿真软件的开发，确保以高速的立体数据渲染，让用户拥有更好的图像质量，增加沉浸体验。
“在一个系统中，所有外设整体的整合主要靠软件来完成，平台软件包括三部分：第一部分是仿真软件平台，所有的开发都是基于这个平台来做的；第二部分是接口开发，没有接口软件就无法认出硬件的数据，没有统一的数据接口就没有办法把所有的数据进行整合与处理；第三部分是应用开发，只有平台和数据是无法完成搭建一个系统的最终目的――解决一个实际问题――的要求的，而且前端的AV系统也需要开发出来的应用来提供显示内容。平台软件作为把整个硬件系统连接成为一个整体的桥梁，通过必要的接口开发把所有硬件部分连接成为一个无缝的整体。AV设备提供相应的音视频输出，而手势控制、头盔显示器、跟踪系统都可以作为输入端，通过采集输入端的数据，发送到软件中进行分析运算，最终形成图形图像等信息输出给AV终端设备。” 赢康科技强调了平台软件在系统中的重要性。
系统集成商可以提供很多设备，如屏幕、投影机、计算机、图形卡。制造商针对虚拟仿真设计的投影机，可以满足诸如7×24小时持续运行的特殊专业需求，其组件和保修通常都指定了更长的运行时间和耐用性。但设备提供并不是最重要的，赵易时指出：“其实，对虚拟仿真来说，单机方面的要求仅仅是冰山一角，更重要的是系统级的‘know how’（知道如何去做），系统集成的经验对项目的成败非常重要，比如光路的设计、性能的分析是否能满足使用要求等。此外，屏幕类型以及配比，系统级的对比度、系统亮度、对环境光的抗干扰能力以及针对观看眼点的系统对比度分析等，都是系统级的要求。所以说搭建一个虚拟仿真系统，不仅仅是依靠仿真级的投影机，更重要的是系统级的‘know how’和经验。”
对于AV系统集成商来说，针对每个定制设计安装需要具备测量和规划的技能，还要整合其他设备，并与不同的供应商合作。例如，在操作软件以及将现有3D资产模型转换为适合实时操的作格式等方面，就要与VR供应商合作。同样，3D HMDs、触感手套、触觉力反馈控制的供应与集成也可以找有经验的合作伙伴。这些都要求集成商的项目管理技巧能够从整体上控制这些工作并管理好客户关系。
不同行业的应用
利用虚拟仿真的物理实时计算功能和高画质的渲染技术，赋予虚拟环境以真实体验，并实现其各种内在特性，如真实模拟场景重力、环境阻尼等环境特性及动力学特性等，使得虚拟仿真技术在各行各业的应用中都可创造出极大的现实价值。
飞机、动车、轮船、汽车制造中应用虚拟仿真系统会极大缩短产品的开发周期；在军事作战指挥、训练中利用虚拟仿真技术，可以丰富战术，提高部队训练水平；虚拟实验室，能够使学生身临其境参与实验，同时解决资金、空间、时间等问题；虚拟仿真可以将历史建筑、文物、自然现象等进行虚拟展示和复原，从而使其脱离地域限制，减少破坏的同时让更多人分享和体验；通过与电力信息系统紧密结合，虚拟仿真系统可逼真再现变电站现场各种设备的操作过程和设备运行状态，从而为电力行业提供可视化系统解决方案；虚拟现实仿真平台可以实现水利工程仿真、地震应急救援仿真、地震应急推演仿真、地质灾害仿真，实现地质灾害虚拟环境功能与展示的结合，在虚拟环境中进行预防地质灾害的模拟演练。
虚拟仿真以其不可取代的优势，被广泛应用在国内各个行业，并发展迅速。据赢康科技介绍，虚拟仿真目前主要集中应用的行业包括：军工（九大军工集团及下属院所）、航空、航天、工业制造、汽车行业、能源行业。其次是建筑、园林、文物、古建，以及教育、文化、艺术、娱乐等领域，近几年在一些民用小领域也开始出现仿真应用。
同时，每个行业都会根据自身行业的特点设计不同的应用需求，巴可公司赵易时谈道，比如有些场景需要突出沉浸感，有的则要求大视野，或者对互动和固定眼点后的分辨率有着极高要求，甚至还有的要求系统能应用在特殊的运动平台上，不一而足。这就需要投影厂家对各个行业的显示需求有深入的理解，具备满足各个行业不同需求的全系列产品线以及系统集成经验，才能够最终满足不同领域用户的专业需求。
不论厂商还是集成商都需要吃透用户的需求特点，才能使虚拟仿真系统发挥最大价值。“仿真系统主要实现的功能包括：外观评审、样机评审、虚拟装配、虚拟维修维护、虚拟漫游、过程仿真、人机功效分析等功能。不同行业客户的需求基本就是上述这些功能，只是侧重点有所不同，最主要的差异就是应用的差异，每个领域都有自己的特点，有自己的技术，要针对每个领域的需求定制不同的软硬件解决方案，这其中也包括了软件的开发。”赢康科技介绍道。
广阔的市场前景
虽然虚拟仿真系统发展很快，但相比AV行业的其他垂直市场还是相对比较小众化，且对于设备、技术要求较高。随着各个行业自身的不断发展，对虚拟仿真系统的应用需求与日递增，使其开始从过去相对高端的专业领域向民品行业迈进。在未来，有理由期望通过拓展潜在用户的范围，令虚拟仿真系统变得更受欢迎。
“虚拟仿真已经逐渐涉及到民品行业，目前国内家电行业已经开始使用仿真系统做外观评审了。其实仿真在国外的应用非常广泛，大到航空航天，小到家居装修，都已经用到了相应的技术，只是国内在这方面的起步较晚而已。”赢康科技指出，“平民级应用将成为未来虚拟仿真系统的一个发展方向，在满足视觉和听觉的基本沉浸感和交互感的基础之上，采用最便宜的软硬件来进行集成，将以前高不可攀的仿真设备价格变得大部分公司都能消费得起，使采用这种集成技术的成本远低于平时的研发或训练成本，甚至是普通大众都能接受，这样虚拟仿真才能够走向大众化。”
显示技术以及虚拟仿真系统涉及的其他技术都在不断进步，进一步推动虚拟仿真应用的拓展。赢康科技还指出了虚拟仿真未来的另一个方向，即向更加深入的沉浸感体验发展，视觉方面，同样大小的显示终端从2K变到4K，以后甚至会达到8K、16K，直至人眼无法看到像素点的分辨率，除视觉听觉外，其他感觉体验（如：触觉、味觉等）已经开始逐步应用，这将实现更加贴近真实感觉的体验。
“未来，虚拟仿真和虚拟可视化会在各个行业扮演越来越重要的角色，会有越来越的行业和客户在未来需要借助虚拟仿真的技术平台满足其专业化的需求，市场前景非常广阔，市场需求在不断上升而且对各个细分的领域会有着越来越高的、独特的专业要求。以后的虚拟仿真的市场一定是不断扩大而且细分化的。” 谈到未来前景，赵易时如是说。
案例1：
中国商用飞机责任有限公司（“中国商飞”）成立于2008年，是一家承载国家大型客机项目的国有大型企业。为提高航空工程师的日常训练水平，中国商用选择巴可为其提供沉浸式虚拟仿真系统。该套定制化视觉解决方案采用Holospace L型立体环境搭配Galaxy NW-12立体投影机，同时融合虚拟装配软件应用，是国内商飞领域第一套虚拟仿真训练系统。项目中， 5台高分辨率？Galaxy NW-12立体投影机，分别投射于正面、地面和侧面三面，将虚拟的飞机内部座舱布局、机械引擎设备等三维立体影像以1：1的比例逼真地呈现出来，真实地还原机务工程师所面对的物理环境。模拟训练区拥有进行模拟装配训练时所需的大视野及交互式的立体操作环境，可允许3至？4人同时进行演练。此外，系统还可为公司专家及管理者提供绝佳的会议汇报场所。
案例2：
“青岛国棉6虚拟现实产业园”规划打造成为一个具有历史气息的文化创意产业园区。在此项目中，赢康科技完成了包含360度环幕、城市仿真、登陆火星、地面互动、都市快轨、飞行模拟、建筑投影、全息迎宾、外星人游览、雾幕投影、虚拟漫游、虚拟商场、虚拟装备、自然互动等项目的显示系统。
虚拟仿真范文2
【关键词】3D；sound
虚拟现实技术是近年来十分活跃的研究领域之一，是一系列高新技术的汇集，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。虚拟现实技术在军事、航天、医学、教育、娱乐等领域具有广泛的应用价值。为了让用户产生更加强烈的沉浸感，在生成’-图形的同时，还可以提供逼真的’-声音效果。作为虚拟现实系统中必须的部分，虚拟声音系统的研究也受到了极大的重视。DirectSound 3D是微软公司所推出的，它利用声音大小的比例调整多卜勒效应，来达到以软件来模拟3D音效的效果，创立了在三维空间定位音效文件的标准方式。任何应用程序透过它和支持DirectSound 3D的声卡，便可以获得所需的效果。由于这是许多声卡厂商与微软共同制定的，现在大部分的声卡都支持这项技术。本文利用Directsound 3D技术实现虚拟环境实现声音效果。
1.仿真原理
Directsound 3D是通过软件模拟来实现3D音效的，所以要先讲一下Dsound 的3D模拟空间。这个空间类似现实空间，可以用笛卡儿坐标系来描述Dsound 的3D空间，有x，y，z三个坐标轴坐标轴。
在这个模拟空间中Dsound提供了模拟的声源对象和倾听者对象（listener），声源和听者的关系可以通过三个变量来描述：在三维空间的位置，以及运动的速度，以及运动方向。
位置即声源和听者在三维空间的所在位置，随着两者的相对位置不同，则听者便会听到不同的声音效果。
速度为声源和听者在三维空间中的移动速度，此项特性同样会改变两者在空间的坐标，以产生不同的声音效果。
声源和听者相对运动的方向也会影响听者听到的声音效果，因为声音是具有方向性的。这个下面会谈到。
知道了3D声源以及3D环境中的听者，那么怎么产生3D音效呢？一般来说，在产生3D音效的时候，主要有下面的几种情况，一是声源不动，而听者在模拟的3D空间进行运动，二是听者不动，让声源在模拟的3D空间进行运动，三是听者和声音同时在运动。如下图1、2所示。
Directsound给我们提供了听者和声源对象的接口，我们可以通过上面提到的三种方式设置改变声源或者听者的位置，运动速度和方向就可以形成3D音效了在3D环境中，我们通IDirectSound3DBuffer8接口来表述声源，这个接口只有创建时设置DSBCAPS_CTRL3D标志的Directsound buffer才支持这个接口，这个接口提供的一些函数用来设置和获取声源的一些属性。在一个虚拟的3D环境中，我们可以通过主缓冲区来获取IDirectSound3DListener8接口，通过这个接口我们可以控制着声学环境中的多数参数，比如多普勒变换的数量，音量衰减的比率。
2.设计方案
3.仿真结果
根据上述介绍的方法， 采用D irectSound维声音程序初始界面具， 在V isual C+ + 6.0 中实现了程序的具体实现。通过下拉菜单可以测试三维声音在不同角度的效果。这样就可以利用D irectSound 技术， 通过VC6. 0 编程对三维声音进行了实时仿真， 程序较好地实现了声音的三维效果。
参考文献
[1]B radley Bargen，Peter Donnelly Inside D irectX[M].北京：北京希望电子出版社，1999.
[2]何正伟，杨宏军，花传杰.实时三维声音仿真系统的设计与实现[J].计算机应用研究，2002，19（1）：23225.
虚拟仿真范文3
关键词：游乐设施；概况；虚拟仿真；方法；建议
0 引言
近二三十年来，我国经济建设取得的成就比较突出，人民的物质生活水平提升幅度亦较大。与此同时，人们对大型游乐设施的需求更加迫切，对其质量的要求越来越高。因此，运用先进的虚拟仿真方法进行大型游乐设施的设计与分析工作，保证大型游乐设施设计的科学性与合理性，进而保证和提高其安全性能是十分必要的。
1 我国大型游乐设施概况
我国的大型游乐设施的设计与生产制造起步较晚，从上个世纪80年代至目前经历了从无到有，从少到多的过程。大型游乐设施包括翻滚过山车、旋转秋千、高空观览车和旋转木马等。本文以旋转秋千为例进行大型游乐设施的虚拟仿真分析[1]。
现阶段来看，我国的大型游乐设施存在较多安全隐患，主要包括安全防护设施不足、机构的安装与联接不合格、动力装置磨损与锈蚀、电气控制部分安全系数低等方面。其原因一方面是相关的游乐设施维护人员安全意识较低，另一方面是游乐设施本身设计和生产制造存在缺陷。
2 虚拟仿真分析方法概述
（1） 虚拟仿真技术的概况。虚拟仿真技术的本质是依赖计算机技术的一种计算机辅助工程技术（简称CAE技术），其核心技术为机械系统的动态仿真，同时其亦可能包括有限元分析、CAD建模和优化设计等相关工程技术方法[2]。
其可以对各种机器与系统进行虚拟仿真分析，可以对设定工况下系统不同机构的运动学和动力学参数进行模拟再现。由于其能直观地观察不同工作状态下机械系统各部分的速度、加速度和受力情况，因此，可以直接根据虚拟仿真结果进行机器的性能分析和优化设计等工作。
（2）虚拟仿真分析软件简介。可以使用虚拟仿真分析软件对现有机器进行静力学分析、运动学分析和动力学分析，亦可以进行新机器的开发与设计工作。运用软件分析可以极大地简化机械设计的过程，缩短研发周期，节省研发经费，并且能有效保证产品设计的质量。
工程领域中常用的虚拟分析软件有ADAMS、SIMPACK和DADS等，其中使用最广泛的虚拟仿真分析软件是ADAMS。ADAMS在汽车领域应用最为广泛，其功能完善，具有用户自定义子程序的功能，但是其在接触问题领域与大型系统求解方面功能相对欠缺。
ADAMS中最基本的模块是ADAMS / View模块和ADAMS / Solver模块，一般情况下，依靠这两个模块可以较好地完成大部分与虚拟仿真分析相关的研究，解决大部分与虚拟仿真分析相关的问题。运用ADAMS进行虚拟仿真分析的基本过程是建模（或者导入模型）、模型准确性验证（包括验证模型的准确程度和设置各种参数）和模型修改完善。
3 旋转秋千基于ADAMS的虚拟仿真分析方法
（1）旋转秋千的模型建立。建模是虚拟仿真分析的第一步，一般情况下，为了便于分析需要对模型进行适当的简化。另外，由于本文中的旋转秋千模型稍复杂，在ADAMS中直接建模费时费力，所以使用三维建模软件Pre/E建模后，通过他们之间的无缝接口导入到ADAMS中[3]。 虽然在建模过程中对各个运动副的模型都进行了相应的简化，但是零件之间的运动副关系必须准确保留。在旋转秋千建模过程中，对与虚拟仿真分析关系不大的零部件全部进行了去除简化。
（2）基于ADAMS的虚拟仿真分析。由于篇幅所限，本文仅选择旋转秋千的单个座椅，对其进行速度与加速度的分析，探讨旋转秋千的虚拟仿真分析方法。
为旋转秋千单个座椅速度曲线，根据该曲线可以明显看出座椅的速度变化过程为先增加后减小，而且座椅的速度存在峰值，其数值约为14.2m/s。
如下图所示为旋转秋千单个座椅的加速度曲线图。由曲线图可以看出其存在几个加速度突变点，因而可以使游客较好的体验到游乐乐趣，且其最大加速度约为65m/s2，符合相关安全标准。
4 改善旋转秋千安全性能的建议
对旋转秋千的顶盘进行优化设计可以改善其安全性能，并且利于节约制造材料，降低其成本。由于旋转秋千的输入转速是其动力来源，因此其对旋转秋千的各项性能影响最大，结合相关参数，设置最合理的转速，有利于改善其安全性能。
通过后续的虚拟仿真力学分析可知，偏载是导致旋转秋千发生故障的重要原因，因此相关工作人员必须严格监督，合理安排游客的座次，防止发生偏载现象，以提高旋转秋千运行时的安全性。
5 结束语
虚拟仿真技术的分析方法功能比较强大，其可以免去制造实际样机进行相关试验的程序，节省设计分析的时间，提高设计分析的准确性。
使用ADAMS虚拟分析软件旋转秋千的各个部分进行相应的静力学、运动学和动力学分析，可以十分清晰地掌握旋转秋千整体的设计情况，为其进一步的优化设计或改造提供有价值的资料。
参考文献：
[1]张煜，张新东，李向东，王志荣.我国大型游乐设施风险分析研究[J]. 中国安全生产科学技术，2013（09）.
虚拟仿真范文4
关键词：操作系统；虚拟仿真；取证；技术研究
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编：1009-3044（2016）33-0264-03
1 背景
待取证操作系统中的各类数据是重要的证据来源，能较全面的对原始证据进行取证。计算机虚拟技术是通过软件来模拟计算机硬件的技术。目前，物理计算机的计算量、存储量有了非常大的进步。计算机上安装了虚拟机之后可以在一台机器上模拟出多台机器的效果，能完成架设多计算机服务程序、隐蔽网络访问等需求，因此，越来越多的数据以及服务被存储和移植到了虚拟计算机上。随之带来的针对虚拟机的数据恢复与取证需要在虚拟机上对物理磁盘或者磁盘镜像磁盘进行系统仿真取证。本文描述的一种操作系统虚拟仿真取证方法克服了上述现有技术的缺点，提供了一种解决虚拟操作环境下针对物理磁盘或者磁盘镜像的操作系统仿真问题、采用直接从某个磁盘分区或者整个磁盘来创建一个VMware的虚拟机的方法达到对物理磁盘或者磁盘镜像的仿真取证的操作系统虚拟仿真取证的方法。
2 操作系统虚拟仿真取证方法总体设计
2.1 系统模型设计
2.2 系统实施流程
为了能够更清楚地描述本操作系统虚拟仿真取证方法的技术内容，下面结合具体实施例来作进一步的描述。本操作系统虚拟仿真取证方法详细分析了使用物理磁盘或者磁盘镜像，通过在VMware以只读方式仿真启动操作系统，在仿真操作系统中可以查看物理磁盘或者磁盘镜像原始操作系统中的内容，以达到不用损坏物理磁盘或者磁盘镜像来取证的目的。
首先将虚拟操作环境下虚拟机中待系统虚拟仿真取证的磁盘文件格式挂载到服务主机上；在一种优选的实施方式中，待系统虚拟仿真取证的磁盘文件可以是物理磁盘或者磁盘镜像；其中，物理磁盘可以是各种类型的物理磁盘，包括SATA、IDE、SSD等各种常见物理硬盘，其支持以USB接口的形式加载物理磁盘；磁盘镜像则是支持常见的img、dd等磁盘镜像格式，其支持以文件的形式加载磁盘镜像。物理磁盘或者磁盘镜像支持常见的Windows和Linux操作系统类型。
然后，在虚拟机关机的状态下获取虚拟机的静态信息；在一种优选的实施方式中，所述的静态信息包含操作系统信息，虚拟机文件系统内容、文件格式、文件结构、分区信息、文件表、残存文件。能将文件系统以图形用户界面的方式展现给取证人员。支持特定目录下的特定文件的搜索，将搜索出来的文件进行加密，可采用MD5摘要算法或其他算法，加密后的文件不可再改动，具有不可抵赖性，最后以电子证据的形式保存到数据库中。
在一种优选的实施方式中，选取VMware虚拟机为例，研究在虚拟操作环境中的勘查取证分析。VMware虚拟机的虚拟磁盘格式为VMDK文件，通过对VMDK文件格式的深入分析，将虚拟磁盘模拟为物理设备，实现了对虚拟磁盘的挂载，获取到虚拟磁盘的文件系统。
首先，使用vmware-amount工具将物理磁盘或者磁盘镜像挂载到本机操作系统环境下，对于vmware-amount工具以及其他vmware系统的工具集，由于操作系统的不同会导致这些可运行程序所存储的位置不同，通过调用Windows操作系统WMI的方法获取到准确的vmware工具集可运行程序位置。
将虚拟磁盘挂载的过程中会判断该虚拟机是否存在快照，如果存在则说明该虚拟机先前被启动过，否则未被启动过。如果这个磁盘镜像已经在之前被启动，可以采用从上次离开的地方继续工作，亦可从头开始工作。将整个物理磁盘或者磁盘镜像以文件的形式读入到内存中后，一般在磁盘文件的二进制字节的头部会发现物理磁盘或者磁盘镜像对应的mbr文件结构。
mbr指的是主启动扇区，如果物理磁盘或者磁盘镜像受到破损或者其他外部原因无法正常读取mbr文件，我们可采用预先定制的mbr文件结构来重构受损的物理磁盘或者磁盘镜像主启动扇区头，针对不同的操作系统预先定制有不同的主启动扇区头结构。
3 VMWare虚拟机仿真取证设计
3.1 VMX配置文件设计
由于vmware虚拟机的启动是从vmx启动生成的，根据物理磁盘或者磁盘镜像的mbr文件中的信息可以生成对应的虚拟机vmx文件。在每个虚拟机文件夹底下都能找到一个.vmx的文件。这个文件记录了该虚拟机的配置情况，可以用文本编辑器打开它，发现其实就是一个properties文件。我们针对要虚拟仿真的物理磁盘或者磁盘镜像，需要编写代码手动的生成一个vmx配置文件，添加以下新增配置内容能让虚拟仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中正常的启动。
mainMem.useNamedFile="FALSE"，该配置可以禁止vmem交换文件的生成。如果将该配置参数设为true，虚拟机在启动时会生成与设定内存相同大小的内存交换文件。这就如同操作系统的虚拟内存一样，虚拟机自己管理虚拟机的分页文件，这个设定在需要取证的物理磁盘或者磁盘镜像是适用的，因为物理磁盘或者磁盘镜像上可能会运行不同的虚拟机镜像，各自要相对独立。但是如果只是在个人PC机上运行一个虚拟机测试环境，则该配置会既占硬盘空间又会遇到I/O瓶颈，所以建议关闭此选项，适用操作系统的分页交换机制。
MemTrimRate=0，关闭该选项会禁止待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中启动时不会用到内存释放给主机，能使虚拟机的内存分配更快。
sched.mem.pshare.enable="FALSE"，关闭该选项会使得待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中启动时共享普通内存块。
一个正常的vmx文件主要由Static Values、Drive Info和User Specified这三部分M成。
在程序中可以针对这些不同的参数含义配置不同的参数值，以便在待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像中设置相应的虚拟机参数。VMWare虚拟操作环境下的vmx文件生成后，下一步即可以生成可以由VMWare Workstation或者VMWare Player该类虚拟机工具启动运行的vmdk虚拟磁盘文件。vmdk虚拟磁盘文件通常由Disk Descriptor File和Disk Data Base两部分组成。
3.2 VMWare虚拟机仿真启动
根据挂载的虚拟磁盘的mbr文件生成了包含上述配置属性的虚拟机启动配置文件.vmx文件，在最后的生成阶段，可以选择只生成vmx文件，通过手动启动vmx文件来达到虚拟仿真物理磁盘或者磁盘镜像的功能。也可以直接调用操作系统注册表查询接口自动获取到VMware Workstation在系统中安装的位置、路径等其他配置，然后直接调用WMI接口启动已生成好的vmx虚拟机文件，以达到对物理磁盘或者磁盘镜像仿真取证的目的。
最后根据输入的系统仿真参数，通常包括仿真操作系统类型、仿真系统启动时间、仿真系统内存大小和选择是从物理磁盘或者磁盘镜像中启动仿真系统等参数生成对应该的vmdk文件，根据原始物理磁盘或者磁盘镜像中的mbr文件中指定的二进制字段会生成对应的仿真操作系统注册表文件，根据对应的注册表文件和vmdk文件从VMWare Workstation中启动虚拟操作环境下的仿真系统，以达到对待取证物理磁盘或者磁盘镜像的系统仿真取证。
4 结束语
本文提供一种针对桌面操作系统虚拟仿真取证的有效实现方法，通过在取证专用计算机系统中以虚拟仿真化的方式启动待取证的操作系统，获得了被取证计算机系统启动后一样的操作系统界面和环境，同时不会改写被取证操作系统中的原始数据，确保取证过程中不会对被取证操作系统中的文件进行修改，在虚拟仿真化的环境中进行取证操作时，看到的不再仅仅是计算机存储介质上的文件和数据，还可以看到被取证操作系统运行环境和用户环境，操作起来也更加方便，有效地实现了对待取证的计算机操作系统进行仿真取证的同时不破坏待取证的计算机操作系统中的原始数据的取证目的，对于现阶段公安一线实战针对计算机操作系统的无损磁盘或镜像取证提供了一种简便实用的虚拟仿真取证方法。
参考文献：
[1] 黄志炜. 计算机犯罪仿真取证重现技术的研究与系统实现[D]. 厦门： 厦门大学， 2013.
[2] 宋铮. 虚拟计算取证技术研究[D]. 上海： 上海交通大学， 2011.
[3] 周刚. 云计算机环境中面向取证的现场迁移技术研究[D]. 武汉： 科中科技大学， 2011.
[4] 张俊， 麦永浩. 云计算机环境下仿真计算机取证研究[D]. 武汉： 湖北警官学院， 2011.
虚拟仿真范文5
[关键词]PE管焊接；教育；虚拟仿真技术；PE管焊接教学虚拟仿真；
中图分类号：TN0-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0234-02
PE是指聚乙烯塑料，是基础的一种塑料制品，塑料袋和保鲜膜等都是PE材料，PE管具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，所用范围非常广，一般可用于PE燃气管道、PE给水管道和PE排污管道等，对于焊接技术，国家有关部门专门为此设立焊接工技术考试，设置专门的技术证明，可见国家对这项技术的重视及认可，不少高校将焊接技术列入工科学生的认识实习当中，让学生接触焊接技术，从大学开始培养学生的焊接技术，培养能从事燃气和居民用水的输送、存运等同时具备多种高素质技能型人才。
一、虚拟仿真与PE管焊接教学结合的必要性
关于国家教育部的《教育部2016年工作要点》内容第10点“优化高校人才培养机制”提及加强国家建设虚拟仿真实验中心，《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》内容提及教育信息化改革的具体措施及发展规划，着重强调了关于增强开发虚拟仿真实训教学软件、虚拟仿真实训实验系统以及建立虚拟仿真实训基地的力度。
虚拟仿真技术是由计算机系统创建的一种令人感到身临其境及获得与环境交互体验的虚拟世界。营造一个三维的教学环境，提高学生掌握知识、技能的效率，真正使教学者更容易地去表达自己的教学思想和教学内容，具体表现为如下：（1）在教学模式方面，有利于情境创设和大量知识的获取与保持；（2）在教学手段方面，以一种直接的信息传递方式，提供直观形象的思维材料；（3）在教学内容方面，用文字、语音和三位实景虚拟现实过程协同描述。 因此，虚拟仿真技术作为一项前瞻的科学技术，是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域最具有应用前景的“明星技术”。
目前的焊接教学内容，主要为多媒体视频播放及PPT的讲解，但并没有让学生有一种身临其境的体会，错误的操作，失误的操作时常发生，学生的焊接技术并没有质的提升，因此，为有效培养出高等技术应用型专业人才，提供学生的焊接技术，西南石油大学率先开发出PE管焊接实训系统，应用于焊接技术教学，并获得了很好的教学效果。
二、虚拟仿真技术的应用
1.虚拟仿真技术
虚拟仿真即虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统。其虚拟系统由计算机产生，而使用者可“进入”到该环境中，有身临其境之感，并可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。虚拟现实（Virtual Reality）有其四个特性：（1）沉浸性（Immersion）：使用者能有视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，应该具有能够给人所有感知信息的功能。（2）交互性（Interaction）：即不仅环境能够作用于人，人也可以对环境进行控制，并且人是以近乎自然的行为（自身的语言、肢体的动作等）进行控制的，而虚拟环境还能够对人的操作回以实时的反应。 （3）虚幻性（Imagination）：系统中的环境是虚幻的，是模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境，也可模拟出当前并不存在的但将来可能出现的环境，或仅属于人们幻想的环境。（4）逼真性（reality）：虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面：一方面，给人的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像，就如真实世界一样；另一方面，当人以自然的行为作用于虚拟环境时，环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。
2.PE管焊接仿真实训系统的应用
（1）工艺流程
根据焊接方法的不同，设置了电熔焊接和热熔焊接不同的工艺流程。在应用之前，先让学生首先大致了解PE管及各种设备的大概信息，和不同的焊接有哪些步骤。例如电源电压的范围，机架管材的放置，铣刀夹具的开启取下等。其后就是针对各个小步骤的工艺，如各种信息的录入，压力的记录等进行更为详细的讲解。
仿真系统的操作中，通过点击鼠标实现设备的开启，夹取，信息的录入情况等。教师可设置不同的工艺流程参数，准确地模拟出现场不同的管材设备。如此，那么在老师授课轻松便捷的同时，学生不仅会轻松掌握一般PE管焊接的相关操作步骤，更会全面的让学生处理各种不同条件状况下的实际情况。
（2）仿真软件的互动性
1.用软件进行操作时，在相应的单元内通过鼠标、键盘等输入相应的型号及参数后，会在场景内自动生成管件模型，用鼠标点击可以进行拖动，继续下一步操作。例如在进行PE管的选用时，直接在相应菜单输入管径、材料和壁厚等参数就可以在场景内直接生成相应的管道。
2.同时在场景内，当鼠标悬停在设备上时，可显示设备参数、工作状态等信息。例如在进行加热管材的过程中，可以把鼠标悬停在PE管上，查看管道的参数，也可以悬停在泵站上查看压力等数据。
3.操作进行的过程中，使用者可以得到部件及机器的工作状态的视觉动画和音频信息的反馈。例如在打开铣刀之后，铣刀部件将会旋转，开启信息直接反馈给使用者，达到良好的培训效果。
4.当进行软件操作之时，如果出现错误、不当的操作时，那么便会在界面弹出错误信息提示框，会提示具体错误情况，并给予相应的规范提示，且在错误之处的相关部件或者信息参数以高亮等明显颜色显示，让操作者不仅能够明白自己哪些地方错误，还能知道规范以及如何改正。例如，半自动热熔焊接时，加热板在加热后，要进行需要等待一定的时间的吸热，软件会有相关的提示；如果忽视提示，直接取下加热板，那么便会进行相关预警，提示时间不足和会造成的后果，给出正确做法，加强操作者的意识。
5.本系统采用了一人一号登录的方法，当每个学员在实际使用中出现操作错误时，系统不仅能够给出提醒，以便学员能够发现自己的错误，还能自动记录下该学员发生错误的步骤，随着学员使用本系统的次数增加，会自动为该学员生成一个易错点数据库，在该学员碎片化时间的训练中，可以针对这些易错点进行单独的训练。使训练更加有针对性。该数据库还会自动匿名上传使用该培训机构的服务器，随着学员样本的增多，逐渐会形成有代表性的易错点数据库，使学员知道PE管焊接过程中的易错点，更有针对性的练习。
（3）主要设备
进入PE管仿真实训系统，点击主要设备菜单，学习人员可以看到各种焊接设备的简介、内部结构详解以及工作原理模拟。通过全方位无死角浏览各个单体设备结构以及详细学习设备工作原理，提高了学习人员对设备构造、工作原理的认知度，为学习人员将来实际操作工艺设备奠定了扎实的理论基础。
（4）操作流程
PE管焊接技术虽然现在有专门的人员培训机制，但是存在培训流程不完善，参与性、安全性较差，效率低，对管材损耗较大，培训成本较高等问题，学习人员实际操作效果不够理想。针对这些难题，培训方可以利用PE管仿真实训系统中的各工艺单元操作流程进行具体的讲解。
（5）技能培训
PE管焊接技能培训包括理论培训与实践培训，理论培训可用实际教学班的形式进行，并在PE管焊接虚拟仿真软件中添加题库和成绩评判模块，以便学员进行PE管焊接理论的自我检测。
实践操作能力的提高是PE管焊接人才技能培训的主题，应重点突出操作技能的培训，加大实践性教学环节的比重，坚持理论与虚拟操作实践的结合，促进PE管焊接技能人才在虚拟实践操作中不断增长知识，提升能力。虚拟仿真系统教学可以彻底打破时空限制，对学员学习中可能出现的各种问题进行虚拟仿真，可直接观察到这种焊接问题在以后的使用中产生的后果。在技能培训方面，它不仅更加形象生动，使学员更容易理解学习的内容，更能够直接获取技能操作方面的实践经验，提升技能操作的熟练程度。而且针对PE管焊接技能训练，由于训练的特殊性，在实践操作训练中，当学员的操作不当，会导致焊接的直接失败，没有挽回的余地。焊接失败的管段不能继续用于焊接，使技能培训成本大大增加。使用虚拟仿真系统对PE管焊接进行培训，能节省训练的开支和成本。
在虚拟焊接系统中，应该考虑训练产生的结果以及教学的效果，这套系统能提供真实的虚拟训练的情景，校正学员错误等功能，真正做到“干什么、学什么、缺什么、补什么；弱什么、强什么”，确保PE管焊接虚拟培训系统达到最好的效果。
三、结语与展望
为达到安全实训的目的，培养出符合焊接要求的技术性专业人才，提高学习就业竞争力，将虚拟仿真技术应用到实际课堂教学已成为高校教学改革必不可少的重要部分。对推动焊接教学来说，PE管焊接仿真实训系统的开发，有以下几点重要意义：
（1）改变了传统焊接技术教学培训的教学模式，提高了学生焊接技术学习的效率，大大提高了学生的学习兴趣。
（2）将“二维”的学习环境转变为
“三维”的学习环境，学生通过浏览三维虚拟场景、模拟操作公益流程以及考核学习成果，学生能较快的熟悉PE管焊接的现场环境、设备、安全规范及相关操作，降低了高校实训成本，避免了操作风险。
因此，在PE管焊接的教学中引入虚拟仿真技术，进一步完成完全互动型PE管焊接仿真教学系统的研发，对焊接教学的培训具有深远意义。进一步形成一套先进性、实用性、教学性、科学性于一体的全方位PE管焊接仿真教学系统，是一个长期的目标，具有及其深远的意义。
参考文献
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虚拟仿真范文6
关键词：三维虚拟仿真；视景仿真；机械结构模拟；软件设计；图像处理
0引言
随着机械设计工业的快速发展，对机械结构设计的精度和时效性提出了更高的要求，机械内部结构组成单元复杂，各个零部件的尺寸精密度较高[1]，传统的工业制图方法进行设计误差较大，不能有效满足精度设计和精准诊断的应用需求。而计算机图形与图像处理技术的快速发展并有效应用在机械结构模拟设计中[2]，通过高精度的计算机测量计算，从而改善机械结构的制图精度。为了提高机械设计的精密度和机械故障诊断的准确度，结合虚拟现实VR技术和视景仿真技术[3]，本文提出一种基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件设计方案，通过机械结构三维虚拟设计软件开发，改善机械内部结构绘图的精准性，为机械设计、机械制造和机械故障诊断提供更为有效的手段。
1软件总体设计构架
基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件采用循环传输和多线程加载方案进行机械测量参数加载，采用接触式射频识别进行机械结构的三维信息测量，这是一种远程传感测量方法，能有效满足机械部件测量的精准度要求。系统的数据传输模块由模块FRINF⁃16CCL⁃M和主单元FRINF⁃16M组成。后端服务器采用Java+MySQL并行程序加载方式搭建，视景仿真构架下的机械结构三维虚拟模拟系统主要由机械结构信息采集单元、机械结构信息存储数据库、Web网络应用服务器单元及服务后台组成。采用MultigenCreator建模软件进行视景仿真，对机械内部结构进行纹理和质地渲染，渲染出质感极强机械结构的三维虚拟模型。在服务后台通过纹理映射和人机交互，输出三维虚拟图像，在网络通信输出终端进行人机对话，建立OpenFlight数据库，实现机械设计和故障诊断分析等应用功能[4]。根据上述设计原理和总体结构构架分析.进行功能模块化分析，软件系统的功能模块主要由图形微处理器模块、总线集成模块、3D几何建模模块、机械结构测量数据采集模块、对外接口模块、数据建模模块和机械图像输出模块等组成.根据上述系统的总体设计构架，进行机械结构三维虚拟模拟系统优化设计，首先进行工程文件构建，采用4类基本实体对象（三维虚拟信息处理、视景仿真、中间件和感知视场）构建软件系统的应用业务适配层，结合MobileGIS服务构建视景仿真软件的客户端/服务器端，对机械结构的三维虚拟模拟中，三维视景仿技术主要采用的是纹理映射（TextureMapping）的三维渲染技术[5]，采用多线程自上而下开发模式，在三维仿真模型中构建渲染画面，确定机械结构关键部位点的位置和方向，结合三维虚拟场景的层次化结构进行虚拟位图显示和图像增强，实现对机械结构的亮点特征分析。
2系统模块化设计与实现
2.1机械结构的三维虚拟模拟实体建模
对机械结构的三维模拟仿真建立在MultiGenCre⁃ator专业化的建模工具基础上。通过工程文件配置，使用MultiGenCreator的结构化软件界面输入视景仿真的参量模型，采用由“点”连接成“面”的设计方式进行三维纹理信息渲染[6]。进入Creator的主界面，在三维虚拟视景仿真端的网格空间中采用纹理映射方法调整网格的大小。在选择好三维映射的网格和机械结构的测量单位模型后，开始建造三维虚拟模型。采用高程数据特征分解方法进行原始的机械结构数据的线性化处理，使得机械结构三维模拟得到的图形具有真实物体的光泽感。对特征数据进行剪切和自适应筛选，添加/dev、/etc主要目录。在VirtualBox虚拟机中将选定的材质赋给模型，在Windows编辑图像处理代码，通过MapTextureTools选择贴图方法进行机械结构的二次曲面重构[7]，调整模板文件，输出机械结构的三维虚拟模拟实体建模结构.根据上述设计流程，在工程实例中进行机械结构三维虚拟模拟分析。按步骤安装完MultiGenCreator软件后，根据机械结构的外形测量参数配置工程文件，使用批处理模块进行信息加载和图像处理。以工程实例为背景，进行机械结构的三维虚拟模拟实体。（1）在FaceTools中选择面的类型，将待贴纹理的面定义为标志牌[8]，维持图形显示速度，调整网格的大小。（2）在InsertMaterialstool工程模块中，通过Geom⁃etryTools把面变换为体，根据需要的材质、模型的颜色、透明度进行纹理映射和图形渲染，将选定的材质赋给模型，在OpenFlight建模环境中打开图形观察器，生成机械结构的三维虚拟模拟实体模型并进行参数调整[9].
2.2机械结构三维虚拟视景开发实现
根据机械结构的三维虚拟视景仿真软件的设计和要求，需要建立一个LynxPrime图形界面，其实现步骤描述为：（1）创建套接字。利用API函数直接调用视景模型，通过socket函数创建套接字，首先定义VegaPrimeAPI非类型的变量s，初始化内核的socket函数，配置仿真类、仿真循环，采用socket进行机械结构参量配置，通过公用vpApp定制第一个参数（af），指定机械结构三维模拟自定义变量地址族，用函数configure（）用来解析.acf，通过TCP/IP协议用配置人机交互接口，持续调用beginframe（），实现机械三维虚拟图像在二维位图上像素值特征提取。（2）利用纹理映射技术使得输出的三维虚拟机械结构图像与套接字绑定（bind），进行机械结构的表面层次（FaceLevel）渲染，调用bind函数，在三维图形观察器中组织机械结构模拟的视景数据。（3）调用recvfrom接收三维虚拟图形输出。定义整型变量为len，在编译生成可执行程序代码后，机械结构信息数据库根文件系统配置到数据交换端口，使用批处理模块进行图像处理，实现机械结构三维虚拟模拟设计。（4）关闭套接字。在图形输出和信息处理完成之后，调用closesocket函数关闭套接字，在UDP的服务器端释放WSACleanup函数，终止对套接字库的调度，实现了对机械结构信息的对象存储、虚拟计算服务以及远程调用。
3软件测试分析
为了测试本文方法在实现机械结构三维虚拟模拟仿真中的应用性能，进行仿真实验分析。软件开发环境是Windows7操作系统，利用VisualC++7.0进行程序设计。CPU为IntelPentium4500MHz，内存为2.5GB，采用OpenGL和VegaPrime软件联合编程进行视景仿真设计.采用本文方法进行机械机构的三维虚拟模拟仿真，能有效实现机械结构的三维模拟，对各个部位的拟合程度较高，视觉效果较好，能有效指导机械设计制造。
4结语
为了提高机械设计的精密度和机械故障诊断的准确度，提出基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件设计方案。实验对比分析发现，软件能有效实现机械结构的三维模拟，对各个部位的拟合程度较高，在机械设计和机械故障诊断等工程实践中具有较好的指导意义。
参考文献
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