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虚拟仿真技术方案范文1
虚拟仿真技术也叫做模拟技术，是利用计算机系统模拟出另一个系统，可以与人们进行交互，虚拟仿真技术是一种遵循自然界发展规律的高新技术。虚拟仿真技术可以对工程施工方案进行虚拟验证和优化，极大程度上降低了施工安全事故的发生机率，实现了的建筑工程施工成本的有效控制。虚拟仿真技术具有交互性，而且非常的逼真，它可以结合图形技术、仿真技术以及传感技术建立起虚拟的信息空间，进行人性化的模拟仿真互动，虚拟仿真技术是一种对系统动态模型的试验方法，在建立数字城市、室内设计、建筑工程施工等很多方面都应用的非常广泛。
2虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用意义
虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工过程进行模拟，在工程正式施工之前，就可以对建筑工程结构构件的位置和相对关系进行验证，准确的计算出建筑工程相关结构的应力情况，以便可以及时的对建筑工程施工方案进行优化。在选择建筑工程施工方案时，需要有一定的施工经验，这种优化方式需要建筑工程施工开始之后才能进行优化，具有一定的局限性。应用虚拟仿真技术可以在建筑工程施工之前就展现出施工效果，以便有效的选择施工方案，实现建筑工程施工的最优化。虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用有助于施工技术的创新，同时缩短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工风险。虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工全过程进行模拟，发现建筑工程存在的施工质量问题，同时也帮助施工人员对整个施工流程进行了解，可以保证施工人员的人身安全。虚拟仿真结果可以帮助设计人员对不合理的施工结构进行改进，使这个建筑工程的施工流程更加规范。
3虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用
3.1虚拟仿真施工技术在建筑工程中的应用
虚拟仿真技术可以在虚拟模型上完成建筑工程的虚拟施工，对建筑工程的施工方案合理性进行验证，确定具体施工环节的进度。传统建筑工程的施工需要根据设计人员的工作经验来制定详细的施工方案，这种根据经验制定的方案很容易产生施工漏洞，造成建筑工程的施工进度或者施工质量出现问题，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中应用虚拟仿真技术可以提前建立起建筑工程的仿真模型，对设计完成的施工方案进行验证，寻找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中应用虚拟仿真技术有效的降低了工程施工的成本，并保证了建筑工程的施工质量。虚拟仿真技术还可以根据施工现场的具体情况，对建筑物周边的道路、场景等进行渲染处理，并利用计算机对建筑工程的具体环境进行实时交互，也可以深入到整个建筑模型当中，对建筑物的内在环境进行观察，有利于建筑工程设计人员对建筑图纸进行有效的修改。设计人员可以感受到自己设计的成果建设完成后的景象，并对建筑结构的相关功能进行检测，使设计者可以更加精确的了解建筑工程中各个结构部件的位置以及相对关系，使设计人员对建筑工程设计的更加全面，实现了对建筑工程施工过程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三种围护结构方案，通过虚拟仿真技术对三种围护方案的能耗进行分析，最终可以选择出最佳的节能围护方案。
3.2虚拟仿真技术在复杂钢结构施工中的应用
建筑工程中的复杂钢结构是整个施工过程中最为关键的环节，因为建筑钢结构是单独的钢制构件拼接在一起，不同钢结构的受力情况和承载力都是不同的，在不同的施工阶段钢结构的平衡性也是不同的。钢结构的特殊性就需要保证安装过程的严谨，一旦钢结构的设计或者安装出现差错，会导致建筑工程的整体受力情况受到影响。钢结构的精准施工可以实现对建筑工程的施工指导，避免增加无效的施工成本。在对复杂钢结构进行施工时，仅依靠施工人员的经验是不可能完成的，但是虚拟仿真技术弥补了复杂钢结构施工中存在的不足，可以对复杂钢结构的构件位置进行精准定位，并实现对钢结构施工的全过程跟踪，实现施工过程的有效控制，降低建筑工程施工事故的发生机率，有效提高建筑工程的经济效益。在对复杂钢结构进行施工时，虚拟仿真技术可以使建筑工程实现最优化施工。
3.3建筑工程施工过程中三维动画技术的应用
传统的建筑工程施工，施工进度只能依靠施工人员的经验进行判断，不能对施工过程进行针对性指导。而在建筑施工过程中应用三维动画技术，可以将施工全过程利用高仿真动画的形式展现出来，并着重体现出施工过程中的重点和难点，使施工人员在建筑工程施工之前就可以了解到施工过程中的每个细节，注意到施工过程中的注意事项。三维动画技术在虚拟仿真技术中属于比较低端的技术，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重复更改和修理，加快了建筑工程的施工进度，使建筑工程的施工质量得到有效的提升。中央电视台新址以及上海环球金融中心在施工过程中都应用了三维动画技术。
3.4模拟仿真技术在建筑工程施工安全中的应用
模拟仿真技术可以实现对建筑施工方案的最优化控制，传统的施工安全控制不能对施工方案进行优化分析，所以不能发现施工方案中存在的问题，但是通过虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工方案进行模拟演练，发现施工过程中可能出现问题的部位，并利用三维动画技术对问题部位进行动画演示，以便制定有效的安全预案和相关的应急措施，以便发生安全事故时可以将建筑工程的损失降至最低，避免造成严重的施工安全事故。施工人员也可以借助虚拟仿真技术进行安全演练，增加施工人员的安全防护能力，进一步提高了建筑工程的安全水准。
4虚拟仿真技术在建筑工程施工中的实现
在建筑工程施工中应用虚拟仿真技术首先要建立起虚拟场景，并各具各个结构部位的不同特征，建立起相应的细节模型。在所有的细节模型建立完成后，通过内部联节点将所有的结构部件拼接成一个整体，并将地物造型与原有的地形结构紧密结合在一起，完成整体效果图的建立。虚拟仿真场景中，为了增加建筑工程虚拟模型的真实感，可以对虚拟模型进行交互设计，通过不同的指令，设计人员可以在模型中进行自由移动。设计人员可以在虚拟方则仿真平台内对建筑工程相关结构的施工轨迹进行定位，例如在对复杂钢结构进行施工时，仿真模型可以对吊装过程进行交互仿真，将各种二维数据全部输入到三维模型中，实现复杂钢结构的虚拟施工。这种方法提高了建筑工程施工的可视化效果，使相关施工方案可以更加直观的表达出来，同时也可以对施工过程中重点位置进行分析，制定针对性的施工措施，有效保证建筑工程施工项目的顺利进行，让建筑工程的技术交底更加全面，促进了建筑工程施工的发展。
5结论
虚拟仿真技术方案范文2
【关键词】虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究
【中图分类号】V448.15+3 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0168-01
随着现代科学技术的飞速发展，虚拟技术和仿真技术逐渐开始了有机整合，成功运用在了建筑工程的设计与施工中，并且完全改变了传统模式下的建筑设计和施工。究竟虚拟仿真技术是什么，它又是如何应用于建筑施工中，这些都是本文接下来会探讨的话题。
一、虚拟仿真技术概述
传统的仿真技术不能够模拟出人对于外界情况的感知，而虚拟仿真技术涉及到了关于仿真人的感知模型。虚拟仿真技术是在多媒体技术、传感技术、仿真技术以及计算机技术快速发展的基础上，虚拟技术与仿真技术有机结合的产物。虚拟技术与仿真技术完美结合在了一起，则能利用虚拟的现实技术建立与试验仿真的模拟模型，将仿真的过程和结果通过可视化、图像化的方式呈现出来，强有力地推动了仿真技术的高速发展。虚拟仿真技术具有四个基本特性，包括沉浸性、交互性、虚幻性与逼真性，这些特性在虚拟仿真技术中得到了有效的体现，同时也提升了虚拟仿真技术在仿真技术领域的竞争力。
二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析
虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析：
（一）虚拟施工技术的应用研究
从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。
（二）仿真技术的应用研究
仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。
（三）虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究
在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。
（四）虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究
虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。
（五）虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究
安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。
1、进行施工安全控制的方案优化
在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工安全控制方案进行相应的模拟演练，并进行比较，最终确定出—个最佳的方案，实现安全控制方案同相关的成本控制、资金预算、损耗控制等方面的最大化。
2、实现安全演练与预防的最优化
实现安全演练与预防的最优化可以从以下三个方面进行：其一，工作经验丰富的工程师要充分去了解容易出现隐患和发生事故的工程环节，利用虚拟仿真技术建立三维动态仿真模型，为类似事故的发生提前做好预防；其二，应该进行紧急逃生演练的模拟，通过模拟演练，训练现场工作人员的自救能力、逃生路线的抉择以及应急行动的实施；其三，还能做好安全教育，比如通过事故过程模拟，让大家感受事故，预先做好安全防范。
三、结语
从目前来看，虚拟仿真技术在建筑施工中越来越普遍，这大大地降低了施工安全隐患、控制了施工的成本，同时也实现了施工控制的最优化。我们应该继续探索虚拟仿真技术在建筑工程中的应用，以便更好的让其为社会主义现代化服务。
参考文献
[1]杜晓刚.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J].中华民居，2011，（6）：161-162
虚拟仿真技术方案范文3
关键词：机械制造；仿真技术；结构设计；加工设计
1机械设计制造与仿真技术概述
1.1机械设计制造
机械设计制造具有工作内容复杂等性质，机械设计制造过程中需要电气自动化、电子工程等技术的支持，相关科技的快速进步，也推动机械设计与制造工作向更多元化的方向发展。以往的机械设计一般以设备零件、工业器械为主要内容，在制造中需要先建构模型，进行多种科学实验，才能保证机械模型的合理性。利用各种自动化技术和仿真技术，能更科学、高效地进行标准化、非标准化的零件设计与加工。
1.2仿真技术
仿真技术应用多种硬件、软件工具，基于仿真实验、相关算法及问题求解，达到构建反映系统某一运行过程或行为的仿真模型的目的。仿真硬件以计算机和相关硬件为主，包括数字计算机、混合计算机、模拟计算机，以及目标仿真器、环境仿真器、运动仿真器等多种物理仿真设备；仿真软件包括各类仿真语言及相关数据库。在应用仿真技术过程中，为了构建基于仿真目标的系统模型，必须进行仿真实验，一般会进行离散事件的系统仿真实验和连续系统仿真实验。在机械设计和制造中应用仿真技术，能大幅度提升机械设备研发速度，减少制造中花费的时间、资金，从而帮助相关机械生产企业获得更高的经济收益。
2仿真技术在机械设计制造中的应用意义
2.1节约设计与制造成本
在机械产品的研究开发过程中，企业需要投入大量资金及人力，特别是在大型机械设备的研发中，因为工程量大、结构复杂，需要统筹全方位的设计工作，因此设计成本相当高，而设计的合理性、效率与研发成本息息相关。应用仿真技术，能够基于相关设计参数建立产品的二维、三维模型，对机械产品的全过程进行相应的模拟和实验；还能基于计算机完成传统研发过程中烦琐复杂的内容，有利于降低工作人员的研发难度和劳动强度。利用机械模型研发产品，能不断调整参数，降低利用实体模型等方法进行研发的经济成本，从而提升产品的研发质量与效率，节约设计与制造成本。
2.2提升参数的准确性
我国各行各业均向机械化、自动化等方向快速发展，当前所需的机械产品类型越来越多，结构越来越复杂，对零部件精密程度也提出了更高的要求，机械设计的过程也变得更为多元、复杂，对相关零部件参数的准确性提出了更高要求。利用传统机械设计方法难以满足当前的标准要求，利用传统计算机技术手段分析大量数据，不仅处理效率低，还无法直观地显示和调节相关数据，一旦出现数据计算失误或数据传递失真，就会降低产品的技术性能。利用仿真技术，能124够通过模型更直观、准确地分析和优化大量设计参数，降低设计难度与出错率，帮助设计人员快速完善产品设计和加工方案。
2.3确保设计方案的合理性
在传统机械设计研发过程中，设计方案的制订过程相当复杂，需要进行大量的人工分析，既浪费时间和精力，又难以保证设计方案的合理性、科学性，这主要体现在方案精细化程度不足，设计师未能全面分析制造过程等方面，导致最终制造出的机械产品在性能等方面往往与设计预期相去甚远，甚至达不到相关技术要求。科学应用各项仿真技术，能使设计人员更合理地整合相关数据，确定机械产品的各项参数，如基于各项仿真实验，获取环境、运动等仿真数据，构建机械设备在实际工作环境下的三维模型，从而更便捷、直观地调整相关参数，对比分析各个设计方案、制造方案，最终选择最优方案。
3仿真技术在机械设计制造中的应用优势
仿真技术在机械设计制造中得到广泛应用，在机械产品的设计、制造、检测等环节均发挥了重要的作用，这使得仿真技术在机械设计和制造中占据重要地位。仿真技术不仅能够更好地把控产品的质量与制造效率，还有利于优化相关技术，更快地进行产品的更新迭代，制造出符合市场要求的高质量、高性能产品，提升生产企业的经济收益。如今仿真技术应用范围仍在扩大，仿真对象、仿真目标更为清晰准确，进一步提升了仿真技术在制造行业的应用有效性。
3.1集成度高
仿真技术的集成化属性能更好地适应当前机械设计与制造工作的需求。仿真技术融合了多种科技与理念，本身十分复杂、多样，因此能够模拟不同类型机械产品的各个复杂模块，进行模块化、集成化的产品设计与制造，从而满足当前市场对机械产品提出的模块化、灵活组装等要求。
3.2分布性强
仿真技术的分布特性十分明显，这是由于仿真技术十分依赖网络技术、计算机技术及各种电气自动化技术。技术的不断发展，使仿真技术的分布特性不断加强。对仿真技术各软硬件工具及相应的运行环节进行分析，可以发现各种仿真功能的实现充分应用了各种网络技术、制造技术，整个技术的运行环节均需要配合各种理论和图形规定进行。分布性强这一特点会在一定程度上强化仿真技术在机械设计制造中发挥的积极作用，更好地保障设计工作的合理性和设备的制造质量。
4仿真技术在机械设计制造中的应用前景及发展方向
4.1应用前景仿真技术
随着各类计算机技术、电气技术的进步而迅速发展，一些仿真硬件设备及软件的水平快速提升，使数字化仿真技术的优势进一步凸显，当前主要体现在超小型计算机、处理器等工具相互配合方面，能够降低传统仿真技术中对大型仿真设备和实际仿真实验的依赖性，从而有效降低研发成本。在仿真软件方面，仿真技术正与AI技术融合，有利于提升仿真软件的精确性、全面性，推动机械设计向虚拟设计与制造方向发展，虚拟设计与制造将更多地应用虚拟仿真技术，在更多的机械产品设计及制造内容中应用计算机对仿真对象、目标进行全过程结构设计、参数调整及资源调配，从而显著提升机械产品研发水平和研发过程的管理水平，显著降低机械设备设计与制造的周期及成本[1]。由此可见，仿真技术在机械设计领域具有广阔的前景。
4.2发展方向仿真技术
在机械制造中的应用将向精确化、智能化方向快速发展。仿真过程的精确化发展体现在机械制造中的数控加工等过程将与仿真技术进行更深入的结合，通过模拟加工过程，可以更好地调整相关的加工参数或产品参数，从而以更低成本优化加工方案，使各项加工参数更精确、合理。仿真过程的智能化发展体现在机器人技术和网络通信等技术与机械设计仿真过程更深入融合，将使仿真过程更自动化、智能化，技术人员将更多地通过计算机软件进行仿真过程的设计与控制，基于各种通信技术进行数据交换和实时控制、监测。另外，仿真技术在机械领域的应用内容也将更为广泛、精细化。
5仿真技术在机械设计制造中的应用流程和具体应用
5.1仿真技术的一般应用流程
仿真技术的应用涉及图形学、几何造型学知识，在对目标产品进行实质抽象化的数学模型处理时，需遵循一般的应用流程。首先，应确定目标产品的结构和相关参数，建构基础的模型。基于各仿真工具建构能模仿真实环境及产品的可靠系统，加上边界条件、约束条件等参数。其次，应用电气工程、自动化、网络通信等方面的技术，将数学模型中的参数进行相应的阐述，并结合时空关系划分模型，构建每种环境下的动态模型与静态模型。以构建动态模型为例，需要构建连续时间下的仿真模型、离散时间下的仿真模型、混合时间下的仿真模型，并重视各模型之间变换层面的构建[2]。再次，应用相关算法、仿真软件及计算机语言，对仿真模型开展全面的分析。需要满足模型自由变换、参数分析全面等要求。最后，进行仿真模型实验工作，即将创建的仿真模型输入搭载某一实验环境的计算机中，使仿真模型虚拟运行，由此得到产品仿真运行的结果[3]。开展仿真实验前，需要进行先期设计，并对实验方案进行预运行，根据仿真实验想要达到的实验结果确定具体的衡量指标和标准，对仿真实验结果进行合理的分析。为验证实验结果的可靠性，需要通过反向验证等方法进行检验。经过这一系列的应用流程，才能保证仿真技术被合理地应用于机械设计制造。
5.2仿真技术在机械设计制造中的具体应用
5.2.1仿真技术在机械产品结构设计中的应用根据机械产品结构设计的一般工作流程可知，机械产品结构由完成不同功能的多个结构协同组建而成。结构设计直接关系到机械设备运行的安全性、效率及其他重要性能，研发人员在利用仿真技术进行结构设计时，需要优化产品结构的模拟实验等工作，如通过高负荷环境下的功能性实验来测试产品结构的安全性、可靠性等性能，然后基于各项测试最终确定最优的产品结构模型。与此同时，研发人员需要借助仿真技术、三维设计软件及运动学理论，对产品结构设计模型进行多角度、多维度的展示、观测和测试，在保证产品结构的运动状态可靠性符合设计标准的基础上，对不同零部件进行干涉实验和细化分析，从而发现各零部件存在的金属疲劳等问题或技术瓶颈，然后进行参数、材料等方面的优化调整，以全方位提升机械设备结构设计的合理性[4]。三维设计软件在机械设计中已较为普遍，将运动仿真与三维设计进行更高程度的融合，能够使研发人员实时地观测机械结构在具体运动环境下的各项性能，有效提升结构设计质量，节约设计所需的时间和物料成本。例如，在一些机械设备的齿轮设计中，研发人员利用仿真技术能提升这些重要部件的质量和设计的合理性。齿轮是一些机械设备的关键部件，其性能直接影响整个机械产品的使用寿命与生产效率。应用仿真技术，能对齿轮结构设计及相应设计参数进行测试，判断齿轮设计能否满足产品的设计目标和相应的加工要求[5]。在具体应用中，基于仿真软件模拟齿轮在相应环境中的工作环境，以此检测齿轮结构设计、参数设计是否符合规范。若发现设计问题，还能进行相关参数的调试，最终完善齿轮设计。如利用仿真技术模拟和测试圆弧针齿的运行轨迹，测试齿轮是否能在相应环境下正常运行，并基于仿真技术深入完善各齿轮转动接触点的相关参数。5.2.2仿真技术在机械产品加工设计中的应用机械产品从设计到制造需历经多个步骤，许多步骤的流程较复杂，特别是在设计和生产大型、超大型机械设备时，其过程尤为复杂，而应用仿真技术能在一定程度上使这一过程更加便捷[6]。机械加工设计过程中应用仿真技术，能切实优化研发设备的各项性能和工作效率。例如，在数控加工工作中，需要编写相应的加工方案，而应用仿真技术能更便捷地完成加工方案的编写，调试机床运行程序，生成相应的二维、三维图形及加工数据，在机械设备生产中合理选择刀具等加工工具，利用合理的流程、准确的加工指令高效完成设备加工作业。此外，应用仿真技术还能有效减少人为操作、降低失误率。
6结束语
综上所述，仿真技术已在多领域得到应用，具有很强的技术优越性，推动其在机械设计制造中的应用，能够为机械制造领域带来新的活力和发展机会。因此，相关企业需要积极、合理地应用仿真技术，优化相关的设计、制造工作，提升机械产品的质量与研发效率。
参考文献
[1]张卫龙.仿真技术在机械设计制造过程中的应用[J].华东科技,2020(3):11-13.
[2]高源,闫韬,满成,等.计算机仿真设计在塑料制品开发中的应用研究进展[J].合成树脂及塑料,2019,36(2):99-102.
[3]周卉.计算机仿真软件在机械结构优化中的运用指导:评《UGNX机械结构设计仿真与优化》[J].机械设计,2020,37(12):159.
[4]陈登凯,乔一丹,刘佳璇,等.基于复合仿真技术的武器装备工业造型设计方法[J].包装工程,2021,42(20):49-58.
[5]胡光.计算机仿真技术在塑料加工中的应用[J].塑料科技,2021,49(7):106-109.
虚拟仿真技术方案范文4
关键词：虚拟施工 虚拟现实 建筑施工
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0057-01
为了解决返工成本和管理成本这两个关键问题，期望提升建筑业的生产力水平并且以制造业的生产管理经验为参考，引入了虚拟模型技术机理即“虚拟施工技术”，将此技术应用于建筑施工项目管理当中。
1 虚拟施工的概念
虚拟施工（Virtual Construction，简称VC），是通过计算机建模、分析，虚拟现实计算机仿真技术将实际施工过程在计算机上模拟出来。此技术在制造业当中应用较多，在建筑施工当中应用较少。通过虚拟施工技术，业主单位、设计单位和施工方在策划、投资、设计和施工之前都能够清楚的看到施工的过程和结果。沉浸虚拟现实（Immersive）和桌面虚拟现实（Desktop）是虚拟现实的两种形式，但在建筑业当中应用较多的是桌面虚拟现实（Desktop）。国外在建筑施工中应用的是开发漫游系统（Walkthrough）主要包括场地的外形和设计，施工过程的计划和管理施工方案的预算等等。虚拟施工技术可以进行干涉分析、可靠性检验、内力计算、工序的确定等不仅表现为一种技术手段而且提供一种全新的管理模式使得施工的质量、成本、工期都得到最优化，另外还保证施工环保安全。
2 虚拟施工的技术支撑体系
虚拟施工技术涉及到了很多领域，主要包括以下技术：
（1）计算机仿真技术
计算机仿真技术在施工技术与管理、内力计算、结构计算等土木工程领域当中。虚拟施工的核心是计算机仿真技术，它通过建模分析能够从理论上保证结构的稳定和安全。
（2）建模与优化技术以及相关的软硬件技术
从建筑工程的规划、设计、施工、管理等方面，应用优化原理，使得建筑项目质量高、工期短、造价低，实现企业的利益最大化。
（3）虚拟现实技术
虚拟现实技术能够为人机交互对话提供三维界面，使用户能够沉浸在一个创建在多维信息空间上的虚拟信息环境里，具有身临其境的感觉，这为虚拟施工开发提供可视化的交互环境。
3 虚拟施工作用
虚拟施工技术实施的指导思想以及作用的集中体现是“先试后建”。“先试后建”能够保证项目在理论上成功，而且能够保证结构物的稳定与安全，可以检测任何阶段的性能，模拟任何荷载情况下结构物的抵抗能力。虚拟施工的主要作用归根到底是优化建筑项目设计、施工过程以及施工管理活动等。
3.1 优化建筑项目设计
建筑项目能够顺利实施的前提和保证是要有一个完善的设计方案。由多个设计方参与完成的建筑项目设计即建筑设计、结构设计、建筑设备设计等，在施工过程中成为聚在一起的建筑构件，由于由多方设计所以经常发生冲突比如建筑结构和设备之间的冲突等。这直接导致返工不仅增加成本而且延误工期。另外，好多项目从设计角度可行，但实际施工当中不可实施，导致设计失败，必须变更设计，同样会增加成本和延误工期。以上问题的原因就是设计方、施工方在设计阶段缺少沟通和协作，缺少一个检测平台。针对这些问题应用虚拟施工技术可以得到解决，采用虚拟施工技术优化设计，建立相关3D模型提供了一个有效的平台，包括建筑、结构及建筑设备等用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。
3.2 优化施工过程
施工过程的顺利实施的保证是有一个正确的施工方案作为指导。当前，主要由项目经理及项目组凭借施工经验来编制施工方案。但是由于工程的复杂性和项目经理经验的不足，施工方案的编制存在很多漏洞。而且它的可行性有时候也会受到质疑。施工方案必须保证项目实施的可行性、低成本，高质量、短工期同时环保安全也很重要。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术可以实现多方案比选，对不同方案进行检测，选择一种最优的施工方案。基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。建筑业在施工当中的返工率越来越高，将虚拟施工技术应用于建筑业施工过程中，通过虚拟现实和计算机仿真以实现对施工过程的事前控制和动态管理达到施工方案优化和降低成本的目的。
3.3 优化施工管理活动
管理成本占据建筑项目成本的很大一部分。为了降低管理成本，配备少量管理人员，采用虚拟施工技术，它可以清晰地展示整个施工过程就像栩栩如生的“施工操作说明书”。
4 虚拟施工技术在建筑业的应用实践
在国外对于虚拟施工技术一系列相关的研究和试验正在进行。Clasgow Strathclyde大学土木工程系和信息科学系联合研究一种能够协同施工的可视计划。它包括一个可以对全程进行监视并且可以交互的进行的非沉浸虚拟现实接口。针对几种不同的施工顺序和现场组织它允许用户以交互协同方式进行调查研究，同时优化施工过程。一个3D粗样软件包和一种Pangea系统由Bartlestt建筑学校和University College London计算机科学系的研究人员共同开发研究，是测试城市设计和建筑设计的早期原型。Dundee大学正在进行Naives项目，能够将一个构件元素在任何方向的挠度或内力可视化。建筑设计虚拟环境系统在英国IES公司推出了。在1995年日本清水建设公司采用虚拟系统使施工生产情报例如在计算机屏幕上显示施工组织计划。
从国内看应用虚拟施工技术的工程实例不是很多。有一个业内人士都知道的例子那就是上海正大商业广场。上海正大商业广场属于钢结构施工。它结构庞大，有着类型复杂的构件而且数量非常多，还有一点就是个吊装空间以及运输通道都不宽，所以施工难度比较大。为了保证优质、安全和高效地完成该工程的钢结构安装，大胆采用了虚拟施工技术，而且非常成功。虚拟施工技术分三个阶段进行：
（1）优化钢结构施工方案。应用虚拟现实和结构仿真成功实现了结构图由二维向三维跨越。在钢结构施工之前，在计算机上模拟构件装配、吊装，将施工过程可能出现的各种问题充分暴露出来，并经过优化得以解决。（2）模拟分析钢构件内力焊接变形以及桅杆起重机。为了保障吊装的安全，利用虚拟施工技术模拟吊装过程，并分析相关构件的内力。另外对焊接时的应力场和应变场以及温度场进行模拟，保证焊接的质量。（3）模拟建筑场地和周围的环境。就是在计算机模拟当建筑物建成后周围会出现怎样情景。这项技术的成功应用，能够清楚的了解到建筑物对周围环境的影响，为此我们提前做好防护措施。
参考文献
虚拟仿真技术方案范文5
【关键词】：城市规划；计算机仿真技术；静态渲染图；动画
【 abstract 】 : with the rapid development of science and technology, modern society gradually into the information age, computer technology in all areas of application in our country is becoming more and more widely. In recent years, computer technology and simulation technology, combining to form a kind of activity analysis system, reveals the law of motion of the system dynamic process and the computer simulation technology and its application in urban planning has increasingly become the hot topic of concern.
【 key words 】 : urban planning; The computer simulation technology; Static rendering; The animation
中图分类号： TU984 文献标识码：A 文章编号：
仿真技术最早应用于高能武器、航海模拟以及航天器等军事方面。然而伴随国民经济的不断发展，这门技术迅速被推广应用到各个领域。尤其是在城市规划中，可以利用计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者有种处身虚拟环境的错觉，因此，可以更好地将周边环境与规划设计二者相互协调配合。
一、计算机仿真技术简介与原理
1、计算机仿真技术是一门通过专用软件来整合声音、动画以及图像的综合性信息技术。其实现过程是，首先将三维的现实物体或环境通过计算机仿真模拟成多维的表现形式，然后将此表现形式通过数字媒介传播给媒体浏览者。因此当媒体浏览者在观赏时就会产生一种身临其境的“虚拟”错觉【1】。
2、计算机仿真技术的实现包括建立模型、模型转换以及模型仿真实验三部分。建立模型是指建立一个容易被计算机处理并能反应所研究对象实质的数学模型。根据时间关系可以将系统的数学模型分为连续时间动态模型、离散时间动态模型、混合时间动态模型以及静态模型等。
所谓的模型转换是指利用适当的算法以及计算机语言将数学模型抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，而这种形式所表现的就是“仿真模型”的内容。
所谓的模型仿真实验是指按照预先设计的实验方案来运行被载入计算机中的仿真模型，从而得到一系列的仿真实验结果【2】。
二、城市规划中对计算机仿真技术的应用
计算机仿真技术在城市规划中的应用主要包括在静态渲染图、固定路线的动画、交互式动态的景观仿真、复杂的虚拟现实技术等。
1、静态渲染图在城市规划中的应用。静态渲染图的操作步骤是，首先，要给建筑物体建立一个三维几何模型；其次，对模型表面的材料质感加以设定，同时还要选定场景中合适的照明和采光等；最后，通过计算机在一个合适观察角度将三维几何模型渲染成单幅的静态图像，并将此静态图像显示在计算机显示器上或者直接打印出来。在静态渲染图形成的过程中，可以将所渲染的图形与现场拍摄的相片加以合成，或者在图形中添加一些不一定存在的花、草、树、人等图像，以便使得建筑和背景之间的关系表现的更加充分逼真。同时，对建筑物体建立三维几何模型时，还可以通过采取计算机辅助设计或辅助制图来配合工作，从而减少设计者的工作量。此外，由于静态渲染图的视点被加以固定，所以为了减少创建模型的工作量，设计者可以尽量省略或简化那些被遮挡而不可视的物体【3】。
2、固定路径的动画在城市规划中的应用。由于静态渲染图的视点被固定，所以在实际应用中只适合于表示一个或者几个建筑物体。而对于复杂多量的建筑物群，静态渲染图往往只能靠俯视来表达全景。依靠这种方法，显然不能将复杂的室内景观或者大范围的城市景观充分展现在人们面前。由此，人们选择将多幅静态渲染图同时串联在一起，使之在计算机荧屏上连续播放，就形成了一种计算机的动画模式。这种情境下，不仅可以让观察者在场景中有运动的感觉，还能让场景中的物体如车辆、水等也能够运动。与静态渲染图相比，在制作动画时，需要适当添加选择合适的视点以及设置合适的观察路径等。其原理是，首先通过计算机将关键的帧计算出来；然后以此关键帧作为基础，运用算法令中间的画面自动填补空缺，从而产生出动画数据；最后，根据得到的动画数据来播放动画画面。由于固定路径的动画涉及到结构比较复杂、数量比较大的建筑物群，因此建立三维几何模型的工作量同样也极其庞大，所以对于一些遮挡而不可见的物体同样也可忽略不计【4】。
3、交互式动态的仿真在城市规划中的应用。对于某些结构和空间过于复杂的建筑或城市景观，动画和观察路径已经不能够加以完整表达。这时，人们可以应用交互式实时动态的景观仿真技术来完成目标。交互是指观察者能够任意灵活调整并控制所观察的视点、方向以及位置等。而实时动态是指计算机能够依照观察者任意选择的视角以及位置而立即生出渲染图。采用交互式动态仿真技术，其中观察者的自由度要远远大于动画，因此，需要向计算机中输入大量的物体，在无形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得计算机的计算量以及图形数据处理量呈几何倍增。所以，动态交互式仿真技术一方面对计算机硬件性能的要求非常高，另一方面还需要大量的几何形体输入。
目前简化三维几何模型、降低计算量和建模工作量来实现交互式动态仿真效果的方式主要有纵向拉伸和基于图像的环视仿真两种【5】。
纵向拉升，又被称为二维半或者准三维模型，它是将复杂的地形进行纵向拉升或者把建筑的平面图转化成立体体块并保证其垂直方向不变。通过这种三维的简化模型，只需采用建筑物的平面图及其相应高度或者复杂地面若干关键点的三维坐标，就可以让计算机软件依据已知数据自发生成立体简化几何模型，并且可以保证其仿真效果与全三维模型相同。
基于图像的环视仿真是指，基于某一固定点，对其周围的景观环绕360°加以摄影，并将这些不连续的图像用计算机整合在一起，形成一个闭合的360°全景，最后通过荧屏显示出来。设计时，可以先将所要设计的建筑或物体制成一个静态渲染图，然后将其嵌入所摄的图像之内，便可实现场景与规划和设计的建筑或物体相互融合。
4、复杂的虚拟现实仿真在城市规划中的应用。在实现交互式动态仿真时，人依靠鼠标或者操纵杆来完成观察角度、位置以及方向的调整。这里还有许多种控制观察的方法来提高观察者与景观两者间的交互性，如可以让观察者戴上过滤眼镜观察水平方向两相邻视点的图像，还可以让观察者戴上传感头盔来感应改变观察视觉角度而产生的渲染图，或者可以让观察者戴上传感手套来向计算机传达设计指令，亦或者可以让观察者穿上传感鞋来实现人在场景中步行的模拟等等。
三、城市规划中对计算机仿真技术应用的意义
1、在城市规划中应用计算机仿真技术，能够使方案设计及审批效率得到提高。通过在城市规划中应用计算机仿真技术，可以让设计者在审查过程中通过模拟穿行和观察计划方案，随时将视点停留在重点地段，对该方案以及周围环境间的关系进行多方向探讨审查，从而保证设计的合理性。同时，利用计算机仿真技术生成三维几何模型，符合方案规划审批的要求，大大提高了审批的效率。
2、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以从多角度对城市建设发展的问题加以分析。利用仿真技术，可以结合城市发展建设的现状，对城市的不同地区以及不同发展阶段加以合理的规划和设计，并形成跟踪模型，从而避免由于规划失误而造成的城市建设的缺憾【6】。
3、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以有效实现城市规划信息的准确定位和管理公开。利用计算机仿真技术实现城市规划的三维几何模型，可以有效对城市空间信息加以分析，并对城市管理工作加以准确定位。同时，还能将这种规划的三维几何模型到网上，实现城市规划政务工作的公开展示。
结束语：通过在城市规划中应用静态渲染图、固定路径的动画、交互式动态的仿真以及复杂的虚拟现实仿真等计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者身临其境，从而很大一定程度提高了设计审批的效率，同时还可以从多角度对城市建设发展方向加以分析，并能实现城市规划的政务公开，从而起到宣传展示规划方案的效果。
参考文献
[1] 江伟.计算机网络在城市规划设计中的应用及经验[J].山西建筑.2009，(05)：22-23.
[2] 孙大龙，张艳华.城市规划管理信息系统建设的对策研究[J].中国高新技术企业.2007，(06)：111-113.
[3] 王军，方源敏.城市规划管理信息数据库的设计与建立[J].中国勘察设计，2008，(01)：122-125.
[4] 聂康才.浅析城市规划管理中的系统研究方法[J].山西建筑，2008，(02)：215-222.
虚拟仿真技术方案范文6
关键词:虚拟仿真;教学实验系统;应用
中图分类号:TP391.9 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 05-0000-01
Application of Teaching&Experiment System in Virtual Reality
ShanzengLiangjie
(Northwest University for Nationalities,Mathematics and Computer Science College,Lanzhou730000,China)
Abstract:The paper introduced the conception of virtual reality and virtual labs in the field of education,and constructed the structure model of teaching and experiment system with virtual reality.A design example of computer interface experiment teaching and experiment system with virtual reality was presented,and the major problems which need to be aroused during the process of making application of virtual reality in virtual labs were pointed out.
Keywords:Virtual reality;Teaching and Experiment System;Application
一、引言
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人―计算机接口技术,其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境,同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科,它是通过建立真实系统的数学模型,利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前,虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域,虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟,具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势,已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示,对传统的教学活动产生了强烈冲击,引发了教学领域产生一系列深刻的变化。
二、虚拟实验的概念
虚拟实验是指借助于多媒体、系统仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造辅助实验、部分替代甚至全部替代传统实验各个操作环节的相关软硬件平台。虚拟实验是建立在一个虚拟的实验环境(仿真平台)之上,其重点关注的是实验操作的交互性和实验结果的真实性,因此,在虚拟实验室或者实验设备上,实验者可以完全像在真实的实验环境中一样完成各种实验项目,所进行的操作就像是在真实的实验设备上进行的,并且能够取得不低于或者超出在真实实验环境中或者在真实设备上所取得的实验效果。尤其对于一些对经费、场地和器材等方面都要求较高的实验,虚拟实验具有相当的优势。尤其随着网络技术的发展,基于网络的虚拟实验更是突破了传统实验对“时间和空间”方面的限制,不论是实验者还是指导教师都可以方便的上网进入虚拟实验室进行各种实验,虚拟实验的开展极大的促进了教学实验活动的进行。
三、虚拟仿真教学实验系统的模型结构和实例分析
(一)虚拟仿真教学实验系统的模型
虚拟教学实验系统的设计的着眼点主要建立在对实物实验设备和实验环境的仿真上,包括对实验场景和实验对象的实体仿真以及实验对象内部的数学仿真,对应的仿真模型是实体模型和数学模型,具体的模型结构如图1所示。
图1虚拟仿真教学实验系统的模型结构
在这样的模型结构中,实体模型的优劣程度直接影响虚拟实验的真实感与交互性,而数学模型的精确程度则影响着实验的效果和实验质量。在虚拟实验系统的模拟中,为了逼真地模拟出实验场景,使实验仪器和元器件等对象在外形上与操作上都具有真实感,一般采用三维建模技术进行场景和实体的建模。对于数学模型的构建,则是依据系统之间的相互关系和内在联系机制,依据成熟的理论和模型在分系统之间建立确定的对应关系。因此,对于不同的虚拟实验类型,一般具有不同的数学模型。
(二)微机接口电路教学实验系统的虚拟仿真设计实例
下面介绍了基于虚拟仿真技术建立的微机接口电路教学实验系统设计实例。传统微机接口电路实验中,需要专门的硬件实验设备与普通微机相连,实验的主要过程是在微机中利用asm等工具软件进行接口实验程序的调试操作。其基本过程如图2所示。
图2微机接口电路“半虚拟化”设计方案
对这一基本实验采用虚拟仿真技术进行虚拟教学实验系统设计,应该主要针对“专用硬件实验台”进行虚拟化设计,其实现难点在于真实的实验软件与虚拟的接口电路之间进行虚拟“连接”。利用Windows对底层硬件设备的管理和访问控制方法,可以设计专门的设备驱动程序(VxD)软件来代替外部的实验接口电路。具体的应用技术和设计方法如图3。
图3虚拟硬件接口电路实现方法
(三)虚拟仿真技术在教学实验系统中应用需要注意的问题
随着虚拟仿真技术在教学实验系统的应用日益广泛,在具体实践中也需要注意两个问题:首先,注意强化虚拟仿真技术与多媒体技术的有机结合。多媒体技术具有直观、逼真的视觉效果,有利于构建和营造逼真的实验环境,要充分利用、虚拟技术来,营造逼真的训练工作环境,仿真技术则通过建立真实的数学模型,能够进行实时仿真,这两者之间的融合,有利于构建真实环境下的实时仿真平台,实现虚拟与仿真的无缝联接。其次,根据不同实验的特点确定虚拟教学实验系统的设计思想和仿真工具。虚拟教学实验系统的开发应该注意将实验工程环境的开发和实验仿真过程开发进行结合,一般把仿真过程主要在后台运行,强调实时性和可靠性,而具体的实验工程环境的运行作为前台,强调真实性和高仿真性。因此需要根据具体的实验需求加以侧重。
三、结束语
虚拟仿真技术应用于教学实验系统,是对实物实验的补充、完善和扩展,能够保证实验教学系统中具有良好的开放性和具有真实感的交互,必将引发实验教学领域的深刻变化,虚拟仿真实验教学也将成为实验教学改革的一个重要方向。
参考文献:
