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虚拟仿真技术的发展范文1
[中图分类号]G712[文献标志码]A[文章编号]2096-0603（2017）21-0084-01
随着现代科技水平的不断提高，虚拟仿真技术愈来愈被更多的人所认识并了解，运用领域亦变得更加广泛。虚拟技术蓬勃的发展背景下，在中职电子技术教学中加强其工作的推进不仅有利于虚拟仿真技术社会价值的实现，更有利于推动我国中职教育事业的进步与发展。为此，加强虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用势在必行。
一、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用现状
（一）教师教学的得力手段
虚拟仿真技術在中职电子技术教学中的应用有效提高了教学质量，在传统的中职电子技术教学中，教师往往采用“填鸭式”的理论教学手法进行教学，然而电子技术教学的理论教学抽象、难懂，加之学生的实操课安排比例较少，从而导致其教学质量不高。而虚拟仿真技术的应用不仅有效地将抽象的理论知识进行具体化、形象化，使学生更好地理解相关知识，更有助于减轻教师的教学负担，使教师能够腾出更多的时间进行备课设计工作，并借此提高整体教学质量。
（二）学生学习的“好帮手”
中职院校的学生往往文化课基础较为薄弱，其在抽象、难懂的电子技术课堂学习中受个人学习基础的限制，难以激发自身的学习积极性。虚拟仿真技术的应用能够将系统的理论知识运用图文并茂的形式在荧幕中呈现，学生被新的动态教学模式所吸引，便会提高自己的学习积极性和主动性。此外，虚拟仿真技术在电子技术教学中的应用还能够打破传统理论知识统一的课堂局面，从而给教学模式带来更多的创新，使电子技术教学质量不断提升[1]。
（三）教师的虚拟仿真技术应用有待提高
虚拟仿真技术的应用确定能够提高学生的学习积极性和电子技术教学质量，然而，作为一种新型的教学模式，虚拟仿真技术的应用对教师自身的应用水平有着较高的要求。当前，我国中职院校多数教师在教学工作中已经形成了理论讲解为主的习惯，对突如其来的教学改革很难在一时间适应，并缺乏对虚拟仿真技术的深入了解，使其在实践教学工作中难以保持长远的教学价值。为此，强化教师对虚拟仿真技术的应用能力成为中职院校电子技术教学工作任务的重点。
二、关于虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的具体应用
（一）利用虚拟仿真技术创设教学情境
虚拟仿真技术对生活中的情境进行模拟，让教学资源更加直观地呈现在学生眼前，同时将教学资源的影像要素与生活化相关联，借以激发学生的积极性，使学生有种身临其境之感，并轻松、愉快地获取电子技术专业知识。此外，这种教学技术的应用不仅能够促进学生学习主动性的提高，更能让学生更加充分地理解和运用电子技术知识并提高学生的学习效率。为此，在实际教学中，教师可以构建一个虚拟仿真技术的情境平台，让学生模拟电路操作来展示电路数据，不仅能促使学生在课堂学习中清晰地掌握理论知识，而且能提高他们的实践操作能力[2]。
（二）虚拟仿真技术在小组合作学习中的应用
小组合作学习的教学模式在传统的电子技术教学工作中便有所应用，但学生整体对其知识点内容缺乏明确的认识和理解，继而导致在小组写作学习过程中容易产生较大的分歧，进而影响学习效果。而虚拟仿真技术与小组合作学习模式的融合不仅能够促进学生团队协作学习能力的提升，更能让每个学生清晰地了解技术与理论领域的知识点，让学生更能够在不同的观点下进行积极探索，极大地提高学生的学习效率。此外，教师在运用虚拟仿真技术授课时，其自身要不断加强对该技术的练习，在教学中不断学习，可以提高自身对虚拟仿真技术的应用能力，从而满足电子技术教学工作的要求。
（三）模拟操作与实际操作相结合
鉴于中职院校电子技术教学中的设备数量限制和人数配比限制，必须加强虚拟仿真技术的引进，从而促进全体学生能够更好地进行实操训练。虚拟仿真技术能够为学生构建虚拟的实操平台，让学生能够在模拟操作中切实感受到现实的操作滋味。值得强调的是，模拟器操作虽然能够培养学生的实操能力，但却无法模拟出现实设备出现的各种突发问题，为此，在进行模拟操作教学中亦要充分与实际操作相结合，让学生在虚拟仿真技术的辅佐下进行更好的实操训练，从而促进学生综合应用能力的提高[3]。
在信息化时展背景下，中职院校的教育模式要积极顺应时代的发展潮流，在电子技术教学工作中尽可能融入现代化教学手段，积极推进虚拟仿真技术在教学工作中的应用，科学、合理地利用虚拟仿真技术的优势来提高课堂教学质量，从而全面提升学生的实际应用水平。
作者：杨健
参考文献：
[1]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报，2015（3）：111-112.
虚拟仿真技术的发展范文2
关键词：3D数字仿真技术；城市服务；应用
1 概述
3D数字仿真技术主要是通过计算机技术，为用户创造一个逼真的虚拟环境，既可以是对现实环境的虚拟，也可以是对一些想象的物体的虚拟。目前在城市建设以及工业产品等领域中的发展比较广泛。本文主要通过分析3D数字仿真技术的发展情况，探讨其在当前的城市服务中的应用情况。
2 3D数字仿真技术概述
2.1 3D数字仿真技术概念及特点
3D（三维）数字仿真，一般也称虚拟仿真，主要是通过计算机技术生成一个无限逼近现实的虚拟环境，该环境中存在视、听、触、味等多种感知，用户则通过各种传感器设备接收自身自然反应的行为、活动，从而实现与虚拟世界中的个体产生联系的一种技术。
3D数字仿真技术一般具备三个特点：（1）沉浸感。由于3D数字仿真技术创造出了一个虚拟的现实世界，单从视觉效果上来看，用户很容易产生一种置身于这种虚拟环境的感受。（2）多感知性。虽然目前的3D数字仿真技术能够实现的感知只有视觉、听觉发展的比较成熟。但是理想状态下，3D数字仿真技术还应该具备味觉、嗅觉以及触觉等在现实生活中存在的多种人类感知行为，为人类营造一个真正逼近现实的虚拟环境。（3）交互性。所谓交互性是指用户可与虚拟环境中的实体进行交流、操作等行为，而且通过这些行为可以得到实时的反馈。
2.2 3D数字仿真技术发展
进入21世纪以来，随着计算机技术的大量普及，3D数字仿真技术也随之进入了快速的发展时期。而美国作为该技术的发源地，目前在该技术领域依然处于世界领先地位，于2007年率先提出六方沉浸体验虚拟现实系统，并期望达到1亿像素的显示效果。然而目前最大的虚拟现实系统中能够提供的像素仅为4300万，且只有五方沉浸体验效果。因此，这项技术被美国业界认为是下一世纪重要竞争技术，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有对应的大型研发中心。我国虽然起步较晚，但是许多高校、企业也都在积极研制3D数字仿真技术，目前也都取得了十分显著的进步。
3 3D数字仿真技术提供的城市服务探究
3.1 城市建设领域
随着房地产行业的竞争越来越激烈，房地产厂商主要宣传的要点包括：地理位置、社区规划、户型设计等。然而目前对于户型的空间设计等方面发展已经很难再有革命性的突破，一些厂商的宣传手段还仅限于条幅、实物模型等。但是随着社会的发展，人们希望能够更加直观、快捷、方便地看到整个楼盘的详细信息。传统的手段是无法满足这些需求的，而3D数字仿真技术，这一专注于营造仿真环境的技术就得到了广泛的应用。房地产厂商通过制作一些建筑动画，直观地展现小区虚拟场景、楼盘样式、以及三维虚拟样板房等。通过使用这些3D动画作为宣传手段，能够让居民非常直观的体验、感受到住房的样子，因此取得了非常好的宣传效果。
3.2 工业领域
现如今，随着经济的快速发展，人们的生活也因为各种工业产品的快速发展而变得非常方便。像汽车、医疗器械等一些与人们生活息息相关的工业产品，一般在最终上市之前都会进行严格的检验。之前由于技术水平有限，只有等到产品研发出来之后才能进行相关的检验，一旦产品出现问题势必造成大量资源的浪费。
随着3D数字仿真技术的产生，技术人员可将设计出来的产品进行虚拟实验，既可以将设计出来的产品整体、空间构造都非常详细地展现出来，而且还可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中对，对这些产品进行安全、事故模拟实验。像汽车行业，一般会利用3D数字仿真技术进行车辆撞击事故模拟；在煤矿产业，一般利用3D数字仿真技术进行安全生产实验，确定最终的安全挖掘方案等。
3.3 事故模拟
传统的事故分析都是通过事故现场照片或者是现场遗留下来痕迹等来进行相P的判断，但是这种缺乏动态模拟过程的分析方式缺乏直观性。而事故一旦发生，通常会伴随着赔偿、处罚等后续事件，如果能够完全还原当时的情景，有助于相关负责人十分方便、快捷、准确的处理相关事故。目前已经开展的研究内容包括：桥梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤矿事故分析等。其中交通事故分析发展相对的较为成熟，而且现在已经有很多交通管理部门引进这些技术，对交通事故进行模拟还原，从而对发生当事人进行相关责任判断。
3.4 施工演示
目前国家各项基础设施建设正在如火如荼的进行中，面对这些大型的工程项目，以前只能通过工程图纸或简单的模型等形式进行展示。对于缺乏足够的空间想象能力或者项目新手来说，很难去想象到整个工程中每个实物的具体样式，而3D数字仿真技术大到整体效果，小到部件的构造等，可以非常逼真的展示工程项目实景。不仅方便进行施工演示，而且在进行工程汇报时，也可以非常具体的展示当前的具体施工状况，以及与完整项目之间的差距等。
4 结束语
3D数字仿真技术，随着计算机技术的快速发展，正处在高速发展的阶段，而且正在以其独特的方式改善人们的生活、学习和工作方式。除上述提到的一些应用领域之外，3D数字仿真技术还有许多其它的应用领域，而且随着5D时代的到来，还会产生更多的现在还无法想象的应用领域。但同时还应该意识到，由于一些技术难点，比如说在虚拟空间中实现嗅觉、味觉等技术，目前还没有攻克，3D数字仿真技术未来的发展道路还有很长。
参考文献
[1]张晶.浅谈三维动画的应用领域[J].山东工业技术，2013（11）：151.
[2]周飞，孙超.论三维动画在产品设计中的运用和价值[J].艺术科技，2013（05）：179.
虚拟仿真技术的发展范文3
关键词：计算机；仿真；制造业
中图分类号：TP278
计算机仿真技术在制造业的作用越来越明显，它在产品设计和整个生产流程中都发挥着不可估量的作用。这种技术的应用为开发和制造企业节约了大量的经费，减少了不必要的损失，大大缩短了产品的开发周期并提高了产品质量。计算机仿真技术在日趋激烈的制造业竞争中占有越来越重要的地位。现代制造业的飞速发展为计算机仿真技术带了新的机遇，同时也提出了新的要求。我们放眼计算机仿真技术的发展历程，它已经突破了在传统领域的运用，发展到了产品的设计开发以及销售方面。现代社会网络技术的发展也为计算机仿真技术开辟了新的发展空间，使得这种技术表现出许多新的特点。如交互性、分布性，集成化等。这也将成为计算机仿真技术新的应用趋势。
1 在制造业中，计算机仿真技术应用的分类
计算机仿真技术在制造业中按照模型种类，可大致分为三种，它以产品模型、开发模型以及制造系统模型为中心进行拓展。
1.1 仿真技术以产品模型为中心的应用。在产品模型中，计算机仿真技术的应用对产品的静态与动态性能，可制造型、可装配性进行分析。因为设计者在开发产品的时候，不仅要考虑它的实用功能和需求，还要考虑诸如外形，外观以及尺寸等方面的因素，而且还要考虑产品的可制造性，可批量生产或者是在装配、保养、维护等方面的因素。这就需要计算机仿真技术在产品模型中发挥作用。
1.2 仿真技术以制造系统模型为中心的应用。制造系统模型包括制造设备的高仿真智能运用、相对复杂的制造系统的模拟运行。在检测设备的运行能力与实际运行状况时，如物料供给、资源分配或者是加工流程上发挥着巨大作用。
1.3 仿真技术以开发过程模型为中心的运用。以开发模型为中心的仿真包括设计和制造过程的仿真。很多产品的性能以及生产成本在设计阶段就基本定型了，设计阶段对于一种新产品的开发非常重要，它需要反复设计和试验，复杂的计算以及多学科的共同协作，这些特点决定产品的开发过程迫切需要一种能建立模型并仿真试验的计算机仿真技术。而在制造过程中运用仿真技术将制造系统模型和产品模型结合到一起，多方位模拟，整体运算，再综合考虑库存、成本控制以及负载等因素，开发出合格的新产品。
2 在当代制造业中计算机仿真技术的广泛应用
计算机仿真技术是一门高新科学技术，在当代制造业中，产品的设计和制造都离不开它，尤其是一些诸如航空航天工业、国防工业等规模大，复杂性强的系统研发中，作用更加明显。它作为一种新型的科学手段和工具，有效地减少了不必要的经济损失，节约了大量研究经费，并大大缩短了产品的开发周期和提高了产品质量。计算机仿真技术贯穿于产品的设计、制造和测试运行的全过程。当代企业的研发部门只有重视质量、成本、时间、服务和环境这五项指标，才能获得更好的发展。这种需求也促进了计算机集成技术、模拟测试系统，仿真运行环境等技术的相互结合。他们已经成为制造业不可缺少的重要技术手段。上世纪八十年代以后，计算机仿真技术的发展越来越快，应用最为广泛的就是“虚拟制造”。通过在计算机上模拟产品的设计和制造过程，提前发现在制造中可能出现的问题，减少不必要的经济损失。
虚拟运行环境，也称虚拟现实技术或者是灵境技术，它通过模拟人在自然环境中的感官和行动，实现高级人机互动，对产品的性能和运行状况进行测试。它综合运用了计算机图形学、高仿真技术以及计算机传感技术等多种科学技术手段。“灵境感”和“交互感”是虚拟现实技术的基本特征。通过计算机虚拟现实技术，将事物内部各种关系的交互与真实作用模拟运行，仿真出一个几乎真实的虚拟环境让用户体验，从而使用户的感受更加真实，人机交流的方式更为先进。这种计算机虚拟现实技术，可以支持产品的各个阶段，客户可以通过虚拟的现实环境，验证产品的各个部件是否合格，产品的性能是否稳定，功能是否能够满足人们的日常需要。
随着当代制造业的发展，人们开始对仿真技术的另一个应用热点，即虚拟产品开发技术越来越重视。并行工程的运用促进了虚拟产品开发技术的出现和发展。并行工程思想将现代哲学、文化等与现代先进组织思想集合起来，将产品的设计、制造、使用和支持过程并行运作，进行一体化的设计和开发。并行工程从产品开发之初就将投资、制造、装配以及销售维护等产品生命周期中各种因素考虑在内，有效地解决了产品设计与开发之间存在的矛盾。而虚拟产品开发技术就是在并行工程思想的指导下，将计算机辅助设计、CS和大型的产品数字化管理系统综合运用，虚拟一个产品的开发环境。方便产品开发人员在近乎真实的环境下进行策划、设计和预测产品在现实环境中的性能及其他状况，将产品在现实工况下的真实运行能力，这样就可以避免反复设计，不断变更设计方案，避免因反复制作样机而造成的资源浪费和经济损失；方便对产品的设计进行检验、指导和优化，使产品的开发周期大大缩减，从而节省了大笔开发费用。在计算机仿真技术的发展中，虚拟产品开发技术是又一重要发展，它深入到产品复杂的制造过程中，产生的经济效益不可小觑。
现在，仿真技术的应用已经从单一的系统走向开放复杂的大系统。当仿真对象分布于广阔的时空领域，仿真任务要求将不同地理位置、不同类型（包括人在内）的仿真对象构成一个统一整体进行仿真时，产生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）。这种仿真系统里包含有不同类型的实体―虚体、真实实体和构造实体，这些实体可以基于不同目的系统、不同年代的技术、不同厂商的产品和不同产品组成，并允许它们交互操作。DIS实现用计算机网络将不同地点的仿真设备连接起来，通过实体间的数据交换构成时空到合成仿真环境的一种先进仿真技术。在这种复杂的分布综合的系统进行实时仿真时，必须提供快速、高效、大量的信息通道和相应的处理。美国是最早研究这种技术并投入使用的国家，已经完成了多项基于虚拟仿真的DIS工程项目，相关的协议与标准已经完成或正在完成。
在制造行业，已经产生了类似于DIS的虚拟研究开发中心或虚拟企业。香港生产力促进局和香港城市大学共建的快速科技中心就是一个虚拟研究开发中心。此外，为了适应快速变化的世界市场，克服单个企业难以在短期内具备所需资源的局限性，出现了在一定时限内，为了某一市场机遇，通过网络临时联结的一种动态联盟――虚拟企业。美国波音（BOEING）公司可以把777飞机的研制、生产做到几乎“无图纸”的程度。波音777飞机的研制、整机设计、装配、部件测试以及各种试飞，都是由计算机完成的。它能将开发周期从原来的8年缩短到5年，节约了数百万美元经费。
3 结论
当代制造业中，计算机仿真技术已经成为一种综合性的高新科学技术，它综合了计算机技术、计算机辅助设计技术、多媒体技术、网络技术、信息技术、软件工程、数字化控制技术等多种科学技术，在制造业中发挥着越来越大的作用，在一些大型的复杂形同研发中，更是必不可少的重要工具，它有效地减少了企业的经济损失，节省了大量的研发经费，使产品的开发周期大大缩减，产品质量得到显著提高。
参考文献：
[1]吴秀平，梅江平.大批量、多类型电池自动分选装备的建模与仿真[J].组合机床与自动化加工技术，2008，4.
[2]尚炜，宁汝新.一种以拓扑结构信息为骨架的线缆数字化模型[J].计算机集成制造系统，2012，12.
虚拟仿真技术的发展范文4
关键词：仿真技术；液压挖掘机；联合仿真
液压挖掘机是一种功能典型、工况复杂、用途非常广泛的工程机械，特别是在中国这样一个发展中国家，几乎在所有的基础建设中都要用到挖掘机。节能型挖掘机就成为发展的方向和趋势，利用计算机仿真技术进行液压挖掘机的设计开发成为目前主要的先进设计手段之一。
1 计算机仿真技术产生的背景
1.1传统技术的缺陷
传统批量产品的开发过程通过单件产品的模型试验来获取信息，然后再制造物理样机来核查设计要求是否达到。要加快设计周期，满足市场需求，可以采用“并行设计”的思想，但是产品有实质性变化时设计需要反复试验和修正，影响了并行设计的效果。要有效地加快设计进程，最合理的方法是加快样机的试制。由于物理样机的试验和改进延长了设计周期，多个样机的制造更导致成本高昂，可见传统的基于物理样机的产品开发设计模式有待改进。
1.2市场竞争的需要
随着世界经济和科学技术的飞速发展，企业为了提高竞争力，必须缩短新产品研制和开发，降低产品的研发成本，进行创新性设计.计算机仿真技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的。
1.3仿真技术实现的可能性
计算机软硬件的发展，为计算机仿真技术的实现提供了良好的支持和技术环境。仿真技术的产生和发展与CAD技术的成熟及大规模推广应用分不开。此外，机械系统动力学建模理论的计算机实现使得参数化机械系统动力学数学“软模型”得以很好实现。计算机硬件的发展，加上数值算法的进步，加快了复杂的数学模型仿真运算速度，促进了计算机可视化技术及动画显示技术的提高，为虚拟样机技术提供了良好的用户交互界面。
2 计算机仿真技术发展趋势
虽然现有的仿真工具可以有效辅助产品某个功能单元的设计开发，但随着产品规模和复杂程度的不断增长，分系统问的关系也越来越复杂。仅靠传统的单领域仿真已经很难满足对整个产品或其某个复杂子系统的功能和行为分析。目前，有不少商用仿真软件本身里边有好多模块，它既可以对一个产品进行联合仿真，同时也提供了与其他仿真软件之间的接口。通过这些接口，实现多领域建模，并提供联合仿真运行功能。
3 联合仿真技术的特点
传统的设计思想是串行的过程，从设计到产品的批量生产按照从前至后的顺序进行。在整个过程中各个小组往往把注意力集中在各自的细节上而忽略了整机性能，最终产品集成后存在冲突缺陷。
联合仿真技术采用数字仿真的形式进行虚拟产品设计开发，仿真模型的参数就是物理样机的设计参数，虚拟样机因为参数修改方便，相比物理样机而言是“软模型”，能轻易地实现原型的多样化，柔性好。无需制造实物样机就可预测产品的性能.节省了物理样机制造时间，降低了开发成本，减少了风险。
4 仿真技术与液压挖掘机开发
4.1复杂产品仿真技术研究现状
复杂产品通常涉及众多学科领域，其每个子系统都可能是由各学科领域的零部件组成。众多的子系统相互作用，组成一个有机的整体，展示出产品的外观和功能。
仿真通过对所要研究系统模型的开发，帮助人们了解系统的行为，使人们在产品设计阶段即可对产品行为进行全面的分析，并有可能根据产品行为进行优化设计。复杂产品由于自身的复杂性，开发难度大、时间长、成本高，因此要求将仿真应用于其设计中，使企业能以更短的时间、更好的质量、更低的成本推出自己的产品。在过去的10—20年内，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，仿真技术已在复杂产品设计中得到大量应用。
4.1.1系统动力学仿真现状
虚拟样机是一种新型的设计、开发和评估手段，其在工程中的应用是通过商业化软件实现的。由于系统仿真技术能够满足真实产品设计要求，通过建立机械系统的虚拟样机。使得在物理样机建造前便可分析出它们的工作性能，因而其日益受到国内外机械领域的重视。目前，国际上有20多家公司在这个日益增长的市场上竞争，比较有影响的有美国MSC.Soflware公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS等。
4.1.2液压控制系统仿真现状
从20世纪70年代初开始，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研究，经过几十年的研究开发，液压仿真软什的性能实现了从原先的精度低、速度慢，发展到精度高、速度快：从只能处理线性系统发展到能处理非线性系统；从复杂的编程和输入发展到交互友好的图形用户界面等。随着计算机技术的发展，液压系统仿真技术得到了迅速发展，近几年来，各款老牌的液压仿真软件公司纷纷推出了面目一新的版本，例如，英国的Bathfp、瑞典的Hopsan等。
4.1.3联合仿真现状
目前。人们已经开始将机械、控制、电子和软件等多领域的联合仿真应用于汽车、铁路车辆、作战系统等复杂产品的设计中，例如：福特公司将整车多体动力学仿真和汽车姿态控制系统仿真集成，通过机械、控制的多领域联合仿真，使机械设计人员和控制系统设计人员能够更好地进行通信和协同工作，极大地缩短了产品开发时间。
虽然联合仿真已经在很多领域得到应用，但目前的应用还存在诸多局限，主要体现在：通常只能做到机械、控制和液压等少数领域的联合仿真。通常只能局限于单台计算机上集中进行，分布式协同建模和分布式仿真运行几乎不可能。
4.2仿真技术在液压挖掘机领域的应用
4.2.1国内应用现状
国内液压挖掘机行业近年来虽有很大发展，但与国外挖掘机行业发达国家相比仍存在许多不足，设计水平与发达国家相比有较大的差距。国内众多的研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究，开发了设计软件，他们的研究基本上局限于某些问题的解决，关于工作装置设计参数分析和在CAD上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能用于挖掘机一些通用问题的解决，对液压挖掘机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少。
4.2.2国外应用现状
仿真技术在国外工程机械的很多方面都得到应用，如车辆悬架设计、发动机设计和冲击特性预测、驾驶员行为特性仿真、挖掘功率预测及工作效率预测等多方面都成功地应用了仿真技术。
虚拟仿真技术的发展范文5
关键词：系统仿真设计
一、系统仿真技术
所谓仿真就是建立系统的模型（数学模型、物理效应模型或数学-物理效应模型），并在模型上进行实验和研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统，如土木、机械、电子、水力、声学、热学等，也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策；
在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。在工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本，可以提高系统实验、调试和训练过程的安全。
一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型--一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。
仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。
二、虚拟现实技术
虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境--虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。
虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，它具有以下主要特征：
（1）依托学科的高度综合化；
（2）人的临场化；
（3）系统或环境的大规模集成化；
（4）数据表示的多样化和标准化，数据存储的大容量、数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化。正是这些特征，使操作者沉浸其中，并通过多种媒体对感官的刺激，对所需解决的问题有了清晰和直观的认识，从而，也使模型的建立和验证更加方便。
三、系统仿真技术与虚拟现实技术的结合
传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)随着多媒体技术、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展，同时也使虚拟现实技术更加具有生命力。
四、仿真与虚拟现实技术在结构工程中的应用
仿真与虚拟现实技术近年来在机械、电子、水利、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。
在结构工程中，仿真与虚拟现实技术已经应用于如下几个方面：
1．在工程结构分析中的应用
工程结构在各种荷载作用下的反应，其破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。若用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。又如在高速荷载作用下，结构反应很快，人们在真实试验中只能观察到最终结果，而不能观察试验的全过程。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。对于长期的徐变过程则可在模拟中加快其变化过程，让人们清楚地看到其过程。在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来，给人以直观的印象。利用仿真与虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。
2．在岩土工程中的应用
岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。
在数值模型中，除了有限元方法外，还可采用分离单元。分离单元在平衡状态下的性能与有限元相仿，而当它失去平衡时，则在外力和重力作用下产生运动直到获得新的平衡为止。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。
3.防灾工程中的应用
长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。
4．在模拟施工过程中的应用
建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。
另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。
我国是一个发展中国家，有着大量繁重的基本建设任务，特别是在十五计划纲要中，提出进一步加强水利交通、能源等基础设施建设和西部大开发战略。这一大好形势，为结构工程高新技术的信息化和集成化，为结构工程学科及相关学科的发展提供了良好的机遇。仿真与虚拟现实技术作为结构工程高新技术之一，开创了结构工程学科的新纪元，其技术潜力巨大、应用前景十分广阔。
参考文献
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（4）袁耀明.从可视化到视算一体化.系统仿真学报，1996（5）
（5）张丛哲、张跃.计算机辅助设计(CAD)中虚拟现实技术.计算机世界,1998，（5）D版：5。
虚拟仿真技术的发展范文6
关键词：虚拟仿真；医学；实践操作
中图分类号：G642.0 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）39-0043-03
随着高等教育改革的不断深化，传统的教学模式受到场地、设备、师资等众多因素的限制，极大地制约着学生创新意识和创新能力的培养。新兴的虚拟仿真技术在高等学校教学、实验中向着网络化、智能化以及互动化等方向发展，可以发展现代教育思想、提高教学水平、改善实验环境以及优化教学过程，从而增强学生的实验动手能力。虚拟仿真化教学模式可以极大地克服传统教学模式的一些弊端，必将成为现代化高等教育的重要途径和方式之一，并在飞速发展的信息化时代日趋完善和成熟，承担起培养现代化创新人才的重任。
一、虚拟仿真教学平台
虚拟仿真（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，具有交互性、真实性以及多感知性等特点。其以计算机软件及硬件为基础，相关的技术手段为辅助，通过对己知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种先进的计算机应用技术。虚拟仿真技术可以依靠计算机的图形处理进行图像再现，与传统的图像再现手段，如电影、电视以及DV等相比，有着本质的飞跃。虚拟仿真技术对于图像的再现不仅仅局限在对实物的再现，它更多地被应用在超现实画面的再现上。随着计算机硬件技术发展的突飞猛进，虚拟仿真技术已普遍应用于各个领域，如训练、教学、仿真、娱乐、遥控操作以及模拟预测等方面。[4]现阶段，尽管虚拟仿真技术优点诸多，越来越受教育界所青睐，但是虚拟仿真教学平台在医学教育领域的应用还处于起步阶段。如果能将虚拟仿真技术成功地运用到医学教育领域，势必会具有广阔的发展前景。
二、现代医学教育引入虚拟仿真教学平台的迫切性
医学是一门实践性非常强的学科，实验室操作和临床实习贯穿着整个教学的过程。实验教学环境的优良与否直接关系到学生们能否掌握好该门课程。心理学家瑞特拉研究表明，同样的知识采用不同的教学方式呈现时，其效果有着显著的差异，采取对不同感官进行多方面的刺激，所达到的记忆效果会有所不同。因此，现代教育技术有必要把多媒体技术、虚拟仿真技术、网络技术以及控制技术等进行综合运用并引入课堂，虚拟各种实验设备和实训环境；充分发挥现代信息技术的集成性、交互性和控制性，生动形象地展示教学内容，综合处理超文本、图形、图像、动画、视频、声音等多媒体信息，展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程。现代医学教育也是如此，虚拟仿真教学平台正是在现代教育思想的指导下，使用新技术改进教学方法的尝试。在现代医学教育课程中，医学生只有通过足够的实验室训练操作才能获得必要的综合技能，并初步具备一定的临床实际工作能力。在虚拟仿真技术平台中，教师能够采用“做中学”的教学模式，多种媒介的信息同时作用于学生的各个感官，有助于提高学生的理解能力和实践能力，直到形成合适的行为模式以及行为系统。同时，循序渐进的教学过程也符合学生的认知规律。三维虚拟仿真教学平台的引入，可对现代医学教育起到很大的促进和推动作用。虚拟仿真教学平台和虚拟课堂系统相结合，能够突破课堂实验教学的制约，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。但是，由于虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。[7]同时，医学领域又有着极强的专业性，其专业技术的要求比较高；另一方面，人体是一个非常复杂的系统，即使超大型的计算机虚拟仿真系统也与医学的模拟要求有相当的差距。现阶段，虚拟仿真技术在医学教育中的应用仍处于比较早期的纯画面展示类型，仅仅是将传统的图片、图谱变成了3D动画，缺乏应有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的观看。因此，有必要在现代医学教学中引入虚拟仿真教学平台，充分发挥虚拟仿真技术的优势。
三、虚拟仿真教学平台在医学教育中的优势
医学虚拟仿真教学平台环境是虚拟仿真技术与医学教学实践高级复杂的结合，是信息化教学的高级应用。随着现代信息技术的飞速发展、软硬件性价比的大幅度提高，医学虚拟仿真技术正逐渐从科研院所、实验室走向实际的临床教学应用中，有着传统教学手段所没有的众多优势。
1.虚拟仿真教学平台运用计算机全面仿真临床中现实的世界，为医学生提供生动、逼真的学习环境，在虚拟环境中模拟给患者进行操作。例如在口腔医学实践教学中，由于口腔视野狭窄、结构复杂、与颅颌面又是一个整体，学生掌握实验操作技能比较困难。然而医学虚拟仿真技术可以充分发挥其优势，利用仿真软件进行现场模拟构建，使教学活动更加生动形象、直观易懂，以此激发学生学习的兴趣和提高教学的效率。
2.虚拟仿真教学系统能够使学生们主动成为虚拟教学环境中的一名参与者，不仅仅成为教学“教”的工具，也起到与“学”的互动作用。这对调动其学习积极性、突破教学的重点难点、培养学生的临床操作技能都将起到积极的作用。同时，虚拟仿真教学平台可以解决许多真实实验中实现不了的困难，使学生在虚拟环境中接受多感官的刺激，并进行具体操作、感受和体验，更容易调动学生的情感参与，将抽象的内容具体化、形象化，留下深刻的记忆，以提高学习效率。
3.虚拟仿真教学平台提供开放性的实验平台，能够解除课堂实验教学时间、地点的限制，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。在课堂上没能按要求通过实验的学生可以在课余时间利用网上虚拟仿真系统进行模拟实验，随时随地进行实践操作训练。
4.虚拟仿真教学平台为学生提供平等的实践操作资源。实验室操作与实践教学在整个教学过程中起着举足轻重的作用，能够促使学生将所学知识进行灵活运用，引导学生掌握规范操作的技能技巧，培养学生观察、分析和动手操作的能力。由于医学院校教学条件依然存在其多变性、复杂性等客观原因，各个学校实验环境存在一定的差异，虚拟仿真教学系统能够充分发挥网络的优势，使教学实验资源共享，以弥补实验室资源的不足。
5.虚拟仿真教学系统的应用还能在实验教学中节约相当的成本。在虚拟系统中训练可以为学生在实验室的实践操作奠定一定的基础，能在实践中收获更多，体会更加深刻。其次，虚拟仿真教学系统也可以代替传统实验条件下无法完成的实验操作，或由于实验设备昂贵而难以实现的实验训练。因此，虚拟教学和实验室相结合也是合理地利用、开发教育资源的一种途径。尽管计算机虚拟仿真系统与临床医学中的模拟要求还有相当的差距，但是也可以作为医学实验室操作训练的另一种补充。通过运用形象、直观、生动的现代教育技术手段为学生们创设学习情境，开拓教育信息交流的新渠道，使课堂教学具有交互性，其组织形式更加丰富和完善，可以充分调动学生的学习兴趣，发挥其主观能动性、独立性和创造性，让他们尽快熟练掌握临床操作技能。
四、虚拟仿真教学平台在医学教育中的前景
随着现代信息技术的发展，应用于医学实验室操作与实践教学的系统也将不断推陈出新，给教育的发展和改革带来了机遇、动力和挑战。虚拟仿真教学平台为学习者提供了一个既先进又灵活的环境，可以锻炼学生的独立构思和设计能力，激发其学习的兴趣，对提高教育技术水平、改善教学及实验实训环境、优化教学过程、提高教学效率、节约教学成本、加速培养现代化的医学专业技术人才产生深远的影响，并将推动学科研究，促进教学改革。
参考文献：
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基金项目：重庆市教学改革研究项目：结合口腔医学专业认证标准，优化口腔正畸学PBL教学模式（1203112），重庆市研究生教育优质课程（2011-56）
