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虚拟仿真实验技术范文1
[DOI]1013939/jcnkizgsc201550138
1引言
飞行技术专业虚拟仿真实验平台具有应用性、集成性和系统性的特点，具体体现在：教学与科研相结合，这是人才培养的基本途径，可以促使学生深入航空第一线，通过参与科研，培养创新精神、强化职业意识、提高自身素质。理论与创新相结合，是培养学生综合职业能力、提高学生素质的根本方法，既要注重理论教学，更要强化实践能力培养，将专业技能、综合技能的培养渗透于各个教学环节，提高学生的综合实践能力。知识与技能相结合，以能力为本、突出技术应用，不仅要重视知识和技能的传递，还要重视能力的培养，提高学生的基本技能和专业技能，力求知识和技能应用于实践。
2平台基本情况
飞行仿真技术实验平台根据实验室功能及教学中所面向服务的具体课程可划分为五个项目群。
21民航飞行仿真模拟训练
根据飞行技术专业培养计划及企业需求，民航飞行仿真模拟训练是不可缺少的一个环节。模拟飞行实训以其灵活、高效、安全的特有优势，逐渐成为飞行院校飞行训练的一种重要的现代化教学手段，它在培养飞行学员的飞行兴趣、缩短训练周期、提高飞行技术、培养特情处置能力、确保飞行安全等方面发挥着越来越重要的作用。模拟飞行训练不仅可以提高学员的操作技能，而且可以对学员的实际飞行效果进行正确的评估，完成实装条件下无法进行的课目训练。因此，利用飞行仿真技术实验平台所开展的模拟飞行训练是提高飞行技术专业人才教学训练质量效益的最有效途径。
22航空电子仿真实验
航空电子仿真实验主要包括虚拟仪器的系统设计与应用、航空机载设备仿真实验、飞行控制系统仿真实验三个部分。实验基于虚拟仪器开发平台，可针对飞机惯导、航姿及飞控系统的特性及原理做定量分析实验；实验内容覆盖了单一运动传感器仿真实验及多传感器融合仿真实验。
23空气动力学数值模拟及仿真实验
空气动力学数值模拟及仿真实验主要面向空气动力学与飞行力学，飞行原理，空气动力学创新实践，空气动力学创新实践等课程。在实验内容设计上，将风洞实验与数值模拟相结合，可对飞行器的气动特性进行实验与数值模拟分析，并可开展空气动力学方面的创新设计。将CFD仿真技术引入实践教学环节，可以充分弥补实验教学条件的不足，提高理论教学的效果，加深学生对基本概念和基本理论的理解，培养学生的创新思维，训练学生的创新设计能力。
24飞行模拟仿真桌面训练
飞行模拟仿真桌面训练主要包含了理论学习及模拟训练两部分，分别利用塞斯纳机型培训软件及定制飞行操纵硬件开展。塞斯纳机型仿真训练软件是针对塞斯纳172R飞机的，供飞行专业使用的机型培训软件，主要用行技术专业的机型系统理论和飞行程序教学等教学活动。整个内容以虚拟三维飞机为基础，通过动画演示、互动操作、动态原理和手册等形式，实现该飞机各个系统知识的学习和程序的熟悉。
25航空气象观测实践
航空气象是飞行技术专业的主干课程之一，是一门理论性和实践性都很强的学科。航空气象观测实践是航空气象课程的实践环节，结合自动气象站的使用，开展常规气象要素（温度、湿度、气压、风向、风速等）和能见度的观测，培养学生气象观测的能力，提高学生学习航空气象理论知识的兴趣。
3平台特色及教学效果
虚拟仿真实验平台主要是基于各种计算机软件的网络化仿真实验环境，具有沉浸感和交互性的特点，平台所提供的各种实践项目都是在长期的实践教学以及企业实训的基础上设计出来的，还提供了具有足够实效性的功能模块自主设定的实践教学功能。
平台经历了从单项实验、课程实验、案例教学到面向专业实验教学体系的转换，实现了构建学科型实验教学平台的跨越。由平台向其他民航专业延伸的虚拟仿真教学体系，将逐步形成鲜明的特色。
根据民航业发展对民航人才知识结构与实践能力的要求，通过与航空公司建立产学研合作的战略联盟，建立了能够培养创新能力的专业实验系统和交叉型综合实验系统，既为学生提供优良的生产实践场所，又有计划地对航空公司中优秀的工程师进行再培训，充实前沿理论和创新案例，构建科学的、具有超前性的、符合民航人才培养规律和适应民航人才需求的现代民航飞行实践教学体系，培养学生适应民航飞行专业岗位工作的一技之长，具有鲜明的民航特色。
以建设具有现代教育理念和创新精神、教学科研能力强、实践经验丰富、掌握过硬实验技术的高素质实验教学队伍为导向，构建了由教授领衔团队、专职教学队伍和专职管理队伍组成的三个层次的实验教学团队，确保实验教学的高效、优质进行。同时，拟推行实践教学“教授负责制”和“本科生导师制”，通过创业教学和社会实践活动相结合的方式，以及组织大学生参与各种创业大赛，培养学生的创新精神，提升学生的创业创新综合能力。
按照“夯实基础、拓宽专业、注重实践、突出创新”的思路，探索并实践了“综合交叉、强素质”的“多层次、多形式、不间断”的实践教学模式。“多层次”，即将实验教学内容分为基础层次、综合层次、创新层次，形成了从低到高、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力逐渐提高的实验课程体系。“开放式”，即平台采取全方位开放式管理模式，学生可以根据自己兴趣和特长选做实验，还可以在平台进行大学生科研项目。
4结论
飞行技术专业虚拟仿真实践平台的建设立足行业和岗位需求，结合民航飞行技术专业特点，重视专业知识的学习、专业技能的培养以及职业素养的养成，在满足飞行驾驶训练需求的同时，也为航空电子、空气动力学、飞行原理、航空气象、飞行控制系统及新航行系统等专业课程提供了有力的实践保障。
参考文献：
虚拟仿真实验技术范文2
关键词：虚拟仿真，3DMAX，GLStudio，Vega
1.概述
大学物理实验是物理教学中的一个重要组成部分，由于有些物理实验，特别是近代物理实验其实验仪器集成度高，操作步骤复杂，往往成为物理实验中的难点，再加上条件的限制，除实验课外，学员很难直接面对设备进行预习或复习，同时在预习中由于操作不善而损坏仪器的现象也时有发生，因此利用虚拟仿真技术，在计算机上仿真物理实验，来提高学员对物理实验的学习是十分必要的。采用这种技术，具有方便性、无破坏性、经济性以及高仿真性等特点，对学员掌握物理实验具有重要的意义。
对物理实验的仿真我们首先是对各个独立的物理实验进行仿真，然后再把他们集成到一个系统环境下。免费论文参考网。以下我们以夫兰克—赫兹实验为例来说明单个物理实验的仿真过程。实验仪器如下图所示：
由于原子能级的存在，当电子与原子发生碰撞并进行能量交换时，每次交换的能量就会受到原子能级的制约，因此我们就可以通过测量碰撞后电子能量的变化来验证原子能级的存在。由于本实验的集成化高，属于验证性实验，通过虚拟仿真几乎可以真实再现实验的整个过程。
虚拟仿真作为一种新型人机接口，不仅使参与者沉浸于计算机产生的虚拟世界，而且还还提供用户和虚拟世界之间的直接通信手段。它具备3个基本特征
（1）沉浸：这是VR系统的核心，指使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力。用户在虚拟操作训练场景中有“身临其境”之感。
（2）交互：指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键因素。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，以用户的视点变化进行虚拟交换。这个过程中最重要的因素是实时性。实时性是指计算机能够响应用户的输入并立即改变虚拟场景的状态。免费论文参考网。
（3）构想：虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口，而且可使用户沉浸于此环境中获取新知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。把这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。
虚拟仿真的核心是建模与仿真。就建模与仿真本质而言，它是对真实物理系统在某一层次上的抽象。与实际的物理系统相比，用户在这个抽象模型上可以更高效、更节省、更灵活、更安全地对物理系统进行了解和设计。
2.系统分析与模型的建立
模型的建立分三维立体模型的建立和仿真面板的制作。免费论文参考网。对模型的建立本系统采用3D MAX建模工具对模型进行几何建模和行为建模。利用3D MAX软件来进行三维建模和纹理贴图，生成一个高逼真度的所需模型。首先我们用3D MAX建立夫兰克—赫兹实验仪、示波器、微机以及实验室模型，并在3D MAX中进行贴图，使所做仪器仿真度更高。
对于仪器面板，本系统采用的是GL Studio软件进行建模制作，比如夫兰克—赫兹实验仪的面板、示波器面板和微机显示屏上的显示画面都是用GL Studio来制作完成的，制作流程如图所示：
在第二个过程中，图片处理的结果是面板美观形象的决定性阶段；第三个阶段则是本实验仿真的决定性阶段，因为实验的操作响应、交互实现、实验现象的再现都是在这个过程完成的。这一过程又可分为三个部分来完成：（1）是夫兰克—赫兹实验的手动操作，这在GL Studio中一个面板内既可完成；（2）是利用微机采集数据来自动完成实验，得到实验数据并在V—I图中自动绘制数据曲线，在这个过程当中，可以在GL Studio中分别生成夫兰克—赫兹实验仪的面板和微机显示器面板的动态库，把它们作为元件在导入到另一个GL Studio中进行互联；（3）是将数据输出到示波器形成V—I曲线，这个过程的制作方式与第二部分相似。在第四个过程中主要是集成过程，Vega是MultiGen-Paradigm公司开发的一个面向对象的著名的虚拟现实平台，它包括图形环境Lynx，一套可以提供最充分的软件控制和最大程度灵活性的完整的应用编程接口，一系列相关的库和Audio Work2实时多通道音响系统。Lynx是Vega提供的带有图形用户界面工具集，并通过设定参数与相互间关系，可以实现简单的仿真应用程序，同时为虚拟系统的开发提供必要的支持，如模型、场景和交互设备等。
3.实验的最终集成
在单个物理实验完成之后，要把它们集成到统一的系统当中，我们的系统是用Visual C++作为软件平台进行集成。在VC中完成操作界面和目录，点击各个目录进入各个独立的物理仿真实验当中由于各个实验是独立的，因此过程的制作相对简单。
结束语
本文提供了一种使用3DMAX、GL Studio和Vega进行虚拟仿真系统开发的方案，这个方案是基于微机平台设计的，具有较好的通用性，它不受实验仪器的限制，给学员提供了一种较好的练习和复习的手段，其仿真度高，是其他预习和复习手段所不能代替的。
参考文献：
[1] 张秀山. 虚拟现实技术及编程技巧.国防科技大学出版社.1999
[2] 曾芬芳. 虚拟现实技术.上海交通大学出版社.1997
虚拟仿真实验技术范文3
关键词：建环专业;实验教学;虚拟仿真
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0106-02
引言
虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的信息技术，能够模拟真实设备或系统的工作过程，具有信息量大、生动形象、身临其境、实时交流等特征。虚拟仿真实验教学是虚拟仿真技术在教育领域的应用，是高等教育信息化建设的重要内容[1]，促进当前教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。
建筑环境与能源应用工程是一个典型工科类的专业，在人才培养中普遍存在“重设计、轻实践”等问题，强化专业实验教学内容，培养应用型、复合型和创新型的实用人才，是社会对建环专业教学改革的迫切要求。将虚拟仿真技术的引入到建环专业实验教学中，解决目前实验教学中的存在问题，提高建环专业人才培养质量，是值得研究和探索的课题。
一、建环专业实验的教学现状
目前，建环专业实验教学基本上是传统模式[2]，存在实验课时少、教学内容陈旧、实验教学方法和手段单一等诸多问题。实验类型多以验证性、演示型为主，学生学习被动，往往敷衍了事。为了改进实验教学效果，很多学校做出积极探索和改革[3-4]，如独立设置专业实验课程、改革实验考核模式、开设创新实验、增加生产实习等。虽然这些努力对提高实验教学质量起到了一定作用，但是，建环专业实验教学改革发展中存在瓶颈：
1.受实验室条件限制，很难开设交叉性专业实验。
暖通空调系统形式多样、构成复杂、设备庞大、维护费用高，受实验室空间和资金的限制，很难建设较为综合的暖通空调实验平台，使学生对系统整体性和在工程中的实际运行缺少全面性认识。
2.受生产与安全条件限制，生产实习教学效果很难达到预期要求。
为了弥补交叉性专业实验的不足，很多学校加强了生产实习环节。但是，由于实际工程环境复杂、危险大、操作安全要求高，企业出于经济效益和安全考虑，不可能同意把在工程现场进行实验教学，只能是走马观花的参观式教学，实际教学效果不佳。
3.受师资力量和实验设备限制，实验教学质量大打折扣。
大多数学校建环专业每年招生2个班以上，有的学校甚至达到4个班。当学生人数多时，而师资力量有限、实验设备数量有限时，如何安排好学生进行实验，并且能够激发学生主动性、积极性是一件非常困难的事情。
二、建环专业虚拟仿真实验教学的必要性
虚拟仿真技可以生动形象地复现各类复杂的暖通空调系统，有效解决建环专业实验改革的瓶颈问题。虚拟仿真实验不受实验室条件的限制、生产与安全条件的限制、师资与实验设备的限制，可以实现在课堂和实验室中无法实现的教学过程，拓展实验类型，开展丰富多样的专业交叉性、创新性实验。
建环专业开展虚拟仿真实验教学，将带来如下优势：①能营造出一种仿真式与交互式的实验环境，不用考虑实验室面积、投资、运行、维护费用，使得实验经费大大降低。②能展现建环专业的最前沿技术，扩展实验项目。③扩展实验内容和深度，突破课堂教学难点。④去除了繁杂的实验准备工作，节省去人力、物力，更有效利用师资力量。⑤可以反复训练，为学生自主学习提供平台，提高学习兴趣，促进主动思考。
对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统来实现。
三、建环专业领域的常用仿真技术
仿真技术以低成本、高开放性和广泛适用性等优势，已经在建环专业相关的科研领域有了广泛应用和研究，很多仿真软件被用于暖通空调的仿真建模，主要分为以下三个方面：
1.建筑室内环境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等软件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，能够准确模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象。Airpak则是专门面向HVAC领域的室内环境仿真软件，在功能上没有Fluent全面，但是比Fluent更易于建环专业人员使用。
2.建筑或空调系统能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等软件，其中EnergyPlus和DeST在我国应用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的优点，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。DeST基于状态空间法理论，利用多区热质平衡算法和三维动态传热算法模拟建筑能耗。
3.暖通空调系统性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等软件。TRNSYS模块化结构的动态系统模拟软件，内置了200多个功能性子程序，目前应用最为普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系统模拟软件，能够很好解决因果类仿真平台的代数循环问题，而且具备将建模和数值方法的理想解耦，适用于开发复杂的空调系统仿真模型。
可见，仿真技术已经在建环专业科研领域有广泛应用，可以模拟建筑室内复杂的热环境，仿真各种复杂的空调系统，为暖通空调虚拟仿真实验的开发奠定了技术基础。
四、建环专业虚拟仿真实验教学的发展状况
仿真技术是用来构建仿真系统的物理模型，真实反映出实际系统的特性。对于虚拟仿真实验来说，必须有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等软件平台开发，使学生可直接参与，探索仿真对象的变化过程。目前，虽然建环专业领域的仿真研究很多，但主要应用于科研领域;建环专业的虚拟仿真实验研究相对很少，尚处于初步探索阶段。
美国可持续建筑性能研究所开发了LearnHVAC软件，如图1所示。学生可以对空调系统进行模拟操作，包括短期控制模拟，长期能耗模拟，分析系统故障。教师可以自定义暖通空调系统的模拟场景，对学生的实验进行管理。目前，LearnHVAC只是可发了变风量系统一项实验内容。
在国内，山东建筑大学开发了太阳能系统、地源热泵系统等虚拟仿真实验软件，只侧重于对原理的认识和体验，实验功能简单;合肥工业大学杨善林教授将组件技术应用于中央空调的计算机仿真培训系统研发过程中，其开发方法能够对虚拟仿真软件有一个很好的参考作用[5];湖北工业大学以BIM技术、信息技术为支撑，组建了绿色建筑全生命周期虚拟仿真实验教学中心[6]。
目前，虚拟仿真实验教学已经逐渐得到重视，很多大学已经开展了相关调研，建设虚拟仿真实验室、开发虚拟仿真实验项目、研究虚拟仿真教学方法等工作已经逐步开展。
五、结束语
虚拟仿真技术是当前高等教育的重要教学手段，虚拟仿真实验建设必将推动建环专业实验教学发展，如何与传统实验项目有机结合，设置合理的实践教学计划，开发创新性虚拟仿真实验项目，提高人才培养质量，将是近年来建环专业实验教学改革的重点内容。
参考文献：
[1]李平，毛昌杰.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.
[2]赵丽娜，贾永明.建筑环境与能源应用工程专业实验考核模式和方法的研究与探索[J].化工时刊，2015，29（3）：56-58.
[3]熊军，刘泽华，罗清海，等.工程应用能力的实验教学改革研究――以建筑环境与设备工程专业为例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.
[4]陈世强，张登春，于琦，等.建环专业测试技术实践教学环节研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.
虚拟仿真实验技术范文4
【关键词】Multisim 虚拟仿真 模拟电子技术 电子设计 辅助教学
一、引言
模拟电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生在模电方面的基本应用能力，培养其解决、分析与模拟电子技术相关的问题的能力。在以往的教学模式中，理论与实践脱节现象严重，知识点抽象不够直观，学生难以理解吸收，打击了学生学习电子技术的学习积极性。随着计算机仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将模拟电子技术中枯燥抽象的理论分析以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使模拟电子技术课程的教学内容更加易于吸收。课堂教学不仅仅停留在理论分析，而是与实践紧密结合在一起，丰富了教学内容，帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，提高了教学效果。
二、Multisim简介
Multisim是美国NI（National Instruments）公司开发的仿真软件，经过多次更新换代，现在已经在使用Multisim11版本。此软件主要是在PC平台上构成一个利用图形操作界面对一个与实际情况非常类似的电路实验进行虚拟仿真的工作台，它几乎能够仿真在实验室内所进行的大部份的电子电路实验，因此在电子电路分析、设计、仿真等项工作中已被广泛地应用，是目前世界上最受欢迎的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。
三、Multisim在差分放大电路教学中的应用
（一）过程分析
差分放大电路又名差动放大电路，是集成运算放大器中重要的基本单元电路，广泛地应用于多级直接耦合放大电路的输入级，主要用于拟制“温漂”等“零点漂移”现象，这是差分放大电路的突出优点，而往常的教学中该知识点总是较为抽象且难以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，让学生通过温度扫瞄仪和示波器等仿真仪器对比观察共发射级放大电路、差分放大电路仿真测量和温度扫描仿真分析的结果，可简单、形象地检测放大电路的“温漂”（“零点漂移”）特性。通过调节各元件的参数或调整电路结构，观测即时变化的波形和图表，学生可以轻松对比出传统共射放大实验电路和带恒流源的差分放大电路的在不同温度情况下的性能指标。
（二）模型搭建及电路仿真
1. 传统共射放大实验电路的温度扫描分析
在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示共射放大实验电路。单击Multisim11 “仿真分析菜单”中的“温度扫描分析”按钮。在弹出的窗口设置栏中将相关参数设置好，如图1（b）所示。单击“仿真”按钮开始仿真，得到如图1（c）所示共发射级放大电路的温扫分析特性曲线图及相关参数值。
通过观测图1（c）的曲线图及所得数值表，可以看出：首先图1（a）所示实验电路的输出电压负温度系数变化现象明显；然后当测试温度从初始值最终上升到110°C时，此时产生的输出电压最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，变化了大约10.78%。
2.对改进后的差动放大电路进行温度扫描分析
为了增加以上两种电路的对比性，采用了相同的三极管组成的并按单端输出、单端输入接法的有恒流源（输出交流电阻相当于发射极电阻Re）的差分放大实验电路，且信号源、负载等电路参数都相同，如图2（a）所示。在Multisim11仿真平台中新建文件，按图2（a）所示在平台中构建好新的线路，同时对示波器参数调整，最后开启仿真按钮，得到新的测量波形图，如图2（b）所示。通过理论教学可得，在差分放大电路、特别是单端输出接法的差分放大电路中，可以通过增大发射极电阻Re的阻值，来达到有效抑制任一边电路的温漂，并使得共模抑制比提高。
所以这种以工作在放大内的三极管所组成的恒流源来代替差分电路中的射极电阻Re和集电极电阻Rc的手段在各类集成运放电路中被广泛运用。既使得射极电阻Re的增大了阻值，使集成电路中难以得到大电阻及高电压的问题得到克服，又能够将KCMR（共模抑制比）增加了1~2个级别。
再次进行温度分析扫描。在弹出的窗口对话栏中设置线性的扫描方式；将扫描点数设为两点；设置好分析的起点温度26°C；以及终点温度110°C；调整好瞬态分析类型；然后调节起始点时间值为0Sec，终点时间值改为0.001Sec，也就是信号周期；接着在“输出”项目中将待分析的输出节点设置为节点V；单击仿真开始按钮，随即得到如图3所示此改进电路的温度分析扫描特性曲线图及所得参数值。从图3所示的温度分析扫描特性曲线图及参数列表中可以观测到，当温度从起点26°C上升到终点110°C时，图2（a）所示带恒流源的差分放大电路节点V[6]产生的输出电压最大偏差为：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高温110°C时的输出电压最大值比低温26°C时的输出电压最大值仅仅降低了约0.71%。
3. 对比、剖析、讨论
由图1所示共射放大电路的温度扫描仿真分析及图2所示差分放大电路的仿真测量和图4所示温度扫描仿真分析的结果可知：
（1）Multisim的温度分析扫描能够非常直观地检测放大电路的零点漂移特性。
（2）单端输出接法的差动放大电路的KCMR较双端输出接法的差动放大电路要低；双端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数是相应单端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数的两倍。
（3）无论是普通放大电路还是差动放大电路，其输出电压都是按负温度系数规律变化的。
四、结论
通过运用Multisim仿真平台，帮助我们缓解了因资金不足导致设备耗材等受限这些因素的限制，使得许多不能进行实物讲解的实验得以通过仿真直观再现，还可进行各种目的不同的训练，使学生的自主分析、设计和应用能力得到培养，高效且低成本。在模电教学过程中，使用Multisim仿真对抽象的理论教学起到了推波助澜的作用，使模电课程的理论与实践完美融合在一起，极大的丰富模拟电子技术的教学内容，并在后继课程的中也有很好的延伸性。
参考文献：
虚拟仿真实验技术范文5
关键词：虚拟仿真；实验教学；材料学科
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）27-0267-02
一、引言
实验教学是工科院校历来特别重视的教学环节，实验教学是培养材料学科高素质人才的重要实践性环节，担负着培养学生动手能力和创新实践能力的职责，尤其是实验性质特别明显的材料学科更是如此。当前，国内多数开设材料科学与工程一级学科的高校均实行大类培养，对所有材料学科的本科生均开设了诸多专业基础课。由于实验教学内容的多样性和破坏性，其呈现出课时多、班级多、实验项目多、实验消耗大、耗时长、设备仪器复杂和占地面积较多等特征。尤其在招生规模扩大和实行小班分组教学之后，使得实验教学的困境越发明显，实验教学经常呈现顾此失彼、疲于奔命的情况。
二、传统实验教学存在问题
当前，传统的实验教学体系具有一定的局限性，表现在以下几个方面：（1）培养方式一成不变，学生在接受实验授课时为“多对一”的培养模式，也就是一个老师要为一个班甚至一个学院来做服务；（2）由于课时关系，在有限的课堂时间内，学生的接受能力有限，难以在有限时间内充分理解课程内容和实践环节，经常是一知半解，课后的习题和报告册也是草草了事，效果非常不好；（3）学生在实验课堂上很少有参与感，亲身感觉还不够到位；（4）实验教师队伍整体水平还不够高，个别教师长期为一线实验操作人员，难以科学地、直观地展示所有教学内容，展示的深度和广度还不够；（5）实验教学资源平台各司其政，实验教学示范中心的优质数字化资源没有充分系统化和条理化，各个平台上的教学资源不能得到有效共享，没有使其社会效益和经济效益得到最大化的利用。
三、虚拟仿真在实验教学中的应用
近些年逐渐兴起的虚拟仿真技术日益成熟，也逐渐应用于实验教学中来。虚拟现实（VR）技术、增强现实（AR）技术和混合现实（MR）技术的逐渐兴起可以利用计算机生成模拟环境，将多源信息的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够生成近似真实环境的视觉、听觉、触觉、感觉等感知信息的虚拟环境，使用户沉浸到该环境中，实现虚拟世界与现实世界的混合世界体验，达到虚拟仿真的终极形态。美国学者Ivan Sutherland提出虚拟现实技术概念的雏形，其是利用计算机生成一种三维模拟环境，通过各种传感设备和输入输出设备，使得用户有亲身经历的感觉。基于虚拟现实技术的力学性能实验可以使得学生在客户端下载APP或者在电脑前就可以完成以前必须进入实验室才能完成的实验课程项目。借助专用设备和虚拟仿真技术具有的多感知性和模拟的浸没感，使得用户感到自己以第一主角的身份存在于模拟环境中，借助理想的模拟环境完全投入到三维虚拟世界中去。而且，学生能够在体验过程中感受到最为重点和直观的知识点，使学生的学习效率更高。同时，虚拟仿真技术在力学性能实验中的应用使得现有实验台套数不足和实验教师不足的情况得以缓解。而且，整个实验的过程可重复性好，数据稳定，学生对实验掌握得更好。
四、材料学科的虚拟仿真课堂建设
1.虚拟仿真课堂构成。材料学科虚拟仿真实验课堂建设包括管理和虚拟仿真实验系统两个部分，如图1所示，其中，管理包括材料学科实验课堂的学生管理、实物实验预约申请和结果评定；虚拟系统指的是具体的虚拟实验项目建设，每一个实验项目包括全局演示、指导教师操作演示、主观操作模拟实验和互动交流四个部分。
2.虚拟仿真课堂功能。进入虚拟仿真课堂主界面后，选择不同模块进入不同的虚拟仿真实验项目，例如：《材料科学基础》实验中的原子堆垛方式、三元相图和《材料的力学性能》实验中的断裂韧性试验等内容，每个实验项目都包含以下内容：（1）全局展示：在虚拟仿真课堂开始，对实验中展示具体实验项目的基本原理、实验依据、设备操作步骤、试验方法制定过程、数据结果格式进行全局展示。学生可以通过原理展示对整个实验过程有一个总体的把握。（2）指导教师操作演示：在掌握原理之后，实验教师通过规范的实验操作步骤对具体的细节内容进行进一步的讲解，利用虚拟课堂中便捷的图文并茂的方式，使得学生快速、有效了解实验过程及数据结果处理方法。（3）主观操作模拟实验：这一部分是整个虚拟仿真课堂的核心部分，学生在客户端通过自行操作进行实验学习，操作错误会及时给出错误提示，并解释原因。学生可以通过自行设置样品尺寸、试验参数、变形条件、环境温度等信息，从而得到不同的试验结果，并辅助以实物实验的视频资料作为参考，最终提交实验报告，系统自动进行打分排名。（4）互动交流：学生在虚拟仿真课堂中遇到的问题和疑难点通过在线与实验教师进行交流或者通过学生之间进行分享，教师实时可以监测学生的虚拟实验进度及出错情况，优选出错率最多的部分进行着重讲解。
五、使用效果及未来展望
虚拟仿真实验技术范文6
【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
