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虚拟现实与仿真技术范文1
关键词：虚拟现实；交通环境；仿真
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)11-2694-02
Simulate 3D Traffic Environment Based on Virtual Reality
HE Bi
(Department of Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, China)
Abstract: On the basis of the requirement of 3D traffic environment simulation, the structure elements of 3D traffic environment was analysis, the steps and method of environment simulation was discussed, the application of virtual reality in 3D traffic environment simulation was researched, at the end, one sample of simulating 3D traffic environment based on virtual reality was provide and the key program code was supplied.
Key words: virtual reality; traffic environment; simulate
随着城市人口数与机动车保有量的不断攀升，交通出行的需求与交通设施服务供给之间的矛盾不断升级，交通拥堵的发生频率和严重程度也不断上升。解决交通问题有两个思路，一是改建和扩建现有交通设施体系，二是提高交通管理水平，其中提高交通管理水平是充分挖掘现有交通设施体系潜能，缓解交通压力的有力手段，交通信息化管理是提高交通管理水平的一个重要措施，交通信息化管理的基础是交通设施系统的数字化，利用虚拟现实技术对三维交通环境进行仿真是交通设施系统数字化的重要方式。在虚拟现实技术的支持下，三维交通环境在计算机平台上进行仿真，车流、人流等交通要素能够在仿真环境中进行模拟运行，从而为不同的交通管理方案提供了低成本的试验条件。
1 仿真系统总体设计
三维交通环境仿真系统包含路面、标志标线、指示牌、路灯照明系统、隔离带、绿化带等所有交通要素的仿真，交通要素通过统一坐标系集合在一个空间参考系中进行管理。仿真系统的总体结构如图1所示。
其中，环境设置单元和空间坐标单元是系统的基本设定，通过这两个单元，可以确定系统的背景颜色、坐标原点等控制性的要素，从而为每个交通要素所处的位置起到一个参考坐标系的作用。基本造型单元和外部元素引入单元的作用是构造各种交通要素，通过系统内在的基本造型（如立方体、圆柱等常用图形）以及外部提供的实景照片等来完成各种交通要素的构建。人机交互单元是实现仿真系统能动性的关键，通过人机交互单元，人们可以从多角度来以各种方式控制仿真场景的变换。
2 虚拟现实技术下的仿真系统开发
仿真系统利用虚拟现实建模语言VRML开发，编辑器采用VrmlPad工具，而编译器采用CortVRML，系统的最终浏览通过IE浏览器进行浏览。VrmlPad是一个体积小巧、使用方便、功能强大、可即时预览分部造型单元并提供元素结构树型目录图的虚拟现实建模语言编辑器，通过它所编写的虚拟现实代码经过CortVRNL编译器的编译即可供最终用户浏览虚拟现实环境。下面以三维交通环境模拟中的几个典型功能的代码进行示例：
2.1 环境特征的设置
环境特征的设置是指在系统中设定交通环境的背景特征等基本要素。
Background {
skyColor[0.2,0.9,0.2] } // 以RGB值来定义背景颜色，三个参数代表R/G/B的份量，从而确定仿真系统背景的色彩。
2.2 地物创建
地物创建是指利用系统中可调用的不同外形的立体图形来创建不同的地物对像。
Transform {
translation 2 2 4 // 定义地物造型出现的位置
children
Shape
appearance Appearance
material Material
diffuseColor 1 0 0 // 定义地物造型的表面颜色
geometry Cylinder } //定义地物造型的形状
2.3 外部地物要素的引入
外部地物要素的引入是指在系统中可调用的形状对像不能满足需要时，从系统外部引入相应的形状来表达不同的地物，例如可以引入实地拍摄的树木的图片进行贴图从而表现树木。
Transform
{translation 0 1 1//确立要放置图片的位置
scale 0.3 0.3 0.3 //确定放置图片的容器的大小
children
Shape
appearance Appearance
texture ImageTexture
url "tree.jpg" //引入外部图片的语句，这里用的是绝对路径，也就是说图片应该放在虚拟现实
主程序所在的路径下。
geometry Box {} }// 建立图片贴图的窗口，这里以一个立方体为容器。
2.4 人机交互的设定
人机交互的设定是指实现用户与系统之间的交互操作，例如利用不同的视点变化时，用户能看到不同的场景角度来实现交互式操作。
DEF view1 Viewpoint
{ position 0 0 20
description "view"} //定义第一个视点
DEF view2 Viewpoint
{ position 5 0 20
description "view2" } //定义第二个视点
Transform {
translation 0 0 0
scale 1 1 3
children
Shape
appearance Appearance
material Material
diffuseColor 0 0 1
geometry Box {}
DEF touchbox TouchSensor {}}//定义一个触发器
ROUTE touchbox.isActive TO view2.set_bind//例如触发器被激活时触发相应的事件来实现人机交互
以上代码在Windows XP SP2+VrmlPad2.1+CortVRML+IE7.0的开发与浏览环境中调试通过。
3 结束语
随着交通需求的日常增加，交通管理难度也随之加大，利用先进的信息技术来解决交通行业中的各种问题是一条必由的道路，而虚拟现实技术支持下的交通环境仿真能够以极大的真实性、精确性来模拟现实交通环境，从而为各种交通解决方案提供一个良好的数字化实验平台，为管理部门的各种解决方案的低成本仿真、预测、检验等提供保障，同时也是交通建设成果的良好展示平台。
参考文献：
[1] 张海藩.软件工程导论[M].北京:清华大学出版社,2008:35-40.
[2] 张金钊.VRML编程实训教程[M].北京:清华大学出版社,2008:97-105.
[3] 陆小桥,刘超,毛瑞雪,窦广健.分布式水电工程施工过程虚拟现实仿真系统[J].武汉大学学报:工学版,2010(5):593-598.
[4] 罗孟.虚拟现实技术在网络实验室中的应用[J].电脑知识与技术,2010(26):7314-7315.
[5] 房玉龙,桑国庆,王旭波,等.基于GIS的渠道虚拟现实系统开发研究[J].南水北调与水利科技,2009(6):224-227.
[6] 王春香,朱军,孟令奎.基于VRML的交互式虚拟教室建模[J].地理空间信息,2009(1):114-116.
虚拟现实与仿真技术范文2
自20世纪9O年代以来，以计算机仿真技术、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现，并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段，虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击，并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明，虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验，探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。
2．虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。
2．1虚拟现实技术
虚拟现实技术就是利用三维建模技术，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真，也称为视景仿真，它主要用于产品设计与展示、商业广告、游戏设计等。
在航空电子装备教学中，大量用到对装备的外观、结构、组成、连接、机安装位置的展示，传统教学大都采用实物展示的方法。近年来随着大量航空电子装备的更新换代，因受经费、场地及使用寿命等因素的限制，传统教学方法已远远不能满足要求，而采用虚拟现实技术的展示方法则以其廉价、无场地限制和效果良好得以广泛应用。
目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿真的开发，主流平台CreatorVegaVegaPrimeVTreeOPENGVSQUEST3DVRTOLLSEON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虚拟现实数据库OPENFLIGHT已经成为了工业标准，在军事、航空航天等领域应用都比较成熟。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用rVegaPrime、GLStudio和EON作为视景仿真开发的技术平台，解决物理模型的创建、场景显示等问题。该平台可以达到照片级的视景仿真效果．同时采用嵌入OPENGL技术来解决物理模型的交互问题。
2．2系统仿真技术
系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科．它通过建立实际系统的数学模型，利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式的仿真，也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。
在航空电子装备教学中，对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述，配合一些静态的图形帮助学员理解．教学效果主要依赖于教员的授课水平和技巧。近年来．我们尝试将系统仿真技术应用到航空电子装备教学中，根据被仿真装备的工作原理，建立系统的数学模型，并根据装备的不同工作状态，对模型进行动态运行．结合虚拟现实技术实现的逼真场景．较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用．也可供学员自学，并达到了较好的教学效果。
目前，有许多成熟的系统仿真开发平台软件．如Simulink、SystemView等，这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎．但价格较为昂贵，且大多未提供对外的仿真数据接口．仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。
3．虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤
3．1建立仿真模型
这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型，也包括揭示其内在工作机理及行为的数学模型。对三维物理模型的建立，主要依据装备本身的物理状态，其原则就是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立，则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化，本着够用为度的原则，以尽量减小运算量。建立数学模型时，还应考虑到系统运行时的参数调整。
3．2创建仿真装备的虚拟场景并驱动
对于虚拟场景的驱动，根据使用方式的不同采用了不同的方式如果进行的仅是装备外观、结构的展示，可使用EON进行动作的编辑和驱动；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用VegaPrime驱动以实现更复杂的交互操作。
3.3系统集成
系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起，使之成为_个完整的、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如EON、GLStudio及VegaPrime等均以ActiveX控件方式提供了可用于常用软件开发平台的运行插件，因此，系统集成变得十分方便。编写程序时，只需考虑软件功能的安排，注意程序间的兼容性即可。
系统集成时，还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来，即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台，与视景仿真处于不同的系统进程中．因此这种驱动是通过两进程间的实时通信来完成的。这里还需要考虑进程间的同步问题。
虚拟现实与仿真技术范文3
关键词：工科院校；三维仿真技术；虚拟现实技术；教学应用
1.引言
随着时代的进步，科技的要求。工业生产及其制造业愈发显得重要。伴随着德国工业4.0的提出，所谓的第四次工业革命已经蓄势待发。为了时代的需求，世界各国相继推出了工业改革计划与发案，共同推动世界工业化的再一次升级。这不仅是时代的挑战与机遇，也是国家的挑战机遇。
在工业4.0的背景下，工科院校在人才培养方面显得极其重要。这不仅是国内工科院校的机遇更是挑战；社会对工科类人才的要求，不仅仅在理论知识方面，更重要是能掌握先进技术，拥有实际操作能力及工程经验。工科教学要以实践为基础，培养其动手能力[3]；首先优化教学方式，根据学校的实际情况，将三维仿真技术运用到实际教学中，改善传统的教学方式，使学生从课堂上获得实际的操作能力，如同在工厂一般，不仅是理论知识的获得，更是实际能力获得，充分体现工科学生的最基本素质：主动思维判断与综合分析能力、解决实际问题的能力、工程设计能力、创新与创造能力、复合能力[4]。通过三维仿真技术将实际的模型、设计、实验等实际场景与效果展示给学生，从而真正的实现解放课堂，优化课堂，培养出真正的工科类的杰出人才。
2.三维仿真技术的发展现状
2.1.国外
自从1962年，Morton？Heilig发明实感全景仿真机以来，三维仿真技术便在美国、欧洲、日本等一些国家和地区迅速开展起来。随着科技的进步，时代的发展，三维仿真技术与虚拟现实技术越来越受到世界各国的关注，以三个I为代表，即Immersion（沉浸感）、Interaction（交互性―）、Imagination（思维构想性），作为三维仿真技术与虚拟现实技术最本质的特点，在发展的过程中融入了其它相关的先进技术。近些年，三维仿真技术结合虚拟现实技术在世界各国普遍应用，不仅在军事、航空航天、地理地形、工业领域[1]，更在生活、交通、教学研究、旅游等领域普遍运用起来；如英国路虎汽车采用人性化的仿真虚拟技术向客户提供模拟车型体验；美国先灵葆雅公司生产的抗过敏药开瑞坦在广告中将三维虚拟技术应用于广告人物形象等。
与此同时，众多世界名校也运用三维仿真技术与虚拟现实技术，开展教学与科技研究，如：美国北卡罗来纳大学（UNC）、麻省理工学院（MIT） 、华盛顿大学、乔治梅森大学；日本奈良尖端技术研究生院大学、东京大学等世界名校早已在上个世纪就开始了相关方面的技术研究。几十年的发展使美国、德国、英国、日本等一些发达国家，在这个领域已走在世界前列，并迅速融合到生活的各个方面。不仅使国家经济有所提升，更从科技及教学等众多方面有了极大的突破。
2.2.国内
随着国际间的竞争日益激烈，国家对科技的重视更加重视，国内部分研究机构开始发展中国的三维虚拟仿真技术。由于国情的原因，中国在这方面的技术与世界的发展水平有一定的差距[1]，但近些年的努力使我国在三维虚拟仿真技术也取得了一些相应的成就，建立以一些科技研究机构，将三维虚拟仿真技术运用到工业设计与科学教研工作中。逐步走进其它领域：比如教学课堂，将三维虚拟仿真技术与理论教学只是相结合，进一步提升教学的质量。
尤其一些工科类的大学，根据学校的具体情况与实际能力，制定相关的工作计划，融入教学工作与研究中例如：北京航空航天大学的计算机系根据自身特点，实现了分布式三维虚拟环境网络设计，可以创造实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、适用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台；浙江大学CAD&CG国家重点实验室研发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究；一些相关高校取得了很大的成果，但在国内众多学校中还未广泛运用。传统的教学体系依旧存在于很多高校中。
3.教学中的应用
随着科技的进步，技术的竞争，工科院校传统的教学方式已经不满足现代化工业对人才的要求，培养高素质的工科类学生是学校的目标，也是当代工科院校的责任与义务。传统课堂以老师讲授为主，教授理论知识[2]，由于教学设备的不足、学生众多、实践地点不足、实验室不足等一些问题制约之教学，使学生实际操作能力不足[3]，直接影响学生的创新与工程设计能力。
利用计算机作为基本工具，将三维仿真技术运用到实际教学工作中，把抽象的概念与模型用电脑展示给学生，直观感受与真实的效果。将实践课程运用三维虚拟仿真技术，创造虚拟空间，使学生感觉如同真实环境一般[2]，同时能进行实际操作，锻炼学生操作能力，展开学生立体化想象空间，培养学生创造力与想象力更加便于创造与创新[4]。例如机械设计，通过三维软件如solidworks等创造模型，通过设计、模拟、分析等各方面的仿真的出实际效果。通过有限元分析，展示零件实际运用过程中效果。使学生更加清晰、具体的了解实际现实中的特点，同时学生能自作，培养其动手能力，提升实际操作经验。
如图1 LED 灯受热分布
如图2 受热后位移变化
运用三维仿真技术（solidworks软件），对模型进行实体分析，通过模拟把抽象的现象直观的展示在课堂上，避免只有理论没有实际的模拟的教学课堂，同时解决了实验室不足的问题。
如图3 聚氯乙烯的悬浮聚合的模拟仿真流程图[2]
如图4 热电厂生产框架图
图3、4是传统教学课堂上的讲授化工操作的实际流程图与电力大学讲授电厂发电过程的机构框图，学生不能深入了解其实际过程中的现象。
理论过程与实际现实总是有一定的差别[2]。通过三维虚拟仿真技术，运用Solidworks、 3Dmax、Flunent等软件模拟实际场景效果，创造立体环境，将实际过程的每个用动画场景展示，避免工厂实践和一些实践过程存在的问题[2]，更加直观了解生产的环节，从而达到理论与实践相结合的效果。培养出具有创新与创造能力以及实践经验的工科类人才，适应社会的需求，显示工科类院校的特点。
4.结束语
本文简单阐述了三维仿真技术国内外的发展现状，以及在工科教学中的应用及相关成果。三维仿真技术应用于工科教学中，优化教学资源，极大的提高教学的质量，同时解决院校资金不足与教学设备不齐全的问题。解放了学生思想空间，在教学中从分的发挥了学生的主体地位与作用[1]，激发学生积极、主动地参与教学过程中；培养其独立创新素质与实践的能力。将工业生产过程中流程及原理，通过三维仿真技术直观、具体的展示给学生，发挥其优势。
然而三维仿真技术在国内教育领域还处于自发状态，尚未形成完善的、良性循环的、自觉开发和应用的体制[1]，这将是教学改革的机遇与挑战。
参考文献
[1] 郑军龙，罗 黎，严景明，陈国庆三维虚拟仿真技术应用于高职教学的研究[J]. 广西电力职业技术学院，2012； 1-2.
[2] 李 颖1，张 亮2，后振中1，张 立3，鲁 杰1，梁 晨1，魏启兵，动态模拟仿真在高校工科教学中的探索与应用[J]. 陕西 西安1.西安科技大学，2.西安交通大学医学院第一附属医院， 3.西安电子科技大学幼儿园，2015 ；1-2.
[3] 陈冬梅，仿真技术在技工学校数控实训教学中的应用[J]， 广东 广州，广东省机械高级技工学校，2010；1-2.
[4] 朱春华，韩琳，仿真技术在工科专业教学中的应用分析[J]， 河南 郑州， 河南工业大学信息科学与工程学院，2007；1-2.
作者简介：
虚拟现实与仿真技术范文4
[关键词]虚拟现实技术 机械工程 应用状况 应用方式
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0338-01
一 虚拟现实技术简介
虚拟现实技术是21世纪才逐渐发展起来的全新技术，它概念的在1980年首次提出，是一项以计算机仿真技术为基础的，与许多相关联的综合型技术，由于它发展历史较短，目前对它还没有一个统一的标准定义，笼统的讲，虚拟坚实技术就是一个通过计算机仿真技术，计算机处理技术以及信息处理技术等手段对生活中的真实对象及其物质运动过程进行虚拟模仿的技术，它能够为我们建成一个形象逼真的虚拟环境，是我们能够在这一环境内进行工程上的操作并感受真实的运动过程。总之通过虚拟技术可以实现人机交互，对一些工程实例进行逼真模仿，为后续的制作工作奠定良好的基础。
二 虚拟现实技术的特征及关键技术
作为一项全新的综合技术，虚拟现实技术与传统的技术相比具有许多新的特点，具体包括以下几点：
（1）逼真性：这是指观察者对由这一技术所创建的虚拟世界的真实感受，虚拟现实技术通过仿真技术和信息处理技术创建出虚拟世界，并允许用户通过各种感官来体会发生在这一虚拟空间中的一切，给使用者以最逼真的感觉。
（2）相关性：这主要是指在虚拟世界中用户和计算机的沟通程度，利用虚拟现实技术，用户可以与计算机之间进行深入的沟通，不仅可以利用鼠标，键盘还可以利用指纹，声音等其它手段，同时还可以利用一些监控设备来监控人机沟通的过程。
（3）全方位性：利用虚拟现实技术所构成的人机交互系统中包含视觉感应，触觉感应，听觉感应，嗅觉感应以及动作感应装置，因此，在虚拟空间中，使用者可以在听觉，视觉，徐觉以及动作等多种信息中与计算机进行沟通，不但可以给人以直观的全方位的感觉，还能够有效的激发人的内在潜力，提高后续工作的效率。
（4）及时性。这也是提高工程效率的关键，利用虚拟现实技术所构建的系统可以保证人与计算机之间的沟通，计算机的现实，以及计算机工作过程的实时性，将人机沟通以及计算机处理的时间降到最低，达到人机高度融合，人机一体的效果。
要想成功的创建一个逼真的虚拟空间，必须掌握虚拟现实技术中的关键手段，主要包括以下几点：
（1） 动态建模技术：动态建模师虚拟现实技术的关键内容，建模的目的是得到现实环境的真实信息，三维指数等，并以这些信息为基础来构建我们需要的虚拟环境，为后续环节创造条件。
（2） 图像生产技术：这里所指的图形是三维图像，不但要保证图像的准确合理性，还要保证图像生成过程的实时性，为了达到实时性的要求，必须是图像的更新频率高于或等于15帧/秒，且在高于35帧/秒时效果最好，更新频率的提高也是使虚拟现实技术的有效性增加的重要手段。
（3）显示技术和传感技术：显示技术和传感技术是虚拟现实系统中进行人机交互的关键技术，就当前的发展情况来看，现在的现实技术和传感技术与期待的水平还差很多，并且在触觉感应和动作感应方面还有一定的不足，另外现在的一些基于虚拟现实技术的产品的精度也比较低。
（4）系统开发技术：任何一个技术最终都是要投入实际应用的，虚拟现实技术也是如此，由此可先，系统开发也是虚拟现实技术中的一个十分重要的技术。现在世界上用来实现虚拟开放技术的工具主要有：aVRT，它来自super cape公司，VRT可以实现具有较高水平的信息处理和人机相互的可视化平台。b.WTK，它来自sense8公司，WTK中具有一个合成的虚拟空间的应用开发环境。c.Multi Gen，它来自Multi Gen公司，Multi Gen提供了一个具有人机交互功能的图像建模系统。d.Vega，它来自Multi Gen―paradigm公司，在Vega可以实现听觉感应以及视觉感应的仿真。e.IRIS performer，它来自SGI公司，可以实现三维图像的人机相互应用。
（5）集成技术。构建虚拟空间是往往包含着大量的物质模型和感觉信息，将这些信息和模型整合起来才能成功的构建虚拟空间，集成技术就是实现这个环节的技术，现有的集成技术主要包括信息同步技术，信息转换技术，模型标定技术，信息合成技术以及信息管理技术等。
三.虚拟现实技术在机械工程中的应用
1.虚拟设计
虚拟设计就是指虚拟人员依照概念设计的结果开始进行虚拟产品设计的过程，在这一过程中，设计者需要及时有效的分析虚拟产品的质量，一旦发现问题就哟及时更改，避免影响后续制造过程。利用虚拟现实技术可以帮助设计者高效快速的虚拟设计，具体的应用方法有以下两种：（1）利用CAD系统构建机械模型，在这这一模型转换到虚拟空间中，在虚拟空间里多角度观察模型并继续完善设计，设计者可以利用各种虚拟设备如立体显示器来提高设计效果。（2）应用VR-CAD系统，具体过程为直接在CAD系统中应用虚拟现实技术，在展现机械模型形状信息的同时还向用户展现模型的材料，物理性能以及重量等信息，更加全面的展现虚拟设计的产品，帮助设计者完善虚拟设计。
发动机的虚拟设计图如图一：
2 虚拟制造
虚拟制造就是指用计算机仿真实际的制造过程，将虚拟现实技术与仿真技术结合起来，能将产品的虚拟制造过程形象的在三维虚拟空间内动态的展现出来，利用虚拟现实技术进行仿真还可以实现公益规划，产品性能分析，产品功能体验，产品质量检查以及制造过程的监督与管理，提高虚拟制造的水平。在汽车以及飞机的虚拟制造方面，虚拟现实技术的应用尤为突出，利用虚拟现实技术进行飞机的虚拟制造时，机械设计，装机过程以及模型测试等操作全在虚拟系统中完成，这不但降低了成本，也降低了工程难度，提高了工程效率。一个制造过程中的虚拟体验例子如图二
虚拟现实与仿真技术范文5
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.
虚拟现实与仿真技术范文6
【关键词】 虚拟实现技术 职业教育 实训 应用实践
运用计算机技术进行教育学习，传统模式是人和计算机视为两个独立的个体，通过界面进行信息交换，就是使用者把设计要求或信息指令输入计算机，计算机作出动作显现反馈，而虚拟现实（Virtual Reality）是把现实中存在的或并不存在的事物和场景，通过运用计算机软件，可以将使用者和计算机虚拟实现一个整体，通过三维立体空间和图像工具实现信息可视化，把使用者置身于通过三维空间模拟出一个逼真的计算机环境中自由地使用各种指令信息，整个过程由计算机按照仿真软件进行控制。
1 虚拟现实技术
虚拟现实技术（Virtual Reality），涵盖计算机图形（CG）应用技术、仿真技术、人机交互技术、显示技术、传感器技术、人工智能和网络运行处理技术等领域内容，通过计算机通过仿真软件生成逼真的三维空间，可以通过传感器捕捉到使用者的信息，立即进行高速运算，运算结果转化成精确的3D世界影像传出，使用者在虚拟空间实现视、听、嗅等感官感觉和完成肢体动作，自然地对虚拟世界进行体验和互动，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
2 虚拟现实技术在教育中的应用
在现代信息化学习方式和手段中，虚拟现实技术特别是基于网络的虚拟现实技术（Web3D）有着广泛的作用和影响，尤其在虚拟教学和仿真实验，以及信息化平台等方面的应用具有广泛性。虚拟现实技术能够为师生提供生动而逼真的计算机学习环境，师生都可成为虚拟环境中的参与者，并且每个人可以在虚拟环境中扮演不同的角色，这有力的调动参与者的学习积极性和能动性，对学习中的重点和难点容易掌握，并且对培养和训练技能都将起到积极有效的作用，并且可以降低成本和消耗。
虚拟现实技术在教学过程中主要三个方面的应用。（1）知识学习。知识学习是利用虚拟现实系统学生学习课程知识。其一，虚拟系统可以仿真出实际生活中不容易甚至无法观察到的自然中事物的变化过程和现象，学生通过虚拟系统可以观察、感受甚至参与整个生动和逼真过程，学习和了解知识，轻易解决学习中的知识重点难点。譬如：地理课程学习，通过虚拟现实系统，可以学生带到不同的地理环境，领略那里的自然风光，了解地理变化过程和特点等；物理知识学习，利用虚拟现实技术，可以展现各种物理变化过程，剖析变化原理，比如展示如原子核裂变、磁场感应和光纤传送信息等物理现象，让学生在观察和感受中学习掌握知识等。其二，通过虚拟系统可以使抽象的概念和理论，能够直观化和形象化展现给学生，便于学生对抽象概念的理解。例如，学习地球引力重力加速度概念，通过虚拟演示物体自由落体慢过程，形象直观的显示物体重力大小、方向以及速度的变化过程，使学生容易理解地球引力和加速度概念。（2）探索学习。虚拟现实技术可以虚拟学生学习过程中所提出的各种假设，通过虚拟系统学生便可直观逼真地观察假设所产生的结果产生的过程或效果。譬如：在学习分子链时，学生可以创新学习，大胆的按照自己的假设，将不同的分子组合新的物质，通过这种探索式的学习方式，不仅学生可能创新研究出新的物质，而且有利于激发学生的学习的能动性和创造性思维，培养学生的创新能力。（3）虚拟实验。利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室或实训室。譬如：在虚拟的化学实验室里，可以观察化学反应的慢过程，模拟做一些具有危险性的燃烧和爆炸等反应现象；在汽车实训室汽车虚拟4S店里，可以动态体验学习汽车销售流程和规范的业务接待，业务办理等；在医学解剖实验实训室，可以虚拟人体解剖过程，观察人体局部器官新陈代谢和生理反应等。
3 基于VR虚拟仿真技术的汽车实训平台的应用
3.1 平台建设背景
近年来，国家大力发展职业教育，已成为国家人才发展战略，近十年来特别是高等职业教育蓬勃发展，规模不断扩大质量不断提高，但大多院校也出现办学资金紧缺，“双师型”专业老师数量不足，培养模式与手段有待改革和创新等问题，特别是职业教育的实验实训条件，是职业教育核心教学现场和条件，需要大力校内建设或是校企合作，这些制约了职业教育内涵建设和转型发展。一般学校现有的条件下，受到实验设备投资限制，大型实验设备的操作实验不容易实现、装配工艺流程的教学讲解抽象难以理解。即使学校有能力建设这样的实验室，其设备维护的费用也相当惊人，利用虚拟现实技术，建设虚拟实验实训室，节约建设成本，节约基础建设空间，降低实验实训维护和消耗，提高实验实训效果和安全性，有效地解决场地、资金、管理和消耗等在建设实验实训中的矛盾。
3.2 汽车虚拟培训平台系统
该系统基于VR虚拟仿真技术的汽车实训平台的开发以培养汽车维修的优秀人才为目的而研发的汽车实训操作平台。
该系统基于“创壹Web3D虚拟现实三维互动教学平台”运行的网络虚拟实验3D环境，采用虚拟现实技术制作汽车主体及其部件，并具有逼真3D互动虚拟实验、3D动画演示、声音与相关原理文字自动同步显示、3D汽车模型或其部件模型任意方向旋转及视点变换的功能。能够实现大量并行用户快速下载及构建渲染动态3D场景，确保用户与3D场景互动的即时性，所有部件都可360度全方位观看，具有直观立体，真实互动的效果。
该系统的主要功能涵盖：汽车结构解析、总成和零部件拆装工艺、总成和系统工作原理动画实现、虚拟故障现象和诊断排除等，用户不仅可以动手对汽车产品进行虚拟仿真操作，了解汽车每个细节，熟悉汽车工作原理，而且还可以进入“汽车故障诊断”进行多种情况下不同部件的机械及电路故障排除模拟操作，从而能够积累实践经验，也可为汽车企业减少了不少培训成本。
汽车虚拟培训平台系统包括了汽车驾驶、汽车结构与拆装、汽车的修理、汽车故障诊断等，其中包含了大众（德系）、别克（美系）、丰田（日系）。分为教学、实训、考核三个模式，通过教学模式学习，就可以在实训模式进行设备拆卸和虚拟实验故障排除等各种操作，具有很强自主性；考核模式当教师编辑并派发了考试试卷后，对应学员登录后就会出现考试内容，并可实时记录保存，自动评分，使教师轻轻松松便可实现“无纸化”考试管理。
3.3 汽车虚拟培训平台系统性能指标
该平台系统是一套针对高校、职业院校或教育培训机构开发的快捷、可扩展性3D仿真汽修教学平台，系统采用B/S架构，整合Web3D仿真、Com组件、PHP动态网页、AJAX轻量交互等最新技术，基于Apache+MySQL高性价比解决方案。
在现在高等教育，逐步向信息化、互动性教学转型的过程中，该平台系统已包括以下数据安全与快速响应技术，通过可视化Web3DEditor三维仿真建模软件，让高校摆脱其它专业领域技术应用与整合的束缚，专注于自身优势教学内容改进与扩充，以能快速的构建自己精品课程、仿真互动课程整合平台，提高新教学内容的使用率及教学方式转型，突破传统教学模式的地域限制和时间限制，又不失传统的教学方式身临其境的效果。该平台系统采用C++、PHP、Javascript等主流语言程序开发，最后全部通过打包加密后再利用编译程序进行系统优化，这样大大加快了系统整体运行速度。支持的数据库为：大型的关系型数据库，如SQL Server， Oracel，MySQL等。本系统在运行过程中学员操作的3D动画的动作是通过TCP/IP 协议发送给服务器端程序的，而该系统中的 TCP/IP 协议采取的是UDP 用户数据包模式，这样就保证了数据不会轻易的丢失与延迟。
（1）3D汽修模型及智能控制动画，实现智能虚拟互动随意拆装， 并能自动判断拆装操作的正确性；（2）3D模型数据量小运行速度快（如一个发动机包括所有零部件在内的逼真3D模型数据量小于1MB）。（3）3D汽修智能虚拟电路检测；（4）3D汽修智能虚拟故障排除；（5）在虚拟汽修培训系统中实现128位随机加密；（6）动态3D场景传送；（7）动态场景渲染；（8）分布式3D数据库自动分区平衡各数据库负荷技术；（9）能够实现大量并行用户快速下载；（10）构建渲染动态3D场景确保用户与3D场景互动的即时性。
参考文献：
