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虛擬仿真技術(shù)方案范文1

1虛擬仿真技術(shù)的概念

虛擬仿真技術(shù)也叫做模擬技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬出另一個(gè)系統(tǒng)，可以與人們進(jìn)行交互，虛擬仿真技術(shù)是一種遵循自然界發(fā)展規(guī)律的高新技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)工程施工方案進(jìn)行虛擬驗(yàn)證和優(yōu)化，極大程度上降低了施工安全事故的發(fā)生機(jī)率，實(shí)現(xiàn)了的建筑工程施工成本的有效控制。虛擬仿真技術(shù)具有交互性，而且非常的逼真，它可以結(jié)合圖形技術(shù)、仿真技術(shù)以及傳感技術(shù)建立起虛擬的信息空間，進(jìn)行人性化的模擬仿真互動(dòng)，虛擬仿真技術(shù)是一種對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的試驗(yàn)方法，在建立數(shù)字城市、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑工程施工等很多方面都應(yīng)用的非常廣泛。

2虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用意義

虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工過(guò)程進(jìn)行模擬，在工程正式施工之前，就可以對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置和相對(duì)關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，準(zhǔn)確的計(jì)算出建筑工程相關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，以便可以及時(shí)的對(duì)建筑工程施工方案進(jìn)行優(yōu)化。在選擇建筑工程施工方案時(shí)，需要有一定的施工經(jīng)驗(yàn)，這種優(yōu)化方式需要建筑工程施工開(kāi)始之后才能進(jìn)行優(yōu)化，具有一定的局限性。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以在建筑工程施工之前就展現(xiàn)出施工效果，以便有效的選擇施工方案，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的最優(yōu)化。虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用有助于施工技術(shù)的創(chuàng)新，同時(shí)縮短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工風(fēng)險(xiǎn)。虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)建筑工程存在的施工質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)也幫助施工人員對(duì)整個(gè)施工流程進(jìn)行了解，可以保證施工人員的人身安全。虛擬仿真結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)不合理的施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使這個(gè)建筑工程的施工流程更加規(guī)范。

3虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用

3.1虛擬仿真施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)可以在虛擬模型上完成建筑工程的虛擬施工，對(duì)建筑工程的施工方案合理性進(jìn)行驗(yàn)證，確定具體施工環(huán)節(jié)的進(jìn)度。傳統(tǒng)建筑工程的施工需要根據(jù)設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定詳細(xì)的施工方案，這種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定的方案很容易產(chǎn)生施工漏洞，造成建筑工程的施工進(jìn)度或者施工質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以提前建立起建筑工程的仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)完成的施工方案進(jìn)行驗(yàn)證，尋找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)有效的降低了工程施工的成本，并保證了建筑工程的施工質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)還可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，對(duì)建筑物周邊的道路、場(chǎng)景等進(jìn)行渲染處理，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)建筑工程的具體環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，也可以深入到整個(gè)建筑模型當(dāng)中，對(duì)建筑物的內(nèi)在環(huán)境進(jìn)行觀察，有利于建筑工程設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑圖紙進(jìn)行有效的修改。設(shè)計(jì)人員可以感受到自己設(shè)計(jì)的成果建設(shè)完成后的景象，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)功能進(jìn)行檢測(cè)，使設(shè)計(jì)者可以更加精確的了解建筑工程中各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的位置以及相對(duì)關(guān)系，使設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)的更加全面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑工程施工過(guò)程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三種圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)對(duì)三種圍護(hù)方案的能耗進(jìn)行分析，最終可以選擇出最佳的節(jié)能圍護(hù)方案。

3.2虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

建筑工程中的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)是整個(gè)施工過(guò)程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因?yàn)榻ㄖ摻Y(jié)構(gòu)是單獨(dú)的鋼制構(gòu)件拼接在一起，不同鋼結(jié)構(gòu)的受力情況和承載力都是不同的，在不同的施工階段鋼結(jié)構(gòu)的平衡性也是不同的。鋼結(jié)構(gòu)的特殊性就需要保證安裝過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)，一旦鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或者安裝出現(xiàn)差錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致建筑工程的整體受力情況受到影響。鋼結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)施工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的施工指導(dǎo)，避免增加無(wú)效的施工成本。在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，僅依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)是不可能完成的，但是虛擬仿真技術(shù)彌補(bǔ)了復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的不足，可以對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工的全過(guò)程跟蹤，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的有效控制，降低建筑工程施工事故的發(fā)生機(jī)率，有效提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，虛擬仿真技術(shù)可以使建筑工程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化施工。

3.3建筑工程施工過(guò)程中三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的建筑工程施工，施工進(jìn)度只能依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，不能對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。而在建筑施工過(guò)程中應(yīng)用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)，可以將施工全過(guò)程利用高仿真動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，并著重體現(xiàn)出施工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使施工人員在建筑工程施工之前就可以了解到施工過(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，注意到施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)在虛擬仿真技術(shù)中屬于比較低端的技術(shù)，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重復(fù)更改和修理，加快了建筑工程的施工進(jìn)度，使建筑工程的施工質(zhì)量得到有效的提升。中央電視臺(tái)新址以及上海環(huán)球金融中心在施工過(guò)程中都應(yīng)用了三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)。

3.4模擬仿真技術(shù)在建筑工程施工安全中的應(yīng)用

模擬仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑施工方案的最優(yōu)化控制，傳統(tǒng)的施工安全控制不能對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化分析，所以不能發(fā)現(xiàn)施工方案中存在的問(wèn)題，但是通過(guò)虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工方案進(jìn)行模擬演練，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題的部位，并利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)對(duì)問(wèn)題部位進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，以便制定有效的安全預(yù)案和相關(guān)的應(yīng)急措施，以便發(fā)生安全事故時(shí)可以將建筑工程的損失降至最低，避免造成嚴(yán)重的施工安全事故。施工人員也可以借助虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行安全演練，增加施工人員的安全防護(hù)能力，進(jìn)一步提高了建筑工程的安全水準(zhǔn)。

4虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的實(shí)現(xiàn)

在建筑工程施工中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)首先要建立起虛擬場(chǎng)景，并各具各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的不同特征，建立起相應(yīng)的細(xì)節(jié)模型。在所有的細(xì)節(jié)模型建立完成后，通過(guò)內(nèi)部聯(lián)節(jié)點(diǎn)將所有的結(jié)構(gòu)部件拼接成一個(gè)整體，并將地物造型與原有的地形結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合在一起，完成整體效果圖的建立。虛擬仿真場(chǎng)景中，為了增加建筑工程虛擬模型的真實(shí)感，可以對(duì)虛擬模型進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，通過(guò)不同的指令，設(shè)計(jì)人員可以在模型中進(jìn)行自由移動(dòng)。設(shè)計(jì)人員可以在虛擬方則仿真平臺(tái)內(nèi)對(duì)建筑工程相關(guān)結(jié)構(gòu)的施工軌跡進(jìn)行定位，例如在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，仿真模型可以對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行交互仿真，將各種二維數(shù)據(jù)全部輸入到三維模型中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的虛擬施工。這種方法提高了建筑工程施工的可視化效果，使相關(guān)施工方案可以更加直觀的表達(dá)出來(lái)，同時(shí)也可以對(duì)施工過(guò)程中重點(diǎn)位置進(jìn)行分析，制定針對(duì)性的施工措施，有效保證建筑工程施工項(xiàng)目的順利進(jìn)行，讓建筑工程的技術(shù)交底更加全面，促進(jìn)了建筑工程施工的發(fā)展。

5結(jié)論

虛擬仿真技術(shù)方案范文2

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)；建筑施工；應(yīng)用研究

【中圖分類號(hào)】V448.15+3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672—5158（2012）08—0168-01

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬技術(shù)和仿真技術(shù)逐漸開(kāi)始了有機(jī)整合，成功運(yùn)用在了建筑工程的設(shè)計(jì)與施工中，并且完全改變了傳統(tǒng)模式下的建筑設(shè)計(jì)和施工。究竟虛擬仿真技術(shù)是什么，它又是如何應(yīng)用于建筑施工中，這些都是本文接下來(lái)會(huì)探討的話題。

一、虛擬仿真技術(shù)概述

傳統(tǒng)的仿真技術(shù)不能夠模擬出人對(duì)于外界情況的感知，而虛擬仿真技術(shù)涉及到了關(guān)于仿真人的感知模型。虛擬仿真技術(shù)是在多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、仿真技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，虛擬技術(shù)與仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬技術(shù)與仿真技術(shù)完美結(jié)合在了一起，則能利用虛擬的現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立與試驗(yàn)仿真的模擬模型，將仿真的過(guò)程和結(jié)果通過(guò)可視化、圖像化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，強(qiáng)有力地推動(dòng)了仿真技術(shù)的高速發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)具有四個(gè)基本特性，包括沉浸性、交互性、虛幻性與逼真性，這些特性在虛擬仿真技術(shù)中得到了有效的體現(xiàn)，同時(shí)也提升了虛擬仿真技術(shù)在仿真技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

二、虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究分析

虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代建筑施工中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，意義也越重大。本文將從以下幾個(gè)方面展開(kāi)虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究分析：

（一）虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用研究

從一定層面上講，建筑施工過(guò)程實(shí)際上就是把施工的設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為實(shí)物的—個(gè)過(guò)程，只是這個(gè)“轉(zhuǎn)化”的含義及意義都非常重大。傳統(tǒng)的施工方法與方式太多，容易跟著實(shí)際情況產(chǎn)生變化，而且從圖紙的設(shè)計(jì)到具體的施工環(huán)節(jié)，一般都很難按照原計(jì)劃設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行。此外，傳統(tǒng)的施工技術(shù)為了確保施工順利完成，一般總是憑借經(jīng)驗(yàn)實(shí)施工程，然而某些經(jīng)驗(yàn)往往會(huì)給施工帶來(lái)決定性的失誤。當(dāng)前，大部分的建筑工程采用了全新結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的施工技術(shù)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)下復(fù)雜的施工條件，因此轉(zhuǎn)變施工技術(shù)才是重點(diǎn)。虛擬施工技術(shù)應(yīng)用于建筑施工中，能夠改善傳統(tǒng)技術(shù)下的盲目、主觀與隨意，能最大化地提高工程的質(zhì)量，減少成本、耗材，提高施工的安全。利用虛擬施工技術(shù)的交互性和高度仿真性，可以建立施工設(shè)計(jì)的幾何模型，建筑施工的相關(guān)人員能夠根據(jù)所需進(jìn)行施工的虛擬試驗(yàn)，從而篩選出最佳的設(shè)計(jì)方式。

（二）仿真技術(shù)的應(yīng)用研究

仿真系統(tǒng)是虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)之一，它能夠仿真虛擬建筑物施工周圍環(huán)境的外景，并且效果非常良好。通過(guò)仿真系統(tǒng)，可以將設(shè)計(jì)圖紙上的建筑物進(jìn)行詳細(xì)建模，并能對(duì)建筑物周圍的相關(guān)環(huán)境因素如道路、休閑場(chǎng)景等進(jìn)行建模。相關(guān)的設(shè)計(jì)人員與業(yè)主可以從不同的視角觀察仿真系統(tǒng)建模下的建筑物，也可以通過(guò)不同的入口走進(jìn)虛擬建筑物中，還可以邊走邊看，相當(dāng)于一次賞心悅目的漫游，并且還能通過(guò)鼠標(biāo)與這個(gè)虛擬仿真建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。在虛擬場(chǎng)景中，每一個(gè)物體都與實(shí)體之間有著高度仿真效果，其中還有聲音與動(dòng)作等仿真特效，這就使得虛擬場(chǎng)景有著很強(qiáng)的真實(shí)感，讓人有種身臨其境之感。

（三）虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜空間的鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用研究

在某些建筑施工中，存在著復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工，它是從一個(gè)部分逐漸到整體的完善過(guò)程，因此耗時(shí)，同時(shí)必須注意細(xì)節(jié)。復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的不同施工階段，其負(fù)載情況、結(jié)構(gòu)的形態(tài)、受力特性以及邊界條件都不相同。在一個(gè)階段施工完成之后，暫時(shí)會(huì)處于一種平衡狀態(tài)，但是進(jìn)行下一階段施工時(shí)，原有的平衡就會(huì)被打破，只有新的階段完成，才能再次實(shí)現(xiàn)平衡。復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的施工是一個(gè)平衡不斷被打破繼而又保持平衡的過(guò)程，在處理過(guò)程中顯得有些復(fù)雜，受力的因素也比較多，加之使用的施工方法不同，往往無(wú)法有效進(jìn)行施工的指導(dǎo)。大量實(shí)踐證明，事故頻繁的高峰期往往就在施工階段，若處理不慎，極易釀成大禍。以往的施工過(guò)程中缺乏對(duì)施工的分析或者分析不夠詳細(xì)，致使施工中總是出現(xiàn)施工安全問(wèn)題，而如今有了虛擬仿真技術(shù)，它可以對(duì)復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全程跟蹤，及時(shí)找出施工中哪個(gè)階段會(huì)是最危險(xiǎn)的，然后加以控制。

（四）虛擬仿真三維動(dòng)畫(huà)在施工中的應(yīng)用研究

虛擬仿真技術(shù)三維動(dòng)畫(huà)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)施工只能依靠經(jīng)驗(yàn)分析施工過(guò)程的模式，為現(xiàn)代化的建筑施工提供了一個(gè)便捷有效的分析手段。通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行分析，專家、施工的技術(shù)人員以及業(yè)主就能對(duì)施工全過(guò)程甚至是每一個(gè)細(xì)節(jié)都能清除了解。此外，工程中會(huì)遇到的重難點(diǎn)以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，都可以通過(guò)仿真技術(shù)以三維動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，而且還可以根據(jù)業(yè)主的所需進(jìn)行合適的調(diào)整，并及時(shí)修改原有的施工方案。目前，這種手段已經(jīng)成功運(yùn)用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央電視臺(tái)的新址、上海環(huán)球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越來(lái)越多社會(huì)業(yè)界的關(guān)注。

（五）虛擬仿真技術(shù)在施工安全方面的應(yīng)用研究

安全，不論在什么時(shí)代，都是必須保障的主題之一。傳統(tǒng)建筑模式下，很難預(yù)見(jiàn)安全隱患，但是虛擬技術(shù)的應(yīng)用，能讓安全隱患一目了然。

1、進(jìn)行施工安全控制的方案優(yōu)化

在建筑工程施工分析中，如果采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)很多傳統(tǒng)模式下無(wú)法發(fā)現(xiàn)的隱患，同時(shí)也能夠?qū)Σ煌愋偷氖┕ぐ踩刂品桨高M(jìn)行相應(yīng)的模擬演練，并進(jìn)行比較，最終確定出—個(gè)最佳的方案，實(shí)現(xiàn)安全控制方案同相關(guān)的成本控制、資金預(yù)算、損耗控制等方面的最大化。

2、實(shí)現(xiàn)安全演練與預(yù)防的最優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)安全演練與預(yù)防的最優(yōu)化可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行：其一，工作經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師要充分去了解容易出現(xiàn)隱患和發(fā)生事故的工程環(huán)節(jié)，利用虛擬仿真技術(shù)建立三維動(dòng)態(tài)仿真模型，為類似事故的發(fā)生提前做好預(yù)防；其二，應(yīng)該進(jìn)行緊急逃生演練的模擬，通過(guò)模擬演練，訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)工作人員的自救能力、逃生路線的抉擇以及應(yīng)急行動(dòng)的實(shí)施；其三，還能做好安全教育，比如通過(guò)事故過(guò)程模擬，讓大家感受事故，預(yù)先做好安全防范。

三、結(jié)語(yǔ)

從目前來(lái)看，虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中越來(lái)越普遍，這大大地降低了施工安全隱患、控制了施工的成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了施工控制的最優(yōu)化。我們應(yīng)該繼續(xù)探索虛擬仿真技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，以便更好的讓其為社會(huì)主義現(xiàn)代化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]杜曉剛.虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用分析[J].中華民居，2011，（6）：161-162

虛擬仿真技術(shù)方案范文3

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；仿真技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；加工設(shè)計(jì)

1機(jī)械設(shè)計(jì)制造與仿真技術(shù)概述

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)制造

機(jī)械設(shè)計(jì)制造具有工作內(nèi)容復(fù)雜等性質(zhì)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中需要電氣自動(dòng)化、電子工程等技術(shù)的支持，相關(guān)科技的快速進(jìn)步，也推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工作向更多元化的方向發(fā)展。以往的機(jī)械設(shè)計(jì)一般以設(shè)備零件、工業(yè)器械為主要內(nèi)容，在制造中需要先建構(gòu)模型，進(jìn)行多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，才能保證機(jī)械模型的合理性。利用各種自動(dòng)化技術(shù)和仿真技術(shù)，能更科學(xué)、高效地進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、非標(biāo)準(zhǔn)化的零件設(shè)計(jì)與加工。

1.2仿真技術(shù)

仿真技術(shù)應(yīng)用多種硬件、軟件工具，基于仿真實(shí)驗(yàn)、相關(guān)算法及問(wèn)題求解，達(dá)到構(gòu)建反映系統(tǒng)某一運(yùn)行過(guò)程或行為的仿真模型的目的。仿真硬件以計(jì)算機(jī)和相關(guān)硬件為主，包括數(shù)字計(jì)算機(jī)、混合計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)，以及目標(biāo)仿真器、環(huán)境仿真器、運(yùn)動(dòng)仿真器等多種物理仿真設(shè)備；仿真軟件包括各類仿真語(yǔ)言及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。在應(yīng)用仿真技術(shù)過(guò)程中，為了構(gòu)建基于仿真目標(biāo)的系統(tǒng)模型，必須進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，一般會(huì)進(jìn)行離散事件的系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)和連續(xù)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)用仿真技術(shù)，能大幅度提升機(jī)械設(shè)備研發(fā)速度，減少制造中花費(fèi)的時(shí)間、資金，從而幫助相關(guān)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益。

2仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用意義

2.1節(jié)約設(shè)計(jì)與制造成本

在機(jī)械產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，企業(yè)需要投入大量資金及人力，特別是在大型機(jī)械設(shè)備的研發(fā)中，因?yàn)楣こ塘看蟆⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要統(tǒng)籌全方位的設(shè)計(jì)工作，因此設(shè)計(jì)成本相當(dāng)高，而設(shè)計(jì)的合理性、效率與研發(fā)成本息息相關(guān)。應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠基于相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)建立產(chǎn)品的二維、三維模型，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的全過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的模擬和實(shí)驗(yàn)；還能基于計(jì)算機(jī)完成傳統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中煩瑣復(fù)雜的內(nèi)容，有利于降低工作人員的研發(fā)難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。利用機(jī)械模型研發(fā)產(chǎn)品，能不斷調(diào)整參數(shù)，降低利用實(shí)體模型等方法進(jìn)行研發(fā)的經(jīng)濟(jì)成本，從而提升產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量與效率，節(jié)約設(shè)計(jì)與制造成本。

2.2提升參數(shù)的準(zhǔn)確性

我國(guó)各行各業(yè)均向機(jī)械化、自動(dòng)化等方向快速發(fā)展，當(dāng)前所需的機(jī)械產(chǎn)品類型越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)零部件精密程度也提出了更高的要求，機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程也變得更為多元、復(fù)雜，對(duì)相關(guān)零部件參數(shù)的準(zhǔn)確性提出了更高要求。利用傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法難以滿足當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)要求，利用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)手段分析大量數(shù)據(jù)，不僅處理效率低，還無(wú)法直觀地顯示和調(diào)節(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算失誤或數(shù)據(jù)傳遞失真，就會(huì)降低產(chǎn)品的技術(shù)性能。利用仿真技術(shù)，能124夠通過(guò)模型更直觀、準(zhǔn)確地分析和優(yōu)化大量設(shè)計(jì)參數(shù)，降低設(shè)計(jì)難度與出錯(cuò)率，幫助設(shè)計(jì)人員快速完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工方案。

2.3確保設(shè)計(jì)方案的合理性

在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案的制訂過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，需要進(jìn)行大量的人工分析，既浪費(fèi)時(shí)間和精力，又難以保證設(shè)計(jì)方案的合理性、科學(xué)性，這主要體現(xiàn)在方案精細(xì)化程度不足，設(shè)計(jì)師未能全面分析制造過(guò)程等方面，導(dǎo)致最終制造出的機(jī)械產(chǎn)品在性能等方面往往與設(shè)計(jì)預(yù)期相去甚遠(yuǎn)，甚至達(dá)不到相關(guān)技術(shù)要求。科學(xué)應(yīng)用各項(xiàng)仿真技術(shù)，能使設(shè)計(jì)人員更合理地整合相關(guān)數(shù)據(jù)，確定機(jī)械產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)，如基于各項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)，獲取環(huán)境、運(yùn)動(dòng)等仿真數(shù)據(jù)，構(gòu)建機(jī)械設(shè)備在實(shí)際工作環(huán)境下的三維模型，從而更便捷、直觀地調(diào)整相關(guān)參數(shù)，對(duì)比分析各個(gè)設(shè)計(jì)方案、制造方案，最終選擇最優(yōu)方案。

3仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等環(huán)節(jié)均發(fā)揮了重要的作用，這使得仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中占據(jù)重要地位。仿真技術(shù)不僅能夠更好地把控產(chǎn)品的質(zhì)量與制造效率，還有利于優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，更快地進(jìn)行產(chǎn)品的更新迭代，制造出符合市場(chǎng)要求的高質(zhì)量、高性能產(chǎn)品，提升生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。如今仿真技術(shù)應(yīng)用范圍仍在擴(kuò)大，仿真對(duì)象、仿真目標(biāo)更為清晰準(zhǔn)確，進(jìn)一步提升了仿真技術(shù)在制造行業(yè)的應(yīng)用有效性。

3.1集成度高

仿真技術(shù)的集成化屬性能更好地適應(yīng)當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工作的需求。仿真技術(shù)融合了多種科技與理念，本身十分復(fù)雜、多樣，因此能夠模擬不同類型機(jī)械產(chǎn)品的各個(gè)復(fù)雜模塊，進(jìn)行模塊化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，從而滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出的模塊化、靈活組裝等要求。

3.2分布性強(qiáng)

仿真技術(shù)的分布特性十分明顯，這是由于仿真技術(shù)十分依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及各種電氣自動(dòng)化技術(shù)。技術(shù)的不斷發(fā)展，使仿真技術(shù)的分布特性不斷加強(qiáng)。對(duì)仿真技術(shù)各軟硬件工具及相應(yīng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)各種仿真功能的實(shí)現(xiàn)充分應(yīng)用了各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、制造技術(shù)，整個(gè)技術(shù)的運(yùn)行環(huán)節(jié)均需要配合各種理論和圖形規(guī)定進(jìn)行。分布性強(qiáng)這一特點(diǎn)會(huì)在一定程度上強(qiáng)化仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮的積極作用，更好地保障設(shè)計(jì)工作的合理性和設(shè)備的制造質(zhì)量。

4仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用前景及發(fā)展方向

4.1應(yīng)用前景仿真技術(shù)

隨著各類計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展，一些仿真硬件設(shè)備及軟件的水平快速提升，使數(shù)字化仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步凸顯，當(dāng)前主要體現(xiàn)在超小型計(jì)算機(jī)、處理器等工具相互配合方面，能夠降低傳統(tǒng)仿真技術(shù)中對(duì)大型仿真設(shè)備和實(shí)際仿真實(shí)驗(yàn)的依賴性，從而有效降低研發(fā)成本。在仿真軟件方面，仿真技術(shù)正與AI技術(shù)融合，有利于提升仿真軟件的精確性、全面性，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)向虛擬設(shè)計(jì)與制造方向發(fā)展，虛擬設(shè)計(jì)與制造將更多地應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，在更多的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造內(nèi)容中應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)仿真對(duì)象、目標(biāo)進(jìn)行全過(guò)程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)調(diào)整及資源調(diào)配，從而顯著提升機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)水平和研發(fā)過(guò)程的管理水平，顯著降低機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與制造的周期及成本[1]。由此可見(jiàn)，仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的前景。

4.2發(fā)展方向仿真技術(shù)

在機(jī)械制造中的應(yīng)用將向精確化、智能化方向快速發(fā)展。仿真過(guò)程的精確化發(fā)展體現(xiàn)在機(jī)械制造中的數(shù)控加工等過(guò)程將與仿真技術(shù)進(jìn)行更深入的結(jié)合，通過(guò)模擬加工過(guò)程，可以更好地調(diào)整相關(guān)的加工參數(shù)或產(chǎn)品參數(shù)，從而以更低成本優(yōu)化加工方案，使各項(xiàng)加工參數(shù)更精確、合理。仿真過(guò)程的智能化發(fā)展體現(xiàn)在機(jī)器人技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)仿真過(guò)程更深入融合，將使仿真過(guò)程更自動(dòng)化、智能化，技術(shù)人員將更多地通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真過(guò)程的設(shè)計(jì)與控制，基于各種通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和實(shí)時(shí)控制、監(jiān)測(cè)。另外，仿真技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用內(nèi)容也將更為廣泛、精細(xì)化。

5仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用流程和具體應(yīng)用

5.1仿真技術(shù)的一般應(yīng)用流程

仿真技術(shù)的應(yīng)用涉及圖形學(xué)、幾何造型學(xué)知識(shí)，在對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)質(zhì)抽象化的數(shù)學(xué)模型處理時(shí)，需遵循一般的應(yīng)用流程。首先，應(yīng)確定目標(biāo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，建構(gòu)基礎(chǔ)的模型。基于各仿真工具建構(gòu)能模仿真實(shí)環(huán)境及產(chǎn)品的可靠系統(tǒng)，加上邊界條件、約束條件等參數(shù)。其次，應(yīng)用電氣工程、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)通信等方面的技術(shù)，將數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的闡述，并結(jié)合時(shí)空關(guān)系劃分模型，構(gòu)建每種環(huán)境下的動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型。以構(gòu)建動(dòng)態(tài)模型為例，需要構(gòu)建連續(xù)時(shí)間下的仿真模型、離散時(shí)間下的仿真模型、混合時(shí)間下的仿真模型，并重視各模型之間變換層面的構(gòu)建[2]。再次，應(yīng)用相關(guān)算法、仿真軟件及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)仿真模型開(kāi)展全面的分析。需要滿足模型自由變換、參數(shù)分析全面等要求。最后，進(jìn)行仿真模型實(shí)驗(yàn)工作，即將創(chuàng)建的仿真模型輸入搭載某一實(shí)驗(yàn)環(huán)境的計(jì)算機(jī)中，使仿真模型虛擬運(yùn)行，由此得到產(chǎn)品仿真運(yùn)行的結(jié)果[3]。開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)前，需要進(jìn)行先期設(shè)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行預(yù)運(yùn)行，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)想要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定具體的衡量指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的分析。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，需要通過(guò)反向驗(yàn)證等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)這一系列的應(yīng)用流程，才能保證仿真技術(shù)被合理地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造。

5.2仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

5.2.1仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般工作流程可知，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由完成不同功能的多個(gè)結(jié)構(gòu)協(xié)同組建而成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的安全性、效率及其他重要性能，研發(fā)人員在利用仿真技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模擬實(shí)驗(yàn)等工作，如通過(guò)高負(fù)荷環(huán)境下的功能性實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性等性能，然后基于各項(xiàng)測(cè)試最終確定最優(yōu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型。與此同時(shí)，研發(fā)人員需要借助仿真技術(shù)、三維設(shè)計(jì)軟件及運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多角度、多維度的展示、觀測(cè)和測(cè)試，在保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可靠性符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同零部件進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)和細(xì)化分析，從而發(fā)現(xiàn)各零部件存在的金屬疲勞等問(wèn)題或技術(shù)瓶頸，然后進(jìn)行參數(shù)、材料等方面的優(yōu)化調(diào)整，以全方位提升機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[4]。三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中已較為普遍，將運(yùn)動(dòng)仿真與三維設(shè)計(jì)進(jìn)行更高程度的融合，能夠使研發(fā)人員實(shí)時(shí)地觀測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)在具體運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的各項(xiàng)性能，有效提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)約設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和物料成本。例如，在一些機(jī)械設(shè)備的齒輪設(shè)計(jì)中，研發(fā)人員利用仿真技術(shù)能提升這些重要部件的質(zhì)量和設(shè)計(jì)的合理性。齒輪是一些機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件，其性能直接影響整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命與生產(chǎn)效率。應(yīng)用仿真技術(shù)，能對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，判斷齒輪設(shè)計(jì)能否滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和相應(yīng)的加工要求[5]。在具體應(yīng)用中，基于仿真軟件模擬齒輪在相應(yīng)環(huán)境中的工作環(huán)境，以此檢測(cè)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范。若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，還能進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，最終完善齒輪設(shè)計(jì)。如利用仿真技術(shù)模擬和測(cè)試圓弧針齒的運(yùn)行軌跡，測(cè)試齒輪是否能在相應(yīng)環(huán)境下正常運(yùn)行，并基于仿真技術(shù)深入完善各齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)接觸點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)。5.2.2仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造需歷經(jīng)多個(gè)步驟，許多步驟的流程較復(fù)雜，特別是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)大型、超大型機(jī)械設(shè)備時(shí)，其過(guò)程尤為復(fù)雜，而應(yīng)用仿真技術(shù)能在一定程度上使這一過(guò)程更加便捷[6]。機(jī)械加工設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用仿真技術(shù)，能切實(shí)優(yōu)化研發(fā)設(shè)備的各項(xiàng)性能和工作效率。例如，在數(shù)控加工工作中，需要編寫(xiě)相應(yīng)的加工方案，而應(yīng)用仿真技術(shù)能更便捷地完成加工方案的編寫(xiě)，調(diào)試機(jī)床運(yùn)行程序，生成相應(yīng)的二維、三維圖形及加工數(shù)據(jù)，在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中合理選擇刀具等加工工具，利用合理的流程、準(zhǔn)確的加工指令高效完成設(shè)備加工作業(yè)。此外，應(yīng)用仿真技術(shù)還能有效減少人為操作、降低失誤率。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，仿真技術(shù)已在多領(lǐng)域得到應(yīng)用，具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)越性，推動(dòng)其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，能夠?yàn)闄C(jī)械制造領(lǐng)域帶來(lái)新的活力和發(fā)展機(jī)會(huì)。因此，相關(guān)企業(yè)需要積極、合理地應(yīng)用仿真技術(shù)，優(yōu)化相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造工作，提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與研發(fā)效率。

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虛擬仿真技術(shù)方案范文4

關(guān)鍵詞：虛擬施工 虛擬現(xiàn)實(shí) 建筑施工

中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0057-01

為了解決返工成本和管理成本這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，期望提升建筑業(yè)的生產(chǎn)力水平并且以制造業(yè)的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)為參考，引入了虛擬模型技術(shù)機(jī)理即“虛擬施工技術(shù)”，將此技術(shù)應(yīng)用于建筑施工項(xiàng)目管理當(dāng)中。

1 虛擬施工的概念

虛擬施工（Virtual Construction，簡(jiǎn)稱VC），是通過(guò)計(jì)算機(jī)建模、分析，虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將實(shí)際施工過(guò)程在計(jì)算機(jī)上模擬出來(lái)。此技術(shù)在制造業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較多，在建筑施工當(dāng)中應(yīng)用較少。通過(guò)虛擬施工技術(shù)，業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位和施工方在策劃、投資、設(shè)計(jì)和施工之前都能夠清楚的看到施工的過(guò)程和結(jié)果。沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersive）和桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（Desktop）是虛擬現(xiàn)實(shí)的兩種形式，但在建筑業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較多的是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（Desktop）。國(guó)外在建筑施工中應(yīng)用的是開(kāi)發(fā)漫游系統(tǒng)（Walkthrough）主要包括場(chǎng)地的外形和設(shè)計(jì)，施工過(guò)程的計(jì)劃和管理施工方案的預(yù)算等等。虛擬施工技術(shù)可以進(jìn)行干涉分析、可靠性檢驗(yàn)、內(nèi)力計(jì)算、工序的確定等不僅表現(xiàn)為一種技術(shù)手段而且提供一種全新的管理模式使得施工的質(zhì)量、成本、工期都得到最優(yōu)化，另外還保證施工環(huán)保安全。

2 虛擬施工的技術(shù)支撐體系

虛擬施工技術(shù)涉及到了很多領(lǐng)域，主要包括以下技術(shù)：

（1）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在施工技術(shù)與管理、內(nèi)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算等土木工程領(lǐng)域當(dāng)中。虛擬施工的核心是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，它通過(guò)建模分析能夠從理論上保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

（2）建模與優(yōu)化技術(shù)以及相關(guān)的軟硬件技術(shù)

從建筑工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理等方面，應(yīng)用優(yōu)化原理，使得建筑項(xiàng)目質(zhì)量高、工期短、造價(jià)低，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的利益最大化。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)槿藱C(jī)交互對(duì)話提供三維界面，使用戶能夠沉浸在一個(gè)創(chuàng)建在多維信息空間上的虛擬信息環(huán)境里，具有身臨其境的感覺(jué)，這為虛擬施工開(kāi)發(fā)提供可視化的交互環(huán)境。

3 虛擬施工作用

虛擬施工技術(shù)實(shí)施的指導(dǎo)思想以及作用的集中體現(xiàn)是“先試后建”。“先試后建”能夠保證項(xiàng)目在理論上成功，而且能夠保證結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定與安全，可以檢測(cè)任何階段的性能，模擬任何荷載情況下結(jié)構(gòu)物的抵抗能力。虛擬施工的主要作用歸根到底是優(yōu)化建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過(guò)程以及施工管理活動(dòng)等。

3.1 優(yōu)化建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)

建筑項(xiàng)目能夠順利實(shí)施的前提和保證是要有一個(gè)完善的設(shè)計(jì)方案。由多個(gè)設(shè)計(jì)方參與完成的建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)即建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)備設(shè)計(jì)等，在施工過(guò)程中成為聚在一起的建筑構(gòu)件，由于由多方設(shè)計(jì)所以經(jīng)常發(fā)生沖突比如建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備之間的沖突等。這直接導(dǎo)致返工不僅增加成本而且延誤工期。另外，好多項(xiàng)目從設(shè)計(jì)角度可行，但實(shí)際施工當(dāng)中不可實(shí)施，導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗，必須變更設(shè)計(jì)，同樣會(huì)增加成本和延誤工期。以上問(wèn)題的原因就是設(shè)計(jì)方、施工方在設(shè)計(jì)階段缺少溝通和協(xié)作，缺少一個(gè)檢測(cè)平臺(tái)。針對(duì)這些問(wèn)題應(yīng)用虛擬施工技術(shù)可以得到解決，采用虛擬施工技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立相關(guān)3D模型提供了一個(gè)有效的平臺(tái)，包括建筑、結(jié)構(gòu)及建筑設(shè)備等用于設(shè)計(jì)沖突、可施工性的檢測(cè)，及多方溝通。

3.2 優(yōu)化施工過(guò)程

施工過(guò)程的順利實(shí)施的保證是有一個(gè)正確的施工方案作為指導(dǎo)。當(dāng)前，主要由項(xiàng)目經(jīng)理及項(xiàng)目組憑借施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)編制施工方案。但是由于工程的復(fù)雜性和項(xiàng)目經(jīng)理經(jīng)驗(yàn)的不足，施工方案的編制存在很多漏洞。而且它的可行性有時(shí)候也會(huì)受到質(zhì)疑。施工方案必須保證項(xiàng)目實(shí)施的可行性、低成本，高質(zhì)量、短工期同時(shí)環(huán)保安全也很重要。在虛擬施工技術(shù)出現(xiàn)之前，這一問(wèn)題幾乎找不到有效的解決方案。虛擬施工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多方案比選，對(duì)不同方案進(jìn)行檢測(cè)，選擇一種最優(yōu)的施工方案。基于上述建立的3D模型，采用虛擬施工技術(shù)可模擬和分析相關(guān)施工方案。建筑業(yè)在施工當(dāng)中的返工率越來(lái)越高，將虛擬施工技術(shù)應(yīng)用于建筑業(yè)施工過(guò)程中，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)仿真以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的事前控制和動(dòng)態(tài)管理達(dá)到施工方案優(yōu)化和降低成本的目的。

3.3 優(yōu)化施工管理活動(dòng)

管理成本占據(jù)建筑項(xiàng)目成本的很大一部分。為了降低管理成本，配備少量管理人員，采用虛擬施工技術(shù)，它可以清晰地展示整個(gè)施工過(guò)程就像栩栩如生的“施工操作說(shuō)明書(shū)”。

4 虛擬施工技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐

在國(guó)外對(duì)于虛擬施工技術(shù)一系列相關(guān)的研究和試驗(yàn)正在進(jìn)行。Clasgow Strathclyde大學(xué)土木工程系和信息科學(xué)系聯(lián)合研究一種能夠協(xié)同施工的可視計(jì)劃。它包括一個(gè)可以對(duì)全程進(jìn)行監(jiān)視并且可以交互的進(jìn)行的非沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)接口。針對(duì)幾種不同的施工順序和現(xiàn)場(chǎng)組織它允許用戶以交互協(xié)同方式進(jìn)行調(diào)查研究，同時(shí)優(yōu)化施工過(guò)程。一個(gè)3D粗樣軟件包和一種Pangea系統(tǒng)由Bartlestt建筑學(xué)校和University College London計(jì)算機(jī)科學(xué)系的研究人員共同開(kāi)發(fā)研究，是測(cè)試城市設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)的早期原型。Dundee大學(xué)正在進(jìn)行Naives項(xiàng)目，能夠?qū)⒁粋€(gè)構(gòu)件元素在任何方向的撓度或內(nèi)力可視化。建筑設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境系統(tǒng)在英國(guó)IES公司推出了。在1995年日本清水建設(shè)公司采用虛擬系統(tǒng)使施工生產(chǎn)情報(bào)例如在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示施工組織計(jì)劃。

從國(guó)內(nèi)看應(yīng)用虛擬施工技術(shù)的工程實(shí)例不是很多。有一個(gè)業(yè)內(nèi)人士都知道的例子那就是上海正大商業(yè)廣場(chǎng)。上海正大商業(yè)廣場(chǎng)屬于鋼結(jié)構(gòu)施工。它結(jié)構(gòu)龐大，有著類型復(fù)雜的構(gòu)件而且數(shù)量非常多，還有一點(diǎn)就是個(gè)吊裝空間以及運(yùn)輸通道都不寬，所以施工難度比較大。為了保證優(yōu)質(zhì)、安全和高效地完成該工程的鋼結(jié)構(gòu)安裝，大膽采用了虛擬施工技術(shù)，而且非常成功。虛擬施工技術(shù)分三個(gè)階段進(jìn)行：

（1）優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)施工方案。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)和結(jié)構(gòu)仿真成功實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)圖由二維向三維跨越。在鋼結(jié)構(gòu)施工之前，在計(jì)算機(jī)上模擬構(gòu)件裝配、吊裝，將施工過(guò)程可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題充分暴露出來(lái)，并經(jīng)過(guò)優(yōu)化得以解決。（2）模擬分析鋼構(gòu)件內(nèi)力焊接變形以及桅桿起重機(jī)。為了保障吊裝的安全，利用虛擬施工技術(shù)模擬吊裝過(guò)程，并分析相關(guān)構(gòu)件的內(nèi)力。另外對(duì)焊接時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)以及溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，保證焊接的質(zhì)量。（3）模擬建筑場(chǎng)地和周圍的環(huán)境。就是在計(jì)算機(jī)模擬當(dāng)建筑物建成后周圍會(huì)出現(xiàn)怎樣情景。這項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，能夠清楚的了解到建筑物對(duì)周圍環(huán)境的影響，為此我們提前做好防護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

虛擬仿真技術(shù)方案范文5

【關(guān)鍵詞】：城市規(guī)劃；計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；靜態(tài)渲染圖；動(dòng)畫(huà)

【 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

中圖分類號(hào)： TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

仿真技術(shù)最早應(yīng)用于高能武器、航海模擬以及航天器等軍事方面。然而伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，這門(mén)技術(shù)迅速被推廣應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。尤其是在城市規(guī)劃中，可以利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，創(chuàng)建城市真實(shí)數(shù)字化模型的三維可視環(huán)境，令設(shè)計(jì)者有種處身虛擬環(huán)境的錯(cuò)覺(jué)，因此，可以更好地將周邊環(huán)境與規(guī)劃設(shè)計(jì)二者相互協(xié)調(diào)配合。

一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介與原理

1、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門(mén)通過(guò)專用軟件來(lái)整合聲音、動(dòng)畫(huà)以及圖像的綜合性信息技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是，首先將三維的現(xiàn)實(shí)物體或環(huán)境通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬成多維的表現(xiàn)形式，然后將此表現(xiàn)形式通過(guò)數(shù)字媒介傳播給媒體瀏覽者。因此當(dāng)媒體瀏覽者在觀賞時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一種身臨其境的“虛擬”錯(cuò)覺(jué)【1】。

2、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括建立模型、模型轉(zhuǎn)換以及模型仿真實(shí)驗(yàn)三部分。建立模型是指建立一個(gè)容易被計(jì)算機(jī)處理并能反應(yīng)所研究對(duì)象實(shí)質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)時(shí)間關(guān)系可以將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分為連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、混合時(shí)間動(dòng)態(tài)模型以及靜態(tài)模型等。

所謂的模型轉(zhuǎn)換是指利用適當(dāng)?shù)乃惴ㄒ约坝?jì)算機(jī)語(yǔ)言將數(shù)學(xué)模型抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，而這種形式所表現(xiàn)的就是“仿真模型”的內(nèi)容。

所謂的模型仿真實(shí)驗(yàn)是指按照預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)運(yùn)行被載入計(jì)算機(jī)中的仿真模型，從而得到一系列的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果【2】。

二、城市規(guī)劃中對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用主要包括在靜態(tài)渲染圖、固定路線的動(dòng)畫(huà)、交互式動(dòng)態(tài)的景觀仿真、復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

1、靜態(tài)渲染圖在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。靜態(tài)渲染圖的操作步驟是，首先，要給建筑物體建立一個(gè)三維幾何模型；其次，對(duì)模型表面的材料質(zhì)感加以設(shè)定，同時(shí)還要選定場(chǎng)景中合適的照明和采光等；最后，通過(guò)計(jì)算機(jī)在一個(gè)合適觀察角度將三維幾何模型渲染成單幅的靜態(tài)圖像，并將此靜態(tài)圖像顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上或者直接打印出來(lái)。在靜態(tài)渲染圖形成的過(guò)程中，可以將所渲染的圖形與現(xiàn)場(chǎng)拍攝的相片加以合成，或者在圖形中添加一些不一定存在的花、草、樹(shù)、人等圖像，以便使得建筑和背景之間的關(guān)系表現(xiàn)的更加充分逼真。同時(shí)，對(duì)建筑物體建立三維幾何模型時(shí)，還可以通過(guò)采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或輔助制圖來(lái)配合工作，從而減少設(shè)計(jì)者的工作量。此外，由于靜態(tài)渲染圖的視點(diǎn)被加以固定，所以為了減少創(chuàng)建模型的工作量，設(shè)計(jì)者可以盡量省略或簡(jiǎn)化那些被遮擋而不可視的物體【3】。

2、固定路徑的動(dòng)畫(huà)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。由于靜態(tài)渲染圖的視點(diǎn)被固定，所以在實(shí)際應(yīng)用中只適合于表示一個(gè)或者幾個(gè)建筑物體。而對(duì)于復(fù)雜多量的建筑物群，靜態(tài)渲染圖往往只能靠俯視來(lái)表達(dá)全景。依靠這種方法，顯然不能將復(fù)雜的室內(nèi)景觀或者大范圍的城市景觀充分展現(xiàn)在人們面前。由此，人們選擇將多幅靜態(tài)渲染圖同時(shí)串聯(lián)在一起，使之在計(jì)算機(jī)熒屏上連續(xù)播放，就形成了一種計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫(huà)模式。這種情境下，不僅可以讓觀察者在場(chǎng)景中有運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)，還能讓場(chǎng)景中的物體如車輛、水等也能夠運(yùn)動(dòng)。與靜態(tài)渲染圖相比，在制作動(dòng)畫(huà)時(shí)，需要適當(dāng)添加選擇合適的視點(diǎn)以及設(shè)置合適的觀察路徑等。其原理是，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)將關(guān)鍵的幀計(jì)算出來(lái)；然后以此關(guān)鍵幀作為基礎(chǔ)，運(yùn)用算法令中間的畫(huà)面自動(dòng)填補(bǔ)空缺，從而產(chǎn)生出動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)；最后，根據(jù)得到的動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)來(lái)播放動(dòng)畫(huà)畫(huà)面。由于固定路徑的動(dòng)畫(huà)涉及到結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、數(shù)量比較大的建筑物群，因此建立三維幾何模型的工作量同樣也極其龐大，所以對(duì)于一些遮擋而不可見(jiàn)的物體同樣也可忽略不計(jì)【4】。

3、交互式動(dòng)態(tài)的仿真在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)和空間過(guò)于復(fù)雜的建筑或城市景觀，動(dòng)畫(huà)和觀察路徑已經(jīng)不能夠加以完整表達(dá)。這時(shí)，人們可以應(yīng)用交互式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的景觀仿真技術(shù)來(lái)完成目標(biāo)。交互是指觀察者能夠任意靈活調(diào)整并控制所觀察的視點(diǎn)、方向以及位置等。而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)是指計(jì)算機(jī)能夠依照觀察者任意選擇的視角以及位置而立即生出渲染圖。采用交互式動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，其中觀察者的自由度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)畫(huà)，因此，需要向計(jì)算機(jī)中輸入大量的物體，在無(wú)形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得計(jì)算機(jī)的計(jì)算量以及圖形數(shù)據(jù)處理量呈幾何倍增。所以，動(dòng)態(tài)交互式仿真技術(shù)一方面對(duì)計(jì)算機(jī)硬件性能的要求非常高，另一方面還需要大量的幾何形體輸入。

目前簡(jiǎn)化三維幾何模型、降低計(jì)算量和建模工作量來(lái)實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)態(tài)仿真效果的方式主要有縱向拉伸和基于圖像的環(huán)視仿真兩種【5】。

縱向拉升，又被稱為二維半或者準(zhǔn)三維模型，它是將復(fù)雜的地形進(jìn)行縱向拉升或者把建筑的平面圖轉(zhuǎn)化成立體體塊并保證其垂直方向不變。通過(guò)這種三維的簡(jiǎn)化模型，只需采用建筑物的平面圖及其相應(yīng)高度或者復(fù)雜地面若干關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，就可以讓計(jì)算機(jī)軟件依據(jù)已知數(shù)據(jù)自發(fā)生成立體簡(jiǎn)化幾何模型，并且可以保證其仿真效果與全三維模型相同。

基于圖像的環(huán)視仿真是指，基于某一固定點(diǎn)，對(duì)其周圍的景觀環(huán)繞360°加以攝影，并將這些不連續(xù)的圖像用計(jì)算機(jī)整合在一起，形成一個(gè)閉合的360°全景，最后通過(guò)熒屏顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)時(shí)，可以先將所要設(shè)計(jì)的建筑或物體制成一個(gè)靜態(tài)渲染圖，然后將其嵌入所攝的圖像之內(nèi)，便可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景與規(guī)劃和設(shè)計(jì)的建筑或物體相互融合。

4、復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，人依靠鼠標(biāo)或者操縱桿來(lái)完成觀察角度、位置以及方向的調(diào)整。這里還有許多種控制觀察的方法來(lái)提高觀察者與景觀兩者間的交互性，如可以讓觀察者戴上過(guò)濾眼鏡觀察水平方向兩相鄰視點(diǎn)的圖像，還可以讓觀察者戴上傳感頭盔來(lái)感應(yīng)改變觀察視覺(jué)角度而產(chǎn)生的渲染圖，或者可以讓觀察者戴上傳感手套來(lái)向計(jì)算機(jī)傳達(dá)設(shè)計(jì)指令，亦或者可以讓觀察者穿上傳感鞋來(lái)實(shí)現(xiàn)人在場(chǎng)景中步行的模擬等等。

三、城市規(guī)劃中對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用的意義

1、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠使方案設(shè)計(jì)及審批效率得到提高。通過(guò)在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)者在審查過(guò)程中通過(guò)模擬穿行和觀察計(jì)劃方案，隨時(shí)將視點(diǎn)停留在重點(diǎn)地段，對(duì)該方案以及周圍環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行多方向探討審查，從而保證設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成三維幾何模型，符合方案規(guī)劃審批的要求，大大提高了審批的效率。

2、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以從多角度對(duì)城市建設(shè)發(fā)展的問(wèn)題加以分析。利用仿真技術(shù)，可以結(jié)合城市發(fā)展建設(shè)的現(xiàn)狀，對(duì)城市的不同地區(qū)以及不同發(fā)展階段加以合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并形成跟蹤模型，從而避免由于規(guī)劃失誤而造成的城市建設(shè)的缺憾【6】。

3、在城市規(guī)劃中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃信息的準(zhǔn)確定位和管理公開(kāi)。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的三維幾何模型，可以有效對(duì)城市空間信息加以分析，并對(duì)城市管理工作加以準(zhǔn)確定位。同時(shí)，還能將這種規(guī)劃的三維幾何模型到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃政務(wù)工作的公開(kāi)展示。

結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)在城市規(guī)劃中應(yīng)用靜態(tài)渲染圖、固定路徑的動(dòng)畫(huà)、交互式動(dòng)態(tài)的仿真以及復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，創(chuàng)建城市真實(shí)數(shù)字化模型的三維可視環(huán)境，令設(shè)計(jì)者身臨其境，從而很大一定程度提高了設(shè)計(jì)審批的效率，同時(shí)還可以從多角度對(duì)城市建設(shè)發(fā)展方向加以分析，并能實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的政務(wù)公開(kāi)，從而起到宣傳展示規(guī)劃方案的效果。

參考文獻(xiàn)

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虛擬仿真技術(shù)方案范文6

關(guān)鍵詞:虛擬仿真;教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號(hào):TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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

虛擬仿真技術(shù)是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是先進(jìn)的人―計(jì)算機(jī)接口技術(shù),其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)三維的、基于感知信息的臨場(chǎng)環(huán)境。人可以參與和控制環(huán)境,同時(shí)環(huán)境能夠?qū)θ说目刂菩袨樽龀鰟?dòng)態(tài)的交互反應(yīng)。系統(tǒng)仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而形成的新興學(xué)科,它是通過(guò)建立真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,利用計(jì)算機(jī)來(lái)達(dá)成對(duì)系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計(jì)等目的。目前,虛擬仿真技術(shù)在軍事、教育、醫(yī)學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。在教育教學(xué)領(lǐng)域,虛擬仿真技術(shù)能夠進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)操作的模擬,具有經(jīng)濟(jì)性好、安全性高以及可重復(fù)等多種優(yōu)勢(shì),已經(jīng)開(kāi)始替代某些費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)的真實(shí)試驗(yàn)和教學(xué)演示,對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊,引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生一系列深刻的變化。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的概念

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、系統(tǒng)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造輔助實(shí)驗(yàn)、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各個(gè)操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)是建立在一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境(仿真平臺(tái))之上,其重點(diǎn)關(guān)注的是實(shí)驗(yàn)操作的交互性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性,因此,在虛擬實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)設(shè)備上,實(shí)驗(yàn)者可以完全像在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,所進(jìn)行的操作就像是在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的,并且能夠取得不低于或者超出在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中或者在真實(shí)設(shè)備上所取得的實(shí)驗(yàn)效果。尤其對(duì)于一些對(duì)經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地和器材等方面都要求較高的實(shí)驗(yàn),虛擬實(shí)驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。尤其隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)更是突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)間和空間”方面的限制,不論是實(shí)驗(yàn)者還是指導(dǎo)教師都可以方便的上網(wǎng)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展極大的促進(jìn)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的進(jìn)行。

三、虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)和實(shí)例分析

(一)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模型

虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)主要建立在對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的仿真上,包括對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)體仿真以及實(shí)驗(yàn)對(duì)象內(nèi)部的數(shù)學(xué)仿真,對(duì)應(yīng)的仿真模型是實(shí)體模型和數(shù)學(xué)模型,具體的模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)

在這樣的模型結(jié)構(gòu)中,實(shí)體模型的優(yōu)劣程度直接影響虛擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感與交互性,而數(shù)學(xué)模型的精確程度則影響著實(shí)驗(yàn)的效果和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬中,為了逼真地模擬出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,使實(shí)驗(yàn)儀器和元器件等對(duì)象在外形上與操作上都具有真實(shí)感,一般采用三維建模技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景和實(shí)體的建模。對(duì)于數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建,則是依據(jù)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系機(jī)制,依據(jù)成熟的理論和模型在分系統(tǒng)之間建立確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,對(duì)于不同的虛擬實(shí)驗(yàn)類型,一般具有不同的數(shù)學(xué)模型。

(二)微機(jī)接口電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的虛擬仿真設(shè)計(jì)實(shí)例

下面介紹了基于虛擬仿真技術(shù)建立的微機(jī)接口電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。傳統(tǒng)微機(jī)接口電路實(shí)驗(yàn)中,需要專門(mén)的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備與普通微機(jī)相連,實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程是在微機(jī)中利用asm等工具軟件進(jìn)行接口實(shí)驗(yàn)程序的調(diào)試操作。其基本過(guò)程如圖2所示。

圖2微機(jī)接口電路“半虛擬化”設(shè)計(jì)方案

對(duì)這一基本實(shí)驗(yàn)采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)該主要針對(duì)“專用硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái)”進(jìn)行虛擬化設(shè)計(jì),其實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)軟件與虛擬的接口電路之間進(jìn)行虛擬“連接”。利用Windows對(duì)底層硬件設(shè)備的管理和訪問(wèn)控制方法,可以設(shè)計(jì)專門(mén)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(VxD)軟件來(lái)代替外部的實(shí)驗(yàn)接口電路。具體的應(yīng)用技術(shù)和設(shè)計(jì)方法如圖3。

圖3虛擬硬件接口電路實(shí)現(xiàn)方法

(三)虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中應(yīng)用需要注意的問(wèn)題

隨著虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛,在具體實(shí)踐中也需要注意兩個(gè)問(wèn)題:首先,注意強(qiáng)化虛擬仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。多媒體技術(shù)具有直觀、逼真的視覺(jué)效果,有利于構(gòu)建和營(yíng)造逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,要充分利用、虛擬技術(shù)來(lái),營(yíng)造逼真的訓(xùn)練工作環(huán)境,仿真技術(shù)則通過(guò)建立真實(shí)的數(shù)學(xué)模型,能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真,這兩者之間的融合,有利于構(gòu)建真實(shí)環(huán)境下的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái),實(shí)現(xiàn)虛擬與仿真的無(wú)縫聯(lián)接。其次,根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)確定虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和仿真工具。虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)該注意將實(shí)驗(yàn)工程環(huán)境的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程開(kāi)發(fā)進(jìn)行結(jié)合,一般把仿真過(guò)程主要在后臺(tái)運(yùn)行,強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性和可靠性,而具體的實(shí)驗(yàn)工程環(huán)境的運(yùn)行作為前臺(tái),強(qiáng)調(diào)真實(shí)性和高仿真性。因此需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求加以側(cè)重。

三、結(jié)束語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),是對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充、完善和擴(kuò)展,能夠保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中具有良好的開(kāi)放性和具有真實(shí)感的交互,必將引發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的深刻變化,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)也將成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn):