虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)精選(九篇)

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第1篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

[關(guān)鍵詞]游戲引擎；機(jī)械動力仿真；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

中圖分類號：TP391.9；TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）33-0225-02

一、引言

三維游戲由于引擎技術(shù)在建模技術(shù)、物理引擎技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境的高質(zhì)量實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、動畫技術(shù)、人工智能技術(shù)、對象的行為控制技術(shù)等各方面不斷的完善和強(qiáng)大，已經(jīng)極大地引起了人們的關(guān)注和重視。游戲引擎不再僅用于游戲娛樂產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，更多的滲透到了教育軟件開發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、動畫影視（特技）制作、軍事訓(xùn)練、實(shí)時(shí)模擬等人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。極大地改變了人們的生活方式和思維方式。

游戲引擎技術(shù)尤其物理引擎技術(shù)不斷的研究發(fā)展，讓我們意識到仿真虛擬機(jī)械動力的可能性。利用游戲引擎虛擬機(jī)械運(yùn)動，將為開發(fā)教育游戲中的虛擬物理實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上數(shù)字科技館、娛樂型游戲中的機(jī)械道具和多樣化游戲任務(wù)等具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

傳統(tǒng)的機(jī)械動力仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然在一定程度上也能虛擬機(jī)械的運(yùn)動，但是由于那些技術(shù)不可避免的弊端對機(jī)械動力仿真技術(shù)應(yīng)用在其他領(lǐng)域形成了瓶頸。傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)仿真技術(shù)缺乏交互性，設(shè)計(jì)復(fù)雜，表現(xiàn)單調(diào)。隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的滲入，以VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言）或Cult3D為代表的技術(shù)給機(jī)械仿真領(lǐng)域帶來了交互性，但是由于傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)固有的特性，如運(yùn)動行為的硬編碼、交互性差、畫面不流暢、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等，使得基于游戲引擎技術(shù)虛擬機(jī)械動力的技術(shù)具有很大的優(yōu)勢和更大的發(fā)展前景。

本論文研究的技術(shù)充分利用了游戲平臺的優(yōu)勢，它不僅具有傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所有的優(yōu)點(diǎn)，而且具有3D游戲般的交互性和逼真的動力學(xué)模擬。從開發(fā)角度而言，游戲引擎的實(shí)時(shí)渲染能力、快速的計(jì)算能力、組件化、可重用性以及面向?qū)ο蟮木幊谭绞降?，都使得?yīng)用游戲引擎成為一種非常便捷和有效的仿真技術(shù)手段。本文描述了利用游戲引擎模擬簡單的機(jī)械動力實(shí)例的核心技術(shù)。

二、機(jī)械動力仿真技術(shù)研究背景

概念設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的最初階段，主要目的是獲得產(chǎn)品的本質(zhì)形狀。[3]機(jī)械仿真技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械工業(yè)概念設(shè)計(jì)注入了新的活力。計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理能力的提高為機(jī)械系統(tǒng)的仿真提供了更好的基礎(chǔ)。

我國機(jī)械系統(tǒng)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助工具多數(shù)是AutoCAD， Pro/E， Solid Works， Solid Edge， 3D MAX等2D和3D軟件，此類建模軟件含有大量的圖形文件，容量較大，不利于網(wǎng)上傳輸和遠(yuǎn)程控制。同時(shí)這種方式建立的三維模型是靜態(tài)的，動畫是設(shè)計(jì)者事先設(shè)計(jì)好的一副副二維動畫，用戶只是被動的接受，而不能按照自己的意愿進(jìn)行實(shí)時(shí)交互式仿真。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種更為人性化的交互技術(shù)，近幾年來逐漸滲透到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸特征、交互特征和構(gòu)想特征，剛好彌補(bǔ)了上述傳統(tǒng)方法的不足。因此，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)成為必然。傳統(tǒng)的機(jī)械仿真都是代碼編寫控制的運(yùn)動效果，沒有實(shí)現(xiàn)通過物體間力的作用而讓物體產(chǎn)生運(yùn)動，所以不免比較生硬，不能具有可復(fù)用性和柔性。

綜上可知，機(jī)械工業(yè)虛擬仿真技術(shù)由于其復(fù)雜性、綜合性決定了開發(fā)的困難，因此勢必需要一些工具來輔助開發(fā)，游戲引擎由于其本身的特點(diǎn)，成為開發(fā)機(jī)械工業(yè)虛擬系統(tǒng)的有力工具。

三、游戲引擎技術(shù)

1.三維游戲引擎

一般而言，三維游戲引擎包括：引擎內(nèi)核、三維圖形引擎、物理引擎、人工智能系統(tǒng)、3D模型和圖像庫、網(wǎng)絡(luò)引擎、輸入系統(tǒng)。三維游戲引擎中各子系統(tǒng)關(guān)系可由（圖1）表示。

2.游戲引擎技術(shù)的優(yōu)勢

（1）利用游戲引擎可以簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時(shí)間，降低制作成本。

（2）游戲引擎中強(qiáng)大的物理引擎為該機(jī)械動力仿真系統(tǒng)提供了保障，這也是不同于其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的閃光點(diǎn)。

（3）該游戲引擎能快速嵌入到網(wǎng)頁中運(yùn)行，因此，極大的活躍了網(wǎng)頁式三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的三維網(wǎng)頁虛擬技術(shù)在WEB中運(yùn)行效果不是很好，運(yùn)行緩慢，效果單調(diào)，交互性差，游戲引擎技術(shù)的支持在一定程度上可彌補(bǔ)這些不足。

（4）游戲引擎的最大特點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)渲染，這樣使得開發(fā)者可以及時(shí)瀏覽和調(diào)整系統(tǒng)。Unity3D游戲引擎甚至可以支持在程序運(yùn)行時(shí)改動場景中物體的屬性。這樣的實(shí)時(shí)性改變，使得開發(fā)者能迅速獲得最佳的設(shè)置效果值。

（5）基于游戲引擎技術(shù)開發(fā)的機(jī)械動力仿真系統(tǒng)，具有游戲般的交互能力，活躍了機(jī)械展示的表達(dá)方式。

（6）在游戲引擎平臺上的二次編程代碼被稱為“腳本”，大多數(shù)腳本語言都是面向?qū)ο蟮木幊烫攸c(diǎn)，具有封裝、多態(tài)、可復(fù)用性等特性。簡單易學(xué)，使虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)者易于開發(fā)應(yīng)用。

四、主要結(jié)論

3D游戲引擎技術(shù)最大的特點(diǎn)就是它把一個(gè)程序中可以重復(fù)利用的部分，以精巧的模塊組織起來，將其規(guī)格化、最佳化，以利于程序重用技術(shù)。利用引擎不僅可以開發(fā)出“景物真實(shí)、動作真實(shí)、感覺真實(shí)”的三維系統(tǒng)，更重要的是利用它我們可以節(jié)省大量的人員和資金，簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時(shí)間，降低制作成本，并且游戲引擎普遍具有的FPS（First Person Shooting第一人稱射擊游戲）特性，這一特點(diǎn)可以巧妙的應(yīng)用于交互設(shè)計(jì)中。游戲引擎的實(shí)時(shí)渲染、動態(tài)編譯和可視化編輯功能有效解決了傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中存在的渲染耗費(fèi)時(shí)間和硬件成本的問題。

3D游戲引擎最吸引人的是它的強(qiáng)大的PhysX物理引擎和真實(shí)的圖形渲染引擎。強(qiáng)大的功能會提升研究的成功性。從開發(fā)方面考慮，該引擎的腳本語言近似c#或javascript，使得開發(fā)輕車熟路，而且腳本是動態(tài)編譯的，運(yùn)行速度和匯編接近，不會因?yàn)槟_本的問題而影響系統(tǒng)的執(zhí)行效率。從方面考慮，該引擎支持跨平臺，而且用該引擎開發(fā)的作品可以通過網(wǎng)頁直接運(yùn)行，是3D虛擬現(xiàn)實(shí)作品輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁漫游的良好解決方案。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；醫(yī)學(xué)；實(shí)踐操作

中圖分類號：G642.0 ？搖文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）39-0043-03

隨著高等教育改革的不斷深化，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到場地、設(shè)備、師資等眾多因素的限制，極大地制約著學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新興的虛擬仿真技術(shù)在高等學(xué)校教學(xué)、實(shí)驗(yàn)中向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及互動化等方向發(fā)展，可以發(fā)展現(xiàn)代教育思想、提高教學(xué)水平、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及優(yōu)化教學(xué)過程，從而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力。虛擬仿真化教學(xué)模式可以極大地克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的一些弊端，必將成為現(xiàn)代化高等教育的重要途徑和方式之一，并在飛速發(fā)展的信息化時(shí)代日趨完善和成熟，承擔(dān)起培養(yǎng)現(xiàn)代化創(chuàng)新人才的重任。

一、虛擬仿真教學(xué)平臺

虛擬仿真（Virtual Reality，VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有交互性、真實(shí)性以及多感知性等特點(diǎn)。其以計(jì)算機(jī)軟件及硬件為基礎(chǔ)，相關(guān)的技術(shù)手段為輔助，通過對己知或未知世界的仿真，使人獲得真實(shí)感受的一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以依靠計(jì)算機(jī)的圖形處理進(jìn)行圖像再現(xiàn)，與傳統(tǒng)的圖像再現(xiàn)手段，如電影、電視以及DV等相比，有著本質(zhì)的飛躍。虛擬仿真技術(shù)對于圖像的再現(xiàn)不僅僅局限在對實(shí)物的再現(xiàn)，它更多地被應(yīng)用在超現(xiàn)實(shí)畫面的再現(xiàn)上。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，虛擬仿真技術(shù)已普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如訓(xùn)練、教學(xué)、仿真、娛樂、遙控操作以及模擬預(yù)測等方面。[4]現(xiàn)階段，盡管虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)諸多，越來越受教育界所青睞，但是虛擬仿真教學(xué)平臺在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段。如果能將虛擬仿真技術(shù)成功地運(yùn)用到醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，勢必會具有廣闊的發(fā)展前景。

二、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育引入虛擬仿真教學(xué)平臺的迫切性

醫(yī)學(xué)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)室操作和臨床實(shí)習(xí)貫穿著整個(gè)教學(xué)的過程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的優(yōu)良與否直接關(guān)系到學(xué)生們能否掌握好該門課程。心理學(xué)家瑞特拉研究表明，同樣的知識采用不同的教學(xué)方式呈現(xiàn)時(shí)，其效果有著顯著的差異，采取對不同感官進(jìn)行多方面的刺激，所達(dá)到的記憶效果會有所不同。因此，現(xiàn)代教育技術(shù)有必要把多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)等進(jìn)行綜合運(yùn)用并引入課堂，虛擬各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)環(huán)境；充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的集成性、交互性和控制性，生動形象地展示教學(xué)內(nèi)容，綜合處理超文本、圖形、圖像、動畫、視頻、聲音等多媒體信息，展現(xiàn)那些在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過程?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育也是如此，虛擬仿真教學(xué)平臺正是在現(xiàn)代教育思想的指導(dǎo)下，使用新技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法的嘗試。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程中，醫(yī)學(xué)生只有通過足夠的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練操作才能獲得必要的綜合技能，并初步具備一定的臨床實(shí)際工作能力。在虛擬仿真技術(shù)平臺中，教師能夠采用“做中學(xué)”的教學(xué)模式，多種媒介的信息同時(shí)作用于學(xué)生的各個(gè)感官，有助于提高學(xué)生的理解能力和實(shí)踐能力，直到形成合適的行為模式以及行為系統(tǒng)。同時(shí)，循序漸進(jìn)的教學(xué)過程也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。三維虛擬仿真教學(xué)平臺的引入，可對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育起到很大的促進(jìn)和推動作用。虛擬仿真教學(xué)平臺和虛擬課堂系統(tǒng)相結(jié)合，能夠突破課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的制約，打破時(shí)間和空間的局限性，充分發(fā)揮學(xué)生的自覺性，利用其各自適合的時(shí)間在本地計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)過程，為學(xué)生提供真正“開放性”的教學(xué)環(huán)境。但是，由于虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。[7]同時(shí)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域又有著極強(qiáng)的專業(yè)性，其專業(yè)技術(shù)的要求比較高；另一方面，人體是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，即使超大型的計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)也與醫(yī)學(xué)的模擬要求有相當(dāng)?shù)牟罹唷，F(xiàn)階段，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用仍處于比較早期的純畫面展示類型，僅僅是將傳統(tǒng)的圖片、圖譜變成了3D動畫，缺乏應(yīng)有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的觀看。因此，有必要在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)中引入虛擬仿真教學(xué)平臺，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢。

三、虛擬仿真教學(xué)平臺在醫(yī)學(xué)教育中的優(yōu)勢

醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺環(huán)境是虛擬仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)教學(xué)實(shí)踐高級復(fù)雜的結(jié)合，是信息化教學(xué)的高級應(yīng)用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展、軟硬件性價(jià)比的大幅度提高，醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)正逐漸從科研院所、實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H的臨床教學(xué)應(yīng)用中，有著傳統(tǒng)教學(xué)手段所沒有的眾多優(yōu)勢。

1.虛擬仿真教學(xué)平臺運(yùn)用計(jì)算機(jī)全面仿真臨床中現(xiàn)實(shí)的世界，為醫(yī)學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，在虛擬環(huán)境中模擬給患者進(jìn)行操作。例如在口腔醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，由于口腔視野狹窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、與顱頜面又是一個(gè)整體，學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能比較困難。然而醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，利用仿真軟件進(jìn)行現(xiàn)場模擬構(gòu)建，使教學(xué)活動更加生動形象、直觀易懂，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和提高教學(xué)的效率。

2.虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠使學(xué)生們主動成為虛擬教學(xué)環(huán)境中的一名參與者，不僅僅成為教學(xué)“教”的工具，也起到與“學(xué)”的互動作用。這對調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性、突破教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生的臨床操作技能都將起到積極的作用。同時(shí)，虛擬仿真教學(xué)平臺可以解決許多真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)不了的困難，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中接受多感官的刺激，并進(jìn)行具體操作、感受和體驗(yàn)，更容易調(diào)動學(xué)生的情感參與，將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，留下深刻的記憶，以提高學(xué)習(xí)效率。

3.虛擬仿真教學(xué)平臺提供開放性的實(shí)驗(yàn)平臺，能夠解除課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間、地點(diǎn)的限制，打破時(shí)間和空間的局限性，充分發(fā)揮學(xué)生的自覺性，利用其各自適合的時(shí)間在本地計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)過程，為學(xué)生提供真正“開放性”的教學(xué)環(huán)境。在課堂上沒能按要求通過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生可以在課余時(shí)間利用網(wǎng)上虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)踐操作訓(xùn)練。

4.虛擬仿真教學(xué)平臺為學(xué)生提供平等的實(shí)踐操作資源。實(shí)驗(yàn)室操作與實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過程中起著舉足輕重的作用，能夠促使學(xué)生將所學(xué)知識進(jìn)行靈活運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生掌握規(guī)范操作的技能技巧，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和動手操作的能力。由于醫(yī)學(xué)院校教學(xué)條件依然存在其多變性、復(fù)雜性等客觀原因，各個(gè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)環(huán)境存在一定的差異，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，使教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源共享，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室資源的不足。

5.虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用還能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中節(jié)約相當(dāng)?shù)某杀?。在虛擬系統(tǒng)中訓(xùn)練可以為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐操作奠定一定的基礎(chǔ)，能在實(shí)踐中收獲更多，體會更加深刻。其次，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)也可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件下無法完成的實(shí)驗(yàn)操作，或由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴而難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。因此，虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合也是合理地利用、開發(fā)教育資源的一種途徑。盡管計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)與臨床醫(yī)學(xué)中的模擬要求還有相當(dāng)?shù)牟罹啵且部梢宰鳛獒t(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作訓(xùn)練的另一種補(bǔ)充。通過運(yùn)用形象、直觀、生動的現(xiàn)代教育技術(shù)手段為學(xué)生們創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，開拓教育信息交流的新渠道，使課堂教學(xué)具有交互性，其組織形式更加豐富和完善，可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動性、獨(dú)立性和創(chuàng)造性，讓他們盡快熟練掌握臨床操作技能。

四、虛擬仿真教學(xué)平臺在醫(yī)學(xué)教育中的前景

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作與實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)也將不斷推陳出新，給教育的發(fā)展和改革帶來了機(jī)遇、動力和挑戰(zhàn)。虛擬仿真教學(xué)平臺為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)既先進(jìn)又靈活的環(huán)境，可以鍛煉學(xué)生的獨(dú)立構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣，對提高教育技術(shù)水平、改善教學(xué)及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程、提高教學(xué)效率、節(jié)約教學(xué)成本、加速培養(yǎng)現(xiàn)代化的醫(yī)學(xué)專業(yè)技術(shù)人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并將推動學(xué)科研究，促進(jìn)教學(xué)改革。

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第3篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真技術(shù) 運(yùn)動生理學(xué) 實(shí)驗(yàn) 立體化

[中圖分類號]G712 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）06-0236-02

運(yùn)動生理學(xué)主要是研究人體在體育活動和運(yùn)動訓(xùn)練影響下機(jī)體在結(jié)構(gòu)和機(jī)能方面的各種變化，探索人體在運(yùn)動過程中機(jī)能變化的規(guī)律，以及形成和發(fā)展運(yùn)動技能的生理學(xué)規(guī)律，探討人體運(yùn)動能力發(fā)展和完善的生理學(xué)機(jī)理，論證并確立各種科學(xué)的訓(xùn)練制度和訓(xùn)練方法。人體在體育活動和運(yùn)動訓(xùn)練影響下機(jī)體機(jī)能變化的動態(tài)數(shù)據(jù)是運(yùn)動生理學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因其變化的動態(tài)性和不易感知性，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來特別抽象，難以理解。單純的依據(jù)課本的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，就更加沒有說服力，極大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握的難度。在運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程是增加降低理論學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有效措施，但在目前的運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，由于受實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的采集與存放、試劑的調(diào)配與更新、實(shí)驗(yàn)器材的種類限制、教師預(yù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、場所與時(shí)間限制和一些復(fù)雜設(shè)備的影響等，很多實(shí)驗(yàn)課開展的效果并不理想，學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少并且缺乏說服力，后期重復(fù)實(shí)驗(yàn)更是無法獨(dú)立操作完成。很多大型實(shí)驗(yàn)由于沒有時(shí)間準(zhǔn)備預(yù)實(shí)驗(yàn)，教師操作的效果也不理想，開設(shè)運(yùn)動生理學(xué)大型實(shí)驗(yàn)的成本較高，耗費(fèi)人力、物力較大卻收效甚微，使學(xué)生深刻理解運(yùn)動生理學(xué)知識受到很大限制。

為了節(jié)約成本，很多學(xué)校就只開展幾個(gè)傳統(tǒng)型的簡單實(shí)驗(yàn)，但是最新的理論知識和科學(xué)研究，學(xué)生就難以接觸，且這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)由于脫離高端技術(shù)使學(xué)生難以對實(shí)驗(yàn)印象深刻。實(shí)驗(yàn)知識的匱乏也影響了學(xué)生獨(dú)立感知，自主研究的積極性，理論應(yīng)用起來更加捉襟見肘。因此，我們迫切需要一項(xiàng)技術(shù)既可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)成功率，又能使學(xué)生自主感知，自主鉆研，使學(xué)生得到專業(yè)便捷的技能訓(xùn)練，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。他不但簡化了實(shí)驗(yàn)課程準(zhǔn)備工作，而且高速的數(shù)據(jù)處理庫提高了實(shí)驗(yàn)的精確度和動態(tài)呈現(xiàn)機(jī)體對刺激反應(yīng)的敏感度，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，大量數(shù)據(jù)的多角度呈現(xiàn)，更加激起學(xué)生探索的欲望，可以說完美解決了運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)所必須的多項(xiàng)技術(shù)。

一、虛擬仿真技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，就是通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)在另一個(gè)占用空間比較小的、制作相對容易的虛擬系統(tǒng)中進(jìn)行模仿實(shí)現(xiàn)真實(shí)人機(jī)對話體驗(yàn)的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)越來越精良并逐步自成體系，成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。人投入到這種環(huán)境中，立即有“身臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，虛擬環(huán)境還能夠?qū)崟r(shí)地做出相應(yīng)的反應(yīng)。

虛擬仿真技術(shù)，是仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一種更高級的仿真技術(shù)。在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征，并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實(shí)體。實(shí)體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng)，也可用一些簡單的數(shù)學(xué)模型表示。實(shí)體在虛擬環(huán)境中相互作用，或與虛擬環(huán)境作用，以表現(xiàn)客觀世界的真實(shí)特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征，充分滿足了現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展需求。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)：首先虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的仿真引擎代替了實(shí)物，實(shí)驗(yàn)過程不再需要反復(fù)消耗標(biāo)本和試劑，且實(shí)驗(yàn)結(jié)束不需要廢料收集和處理，完美解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中所缺乏的節(jié)能和環(huán)保處理；第二，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)不再受到實(shí)驗(yàn)器材的限制，學(xué)生沒有理解的實(shí)驗(yàn)允許反復(fù)操作，增強(qiáng)了學(xué)生動手動腦的實(shí)踐能力，大型實(shí)驗(yàn)也省去了繁瑣的準(zhǔn)備過程，節(jié)約了教師的準(zhǔn)備工作；第三，虛擬仿真技術(shù)因其技術(shù)的成熟性，允許學(xué)生自我提升與拓展，課本之外的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以自主鉆研，不受材料限制，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)與思考的積極性。此外，虛擬仿真技術(shù)平臺還為學(xué)生提供在線測評功能，網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)模式，為學(xué)生自我鞏固與提升提供了一個(gè)良好空間，抓住了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)。

二、運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合

以前學(xué)校進(jìn)行的運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是通過課本理論的教授進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，然后再通過小白鼠、青蛙等動物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種探究方法單一而且讓學(xué)生很難完全信服。幾乎所有運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論，都來自觀察動物在運(yùn)動過程中的機(jī)能活動并對其因果關(guān)系的分析來實(shí)現(xiàn)。放到人體之后的結(jié)論顯得單薄而且缺乏說服力。另外，由于人力及物力資源的種種限制，實(shí)驗(yàn)課本身課時(shí)較短，很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身缺乏科學(xué)性和完整系統(tǒng)性，所以很多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與最終需要印證的結(jié)論相關(guān)性不符，做得有名無實(shí)。

近年來虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大提高了運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用廣度和深度，很多難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)經(jīng)過模式過程之后學(xué)生可以真切地感受到學(xué)習(xí)起來更加容易，記憶也更加深刻。將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是傳統(tǒng)教育手段與現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的創(chuàng)造性結(jié)合。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：多媒體展示的集成性、人機(jī)交互的操作性、大容量存儲的豐富性、高速傳輸?shù)谋憬菪浴⒊瑫r(shí)空交流的共享性等。

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)可以分為三個(gè)階段：一是初級階段，即學(xué)生剛開始接觸系統(tǒng)階段，這個(gè)時(shí)期學(xué)生對虛擬仿真系統(tǒng)還比較陌生，很多的功能還不熟悉，教師需要對學(xué)生加以引導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生的反饋對系統(tǒng)加以修改和調(diào)整，盡量達(dá)到彼此合作融洽；二是模塊建立階段，當(dāng)學(xué)生對系統(tǒng)有了初步的了解之后，就需要根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)對系統(tǒng)里面的實(shí)驗(yàn)加以增減和調(diào)整，做到既能滿足學(xué)生知識掌握，又可以達(dá)到能力提升效果，并將最前沿的知識嵌入實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓學(xué)生一起走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室觀摩也是很好的教學(xué)方式，觀摩過程中學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用會更加深刻，讓學(xué)生明白科學(xué)探索的過程其實(shí)就是知識應(yīng)用的過程，這個(gè)過程真正存在并不是遙不可及，培養(yǎng)起多思考多動腦的習(xí)慣；三是模塊應(yīng)用階段，即通過所學(xué)的知識，所做的實(shí)驗(yàn)，探究人體運(yùn)動生理學(xué)知識的運(yùn)用與開發(fā)，這個(gè)過程是一個(gè)開放的過程，根據(jù)每個(gè)人理解的不同，所能探索的結(jié)果也各有千秋，沒有標(biāo)準(zhǔn)的答案，探索永無止境。

例如在學(xué)習(xí)“人體安靜與運(yùn)動過程中心率和動脈血壓變化”課程時(shí)，單純的文字說明和表格對比雖然可以使學(xué)生直觀的看到數(shù)值的變化，但是體現(xiàn)在人體中的動態(tài)變化卻很難發(fā)現(xiàn)和感受。通過查閱大量文獻(xiàn)，進(jìn)行總結(jié)歸納，并通過計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)把實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容搬到理論課上，經(jīng)過文本、圖片、動畫、視頻、仿真空間體驗(yàn)等幾步的動態(tài)體感之后，讓學(xué)生直觀地觀察到人體從靜態(tài)到運(yùn)動再到運(yùn)動逐步加快的過程中心率和動脈血壓的直觀的、動態(tài)的、連續(xù)的變化過程，把實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與學(xué)生的多種感官相互關(guān)聯(lián)，把知識的傳授過程由被動的灌輸、被迫接受轉(zhuǎn)化為學(xué)生自己總結(jié)、歸納、探索，使學(xué)習(xí)過程變得快樂且學(xué)生更加容易接受。運(yùn)動的方法有好多種，速跑和慢跑是兩種不同的運(yùn)動方式，他所牽動的器官不同，達(dá)到的效果不同，學(xué)生為此進(jìn)行了一次愉快的辯論，最終大家都為自己的觀點(diǎn)鼓掌叫好。每種運(yùn)動背后都包含著大量的科學(xué)知識，合理的運(yùn)動就是最好的科學(xué)。

三、現(xiàn)狀與前景展望

實(shí)驗(yàn)課一定要“重視學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性”，一門課程的學(xué)習(xí)，結(jié)果只是一方面，重視學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的參與度和知識獲得過程，才是我們教學(xué)的目的。對于運(yùn)動生理學(xué)的掌握我們完全可以直接告訴學(xué)生結(jié)果：做擴(kuò)胸訓(xùn)練有助于增加肺活量，做引體向上可以鍛煉背闊肌，仰臥起坐可以鍛煉腹肌，等等，我們單純的教授完畢對學(xué)生有什么效果呢？他的擴(kuò)胸運(yùn)動很到位，肺活量大有增加；他的引體向上很到位，卻導(dǎo)致了肌肉拉傷；他的仰臥起坐連貫而有力，卻導(dǎo)致脊柱受損……這種風(fēng)險(xiǎn)不僅對普通人是存在的，而且對那些經(jīng)常鍛煉的人亦然?，F(xiàn)代人的養(yǎng)生觀念很強(qiáng)，每個(gè)人都需要運(yùn)動，但是運(yùn)動也需要講究技巧與方法，我們學(xué)習(xí)運(yùn)動生理學(xué)的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，解放了學(xué)生的思想，相應(yīng)的研究過程中碰到的問題也就越多，為了滿足學(xué)生探索的需求與我們?nèi)粘Ｃ媾R的挑戰(zhàn)，我們的路任重而道遠(yuǎn)。

隨著人們對虛擬仿真技術(shù)的逐步完善，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，下一步我們將搜集更多的文字、圖片、音頻、動畫等素材，組建更多的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，讓虛擬仿真技術(shù)更好地服務(wù)于運(yùn)動生理學(xué)及各個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)，尤其是以后更可以豐富中小學(xué)課堂的教學(xué)課堂。通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用讓學(xué)生處于一種多層次、多角度、立體化的學(xué)習(xí)空間中，直觀真切地感受到外部因素變化對身體的影響，改善了學(xué)生對體育運(yùn)動的理解形式，提高了運(yùn)動生理學(xué)課程的趣味性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，也提高了學(xué)習(xí)效率。虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必將使運(yùn)動生理學(xué)迎來新的生機(jī)和活力，根據(jù)教師的指導(dǎo)得到更加專業(yè)的技能訓(xùn)練，使人們更加科學(xué)的通過體育訓(xùn)練，改善人體技能，提高身體素質(zhì)。

四、小結(jié)

體育學(xué)科是一門理論與實(shí)踐完美結(jié)合的基礎(chǔ)學(xué)科，越來越受到學(xué)生及普通民眾的歡迎。運(yùn)動生理學(xué)作為體育科學(xué)的輔助學(xué)科也是一門非常重要的理論課程，他主要研究人體在體育活動和運(yùn)動訓(xùn)練影響下機(jī)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)能的動態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而探討出完善人體運(yùn)動能力發(fā)展的科學(xué)機(jī)理，指導(dǎo)人們科學(xué)準(zhǔn)確的完成各種訓(xùn)練。虛擬仿真技術(shù)作為一門理論與科學(xué)結(jié)合的科學(xué)手段，極大地提高了運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的可操作性和趣味性，滿足了當(dāng)前運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作需求，可以加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識，使學(xué)生通過豐富多彩的教學(xué)手段，多層次、多角度、立體化、真實(shí)化的得到專業(yè)便捷的技能訓(xùn)練，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和鞏固，提高學(xué)習(xí)的效率和應(yīng)用的直觀性，更加深刻地理解所研究的內(nèi)容和意義，從而提高運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的應(yīng)用效果。

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第4篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 仿真技術(shù) 課堂教學(xué)

【中圖分類號】G623 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）01-0228-02

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對模型進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，眾多學(xué)校為提高教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化校園硬件水平，現(xiàn)代化水平紛紛引進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，并取得了顯著的效果，本文主要在對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究后權(quán)衡其優(yōu)劣勢并從技術(shù)上給予指導(dǎo)以求這項(xiàng)技術(shù)能更廣泛的普及。

1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)的價(jià)值

1.1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)特色

①參數(shù)的靈活性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的這一特性能確保隨著課程數(shù)據(jù)加工分析、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的轉(zhuǎn)變其系統(tǒng)都能提供點(diǎn)對點(diǎn)的服務(wù)，從而在運(yùn)行成本低，處理穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可控的實(shí)驗(yàn)利用。

②數(shù)據(jù)加工效率高。有計(jì)算機(jī)運(yùn)行做保障，對于數(shù)據(jù)的分析加工時(shí)間相當(dāng)短。能及時(shí)提供參考模板，節(jié)約可利用的時(shí)間。

③運(yùn)行穩(wěn)定可靠。與人工數(shù)據(jù)處理不同之處在于只要系統(tǒng)程序安排在正確范圍內(nèi)，其運(yùn)行得到的數(shù)據(jù)精確度幾乎是不容質(zhì)疑的。

④仿真接近實(shí)物。與實(shí)物模型不同的是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)下仿真的實(shí)物更接近于現(xiàn)實(shí)事物，且反正費(fèi)用低，適合重復(fù)使用。

1.2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)的取得良好效果

①學(xué)生的知識掌握程度提高。傳統(tǒng)教學(xué)中教師將實(shí)物模型展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生大部分時(shí)間只能接受事物的外觀，對于其結(jié)構(gòu)原理只能通過死背硬記的方式掌握，當(dāng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂之后，學(xué)生不僅能從各個(gè)角度觀察模型且能觀察事物內(nèi)部的構(gòu)造，這樣原理性質(zhì)等知識將被學(xué)生以極快的速度接受，在這種情況下學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和掌握程度迅速提高。

②學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到提高。仿真技術(shù)通過虛擬的方式將學(xué)生之前親眼看過的物體通過抽象的表現(xiàn)形式更具體科學(xué)的呈現(xiàn)出來，通常情況下，學(xué)生會迅速與其建立陌生感并產(chǎn)生濃厚興趣，在積極的興趣引導(dǎo)下，學(xué)生通常能舉一反三，有利于活躍課堂達(dá)到高于教學(xué)目標(biāo)的效果。

③節(jié)約教師備課時(shí)間以及教學(xué)成本。傳統(tǒng)教學(xué)中對于課程的進(jìn)行往往需要借助由大量資金購買的模型儀器，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的介入使這一傳統(tǒng)教學(xué)任務(wù)中不可或缺的一部分取締了，代之的則是靈活多變且可以重復(fù)利用的虛擬設(shè)備，通過虛擬的技術(shù)使學(xué)生單獨(dú)接觸儀器設(shè)備的機(jī)會增加了，達(dá)到了事半功倍的效果。

④計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用在課堂教學(xué)中更安全人性化。這一方面體現(xiàn)在便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境上，虛擬的模型設(shè)備供所有人使用學(xué)習(xí)，使過去的狼多肉少局面消除了。另外對于一些例如電力、機(jī)械課程中應(yīng)用這一技術(shù)能減少學(xué)生實(shí)際體驗(yàn)中出現(xiàn)的偶然性危險(xiǎn)問題，使學(xué)生在安全穩(wěn)定的環(huán)境中學(xué)習(xí)[1]。

2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂的注意事宜及避免

①要具體問題具體分析，結(jié)合課程需要選擇仿真系統(tǒng)軟件切不可胡子眉毛一把抓。在系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)操作過程中一定要確保數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確無誤，防止因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)字或程序順序的錯誤導(dǎo)致整個(gè)軟件的失控甚至癱瘓。

②仿真模型等課程的課時(shí)安排應(yīng)適當(dāng)。對于機(jī)械、建筑等行業(yè)的課堂，其學(xué)習(xí)一方面來源于課堂的學(xué)習(xí)另一方面也是最主要的來源于實(shí)地的操作，所以合理規(guī)劃二者的時(shí)間是必要的，既要保證學(xué)生對于理論知識的熟稔掌握還要確保學(xué)生在實(shí)踐過程中掌握具體的操作技巧[2]。

③要嚴(yán)格規(guī)范操作系統(tǒng)。事實(shí)表明，由于計(jì)算機(jī)的普及，人們對于計(jì)算機(jī)的操作程序越來越不規(guī)范，不僅出現(xiàn)在隨意處理硬件上，例如多規(guī)格硬件裝配的現(xiàn)象，對于仿真系統(tǒng)設(shè)備一定要規(guī)范使用以延長其使用壽命，另一方面也能保證其精確度。

3.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂的利弊分析

由上述我們看到實(shí)施中取得了良好的效果，也存在需進(jìn)一步克服改進(jìn)的方面，這有待學(xué)校實(shí)施者本著實(shí)事求是的態(tài)度、科學(xué)的精神，在實(shí)踐中不斷探索不斷改進(jìn)，使之越來越完善。

4.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂的發(fā)展展望

①多媒體化及網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高并伴隨著相應(yīng)的法律法規(guī)的進(jìn)步，資源的共享成為了可能。一般情況講，仿真軟件系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用是高昂的，且用于不同行業(yè)的系統(tǒng)軟件不易通過系統(tǒng)設(shè)置改變而進(jìn)行不同行業(yè)的使用所以，一般情況下開發(fā)商不會講軟件資源自愿分享到大眾網(wǎng)絡(luò)中，但是隨著階段付費(fèi)網(wǎng)銀等的發(fā)展，為即使的平臺使用成為了可能，這對于開發(fā)商來說是一個(gè)不錯的商機(jī)，對于體驗(yàn)用戶也會相對更加方便和優(yōu)惠。

②需求訂制化。社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使許多新興行業(yè)產(chǎn)生，新興行業(yè)的誕生使學(xué)校的教學(xué)科目出現(xiàn)了增加，尤其對于高等院校以及技術(shù)類院校。但是仿真設(shè)備及軟件往往會隨盲目的市場導(dǎo)向而生產(chǎn)，在市場進(jìn)入需求引導(dǎo)階段以后，或許會出現(xiàn)仿真項(xiàng)目開發(fā)商根據(jù)課堂內(nèi)容以及性質(zhì)開發(fā)個(gè)性系統(tǒng)軟件，這不僅有利于開發(fā)商的銷售，也將極大普及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在課堂上的應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及在今天來說日星月異，其承載的各項(xiàng)便民技術(shù)也在粉墨登場，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引用于課堂就是其發(fā)展的一項(xiàng)成果，有調(diào)查表明仿真技術(shù)在課堂中的應(yīng)用已達(dá)到百分之四十以上，相信將來數(shù)據(jù)還會攀升得更快，教育的進(jìn)步需要技術(shù)，其又互為作用，在這相輔相成的作用中教育定會更進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 飛機(jī) 維修 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)是一個(gè)虛擬環(huán)境，它包括軟件、計(jì)算機(jī)硬件和各類傳感器，能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境和實(shí)物進(jìn)行高度模擬，當(dāng)人們進(jìn)入該環(huán)境并與其進(jìn)行交互時(shí)，可產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。

教育部從2008年起，頒發(fā)的一系列文件清晰指出職業(yè)教育要“大力推動仿真、多媒體課件等數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)”，“重點(diǎn)解決常規(guī)的教學(xué)手段技術(shù)、設(shè)施設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)問題，主要為了滿足有急切需求并覆蓋范圍廣的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的需求，表明了職業(yè)技術(shù)教育的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方向是利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行深入開展。

一、虛擬仿真在職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，很多職業(yè)教育的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中都應(yīng)用了虛擬仿真技術(shù)：

（一）旅游課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)

由于實(shí)習(xí)資源有限、現(xiàn)場教學(xué)成本高等問題，很大程度上制約了旅游專業(yè)的教學(xué)發(fā)展。而利用虛擬仿真技術(shù)，能夠開發(fā)出各個(gè)旅游景區(qū)的虛擬場景，開發(fā)多條路線。這樣教師只需在教室就能完成全國各地的景點(diǎn)講解，學(xué)生也可隨時(shí)進(jìn)行各景點(diǎn)的虛擬講解練習(xí)，大大提高了教學(xué)效果，省去了實(shí)地教學(xué)的麻煩。

（二）醫(yī)學(xué)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)

作為一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，學(xué)生的實(shí)際動手在整個(gè)教學(xué)過程中重要性不言而喻。而利用虛擬仿真技術(shù)，正好能夠讓學(xué)生模擬完成一些外科手術(shù)和解剖等練習(xí)，完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)；還可調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，給學(xué)生留下深刻印象，也給教師提供了方便，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。

（三）工科課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)

在汽車、模具、水利水電等專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，通過虛擬仿真技術(shù)，建立與實(shí)物一致的三維模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、設(shè)備的立體展示，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；還可模擬實(shí)際的工作流程，模擬工作工況下工作情況。

雖然虛擬仿真在職業(yè)教育的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但在民航院校的飛機(jī)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)中應(yīng)用很少，因此開展基于虛擬仿真的民航職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，對于提高學(xué)生的技能，提升學(xué)校的教學(xué)水平和競爭力有很大的意義。

二、民航職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的弊端

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)備比較落后，不能緊跟民航機(jī)務(wù)維修發(fā)展的步伐

由于航空器材價(jià)格昂貴、技術(shù)更新也比較快，各民航高職院校受制于資金、場地等原因，不能購置成套的在役航空器提供給實(shí)訓(xùn)教學(xué)。只能使用一些退役的機(jī)型進(jìn)行教學(xué)，例如三叉、運(yùn)7等。由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備的落后，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容也往往跟不上行業(yè)的發(fā)展，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于實(shí)際工作。鑒于實(shí)訓(xùn)設(shè)備與實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的落后，學(xué)生在學(xué)校所學(xué)到的技能與實(shí)際工作有很大的差異，學(xué)生上崗后并不能立馬上手，而是感覺學(xué)非所用。

（二）教學(xué)手段單一

機(jī)務(wù)維修實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)主要是通過老師現(xiàn)場講解，學(xué)生練習(xí)的形式進(jìn)行的，是一種學(xué)徒制的教學(xué)方式。這種方法有一定的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些弊端。例如，教師在現(xiàn)場很難直觀形象地將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理講解清楚，而且這種教學(xué)方法也會隨著教師所面對學(xué)生人數(shù)的增加而大打折扣。因此我們還需要其他合理的輔助教學(xué)方式，才能保證授課質(zhì)量。

（三）工位有限

由于院校的實(shí)踐教學(xué)設(shè)備不足，實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)“僧多粥少”的情況，從而導(dǎo)致學(xué)生排隊(duì)等候的情況，降低學(xué)習(xí)效率。

（四）實(shí)訓(xùn)教學(xué)的學(xué)時(shí)不足

目前，機(jī)務(wù)高職教育普遍存在理論與實(shí)踐教學(xué)失衡的現(xiàn)象，很多高職院校都偏重理論課的教學(xué)，實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)時(shí)往往較少。有些機(jī)務(wù)高職院校的人才培養(yǎng)方案中，整個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)所占的比重還達(dá)不到1/3，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要。這與高職教育培養(yǎng)技能型、實(shí)踐型人才的目標(biāo)相矛盾。相比西方職業(yè)教育發(fā)達(dá)的國家，實(shí)訓(xùn)課程能占整個(gè)教學(xué)任務(wù)的一半，甚至還超過理論課時(shí)，我們的實(shí)訓(xùn)教學(xué)量還很不足。因此在現(xiàn)有情況下應(yīng)想辦法延長實(shí)訓(xùn)教學(xué)的時(shí)間和空間，提升學(xué)生課堂實(shí)訓(xùn)的效率。

三、虛擬仿真在飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的具體應(yīng)用

以《飛機(jī)起落架系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)》課程為例，虛擬仿真在課程中的應(yīng)用包括以下幾方面：

（一）課程內(nèi)容方面

根據(jù)課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，設(shè)置737機(jī)輪拆裝、737剎車裝置拆裝、737輪胎分解和737剎車組件分解等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生可完成每個(gè)項(xiàng)目的虛擬拆裝練習(xí)，掌握737起落架的具體結(jié)構(gòu)及每一步的拆裝要領(lǐng)。為學(xué)生將來的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）課程安排方面

實(shí)訓(xùn)不再局限于課堂內(nèi)完成，現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)練習(xí)只能在固定的時(shí)間和固定的場所，處于安全的考慮，課前課后一般都不允許學(xué)生自己進(jìn)去實(shí)訓(xùn)場所自己練習(xí)。利用虛擬仿真平臺學(xué)生可在課前預(yù)習(xí)，對拆裝的結(jié)構(gòu)及步驟有比較清晰的了解，能提升課堂內(nèi)的學(xué)習(xí)效率，課后還可進(jìn)行鞏固練習(xí)，學(xué)生可不斷反復(fù)練習(xí)，直到完全掌握實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

（三）利用虛擬仿真平臺進(jìn)行實(shí)訓(xùn)考核

當(dāng)前，飛機(jī)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程的考核缺少一個(gè)比較好的方式?？衫锰摂M維修平臺設(shè)置考核模塊，學(xué)生在虛擬仿真平臺上進(jìn)行虛擬拆裝，并完成相關(guān)的問題，系統(tǒng)記錄學(xué)生的考試情況，并將結(jié)果反饋給教師，作為整個(gè)課程部分考核成績。該考核方法能比較客觀反應(yīng)學(xué)生對拆裝步驟的掌握情況，并檢驗(yàn)學(xué)生對拆裝過程中涉及的理論是否掌握，這種方式可與目前的考核辦法結(jié)合，從而更加全面、客觀地對學(xué)生做出評價(jià)。

四、虛擬仿真技術(shù)在飛機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的意義

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用機(jī)維修實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)中，能讓學(xué)生增加新的學(xué)習(xí)途徑，多方位進(jìn)行學(xué)習(xí)，對于職業(yè)院校和學(xué)生本人都有較大的益處：

（一）提高效率

虛擬仿真拆裝雖然不能代替真實(shí)的實(shí)物拆裝練習(xí)，但它能夠讓學(xué)生進(jìn)去實(shí)物拆裝前對整個(gè)實(shí)物的結(jié)構(gòu)、拆裝流程、注意事項(xiàng)等都有比較全面的認(rèn)識，這樣學(xué)生再進(jìn)入實(shí)物操作后能做到胸有成竹，這大大提高了課堂上教學(xué)的效率，學(xué)生花更少的時(shí)間便能掌握實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

（二）降低損耗

實(shí)踐教學(xué)過程中，造成設(shè)備損壞主要有兩種情況，一是學(xué)生的操作失誤造成的非正常損壞；二是反復(fù)拆裝練習(xí)產(chǎn)生的正常損耗?，F(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)方式，學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)前往往并不清楚拆裝的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，易造成結(jié)構(gòu)的損壞。而且為了更好地掌握實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，學(xué)生需要反復(fù)練習(xí)，加劇設(shè)備和耗材的使用，帶來較大的損耗。而利用虛擬仿真學(xué)生可先在虛擬平臺上反復(fù)練習(xí)，縮短實(shí)物練習(xí)的時(shí)間，易不容易造成實(shí)物的損壞。

（三）增加安全可靠性

學(xué)生在使用虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作時(shí)，不會造成設(shè)備和人身的傷害，不存在資源的浪費(fèi)。通過虛擬實(shí)訓(xùn)后，學(xué)生可以很好地掌握各項(xiàng)目的操作流程及所包含的原理，日后上崗將應(yīng)對自如。

（四）考評結(jié)合，提升教學(xué)效果

利用虛擬實(shí)訓(xùn)平臺可以完成對學(xué)生進(jìn)行考核，每個(gè)學(xué)生在平臺上單獨(dú)完成項(xiàng)目的虛擬拆裝，并回答相關(guān)的理論知識。平臺能比較客觀反應(yīng)學(xué)生對拆裝步驟的掌握情況，并檢驗(yàn)學(xué)生對拆裝過程中涉及的理論是否掌握，這對于提升教學(xué)質(zhì)量有很大的幫助。

五、結(jié)語

現(xiàn)有的飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)完全依賴實(shí)物，造成了實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在較多的弊端，虛擬仿真技術(shù)的引入，它能較好地改善現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，提高民航類職業(yè)院校的教學(xué)質(zhì)量和行業(yè)競爭力，為民航類院校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革提供了一個(gè)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.關(guān)于進(jìn)一步深化中等職業(yè)教育教學(xué)改革的若干意見.教職成[2008]8號.

[2]王海，李波.虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2011，（14）.

[3]馮銘.高職“機(jī)務(wù)維修”專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問題及對策[J].西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2006，（03）.

第6篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；森林保護(hù)學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0268-03

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以“拓展式實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的科學(xué)系統(tǒng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容建設(shè)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的核心[1]。廣西大學(xué)自2014年入選國家首批卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)高校以來，根據(jù)卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)計(jì)劃目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其中，廣西大學(xué)林學(xué)院林學(xué)專業(yè)作為國家首批復(fù)合應(yīng)用型農(nóng)林人才培養(yǎng)模式改革試點(diǎn)專業(yè)，積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)手段創(chuàng)新，把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建了虛實(shí)融合的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)和深化教學(xué)改革開辟了一條新的途徑。

一、森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

森林保護(hù)學(xué)是以保障林業(yè)植物健康和森林生態(tài)安全為目標(biāo)，研究病、蟲、草、鼠等林業(yè)有害生物的生物學(xué)特性、發(fā)生危害與災(zāi)變規(guī)律及其防治理論和防治技術(shù)的學(xué)科。它主要由森林病理學(xué)、森林昆蟲學(xué)、病原真菌學(xué)、病原細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)、植物化學(xué)保護(hù)、林業(yè)有害生物預(yù)測預(yù)報(bào)學(xué)和林業(yè)植物檢疫學(xué)等多學(xué)科組成的綜合性學(xué)科。森林保護(hù)學(xué)的功能主要是預(yù)防和持續(xù)控制林業(yè)有害生物的發(fā)生和危害，減少災(zāi)害損失，保護(hù)森林資源和生態(tài)安全，促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。森林保護(hù)的學(xué)科性質(zhì)和功能決定了森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：

（一）實(shí)驗(yàn)對象的鮮活性

森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的對象往往是鮮活的生物體，如昆蟲發(fā)育有效積溫的測定、昆蟲的人工飼養(yǎng)、林木病原菌的分離與鑒定等實(shí)驗(yàn)的對象均是鮮活的生物體，實(shí)驗(yàn)過程需要確保這些生物體正常的生活環(huán)境。

（二）實(shí)驗(yàn)事件的偶然性

森林病蟲害、火災(zāi)等是一種災(zāi)害，具有偶然性，也是現(xiàn)實(shí)中不希望發(fā)生的，當(dāng)它發(fā)生的時(shí)候也只有在教學(xué)進(jìn)度和時(shí)間合適、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)允許的條件下可以安排學(xué)生去進(jìn)行防治實(shí)驗(yàn)。相反，當(dāng)按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)日歷要進(jìn)行森林病蟲害防治實(shí)驗(yàn)以及森林防火等有關(guān)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候卻很難找到大片發(fā)生病蟲害或火災(zāi)的森林進(jìn)行防治和滅火實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)過程的危險(xiǎn)性

森林病蟲害的化學(xué)防治是森林病蟲害防治的一種常規(guī)技術(shù)，但是此類實(shí)驗(yàn)由于需要使用具有較大毒性的化學(xué)農(nóng)藥，該實(shí)驗(yàn)過程及其實(shí)驗(yàn)廢物的排放均對人體健康造成威脅而不能開設(shè)。

（四）實(shí)驗(yàn)時(shí)間的季節(jié)性

森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對象的鮮活性決定了森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有季節(jié)性。病蟲害的發(fā)生往往具有明顯的季節(jié)性，高溫高濕的季節(jié)發(fā)生比較嚴(yán)重，冬季和春季發(fā)生比較輕，森林火災(zāi)則在干旱的秋冬季較易發(fā)生。

（五）實(shí)驗(yàn)場所的開放性

森林保護(hù)學(xué)的一些綜合性實(shí)驗(yàn)（包括探索性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)），如林業(yè)有害生物普查測報(bào)、林業(yè)有害生物災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、林業(yè)有害生物綜合防治、農(nóng)藥藥效試驗(yàn)、重大林業(yè)有害生物災(zāi)害的應(yīng)急處置、森林火災(zāi)隱患排查、森林火災(zāi)撲救、森林可燃物類型的劃分、森林火險(xiǎn)等級預(yù)測預(yù)報(bào)等實(shí)驗(yàn)需要在廣闊的林間進(jìn)行。

二、森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬化的必要性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在思想體系、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和手段等顛覆性的變革。它綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通訊等多種技術(shù)，通過構(gòu)建一個(gè)逼真可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果[2-5]。虛擬實(shí)驗(yàn)具有沉浸感、模擬性、交互性、感知性和構(gòu)想性等特點(diǎn)[6]，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題的能力。采用虛擬仿真技術(shù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以為學(xué)生營造“自主實(shí)驗(yàn)”的氛圍，具有實(shí)驗(yàn)成本低、無污染、突破現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中時(shí)空的限制等優(yōu)點(diǎn)[7，8]。

因此，將森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中一些由于受到場地、時(shí)間季節(jié)、實(shí)驗(yàn)成本、危險(xiǎn)性以及不可再重現(xiàn)等方面的限制，難以在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施的實(shí)驗(yàn)開發(fā)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是非常必要的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，具有仿真性、參與感、安全性等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)合，可以使學(xué)生獲得全面的訓(xùn)練，對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。

三、森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

廣西大學(xué)林業(yè)科學(xué)與工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)“虛實(shí)結(jié)合，能實(shí)不虛，以虛擴(kuò)實(shí)”的建設(shè)原則，建了“模塊化、層次化、多元化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），即“森林昆蟲、森林病理、化學(xué)保護(hù)和森林防火”4個(gè)模塊，每個(gè)模塊包含“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新”3個(gè)層次。形成了虛實(shí)融合，以綜合創(chuàng)新為特色，以能力培養(yǎng)為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的四模塊

1.森林昆蟲虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。本模塊主要針對森林昆蟲的個(gè)體發(fā)育、行為習(xí)性、危害調(diào)查與綜合防治等方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真。如在森林昆蟲多樣性調(diào)查虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，采用虛擬仿真技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)背景，制作調(diào)查樣線及3D化的智能昆蟲模型，每種模型昆蟲的數(shù)量參照當(dāng)?shù)厣种械呢S富度來設(shè)定。開展多樣性調(diào)查時(shí)，可將各種昆蟲在樹林中出現(xiàn)的限制因子設(shè)定為季節(jié)，以便在不同季節(jié)進(jìn)行多樣性調(diào)查時(shí)得出的結(jié)果與自然界相吻合。對調(diào)查到的每一種昆蟲，配以真實(shí)照片，以便學(xué)生進(jìn)行鑒定，做到虛實(shí)結(jié)合。

2.森林病理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。本模塊主要針對森林病原物的分離鑒定、病害發(fā)生發(fā)展與綜合防治等方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真。如桉樹青枯病菌主要通過根部和根頸部傷口入侵，在植物體內(nèi)繁殖，沿著維管束蔓延全株發(fā)病，植株失水萎蔫枯死。但這一過程無法在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課中讓學(xué)生觀察到，也難以讓學(xué)生理解和掌握。通過虛擬仿真技術(shù)，把桉樹青枯病癥狀診斷、發(fā)病規(guī)律、侵染循環(huán)以及防控技術(shù)直觀呈現(xiàn)，提高學(xué)生對桉樹青枯病的診斷和防控技術(shù)水平。

3.化學(xué)保護(hù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。化學(xué)保護(hù)的核心是如何科學(xué)地使用農(nóng)藥，根據(jù)農(nóng)藥、有害生物與環(huán)境之間的關(guān)系合理使用農(nóng)藥。農(nóng)藥往往具有較大毒性，實(shí)驗(yàn)過程及其實(shí)驗(yàn)廢物的排放均對人體健康造成威脅。本模塊主要包括農(nóng)藥的毒力測定、藥劑室內(nèi)藥效篩選、林間小區(qū)藥效試驗(yàn)、農(nóng)藥對植物的藥害作用、除草劑的選擇作用及防除效果、農(nóng)藥殘留分析等仿真實(shí)驗(yàn)。

4.森林防火虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。真實(shí)森林火災(zāi)發(fā)生與控制實(shí)驗(yàn)具有極其危險(xiǎn)性與不可重復(fù)性。通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬森林火災(zāi)場景，通過調(diào)整參數(shù)輸入設(shè)置不同火災(zāi)發(fā)生發(fā)展過程，針對不同火災(zāi)發(fā)展階段調(diào)用不同控制火災(zāi)策略和技術(shù)，直觀展示火災(zāi)控制效果。本模塊主要包括火災(zāi)發(fā)生過程的仿真演示、森林火災(zāi)隱患排查、森林可燃物類型的劃分、森林火險(xiǎn)等級預(yù)測預(yù)報(bào)、森林火災(zāi)發(fā)生與控制技術(shù)等仿真實(shí)驗(yàn)。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的三層次

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次。該層次主要是演示性試驗(yàn)，讓學(xué)生了解掌握森林保護(hù)學(xué)的基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)技能。

2.專業(yè)技能層次。該層次主要是專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解掌握森林有害生物的調(diào)查與防治、森林植物檢疫、物理防治、生物防治、森林火災(zāi)隱患的排查與撲救、農(nóng)藥的配制與使用等專業(yè)技能。

3.綜合創(chuàng)新層次。該層次主要面向?qū)W科前沿和林業(yè)生產(chǎn)第一線，讓學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，將科研項(xiàng)目研究成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。此外，森林保護(hù)學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，常常需要解決林業(yè)生產(chǎn)上有害生物防治的實(shí)際問題。如天敵昆蟲的人工飼養(yǎng)及其應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐開展花絨寄甲人工飼養(yǎng)并用于防治松褐天牛。

四、結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，極大地拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和時(shí)空，一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件下難以安排的實(shí)驗(yàn)得以全面的開展[9]。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，只能作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)必須與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生獲得全面的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系把各種森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)串聯(lián)起來，注重縱向知識體系和橫向知識的相互浸透，注重森林保護(hù)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新各個(gè)方面的銜接。該體系把實(shí)驗(yàn)教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)和科研綜合創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合，為卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)和深化教學(xué)改革開辟了一條新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

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第7篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；土木工程；施工實(shí)訓(xùn)；教學(xué)改革

土木工程專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的理論型與實(shí)踐型相結(jié)合的專業(yè)，土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量將直接關(guān)系到本專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。目前，我國擁有土木工程專業(yè)的高校在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)上與發(fā)達(dá)國家的教育理念和方法還存在較大差異，因此，施工實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的改革是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的工作。將仿真技術(shù)引入到土木工程施工實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境等方面改革，對激發(fā)學(xué)生的工程興趣、培養(yǎng)學(xué)生的動手技能、提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能和創(chuàng)新能力具有重要意義。

一、仿真技術(shù)在施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的基本思想

仿真技術(shù)在航天航空、軍事領(lǐng)域的應(yīng)用中具有悠久的歷史，是設(shè)計(jì)的基本方法。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的發(fā)展，使用仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍得到了迅速擴(kuò)大，涵蓋了社會的各個(gè)方面。隨著現(xiàn)代化教育技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)被引入到了實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）教學(xué)中，稱為仿真實(shí)驗(yàn)[1]?！锻聊竟こ淌┕ぁ氛n程是土木工程專業(yè)課程體系中最重要的組成部分，其實(shí)踐性和綜合性都很強(qiáng)的施工課程有別于其他類別的課程。然而，由于施工現(xiàn)場環(huán)境差、不安全因素多，一旦發(fā)生意外安全事故會造成法律責(zé)任糾紛，影響實(shí)訓(xùn)單位聲譽(yù)，因此，多數(shù)施工單位不愿接受高校學(xué)生在工地實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，這是目前我國《土木工程施工》課程教學(xué)普遍存在的問題。

根據(jù)土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案的需要，《土木工程施工》課程主要講述建筑施工技術(shù)和組織中的施工工藝原理和操作要點(diǎn)，剖析影響工程質(zhì)量和安全的因素及對策。這些分部工程中的基坑支護(hù)與降水、土方開挖、高大模板、起重吊裝工程等屬于危險(xiǎn)性較大的工程，安全隱患多，而施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)又是施工課的重要組成部分，必須進(jìn)行實(shí)踐。從目前就業(yè)情況看，土木工程專業(yè)絕大部分學(xué)生是到施工單位、監(jiān)理單位以及與此課程密切相關(guān)的單位。因此，如何使學(xué)生盡快適應(yīng)建設(shè)工作崗位，學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能和創(chuàng)新能力是《土木工程施工》課程的目標(biāo)[2]。

若要利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)造虛擬環(huán)境來模擬各種真實(shí)環(huán)境，并根據(jù)真實(shí)環(huán)境和實(shí)際操作情況在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行操作、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、運(yùn)行，把仿真技術(shù)與《土木工程施工》教學(xué)完美地結(jié)合起來，需要將土木工程施工中各個(gè)研究對象共性的規(guī)律提煉出來，歸納為各個(gè)單元操作，并將這些單元操作按施工工藝過程整合。例如，鋼筋工程實(shí)訓(xùn)中，把鋼筋施工工藝分為鋼筋調(diào)直、下料、彎曲、接長（焊接）、綁扎安裝、驗(yàn)收一條主線，開發(fā)出基于施工企業(yè)的虛擬仿真場景的實(shí)踐教學(xué)軟件或技能操作平臺。不僅可以節(jié)省學(xué)校購買鋼筋調(diào)直機(jī)、鋼筋切斷機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)、電焊機(jī)及鋼材等材料設(shè)備資金的投入，而且學(xué)生實(shí)訓(xùn)安全也得到保證，并能快速而高效率地提高學(xué)生技能實(shí)踐的質(zhì)量和安全。還可以實(shí)現(xiàn)施工技能實(shí)訓(xùn)中與仿真設(shè)備的交互，能夠像玩電子游戲一樣無限制地使用和復(fù)制，減少人為損壞設(shè)備的可能性，學(xué)生實(shí)訓(xùn)的安全也得到保障；也可通過修改實(shí)訓(xùn)模型有效增加新設(shè)備的功能，優(yōu)化資源庫；充分利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)應(yīng)用技能合作性訓(xùn)練、協(xié)同性訓(xùn)練以及遠(yuǎn)程訓(xùn)練等，達(dá)到資源共享目的。從學(xué)生的角度，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的內(nèi)容在相應(yīng)仿真環(huán)境中進(jìn)行施工實(shí)訓(xùn)操作，可以自由改變各個(gè)施工工藝的參數(shù)，自由控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，觀察其施工工藝過程，從而進(jìn)行施工生產(chǎn)實(shí)踐中質(zhì)量與安全的控制，掌握施工工藝操作技術(shù)，建造出符合《建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的合格建筑產(chǎn)品[3]。

二、工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)狀

工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)主要包括施工技術(shù)的模板工程、鋼筋工程、混凝土工程、砌體工程的操作性實(shí)訓(xùn)和現(xiàn)場管理的單位工程施工組織設(shè)計(jì)兩大部分，它是土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的專業(yè)關(guān)鍵必修課，是實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程，有別于其他選修類別的課程。然而，目前我國土木工程施工類課程教學(xué)普遍存在著較大的困難和問題，主要表現(xiàn)為如下幾方面。

1.教學(xué)內(nèi)容滯后于現(xiàn)行規(guī)范、工程實(shí)踐。土木工程施工教材內(nèi)容陳舊，技術(shù)落后，沒有與時(shí)俱進(jìn)，緊跟現(xiàn)行法律和規(guī)范，貼近工程實(shí)踐，沒有形成較好的課內(nèi)課外相結(jié)合的有層次的互動式的施工類課程教學(xué)體系。例如，2009年國家出臺了《建筑施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50502-2009），盡管是推薦性規(guī)范，但是在《土木工程施工》教材中講述的仍然是50年代施工組織設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.在課堂教學(xué)方法和教學(xué)手段方面。由于土木工程施工課程的實(shí)踐性、綜合性和理論跨度大等特點(diǎn)。施工課基本是采用課堂教學(xué)方式，以教師講授為主，這樣傳統(tǒng)的教學(xué)模式非常陳舊，沒有調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果一般較差。盡管有的教師運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，收集大量的圖片、動畫資料，然而，由于時(shí)間與空間的限制，學(xué)生也很難觀察到施工的全過程。

3.施工生產(chǎn)管理實(shí)訓(xùn)方法和手段方面。土木工程專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的工科類專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)效果的好壞對畢業(yè)后學(xué)生適應(yīng)社會工作及動手操作能力尤為重要?，F(xiàn)在全國高校土木類院校的培養(yǎng)方案實(shí)習(xí)分為施工生產(chǎn)實(shí)習(xí)3周，畢業(yè)實(shí)習(xí)3周，條件好的學(xué)校有3周的實(shí)訓(xùn)，以老師根據(jù)教學(xué)安排事先聯(lián)系好實(shí)習(xí)單位，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)集中組織學(xué)生到工地去參觀、見習(xí)，由現(xiàn)場技術(shù)人員和老師對工程概況及施工技術(shù)進(jìn)行講解，然后由學(xué)生自己去尋找實(shí)習(xí)單位，這種放羊式的教學(xué)方法，使得實(shí)踐環(huán)節(jié)流于形式，效果極差。

4.在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境方面。實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的不足是長期困繞《土木工程施工》實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量提高的難題。時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步對實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出越來越高的要求，對學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要一種趨于個(gè)性化的教學(xué)，需要占用更多的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源。而這種矛盾可通過仿真技術(shù)的應(yīng)用得以緩解，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)軟件，可模擬環(huán)境情境，學(xué)生通過仿真實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)后，對實(shí)訓(xùn)的整體到局部建立起直觀感性認(rèn)識，學(xué)生可不受實(shí)際實(shí)訓(xùn)條件和時(shí)間限制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)方案設(shè)計(jì)。虛擬仿真技術(shù)和實(shí)際情境實(shí)驗(yàn)結(jié)合的模式可合理有效配置教學(xué)資源，解決實(shí)踐課時(shí)少的問題，改善教學(xué)條件，形成多元化的教學(xué)環(huán)境[4]。

三、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容和方法

第8篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

關(guān)鍵詞： EWB 電子技術(shù) 虛擬實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用

1.引言

虛擬電子平臺實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境，通過建立模擬電路并對模擬電路的數(shù)據(jù)和功能進(jìn)行分析而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和目的一種新的實(shí)驗(yàn)方法。EWB軟件可以在計(jì)算機(jī)上建立電子元件型號及參數(shù)庫，通過選擇實(shí)驗(yàn)所需的電子元件型號、參數(shù)和虛擬測試儀器就可進(jìn)行模擬電路的連接和仿真運(yùn)行和測試，并在模擬儀器上讀出測試結(jié)果，特別易于學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，EWB使學(xué)生掌握仿真軟件技術(shù)，間接地了解電子元件設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展動向。它既繼承了實(shí)物實(shí)驗(yàn)可操作性、參與性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，發(fā)揮其直觀、動態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點(diǎn)。

2.EWB的主要功能

EWB具有齊全的虛擬電子設(shè)備，在虛擬電子平臺上操作這些設(shè)備如同操作真實(shí)的設(shè)備一樣，非常真實(shí)，而且操作起來更加容易。EWB提供了相當(dāng)廣泛的元器件，還提供了較寬的選擇余地，學(xué)生也可以根據(jù)元器件生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中的元器件參數(shù)添加新的元件或擴(kuò)充已有的元器件庫。同時(shí)EWB提供的圖形操作界面，學(xué)生可單擊鼠標(biāo),托放虛擬元器件或測試儀器,可以輕松地完成原理圖的輸入和連線，同時(shí)也允許用戶調(diào)整電路連線和元件的位置及自動排列連線的功能,它具有如下特點(diǎn)。

（1）功能完善，實(shí)驗(yàn)用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以做各種類型實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)不消耗器材，實(shí)驗(yàn)所需器材種類和數(shù)量不限制，實(shí)驗(yàn)成本低。

（3）實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，容易開展各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、提高了電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)效率。

3.使用EWB進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的基本方法

學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求創(chuàng)建一個(gè)線路圖，按下電源開關(guān)后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數(shù)據(jù)。整個(gè)運(yùn)行過程可分成以下幾個(gè)步驟。

（1）數(shù)據(jù)輸入：將已創(chuàng)建的電路圖結(jié)構(gòu)、元器件數(shù)據(jù)讀入，選擇分析方法。

（2）參數(shù)設(shè)置：程序會檢查輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及電路中的闡述內(nèi)容，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（3）電路分析：對輸入信號進(jìn)行分析，它將占據(jù)CPU工作者的大部分時(shí)間，是電路進(jìn)行仿真和分析的關(guān)鍵。它將形成電路的數(shù)值解，并將所得數(shù)據(jù)送至輸出級。

（4）數(shù)據(jù)輸出：從測試儀器如示波器或萬用表上獲得仿真運(yùn)行的結(jié)果，也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測量、分析的波形圖。

4.實(shí)例分析

（1）在EWB上先創(chuàng)建需進(jìn)行分析的電路圖如圖1所示。

（2）選定“選項(xiàng)/參數(shù)”欄中的“電路選項(xiàng)（Schematic Options）”，選定“顯示節(jié)點(diǎn)名（Show Nodes Name）”，把電路的節(jié)點(diǎn)標(biāo)志（ID）顯示在電路圖2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”欄內(nèi)選定“直流工作點(diǎn)（DC Operating Point）”，如圖2所示。設(shè)置要仿真的節(jié)點(diǎn)，然后運(yùn)行仿真（Simulate），EWB會自動把電路中所選節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)值和電源支路的電流數(shù)值顯示在“分析圖（Analysis Graph）”如圖3所示中。

由此可見，一臺計(jì)算機(jī)加一套EWB軟件，就相當(dāng)于擁有一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。

5.充分發(fā)揮虛擬電子平臺仿真技術(shù)在教學(xué)中的作用

現(xiàn)代教育的職能是為學(xué)習(xí)者服務(wù)、為用人單位服務(wù)。人才需求的變化，技術(shù)發(fā)展之快更是需要有人才培養(yǎng)的超前意識。這就需要我們思維創(chuàng)新，教學(xué)手段創(chuàng)新。學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)就應(yīng)該以技術(shù)為突破口，引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，將虛擬電子平臺仿真技術(shù)技術(shù)引入到各專業(yè)的教學(xué)中，利用計(jì)算加軟件功能，完善原始的教學(xué)設(shè)備，提高教學(xué)的質(zhì)量，解決部分實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)難題，從而加快高素質(zhì)人才培養(yǎng)的速度。

綜上所述，由于虛擬電子平臺仿真技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，因此它必將引領(lǐng)今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的改革起到推動作用。

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第9篇：虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)范文

[關(guān)鍵詞]數(shù)字樣機(jī)，開發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：P631.4+24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0045-01

一、前言

數(shù)字樣機(jī)技術(shù)又叫做虛擬樣機(jī)技術(shù)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而新起的技術(shù)。是對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行建模裝配等的相關(guān)技術(shù)，企業(yè)的發(fā)展有著重要作用。

二、數(shù)字樣機(jī)的概念

數(shù)字樣機(jī)（DigitalPrototype）是相對于物理樣機(jī)的概念，是一個(gè)能夠考察產(chǎn)品的外形、裝配性、可加工性以及功能能特性的三維數(shù)字模型。而數(shù)字化樣機(jī)（DigitalPrototyping）是開發(fā)和應(yīng)用數(shù)字樣機(jī)的過程，是在產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字階段，使用數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、分析、模擬、數(shù)據(jù)管理乃至市場宣傳的技術(shù)解決方案。可以說，由于數(shù)字信息化的技術(shù)和手段在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用地越來越廣泛，數(shù)字化樣機(jī)所帶來的價(jià)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測試階段，其影響力已經(jīng)逐漸擴(kuò)散到了產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。

數(shù)字化樣機(jī)強(qiáng)調(diào)將產(chǎn)品整個(gè)生命周期的模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而不僅僅是最終產(chǎn)品的數(shù)字化。數(shù)字樣機(jī)貫穿了從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)（工業(yè)設(shè)計(jì)）、工程設(shè)計(jì)（基于三維CAD和二維CAD的雙向集成，機(jī)電軟件混合設(shè)計(jì)等技術(shù)）、工程分析（虛擬仿真）、市場推廣（動畫和3D廣告制作）的全過程?；趯?shí)物物理樣機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)試驗(yàn)研制方法，將在很大程度上被基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的三維數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)所取代。

目前，關(guān)于數(shù)字樣機(jī)尚無統(tǒng)一定義，以下描述僅供參考。

狹義數(shù)字樣機(jī)：從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)為數(shù)字樣機(jī)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維護(hù)與回收利用等各種屬性進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中逼真地分析與顯示產(chǎn)品的全部特征，以替代或精簡物理樣機(jī)。

廣義數(shù)字樣機(jī)：從制造的角度出發(fā)，認(rèn)為數(shù)字樣機(jī)是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品描述，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)、維護(hù)直至產(chǎn)品回收整個(gè)過程中全部所需功能的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)仿真，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對產(chǎn)品的各種屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機(jī)。

我國航空制造業(yè)對數(shù)字樣機(jī)作了如下較為完整的描述：

數(shù)字樣機(jī)是對產(chǎn)品的真實(shí)化、集成化的虛擬仿真，用于工程設(shè)計(jì)、干涉檢查、機(jī)構(gòu)仿真、產(chǎn)品拆裝、加工制造和維護(hù)檢測等模擬環(huán)境，它需要具備集成化造型、可視化、功能檢測、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理等完整的功能，并為數(shù)據(jù)管理、信息傳遞和決策過程等三大領(lǐng)域提供方案。它覆蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的全生命周期，是支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工作流程控制、信息傳遞與共享、決策制定的公共數(shù)據(jù)平臺。

三、數(shù)字樣機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1、真實(shí)性

數(shù)字樣機(jī)的根本目的是為了取代或精簡物理樣機(jī)，所以數(shù)字樣機(jī)必須在仿真的重要方面具有同物理樣機(jī)相當(dāng)或者一致的功能、性能和內(nèi)在特性，即能夠在幾何外觀、物理特性以及行為特性上與物理樣機(jī)保持一致。

2、面向產(chǎn)品全生命周期

數(shù)字樣機(jī)是對物理產(chǎn)品全方位的一種計(jì)算機(jī)仿真，而傳統(tǒng)的工程仿真是對產(chǎn)品某個(gè)方面進(jìn)行測試，以獲得產(chǎn)品該方面的性能。數(shù)字樣機(jī)是由分布的、不同工具開發(fā)的甚至是異構(gòu)子模型的聯(lián)合體，主要包括CAD模型、外觀模型、功能和性能仿真模型、各種分析模型、使用維護(hù)模型以及環(huán)境模型。

3、多學(xué)科交叉性

復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常涉及機(jī)械、控制、電子、流體動力等多個(gè)不同領(lǐng)域。要想對這些產(chǎn)品進(jìn)行能夠完整而準(zhǔn)確的仿真分析，必須將多個(gè)不同學(xué)科領(lǐng)域的子系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行仿真分析，使得數(shù)字樣機(jī)能夠滿足設(shè)計(jì)者進(jìn)行功能驗(yàn)證與性能分析的要求。

4、全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

數(shù)字樣機(jī)強(qiáng)調(diào)將產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)研發(fā)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而不僅僅是最終產(chǎn)品模型的數(shù)字化。

5、不需要制造成本

數(shù)字樣機(jī)是根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)過程中所有的技術(shù)數(shù)據(jù)制作完成的，其特點(diǎn)是不需要制造成本，不僅能一直保持最新版本的設(shè)計(jì)方案，而且所有數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行保存、回溯和跟蹤。利用先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)，可以使用數(shù)字樣機(jī)取代物理樣機(jī)來進(jìn)行空氣動力學(xué)分析、人機(jī)工程學(xué)研究、碰撞測試與市場調(diào)研等工作。

6、綠色環(huán)保

由于數(shù)字樣機(jī)不需要用實(shí)體材料進(jìn)行加工制造，所以不會污染環(huán)境，自然是“綠色”的了。

四、基于虛擬樣機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究

1、建模技術(shù)

虛擬樣機(jī)建模技術(shù)一般分為三個(gè)步驟：首先，要建立三維模型。建立三維實(shí)體模型是虛擬樣機(jī)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提，任何仿真技術(shù)都要從三維模型開始。在建立三維模型的過程中，一般會遇到兩個(gè)難題，一是齒輪、扇葉等機(jī)械零件的外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二是約束關(guān)系較為復(fù)雜，這就要求設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)需要依靠專業(yè)的三維CAD軟件。其次，要為三維模型添加約束。建立三維模型后，需要依靠約束副把它們相互連接起來，從而定義物體間的相對運(yùn)動。目前比較常用的CAD軟件一般都有動力或運(yùn)動學(xué)插件，以實(shí)現(xiàn)約束關(guān)系與裝配關(guān)系的映射。此外，還要為三維模型施加驅(qū)動。施加驅(qū)動的目的是為了讓虛擬樣機(jī)能夠按照一定的運(yùn)動規(guī)律來進(jìn)行運(yùn)動。

2、協(xié)同仿真技術(shù)

仿真技術(shù)指的是在缺乏實(shí)際系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)活動或系統(tǒng)本質(zhì)的一種技術(shù)，是一種以模型為基礎(chǔ)的活動，它的基本框架是先建模，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后再進(jìn)行分析。而協(xié)同仿真技術(shù)就是指在復(fù)雜產(chǎn)品的仿真過程中，采用多種仿真軟件來建立不同的模型，通過各種通訊方法來實(shí)現(xiàn)信息的交流，并利用求解器來進(jìn)行求解，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真。

當(dāng)前的仿真技術(shù)一般側(cè)重于電子、機(jī)械或控制等的單個(gè)領(lǐng)域，相互間的聯(lián)系非常少甚至是根本沒有聯(lián)系，這就很難滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求?，F(xiàn)今大多數(shù)的機(jī)械研發(fā)過程需要涉及到機(jī)械、電子、液壓、控制、以及計(jì)算機(jī)軟件或硬件等多種學(xué)科領(lǐng)域，再加上產(chǎn)品本身是由多個(gè)子系統(tǒng)和零部件組合而成的，相互之間有著或多或少的聯(lián)系，單一的仿真技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜產(chǎn)品的準(zhǔn)確完整分析，因此必須采用協(xié)同仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)計(jì)全過程的分析和評估。

3、協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)

協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)是設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)新型設(shè)計(jì)技術(shù)，是指在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持和輔助下，所有設(shè)計(jì)成員對同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，各自承擔(dān)一部分設(shè)計(jì)任務(wù)，并交互進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，從而得到一個(gè)最為符合設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)方法。協(xié)同工作的主要目標(biāo)就是盡可能地縮短機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力，促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。協(xié)同設(shè)計(jì)一般需要做到以下幾點(diǎn)：首先，需要認(rèn)知同步，建立共享的知識和語義；其次，要共同協(xié)商設(shè)計(jì)方法和策略，一般協(xié)同策略分為提案型、層次型、型、以及對等伙伴型四種類型；最后還要規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法。

4、有限元分析

有限元是一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，可以比較準(zhǔn)確地分析機(jī)械結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和動態(tài)特征。它的主要優(yōu)點(diǎn)是通用性，可以求解邊界條件和結(jié)構(gòu)形狀都較為隨意的有關(guān)力學(xué)的問題，是一種比較值得信賴的計(jì)算方法，特別是對于虛擬樣機(jī)而言，是一種必不可少的工具。當(dāng)前市場上有限元分析的軟件多種多樣，比較簡單方便的例如Cosmos/Works軟件。

五、結(jié)束語

數(shù)字樣機(jī)技術(shù)又叫做虛擬樣機(jī)技術(shù)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而新起的技術(shù)。是對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行建模裝配等的相關(guān)技術(shù)，企業(yè)的發(fā)展有著重要作用。

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