虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬仿真生活體驗(yàn)館；荷葉鯽魚；3ds Max；VRP

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：16727800（2017）004010303

0引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和三維圖形軟件的發(fā)展，利用數(shù)字化手段對真實(shí)場景仿真的虛擬技術(shù)成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域熱點(diǎn)。虛擬仿真生活體驗(yàn)館不受時空限制，與傳統(tǒng)會展結(jié)合，能更好更快地傳遞信息。將虛擬仿真交互技術(shù)應(yīng)用到水產(chǎn)業(yè)中，根據(jù)養(yǎng)殖基地真實(shí)場景和產(chǎn)品情況生成逼真的三維場景，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤點(diǎn)擊拖拽，身臨其境地漫游在體驗(yàn)館中，與環(huán)境和產(chǎn)品交互，得到全新的體驗(yàn)。該技術(shù)極大地提高了農(nóng)業(yè)水產(chǎn)品資源利用率，有效促進(jìn)了農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)工具

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或幻真技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是用現(xiàn)代高科技手段虛構(gòu)出來的一種人工模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，它能模仿人的視覺、聽覺、觸覺等感知功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最終目的是提高人的認(rèn)知能力，促進(jìn)人與環(huán)境交流，更深入開發(fā)人類智慧[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)形成三維圖形空間，利用跟蹤技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)等產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，使用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。

1.2系統(tǒng)開發(fā)工具

本文運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及建模軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用的軟件有： 3ds Max，即3D Studio Max，是Discreet公司開發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件，是目前應(yīng)用最廣泛的三維動畫制作軟件，具有強(qiáng)大的建模、動畫、材質(zhì)和渲染功能。 VRP：Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP，即虛擬現(xiàn)實(shí)平臺。VRP是一款由中視典數(shù)字科技有限公司獨(dú)立開發(fā)的一款虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，可以較好地進(jìn)行三維場景模型導(dǎo)入、后期編輯、交互操作、特效操作、界面設(shè)計(jì)及打包等。 Photoshop：處理或繪制三維貼圖，為模型制作精良貼圖。

2設(shè)計(jì)思路

新鄉(xiāng)市衛(wèi)濱區(qū)荷葉鯽魚農(nóng)民專業(yè)合作社是一家集水產(chǎn)養(yǎng)殖、休閑垂釣、品牌化運(yùn)營、無公害水產(chǎn)品專賣、農(nóng)超對接于一體的專業(yè)合作經(jīng)濟(jì)組織[2]，由一個體驗(yàn)中心和3個養(yǎng)殖魚塘組成。合作社主養(yǎng)魚類品種為淇河鯽魚和彭澤鯽魚，嚴(yán)格按照國家無公害俗冀行生態(tài)養(yǎng)殖。模擬荷葉鯽魚農(nóng)民合作社養(yǎng)殖基地的虛擬仿真生活體驗(yàn)館，輔助人們感受水產(chǎn)虛擬環(huán)境，供消費(fèi)者和相關(guān)技術(shù)人員參觀學(xué)習(xí)，指導(dǎo)鯽魚養(yǎng)殖技術(shù)推廣，推動農(nóng)產(chǎn)品銷售。 開發(fā)流程：前期結(jié)合數(shù)碼相機(jī)和Photoshop獲得虛擬現(xiàn)實(shí)模型的紋理貼圖；中期使用3ds Max搭建虛擬模型；后期將構(gòu)建模型導(dǎo)入虛擬交互平臺軟件VRP中進(jìn)行場景驅(qū)動，并設(shè)置漫游和交互，如圖1所示。

3設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1前期分析

建模開始之前要進(jìn)行場景分析，即分析場景建筑、場景環(huán)境、場景布局、基礎(chǔ)設(shè)施等。主要數(shù)據(jù)資料有：①紋理數(shù)據(jù)采集。前期使用數(shù)碼相機(jī)現(xiàn)場拍攝，后期利用Photoshop進(jìn)行處理，制作成三維模型的材質(zhì)貼圖，使整體效果更貼近真實(shí)場景；②建筑物尺寸。合作社提供房屋、魚塘等大型建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)，按照實(shí)物建筑1：1建模；③其它數(shù)據(jù)資料。場景中其它細(xì)小模型相關(guān)數(shù)據(jù)來源于實(shí)地測量。

3.2模型構(gòu)建

3.2.1模型建立 模型是整個虛擬仿真生活體驗(yàn)館設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它的好壞及逼真度直接影響整個虛擬環(huán)境的真實(shí)性，常規(guī)建模方式主要有兩種：①采用標(biāo)準(zhǔn)幾何體建模，該建模方式較為簡便并且便于后期貼圖；②采用標(biāo)準(zhǔn)幾何體模型組合方法建模，通過紋理添加使模型逼真，既簡化建模過程，縮小文件容量，又不影響模型整體效果。此外，在建模中應(yīng)遵循一個原則：在保證視覺對象不失真的前提下，盡量采用最簡單的模型[3]。 根據(jù)以上要求，荷葉鯽魚虛擬仿真生活體驗(yàn)館的場景模型設(shè)計(jì)為3個部分： （1）房屋及魚塘模型。場景模型中有一個荷葉鯽魚體驗(yàn)中心和3個養(yǎng)殖魚塘。體驗(yàn)中心建模主要根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)制作相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)幾何體模型，將標(biāo)準(zhǔn)幾何體模型組合成完整的體驗(yàn)中心模型；魚塘及魚塘周圍的土壤建模主要使用“線”繪制出基本輪廓，再通過擠壓操作形成面片效果。 （2）場景中欄桿及其它模型。場景中的欄桿雖然不是重點(diǎn)模型，但比例相當(dāng)大，也是整個場景中不可或缺的部分。欄桿模型的構(gòu)建與房屋及魚塘方法不同，必須使用圓柱體構(gòu)建模型。一個圓柱體模型至少需要14個側(cè)面才能保證其輪廓完整，本文大面積的欄桿建模需要將近1 500根大小長短不一的圓柱體，欄桿模型中至少有24 000個面數(shù)，建模工作量大。結(jié)合場景及欄桿特點(diǎn)，采取建立高精度模型方案，對其渲染并保存為PNG圖片，如圖2所示。再新建一個平面模型，將保存的PNG圖片賦給平面，即通過貼圖平面來表現(xiàn)欄桿模型，如圖3所示。這樣，經(jīng)過高精度建模后只需要一個面就可以達(dá)到完全相同的效果。通過該表現(xiàn)手法制作出來的欄桿雖然提高了渲染速度及系統(tǒng)實(shí)時性，但視覺對象缺少一定的真實(shí)性，即在頂視圖中模型缺乏立體感。因此，欄桿模型頂部的圓柱依然采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱體來表現(xiàn)。 荷葉鯽魚農(nóng)民專業(yè)合作社中除了荷葉鯽魚體驗(yàn)中心、魚塘和欄桿外，還有如自動投料機(jī)、門亭、馬路等。這些模型的構(gòu)建主要使用基本幾何體表現(xiàn)出輪廓即可。

3.2.2場景貼圖及烘焙 建模貼圖效果好壞決定場景的逼真性及渲染的好壞，本虛擬仿真生活體驗(yàn)館的重點(diǎn)建筑物為體驗(yàn)中心及魚塘，遵循不重復(fù)使用貼圖和一個建筑物一張貼圖的原則進(jìn)行貼圖。為了保證場景渲染及后期交互的流暢性，非重點(diǎn)建筑物貼圖遵循不必非常清晰的原則進(jìn)行貼圖。此外，整個場景中均將貼圖的背景色改成和貼圖本身色調(diào)類似的顏色，以減少在UVW展開時出現(xiàn)匹配不準(zhǔn)或有明顯白邊和黑邊的現(xiàn)象。 建模完成后，對整個場景添加燈光效果，并按照常規(guī)烘焙操作進(jìn)行場景烘焙，最終荷葉鯽魚虛擬仿真生活體驗(yàn)館三維模型如圖4所示。

3.3交互驅(qū)動

3.3.1模型導(dǎo)入VRP 考慮到3ds Max與VRP的兼容性，在使用3ds Max創(chuàng)建的模型導(dǎo)入到VRP編輯器之前，需要安裝VRPformax插件，利用該插件將烘焙好的場景通過插件導(dǎo)入到VRP中。3.3.2交互動畫設(shè)計(jì) 在虛擬仿真生活體驗(yàn)館中實(shí)現(xiàn)實(shí)時漫游以及逼真效果，〖HJ*3〗需要在VRP系統(tǒng)中創(chuàng)建行走、飛行、動畫相機(jī)，添加天空盒、太陽光暈，并要對場景中的建筑物和植物等設(shè)置物體碰撞規(guī)則。 （1）交互動畫。荷葉鯽魚虛擬仿真生活體驗(yàn)館設(shè)計(jì)的游覽模式為兩種：漫游模式和游客模式，漫游模式為不需要引導(dǎo)的自動游覽模式，而該館設(shè)計(jì)的最終目的是能夠?qū)崿F(xiàn)在場景中通過人物游走瀏覽各個部分，即游客模式。游客模式主要利用VRP設(shè)置行走相機(jī)，通過鼠標(biāo)或鍵盤操作控制游覽方向，實(shí)現(xiàn)交互。實(shí)現(xiàn)交互首先要創(chuàng)建骨骼動畫作為目標(biāo)人物，調(diào)整骨骼的身高比例并放到適當(dāng)位置，通過動作庫為骨骼添加“休閑站立”、“原地行走”等動作，最后添加角色控制相機(jī)綁定目標(biāo)人物。這樣，在瀏覽過程中就可以通過鼠標(biāo)或鍵盤操作控制目標(biāo)人物，在場景中自由行走，以游覽者身份觀察整個場館。另外，場景中若只有一個目標(biāo)人物，畫面過于單調(diào)，為了使場景豐富，添加了多個骨骼動畫，效果如圖5所示。

（2）特效設(shè)計(jì)。在設(shè)置好瀏覽模式后，為了模擬室外場景，選擇適合場景的天空盒效果，并對其角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使光線的攝入方向與場景中的投影方向一致，再適當(dāng)添加光暈效果。光暈效果角度和高度與天空盒光線方向、太陽光照方向相融合。這樣添加特效后，場景更加美觀逼真。 （3）交互按鈕設(shè)計(jì)。虛擬仿真生活體驗(yàn)館的另一特點(diǎn)是通過鼠標(biāo)觸發(fā)事件控制相應(yīng)內(nèi)容，如瀏覽模式切換、音樂開關(guān)設(shè)置，以及通過添加文字、圖片、動畫，甚至鏈接數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁或加載視頻等功能，向使用者介紹場館情況。主要使用VRP的初級界面和高級界面，在場景中添加控制按鈕，再結(jié)合相應(yīng)的腳本程序，實(shí)現(xiàn)按鈕控制。 （4）瀏覽模式按鈕設(shè)計(jì)。在該體驗(yàn)館中，主要通過觸發(fā)事件即按鈕來控制相機(jī)的轉(zhuǎn)換和交替，場景中設(shè)計(jì)了兩個動畫相機(jī)漫游，分別為行走動畫即游客模式和環(huán)繞動畫即漫游模式實(shí)現(xiàn)生活館的虛擬展示，如圖6所示。

（5）荷葉鯽魚種類介B設(shè)計(jì)。荷葉鯽魚種類介紹通過服務(wù)控制平臺實(shí)現(xiàn)，采用添加文字、圖片及Flas的形式制作相應(yīng)介紹，再通過按鈕觸發(fā)，結(jié)合相應(yīng)的腳本程序進(jìn)行控制，如圖7所示。 （6）背景音樂設(shè)計(jì)。為了給使用者視聽覺雙重感受，增強(qiáng)場景的真實(shí)感染力，在該虛擬仿真生活體驗(yàn)館中添加了背景音樂，并對背景音樂進(jìn)行了相關(guān)屬性設(shè)置，可自動循環(huán)播放。同時使用音樂開關(guān)觸發(fā)控制按鈕，通過該按鈕可以暫停和播放音樂。此外，添加了音樂大小控制滑桿，結(jié)合腳本語言精致控制音樂音量大小。

3.3.3系統(tǒng)輸出與 動畫設(shè)計(jì)完成后，可將其為單獨(dú)的可執(zhí)行文件EXE演示DEMO，也可輸出為網(wǎng)絡(luò)的VRPIE文件。綜合考慮多方面因素，選擇將作品為可執(zhí)行的EXE文件，不過在使用時要注意相應(yīng)的環(huán)境配置，如顯示器屏幕尺寸、顯卡性能等，否則可能影響展示效果。

4結(jié)語

本文通過3ds Max、VRP及Photoshop軟件構(gòu)建了荷葉鯽魚虛擬仿真生活體驗(yàn)館。隨著硬件、軟件技術(shù)的不斷成熟，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用極大地加快了農(nóng)業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化進(jìn)程，場景的逼真性和實(shí)時交互性受到廣大用戶喜愛，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景越來越廣闊。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的荷葉鯽魚虛擬仿真生活體驗(yàn)館具有真實(shí)性、交互性、易實(shí)現(xiàn)性等特點(diǎn)，較好地滿足了消費(fèi)者的使用需求，促進(jìn)了水產(chǎn)品與現(xiàn)代科技結(jié)合，為農(nóng)業(yè)信息化提供了可靠手段。

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第2篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵字：虛擬仿真技術(shù)；建筑施工；應(yīng)用

中途分類號：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

系統(tǒng)仿真是以多種學(xué)科理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及其軟件為工具進(jìn)行試驗(yàn)研究的理論和方法論體系。仿真技術(shù)顧名思義，是把自然界中的物理現(xiàn)象通過一定的物理和數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上模擬來得到實(shí)際場變量的分析，有助于預(yù)知關(guān)心的物理現(xiàn)象。簡單的說，仿真技術(shù)是對系統(tǒng)模型的一種試驗(yàn)技術(shù)(是對系統(tǒng)動態(tài)模型的一種實(shí)驗(yàn)手段)，在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面有較大的優(yōu)越性。

一、虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國際上是一個熱門研究課題，其應(yīng)用已取得引人注目的成效，在國內(nèi)也引起了廣泛的重視。當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境、人類不可能到達(dá)的環(huán)境或構(gòu)造虛擬環(huán)境以代替耗資巨大的現(xiàn)實(shí)環(huán)境時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是必不可少的。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)的發(fā)展以及人們越來越認(rèn)識到它的重要作用，虛擬仿真技術(shù)在各行各業(yè)都得到了不同程度的發(fā)展，并且越來越顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實(shí)的廣泛應(yīng)用前景使之成為目前最具影響力的技術(shù)之一。軍事領(lǐng)域、航天技術(shù)、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、石油化工等等，虛擬戰(zhàn)場、虛擬城市、甚至“數(shù)字地球”，無一不是虛擬技術(shù)的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變。虛擬仿真技術(shù)在建筑方面的應(yīng)用主要有：大型建筑先期演示和論證；建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域；結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域(工程結(jié)構(gòu)分析、巖土工程分析)；房地產(chǎn)展示領(lǐng)域(全方位的數(shù)字化沙盤、數(shù)字化投標(biāo)領(lǐng)域、房地產(chǎn)展示、施工流程的數(shù)字化模擬)。本文主要闡述虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用。

二、虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用方式

（一）用當(dāng)前流行的三維動畫軟件3DS MAX、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件3DVRI、多媒體編排軟件NeoBook、編程工具C#來實(shí)現(xiàn)模擬施工和虛擬建筑場景漫游。

3DVRI制作出來的虛擬仿真系統(tǒng)主要功能有：全方位互動漫游功能；即時輸出功能；數(shù)據(jù)實(shí)時查詢及修改功能；語音定位功能；導(dǎo)航圖功能。

事先用3DSMAX軟件做好建筑場景及主體的3D模型以及各施工模塊的3D模型，然后用3DVRI虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對動畫場景進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為3DVRI實(shí)時三維系統(tǒng)，最后用NeoBook軟件在3DVRI實(shí)時三維系統(tǒng)中按照需求寫入不同的指令，為實(shí)時三維系統(tǒng)添加交互功能，可以利用專業(yè)編程工具如C#等軟件對實(shí)時三維系統(tǒng)中的模型及動畫進(jìn)行精確控制，并可編寫更復(fù)雜的交互功能程序，最終為可獨(dú)立運(yùn)行的3DVRI施工模擬虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。此方案對于多種施工方案的展示、施工工序的編排比較有用，但無法對于施工方案進(jìn)行預(yù)見性的模擬。

（二）用專業(yè)的建筑虛擬現(xiàn)實(shí)軟件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，結(jié)合部分編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)人機(jī)交互能力、模擬建筑施工過程，以選擇合理的設(shè)計(jì)方案以及合理的施工方案。

本方案更為專業(yè)和智能，能預(yù)見性地發(fā)現(xiàn)施工方案中的不足，便于指導(dǎo)施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隱患、防止施工事故、減少施工成本與時間。此方案的軟件購置費(fèi)用比較高。

比較著名的是英國Bentley建筑工程系列軟件公司提供的系列建筑仿真軟件，目前已經(jīng)在中國建筑、工程以及建造領(lǐng)域得到一些應(yīng)用，主要在各建筑設(shè)計(jì)院使用，在施工中企業(yè)的應(yīng)用還屬于起步階段。Bentley工程軟件系統(tǒng)公司首席執(zhí)行官Greg Bentley宣布了兩項(xiàng)新的中國計(jì)劃，以支持中國的大規(guī)模基建投資。首先，Bentley亞洲總部將進(jìn)駐北京，為中國的基建領(lǐng)域提供全面配套的軟件產(chǎn)品；其次，即將啟動的Bentley Power計(jì)劃，使中國用戶可在初期免費(fèi)注冊專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助制圖／設(shè)計(jì)(CADD)軟件服務(wù)。

三、建筑施工中應(yīng)用虛擬仿真系統(tǒng)的意義

（一）建筑工程施工方案的選擇和優(yōu)化。

建筑工程施工的施工方法及施工組織的選擇和優(yōu)化主要是建立在施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，存在一定局限性。同時，現(xiàn)代建筑基本都具有鮮明的個性，建筑工程施工成為不可完全重復(fù)的過程。使用施工虛擬仿真技術(shù)將可以直觀、科學(xué)地展示不同施工方法和施工組織措施的效果，可以定量地完成方案的對比，有助于施工方案的選擇和優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)最優(yōu)施工。

（二）施工技術(shù)革新和新技術(shù)引入。

施工虛擬仿真技術(shù)一方面能使廣大施工技術(shù)人員低成本地試驗(yàn)施工新工藝和革新思路，有助于創(chuàng)造性的充分發(fā)揮，同時能真切展示新技術(shù)的成效，縮短建筑業(yè)新技術(shù)的引入期和推廣期，降低新技術(shù)、新工藝的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險。

（三）施工管理

施工虛擬仿真技術(shù)能事先模擬施工全過程，能提前發(fā)現(xiàn)施工管理中質(zhì)量、安全等方面存在的隱患，因而可以采取有效的預(yù)防和強(qiáng)化措施，提高工程施工質(zhì)量和施工現(xiàn)場管理效果。

（四）安全、生產(chǎn)培訓(xùn)

施工虛擬仿真技術(shù)能實(shí)時、直觀地顯示施工過程的實(shí)際情況，有助于操作人員全面了解操作流程，優(yōu)質(zhì)安全地完成施工任務(wù)。

（五）大型工程設(shè)計(jì)

施工虛擬仿真技術(shù)可以考察建筑設(shè)計(jì)是否合理，可以方便地對擬改進(jìn)部位進(jìn)行修改，從而得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。設(shè)計(jì)的仿真也有利于設(shè)計(jì)單位與業(yè)主、施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)交底。

（六）建筑市場管理

施工虛擬技術(shù)在招投標(biāo)過程中能直觀對比各方的施工方法和成效，增加評標(biāo)的透明度和公正性，有利于建筑市場的規(guī)范管理。

（七）其它方面

開發(fā)施工虛擬仿真技術(shù)必然帶動虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于建筑業(yè)其它方面，帶動以下幾方面的進(jìn)步：城市和市政規(guī)劃的優(yōu)化；投資者的投資意圖及市場推銷；建筑機(jī)械設(shè)計(jì)；仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

四、總結(jié)：

總而言之，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，各種新型技術(shù)都已經(jīng)開始投入實(shí)踐。建筑業(yè)也必須敢于創(chuàng)新，勇于嘗試，這是建筑行業(yè)發(fā)展自身、壯大自身并適應(yīng)時展的唯一途徑。

參考文獻(xiàn)：

第3篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù) 系統(tǒng)模仿

1、概念介紹

人們對仿真技術(shù)的期望也越來越高，過去，人們只用仿真技術(shù)來模擬某個物理現(xiàn)象、設(shè)備或簡單系統(tǒng)；今天，人們要求能用仿真技術(shù)來描述復(fù)雜系統(tǒng)，甚至由眾多不同系統(tǒng)組成的系統(tǒng)體系。這就要求仿真技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展，并吸納、融合其他相關(guān)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)，簡稱VR，是20世紀(jì)80年代新崛起的一種綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境，可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界（甚至是不存在的）的事物和環(huán)境，人投入到這種環(huán)境中，立即有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。

VR技術(shù)主要有三方面的含義：第一，是借助于計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境是虛幻的；第二，人對這種環(huán)境的感覺(視、聽、觸、嗅等)是逼真的；第三，人可以通過自然的方法（手動、眼動、口說、其他肢體動作等）與這個環(huán)境進(jìn)行交互，虛擬環(huán)境還能夠?qū)崟r地作出相應(yīng)的反應(yīng)。

虛擬仿真技術(shù)，則是在多媒體技術(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，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種更高級的仿真技術(shù)。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。

2、基本特性

虛擬仿真技術(shù)具有以下四個基本特性：

（1）沉浸性（Immersion）

虛擬仿真系統(tǒng)中，使用者可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運(yùn)動感覺等多種感知，從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。

（2）交互性（Interaction）

虛擬仿真系統(tǒng)中，不僅環(huán)境能夠作用于人，人也可以對環(huán)境進(jìn)行控制，而且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動作等）進(jìn)行控制的，虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時的反應(yīng)。例如，當(dāng)飛行員按動導(dǎo)彈發(fā)射按鈕時，會看見虛擬的導(dǎo)彈發(fā)射出去并跟蹤虛擬的目標(biāo)；當(dāng)導(dǎo)彈碰到目標(biāo)時會發(fā)生爆炸，能夠看到爆炸的碎片和火光。

（3） 虛幻性（Imagination）

即系統(tǒng)中的環(huán)境是虛幻的，是由人利用計(jì)算機(jī)等工具模擬出來的。既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境，也可模擬出客觀世界中當(dāng)前并不存在的但將來可能出現(xiàn)的環(huán)境，還可模擬客觀世界中并不會存在的而僅僅屬于人們幻想的環(huán)境。

（4）逼真性（reality）

虛擬仿真系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個方面：一方面，虛擬環(huán)境給人的的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，一切感覺都是那么逼真，如同在真實(shí)世界一樣；另一方面，當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時，環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。如當(dāng)給虛幻物體一個作用力，該物體的運(yùn)動就會符合力學(xué)定律，會沿著力的方向產(chǎn)生相應(yīng)的加速度；當(dāng)它遇到障礙物時，會被阻擋。

3、結(jié)語

由于采用電子虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品具有安全系數(shù)高、投入設(shè)備少、周期短、性能高，所以新世紀(jì)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的新理念是：構(gòu)思電路――虛擬仿真――繪制電路板――焊接調(diào)試――出產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

第4篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞： 城市規(guī)劃；城市仿真技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)

Abstract: In this paper, from the change of city planning under the background of the digital city, introduces the characteristics and the key technology of city simulation technology, describes its plays in the city planning work in the role and significance of.

Key words: city planning; city simulation technology; virtual reality

中圖分類號：TU984文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

1 引言

隨著城市社會科技的迅猛發(fā)展，社會對城市規(guī)劃、建設(shè)和管理要求越來越高，這是由城市規(guī)劃在城市發(fā)展中的戰(zhàn)略地位所決定的。然而過去傳統(tǒng)的城市規(guī)劃中，主要以感性規(guī)劃為主，存在自上而下命令式、強(qiáng)制控制等級式的管理體制，缺乏相應(yīng)的客觀性、獨(dú)立性和權(quán)威性，公眾參與的缺失，也影響了規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、前瞻性，影響了政府決策的宏觀和全局性的把握。

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)字化潮流的掀起，基于數(shù)字城市平臺上的虛擬學(xué)校、虛擬影院等應(yīng)運(yùn)而生。如何利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市本身的數(shù)字化，是城市管理者、規(guī)劃部門、公眾所共同關(guān)心的問題，而城市仿真技術(shù)作為數(shù)字城市的支撐技術(shù)之一，也成為了當(dāng)前各個領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)。

2 數(shù)字城市背景下城市規(guī)劃的變化

2.1城市規(guī)劃設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變

隨著數(shù)字化、信息化概念的不斷深入，數(shù)字城市建設(shè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃理念也受到了強(qiáng)烈的沖擊。傳統(tǒng)老式的靜態(tài)規(guī)劃面臨著向多階段過程轉(zhuǎn)化為一系列單階段問題逐個求解的動態(tài)規(guī)劃轉(zhuǎn)變，從簡單考慮資源配置的物質(zhì)規(guī)劃向全面考慮社會經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展需要的精神規(guī)劃轉(zhuǎn)變，從集中式的由規(guī)劃設(shè)計(jì)專家評審到規(guī)劃設(shè)計(jì)人員、決策者和社會大眾三者共同參與的協(xié)作式規(guī)劃模式轉(zhuǎn)變，從行政管理到法制化管理的轉(zhuǎn)變。

數(shù)字城市的建立為城市規(guī)劃提供了數(shù)字平臺與技術(shù)基礎(chǔ)。它一方面使城市規(guī)劃所需要的一切信息通過數(shù)字技術(shù)表現(xiàn)出來，城市規(guī)劃和管理人員能夠從整體上了解和掌握城市各類信息，從更大和更廣的范圍研究和探討城市發(fā)展的一般規(guī)律。另 一 方面，通過數(shù)字城市提供的多種分析手段和模型，對城市現(xiàn)象進(jìn)行更多的定量分析，從而進(jìn)一步提高規(guī)劃的科學(xué)性、可操作性和前瞻性。規(guī)劃和管理工作者的觀念和邏輯思維也隨之發(fā)生重大變化，從工業(yè)社會的物質(zhì)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向信息社會和數(shù)字化社會的知識生產(chǎn)方式，思維從單一化轉(zhuǎn)向了多元化。

2.2城市規(guī)劃技術(shù)方法的轉(zhuǎn)變

（1）獲取信息的手段發(fā)生轉(zhuǎn)變。數(shù)字城市具備了海量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，高速寬帶的信息傳輸系統(tǒng)和高效智能的處理系統(tǒng)，規(guī)劃設(shè)計(jì)所需的大量數(shù)據(jù)也由傳統(tǒng)的現(xiàn)場踏勘方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)數(shù)據(jù)處理方式，實(shí)現(xiàn)了城市規(guī)劃的現(xiàn)代化。

（2）規(guī)劃設(shè)計(jì)方案決策和表現(xiàn)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變。數(shù)字城市的建立，使得規(guī)劃設(shè)計(jì)及規(guī)劃成果的表現(xiàn)由原來的二維平面轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬?、動態(tài)化、形象化，使規(guī)劃人員可以利用多種分析手段和模型對城市發(fā)展現(xiàn)象、過程、趨勢進(jìn)行量化分析和預(yù)測，使得規(guī)劃方案更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確。

（3）公眾參與度發(fā)生轉(zhuǎn)變。對于城市規(guī)劃成果，利用可視化技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)虛擬城市景觀，公眾可以實(shí)時、在線參與城市規(guī)劃，提出自己的意見和設(shè)想，在充分展現(xiàn)群眾的參與權(quán)和監(jiān)督權(quán)的同時，充分體現(xiàn)出了規(guī)劃工作的公平、公正和客觀性。

3 城市仿真技術(shù)

3.1 概念及特征

通俗地講，城市仿真(Urban Simulation)就是將“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。而“虛擬現(xiàn)實(shí)”（Virtual Reality）又稱為靈境技術(shù)，是一種用來構(gòu)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)。它具有實(shí)時的三維空間表現(xiàn)能力，自然的人機(jī)交互式操作系統(tǒng)并能給人類帶來身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用在軍事模擬、視景仿真、虛擬制造等方面。

城市仿真具備三個特點(diǎn)：（1）良好的交互性。提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替換不同的建筑；（2）形象直觀，為專業(yè)人士和非專業(yè)人士之間提供了溝通的渠道；（3）利用數(shù)字化的手段，使得數(shù)據(jù)更新和維護(hù)變得非常容易。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）3D建模技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)基于Web的三維虛擬城市，必須建立大量相應(yīng)的3D模型和2D紋理素材。常用的建模方式有：常規(guī)的語言編寫3D模型、3DS建模輸出3D模型、規(guī)劃成果經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換生成3D模型、根據(jù)2D信息進(jìn)行3D模型重建等等。

（2）真實(shí)感圖形的實(shí)時繪制技術(shù)

場景造型是構(gòu)造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的第一步，不同于傳統(tǒng)真實(shí)感圖形繪制算法，它追求的是圖形的真實(shí)感和高質(zhì)量，我們往往需要通過一些算法在“真實(shí)”和“實(shí)時”之間尋求一種平衡，常用的包括光亮度計(jì)算、紋理映射技術(shù)和實(shí)時消隱技術(shù)等，以滿足我們的需要。

（3）立體聲合成和立體顯示技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，如何消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動的相關(guān)性已成為聲學(xué)專家們研究的熱點(diǎn)；同時，雖然三維圖形生成和立體圖形生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但復(fù)雜場景的實(shí)時顯示一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要研究內(nèi)容。

（4）交互技術(shù)

交互性能的高低是衡量虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鍵盤和鼠標(biāo)的傳統(tǒng)模式，三維交互技術(shù)、觸覺反饋是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的難點(diǎn)。此外，語音識別與語音輸入也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一種重要人機(jī)交互手段。

4 城市仿真技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

城市仿真技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃，可以為城市規(guī)劃提供輔助設(shè)計(jì)、查詢分析、成果展示、模型更新等技術(shù)手段。人們可以將城市設(shè)計(jì)方案放入虛擬世界，考慮這些規(guī)劃方案對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響，觀察方案是否合理、與周邊環(huán)境是否和諧，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的推敲對比、評審，甚至實(shí)時地進(jìn)行方案修改，同時結(jié)合城市規(guī)劃、城市建設(shè)進(jìn)程，通過進(jìn)行方案評審和成果入庫，動態(tài)更新城市模型，從而避免實(shí)際建造所消耗的資本和時間，對提高城市規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境，降低城市合理規(guī)劃的成本，縮短城市合理規(guī)劃的時間有著非常重要的意義。

（1）規(guī)劃審批工作更具科學(xué)性。虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，結(jié)合3D、GIS技術(shù)，具備了規(guī)劃方案的多方案比較、對照分析、通視分析、空間信息分析服務(wù)，地下管網(wǎng)及城市網(wǎng)線布局控制顯示功能，實(shí)現(xiàn)城市多維、多源、多尺度時態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)的維護(hù)與更新管理，能解決規(guī)劃審批工作中的諸多難題。

（2）多部門協(xié)同工作更具共享性。城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)庫動態(tài)應(yīng)用與一體化管理，能為多部門提供便捷的城市立體空間數(shù)據(jù)信息共享，在根本上實(shí)現(xiàn)城市數(shù)字一體化管理進(jìn)度。

（3）領(lǐng)導(dǎo)決策更具可依性。通過將具體項(xiàng)目在真實(shí)場景中進(jìn)行多方案比較分析，提高了項(xiàng)目的可行性，也為領(lǐng)導(dǎo)層提供了直觀、真實(shí)、科學(xué)的空間綜合數(shù)據(jù)決策依據(jù)，提高了項(xiàng)目方案配比合理化水平。

（4） 規(guī)劃建設(shè)更具民主性。虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與市民公示。市民通過在線瀏覽共享和查詢分析，參與評論和投票，從而增加項(xiàng)目的民意性參與，樹立良好的市政形象。

（5）城市在線宣傳更具推廣性。虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，可以對特定場所進(jìn)行高精度渲染，可以預(yù)設(shè)待開發(fā)項(xiàng)目的規(guī)劃效果，為今后城市的在線宣傳與投資政策起到了巨大的直觀推動作用。

5 結(jié)束語

城市仿真技術(shù)作為信息技術(shù)中的一種新興技術(shù)，正在逐漸成為幫助城市規(guī)劃和管理的重要手段，它對于城市規(guī)劃的影響不僅表現(xiàn)在對城市規(guī)劃所需信息的采集、處理和利用方面，更為重要的是它改變了城市規(guī)劃內(nèi)部信息流程和規(guī)劃部門與社會的信息交流與反饋機(jī)制，進(jìn)而對城市規(guī)劃管理體制產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，城市仿真技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用將會更加廣泛，同時，城市仿真技術(shù)還可以拓展到如市政管理、公共交通、環(huán)境保護(hù)、地產(chǎn)開發(fā)、公安消防等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)各種道路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三維立體仿真，包括高速公路線路選擇、立交體系的仿真、城市交通仿真等，前景令人期待。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃麗娜，龐前聰，費(fèi)立凡.基于GIS的城市規(guī)劃仿真系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J]. 國土資源科技管理，2006.

[2] 姜峰.數(shù)字規(guī)劃中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2004，37（6）.

第5篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；分子；生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為生活帶來了無數(shù)便捷，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中是以人為主體，人類從中獲得從未有過的體驗(yàn)。該研究所說的虛擬的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是通過計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)相結(jié)合形成的系統(tǒng)軟件。它應(yīng)用了Flash編寫課件，匯集了圖片、視頻、音頻、動畫，創(chuàng)造了一個虛擬中的實(shí)驗(yàn)室。通過操作計(jì)算機(jī)就能夠進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)。具有多重特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這種新型的仿真技術(shù)與分子生物學(xué)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，完善了老師教授實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，彌補(bǔ)了生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的不足之處，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)揮出最好的效果。為學(xué)生教學(xué)提供了更多的途徑。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已應(yīng)用在分子生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力以及創(chuàng)造力，取得了不錯的成果。針對這一技術(shù)，該研究作出了深刻具體的分析，現(xiàn)報道如下。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是指人類利用計(jì)算機(jī)根據(jù)真實(shí)的環(huán)境設(shè)計(jì)并構(gòu)造的模擬世界的一項(xiàng)技術(shù)。它是一種多種信息組合交集成為三維立體視圖以及有真實(shí)能動性的仿真系統(tǒng)。它幾乎和真實(shí)世界一模一樣，人們仿佛置身其中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）[1]是開啟這一類技術(shù)大門的鑰匙，是仿真技術(shù)的指路標(biāo)，是多種多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走在多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最前端，是值得更多的網(wǎng)絡(luò)人深入研究的課題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含有：模擬環(huán)境、行為能力、感覺、感應(yīng)設(shè)備。所謂模擬環(huán)境，它是電腦設(shè)計(jì)出來的具有3D真實(shí)效果的場景。行為能力是說場景中的人物有自己的行為能力，和現(xiàn)實(shí)中的人物是一樣的，身體的各部位都可以活動，電腦進(jìn)行操控他們的行為能力。當(dāng)電腦發(fā)出某個指令時，他們會根據(jù)指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，我們就可以看到他們的動作。感覺，眾所周知，是場景中的人物擁有五官的感受，比如，嗅覺、味覺、聽覺等等。感應(yīng)設(shè)備是指使三維立體視圖交匯在一起的設(shè)備。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

作為新發(fā)展起來的仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有很多特點(diǎn)，如下所示。①與現(xiàn)實(shí)交集。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以說是一個仿真世界，它擁有著真實(shí)世界所擁有的一些事物，包括人類在內(nèi)。仿真世界里的人物和我們一樣有著感官以及能動性，唯一不同的是，它們需要我們用計(jì)算機(jī)來操作它們的行為[2]。②很安全。安全是說可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行場景模擬演練，比如，演練各種火災(zāi)場景、各種地震場景等等。這樣有助于在現(xiàn)實(shí)生活中遇到這些情況時能夠冷靜處理，及時躲避，能夠自救以及救助別人，確保我們?nèi)祟惖娜松戆踩?。③感覺置身其中。當(dāng)我們操作電腦時，就會覺得仿真世界里面的人物就是自己，仿佛置身其中，體驗(yàn)不同的世界。仿真世界的真實(shí)程度會讓你覺得和現(xiàn)實(shí)沒有任何區(qū)別。④擁有感知能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)其中包含有感覺，這是說里面人物的感覺，他們有聽覺，味覺，嗅覺，以及它們還有運(yùn)動能力。⑤有針對的處理問題。在虛擬演練中，我們可以根據(jù)自身的弱點(diǎn)進(jìn)行有針對性的練習(xí)，比如，當(dāng)自己無法處理火災(zāi)事故時，我們可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行演練，提高自己的應(yīng)對能力。

2分子生物學(xué)

2.1分子生物學(xué)概念

分子生物學(xué)是指以分子為單位來探究生命活動規(guī)律的一門科學(xué)。分子生物學(xué)主要是研究蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸這一類分子的構(gòu)造以及合成[3]。探究其生命活動主要包括了人類的癌癥的病變，植物的光合作用生命活動中神經(jīng)的原理等等。分子生物學(xué)是需要通過不斷試驗(yàn)，不斷用實(shí)踐證明理論的學(xué)科。它也是一門開放性學(xué)科，要求學(xué)生通過動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。所以又說分子生物學(xué)的實(shí)踐性很強(qiáng)。

2.2研究分子生物學(xué)的意義

所有生命現(xiàn)象的活動都是有規(guī)律的。就像生物都是由蛋白質(zhì)還有核酸組成的。分子生物學(xué)的研究為人類帶來了了解生命活動規(guī)律的機(jī)會，人們可以進(jìn)一步改變生物構(gòu)造作進(jìn)一步的研究，為人類造福。

2.3相關(guān)應(yīng)用

①克隆技術(shù)。分子生物學(xué)作為一門新興邊緣的學(xué)科，它的研究成果能夠?yàn)槿祟愒旄！ｋm然目前我們?nèi)蕴幵诳寺〖夹g(shù)的最初級階段，隨著科學(xué)家不斷探究以及實(shí)驗(yàn)，未來定會看到克隆技術(shù)所帶給我們的福音。②DNA鑒定。隨著分子生物技術(shù)的不斷深入探索，科學(xué)家對基因的研究也有了很大的成果。DNA鑒定也為偵破案件提供了重要的證據(jù)。同時親子鑒定也可以通過DNA檢測獲得幫助。③轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因（GMF）[4]是通過轉(zhuǎn)換物種之間的基因而得到的另一個物種。轉(zhuǎn)基因食品擁有了其它食品所沒有的能力，例如，轉(zhuǎn)基因食品防蟲蛀，延長了保質(zhì)期，而且是大批量生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本減到最低，轉(zhuǎn)基因食品不分季節(jié)，可以隨時供應(yīng)，滿足人類的需要。但由于轉(zhuǎn)基因食品的好壞尚不明確，還有待進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用操作計(jì)算機(jī)讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)M的生物實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上他就是計(jì)算機(jī)利用Flash技術(shù)開發(fā)的軟件系統(tǒng)，為學(xué)生提供環(huán)境、設(shè)備，就像在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室一樣。正是如此，虛擬實(shí)驗(yàn)有著真實(shí)實(shí)驗(yàn)室不可比擬的特點(diǎn)：①共同的系統(tǒng)。眾所周知，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源都是可以通過網(wǎng)絡(luò)共享的。也就是說，人人都可以看到、用到。而虛擬實(shí)驗(yàn)證正是有這一特點(diǎn)，它可以通過計(jì)算機(jī)目錄檢索，學(xué)生所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)、文件、電子圖書，甚至是以前操作的實(shí)驗(yàn)都能找到。學(xué)生通過共享資源，節(jié)省了時間，提高了學(xué)習(xí)效率。②交流信息。資源可以在計(jì)算機(jī)上共享，同樣的，在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可以盡情的交流，交換意見。③學(xué)生自由操作。虛擬實(shí)驗(yàn)是由計(jì)算機(jī)操作完成，學(xué)生通過操作計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)成果。所以學(xué)生擁有操作的權(quán)利，可以對虛擬儀器的使用進(jìn)行操作。還可以隨時上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)等等。④軟件升級。隨著社會發(fā)展迅速，信息步伐加快。虛擬實(shí)驗(yàn)也需要更新?lián)Q代，軟件需要升級。各種環(huán)境都需要被改變。我們也要跟上時代的腳步，隨時準(zhǔn)備虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擴(kuò)充。⑤設(shè)備先進(jìn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是新興的一種技術(shù)，所以在設(shè)備上都是采用最先進(jìn)的。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)的儀器也是最好的。

4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

經(jīng)過多次總結(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有以下幾個問題。

4.1兩者發(fā)展不健全

在分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一直都很盲目注重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方面設(shè)想的偏少。教學(xué)中更注重實(shí)驗(yàn)，而忽略了學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。學(xué)生沒有設(shè)計(jì)過程，就不會了解整個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，及時得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，也只是匆匆記住結(jié)果而已。老師的這種教學(xué)模式，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的能力發(fā)展。學(xué)生并沒有從教學(xué)中學(xué)到任何技能。學(xué)生應(yīng)該全面掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。這樣才能與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行銜接。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是目前新興的仿真技術(shù)，還需要不斷的完善。對于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一模塊沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使用起來會很困難。在使用計(jì)算機(jī)操作虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上，老師和學(xué)生應(yīng)提高使用計(jì)算機(jī)的能力。

4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件設(shè)計(jì)和上機(jī)操作問題

在設(shè)計(jì)軟件時，設(shè)計(jì)者要和相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行溝通，使設(shè)計(jì)出來的軟件能夠方便使用。讓老師能夠教會學(xué)生應(yīng)用軟件，同時能夠讓學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。老師與學(xué)生共同學(xué)習(xí)，不僅有生物實(shí)驗(yàn)，還有計(jì)算機(jī)軟件操作的問題。

4.3現(xiàn)實(shí)與虛擬的空間問題

使用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生就進(jìn)入到了另一個世界，在其中體驗(yàn)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。兩者的感受是截然不同的，學(xué)生不能沉浸在虛擬的世界中而忘記了教學(xué)的重點(diǎn)[5]。

5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的對策

5.1加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)習(xí)

首先，學(xué)生要進(jìn)行計(jì)算機(jī)培訓(xùn)，以保證學(xué)生都能夠達(dá)到操作計(jì)算機(jī)的能力。其次，統(tǒng)一由軟件人員進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的生物實(shí)驗(yàn)的軟件的培訓(xùn)課程。教會學(xué)生操作軟件，并能靈活掌握。以便學(xué)生能順利操作實(shí)驗(yàn)，并得出正確結(jié)論。

5.2完善分子生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)

進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生教育中必行之路，而且教學(xué)目標(biāo)中明確提出要求學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作。有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的專業(yè)知識水平。

5.3加強(qiáng)兩者合作交流

軟件設(shè)計(jì)者與生物實(shí)驗(yàn)人員要多溝通，使兩者的結(jié)合得到更好地發(fā)展。同時也促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在教育中有更好的發(fā)展前景。

5.4課前對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)

要讓學(xué)生充分了解軟件操作的目的是為了更好地、更加逼真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分清現(xiàn)實(shí)與虛擬。學(xué)生在軟件操作中學(xué)習(xí)知識，理解知識，充分了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程與操作過程及最后得出的結(jié)論。提高了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

6結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的仿真技術(shù)，它為人類的生活帶來了便捷，解決了人類對危險環(huán)境的及時應(yīng)對問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)深入教學(xué)作為一種模式值得被重視。它解決了學(xué)校教育中教學(xué)過程的不完善，硬件設(shè)施的缺乏，教學(xué)環(huán)境等問題。從更開闊的視野以及多重的角度參透教育的特點(diǎn)，并對其開展一系列問題的分析研究。學(xué)生可以在過程當(dāng)中進(jìn)行深入探索和自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)知識增加了樂趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性。同時對計(jì)算機(jī)的操作，也提高了學(xué)生的綜合能力，獨(dú)立思考能力以及主觀能動性。使學(xué)生更加積極向上，提高教學(xué)的質(zhì)量和效果。不過，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段，還存在很多問題沒有得到解決，還需要進(jìn)一步研究[6]。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]徐輝，馬秀峰.虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用探析[J].山西師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,24(6):95-97.

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[5]陳曉歡，王穎穎，左云飛．虛擬實(shí)驗(yàn)室在分子診斷學(xué)中的應(yīng)用[J]．實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理，2015，14（1）：126－128.

第6篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞 虛擬制造技術(shù)；信息化；仿真技術(shù)

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）20-0010-02

當(dāng)今隨著科技進(jìn)步和人類生活水平的提高，消費(fèi)市場已經(jīng)逐步進(jìn)入需求個性化、多樣化、快速響應(yīng)的時代。在競爭日趨激烈的全球市場環(huán)境下，消費(fèi)產(chǎn)品企業(yè)必須能夠更好地滿足市場快速反應(yīng)的需求，即要以更短的產(chǎn)品開發(fā)周期，個性化的產(chǎn)品服務(wù)，更高的產(chǎn)品質(zhì)量，更低廉的制造成本和更好的售后服務(wù)來贏得客戶市場。為應(yīng)對快速變化的產(chǎn)品變更，制造企業(yè)的生產(chǎn)加工活動必須與時俱進(jìn)，具備柔性的生產(chǎn)加工能力。隨著近年來計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)管理理念升級，20世紀(jì)90年代以來產(chǎn)生了很多創(chuàng)新的概念和方法，虛擬制造（Virtual Manufacture，VR）就是其中一種全新的制造體系和模式創(chuàng)新方法。在虛擬制造系統(tǒng)中，充分利用信息技術(shù)、三維仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對制造系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化組織與分析，在基礎(chǔ)上采采集相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)建模，從而不斷優(yōu)化整個設(shè)計(jì)過程。整個過程采用虛擬制造技術(shù)，并沒有制造實(shí)物產(chǎn)品，而是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬整個制造過程。從而可以做出更為準(zhǔn)確的決策與優(yōu)化方案，大大提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場開拓能力，降低企業(yè)決策風(fēng)險。

1 虛擬制造技術(shù)簡介

1.1 虛擬制造技術(shù)簡介

目前，信息技術(shù)技術(shù)發(fā)展日新月異，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展給制造業(yè)的發(fā)展提供了巨大支持。從世界制造業(yè)發(fā)展潮流來看，信息技術(shù)與制造業(yè)的不斷融合是必然的趨勢。在這個領(lǐng)域產(chǎn)生了很多新概念，其中虛擬制造技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注。所謂虛擬制造技術(shù)是采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃、制造流程、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，并進(jìn)行過程管理與控制。從這個概念我們可以看出，虛擬生產(chǎn)技術(shù)并沒有生產(chǎn)出實(shí)物產(chǎn)品，這是與傳統(tǒng)的制造加工過程最明顯的不同。虛擬生產(chǎn)技術(shù)將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工過程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬演示，在計(jì)算機(jī)整個模擬過程中，設(shè)計(jì)師可以清楚看到產(chǎn)品虛擬加工的整個過程，設(shè)計(jì)人員可以隨時在虛擬的空間中根據(jù)市場需要和用戶需求對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的修改和完善。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)只有幾年的時間，但對制造業(yè)的影響是巨大的，虛擬技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)制造業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的不可逆性，優(yōu)化了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，在極短的時間內(nèi)迎合市場需求，生產(chǎn)出用戶受歡迎的產(chǎn)品，占領(lǐng)市場，贏得競爭優(yōu)勢。

1.2 虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬制造技術(shù)是制造技術(shù)的一大突破，也是未來制造技術(shù)發(fā)展的潮流。事實(shí)上，虛擬生產(chǎn)技術(shù)涉及范圍很廣，應(yīng)用也比較廣泛，其核心技術(shù)分別是信息技術(shù)、仿真技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

1.2.1 信息技術(shù)

在現(xiàn)代制造技術(shù)中的信息技術(shù)主要包括管理信息系統(tǒng)（MIS）技術(shù)、生產(chǎn)排程系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）、配送優(yōu)化系統(tǒng)等。通過虛擬制造系統(tǒng)應(yīng)用，可以模擬這些系統(tǒng)運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

1.2.2 仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶的要求建立實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并使之轉(zhuǎn)換為仿真模型，在不同的工況下在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行演示，從而真實(shí)地展現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的過程。仿真技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)有：

1）減少方案設(shè)計(jì)與開發(fā)時間。

2）減少運(yùn)營瓶頸的風(fēng)險。

3）降低方案改善成本。

1.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)及時而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)。

它包括以下關(guān)鍵技術(shù)：

1）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。

2）三維顯示和傳感器技術(shù)。

3）實(shí)時三維圖形生成技術(shù)。

4）系統(tǒng)集成技術(shù)。

2 虛擬制造技術(shù)在家電制造業(yè)中的應(yīng)用

家電是制造業(yè)中競爭最為激烈的領(lǐng)域之一，我國的家電企業(yè)經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，通過人性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、敏捷的市場反應(yīng)能力和低廉的制作成本，目前已經(jīng)在以高科技為依托的家電市場上找到了立足點(diǎn)，特別是以電視、空調(diào)、冰箱為代表的大家電在國內(nèi)市場占有率超過70%。家電業(yè)為了提高產(chǎn)品的市場競爭力，對產(chǎn)品的制造技術(shù)的應(yīng)用力度明顯加大，隨著CAD，CAM等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，家電產(chǎn)品在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上得到了大大改善，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加大，市場競爭力不斷加強(qiáng)，其中虛擬制造技術(shù)的使用更使得家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造發(fā)生了根本性的改變。下面本文分別對虛擬制造技術(shù)在家電制造業(yè)中的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬產(chǎn)品制造來闡述虛擬制造技術(shù)在家電制造業(yè)的應(yīng)用。

2.1 虛擬設(shè)計(jì)在家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段是家電產(chǎn)品走入市場的最重要階段，這個階段對產(chǎn)品的質(zhì)量和成本具有重要影響。在家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段利用虛擬技術(shù)是家電設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大突破，家電設(shè)計(jì)師們利用虛擬技術(shù)對家電產(chǎn)品這個過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，與以往的實(shí)物模型設(shè)計(jì)不同，采用虛擬技術(shù)后，設(shè)計(jì)師們對虛擬的家電產(chǎn)品進(jìn)行零部件裝配，大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。還可以通過動畫演示來展示家電產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行修改和補(bǔ)充，尤其是對家電產(chǎn)品的零部件進(jìn)行有限元分析，來對家電產(chǎn)品的可加工性、可采購性、可裝配性等因素進(jìn)行分析，并參考客戶反饋的意見進(jìn)行優(yōu)化綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，必要時用快速成型樣機(jī)予以驗(yàn)證。

虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要包含以下兩類。

1）增強(qiáng)的可視化系統(tǒng)。

利用先行的CAD系統(tǒng)進(jìn)行建模，在對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸入虛擬環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)；目前的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)大都屬于這種類型。

2）基于虛擬現(xiàn)實(shí)的CAD系統(tǒng)。

CAD技術(shù)最早的應(yīng)用就是在設(shè)計(jì)中，將虛擬技術(shù)用于CAD系統(tǒng)中，創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)的集成化CAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)的二維交互手段進(jìn)行建模，而直接是進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，用戶可以在這種虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)活動，大大提高設(shè)計(jì)效率。另外，這種系統(tǒng)也支持其它的輸入方法，如語音識別、手勢和眼神跟蹤等。整個系統(tǒng)操作方便、簡單易懂，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過簡單了解后就可以進(jìn)行操作，不需要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，因而擁有廣闊的應(yīng)用市場。

2.2 虛擬產(chǎn)品制造在家電生產(chǎn)中的應(yīng)用

虛擬產(chǎn)品制造在家電生產(chǎn)中的應(yīng)用主要是虛擬家電產(chǎn)品生產(chǎn)線制造流程。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，模擬產(chǎn)品生產(chǎn)整體流程，對生產(chǎn)線規(guī)劃方案進(jìn)行評估，擇優(yōu)選擇設(shè)計(jì)方案，大大降低產(chǎn)品生產(chǎn)風(fēng)險，降低后期生產(chǎn)線改造成本，并對部分難以通過手工分析的復(fù)雜控制邏輯模塊進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證優(yōu)化生產(chǎn)線控制邏輯，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人員、物料、生產(chǎn)計(jì)劃的最優(yōu)化運(yùn)作。圖1為虛擬制造分析流程。

圖1 虛擬制造分析流程

進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)仿真分析主要包含以下步驟：系統(tǒng)分析收集數(shù)據(jù)抽象系統(tǒng)模型建立仿真模型運(yùn)行仿真模型仿真實(shí)驗(yàn)輸出結(jié)果并分析。圖2為仿真技術(shù)在生產(chǎn)線規(guī)劃中的應(yīng)用。

2.3 應(yīng)用虛擬制造技術(shù)可以給家電企業(yè)帶來的好處

1）為家電制造企業(yè)提供高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，虛擬制造技術(shù)在家電生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，改變了家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式，降低了設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)師們可以在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中正確處理家電產(chǎn)品生產(chǎn)成本與效率之間的關(guān)系，幫助管理者做出正確的決策，獲取最大利潤。

2）家電產(chǎn)品開發(fā)中使用虛擬制造技術(shù)，可以在建模方法、虛擬運(yùn)動仿真中的運(yùn)動鏈簡化和等價轉(zhuǎn)換的精度評價等技術(shù)或應(yīng)用上有所創(chuàng)新，

3）家電制造企業(yè)采用虛擬制造技術(shù)，可以迅速根據(jù)市場的發(fā)展以及用戶的要求來修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了家電產(chǎn)品的定制化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，為家電產(chǎn)品迅速占據(jù)市場形成競爭優(yōu)勢提供了巨大幫助。

圖2 虛擬制造中的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)

3 總結(jié)

結(jié)合本文所述和相關(guān)文獻(xiàn)知識，虛擬制造技術(shù)是制造技術(shù)的一大突破，虛擬制造技術(shù)在制造行業(yè)的使用可以大大提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率，降低成本。對家電制造行業(yè)而言，隨著家電市場競爭的日益白熱化，傳統(tǒng)的家電生產(chǎn)方式已經(jīng)滯后于家電市場的發(fā)展以及用戶的實(shí)際需要，急需創(chuàng)造新的制造技術(shù)突破口。在這方面，虛擬制造技術(shù)的使用更使得家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造發(fā)生了根本性的改變，幫助家電企業(yè)迅速的適應(yīng)市場需求、形成競爭優(yōu)勢。當(dāng)然，虛擬制造技術(shù)在我國發(fā)展不過短短幾年，還處于理論研究階段，對于我國制造行業(yè)而言，要積極借鑒國外成熟的虛擬制造技術(shù)理論，與我國實(shí)際相結(jié)合，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善和強(qiáng)化，最終進(jìn)行大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[4]周祖德，陳幼平.虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬制造[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

第7篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；電力技能培訓(xùn)；電力企業(yè)

作者簡介：朱晶婷（1987-），女，福建莆田人，福建省電力有限公司培訓(xùn)中心，助理講師。（福建?福州?350009）

中圖分類號：G726?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）24-0026-02一、仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以專用設(shè)備和計(jì)算機(jī)為工具，利用系統(tǒng)模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)。將仿真技術(shù)引入技能培訓(xùn)，可以充分調(diào)動人的感覺、動覺和思維的學(xué)習(xí)能力，最大限度提高學(xué)員接受知識技能的效率。在專業(yè)技能培訓(xùn)中，通過仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)和操作過程，學(xué)員可動手完成對生產(chǎn)裝置的實(shí)際操作，鞏固所學(xué)知識，鍛煉獨(dú)立工作能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

二、電力企業(yè)傳統(tǒng)培訓(xùn)的特點(diǎn)

1.培訓(xùn)模式、培訓(xùn)方法單一

電力企業(yè)傳統(tǒng)培訓(xùn)基本運(yùn)用“老師講、學(xué)員聽、考試測”模式授課，從而產(chǎn)生培訓(xùn)效果不好的弊病，使員工失去對培訓(xùn)的興趣。

2.技能培訓(xùn)大多“紙上談兵”

電力行業(yè)屬于高危行業(yè)，且對技能操作的要求較高。因此，技能培訓(xùn)的質(zhì)量顯得尤為重要，如何確保安全性是重中之重。由于安全、經(jīng)濟(jì)等多方面因素，導(dǎo)致很多技能培訓(xùn)都是“紙上談兵”，針對性和實(shí)效性不強(qiáng)。

3.培訓(xùn)學(xué)員普遍缺乏學(xué)習(xí)興趣

培訓(xùn)學(xué)員更多只是把培訓(xùn)作為一項(xiàng)任務(wù)或只是想混個持證上崗證書，至于通過培訓(xùn)能對自己工作有多少幫助并不關(guān)心。為了考試合格通過，學(xué)員通常采用死記硬背復(fù)習(xí)資料、加強(qiáng)考前技能練習(xí)的應(yīng)試模式，對學(xué)習(xí)的興趣較差、自主學(xué)習(xí)的意識較淡薄。

三、仿真技術(shù)應(yīng)用于電力企業(yè)培訓(xùn)的實(shí)例

在提倡教育手段現(xiàn)代化的今天，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足信息化時代教育的發(fā)展趨向，尤其針對技能培訓(xùn)，很多內(nèi)容和技術(shù)需要情境化、實(shí)時化的教學(xué)手段來完成，且通過親身經(jīng)歷才能保障技能的掌握和鞏固所傳授的知識。現(xiàn)階段的多媒體教學(xué)模式只能被看作是傳統(tǒng)教學(xué)模式的附庸，交互性較差，限制了學(xué)員潛能的開發(fā)。

將現(xiàn)代仿真技術(shù)引入電力企業(yè)技能教學(xué)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)與多媒體教學(xué)的不足，為高危技能培訓(xùn)提供新的空間、平臺和可能性，豐富教學(xué)的實(shí)踐形式和多樣性，充分調(diào)動學(xué)員感觀、動覺和思維的學(xué)習(xí)機(jī)能，激發(fā)了學(xué)員自主學(xué)習(xí)的興趣，大幅度提高培訓(xùn)效果。

1.專用設(shè)備仿真的應(yīng)用

專用設(shè)備仿真是仿真技術(shù)的一種，具體以專用設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)為輔，采用控制技術(shù)模擬實(shí)際的生產(chǎn)和操作過程，其特點(diǎn)是直接、形象、易信，但其硬件因多次反復(fù)操作易破壞、難以重用。

10kV典型客戶配電實(shí)訓(xùn)室就是專用設(shè)備仿真的典型實(shí)例。該實(shí)訓(xùn)室以真實(shí)的10kV高壓柜作為載體，通過通信控制技術(shù)來控制電壓\電流源的升降、故障模擬器的設(shè)置，模擬仿真現(xiàn)場10kV高壓柜的各種運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了10kV斷路器合分閘等技能操作培訓(xùn)零的突破。不僅如此，由于以二次380V電壓來模擬真實(shí)的一次10kV電壓，降低了電壓等級，降低了安全風(fēng)險。同時又加裝了漏電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)一步保證了學(xué)員的人身安全。10kV典型客戶配電實(shí)訓(xùn)室通過應(yīng)用仿真技術(shù)，在培訓(xùn)效果上取得了顯著成果。

2.操作軟件仿真的應(yīng)用

操作軟件仿真屬于計(jì)算機(jī)仿真，主要是通過軟件開發(fā)虛擬客觀事物的狀態(tài)、運(yùn)動方式及過程，使得學(xué)員更容易擺脫枯燥的課本說教和計(jì)算機(jī)屏幕冷冰冰的界面，活生生地處在一個可以由自己控制的環(huán)境里。在學(xué)習(xí)活動中，學(xué)員通過虛擬實(shí)踐將知識轉(zhuǎn)化為技能，使其滿足人的好奇心理。

操作軟件仿真的主要特點(diǎn)是可及時升級軟件，更新模擬現(xiàn)場的動態(tài)，且可以重復(fù)演示與操作，大大節(jié)約了培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)和時間成本，但因?yàn)榫窒抻谟?jì)算機(jī)操作，與真實(shí)的動手操作還有一定的距離，因此僅能作為現(xiàn)實(shí)技能培訓(xùn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展。

220kV仿真變電站應(yīng)用操作軟件仿真技術(shù)，開展變電站值班巡視檢查及故障分析處理等培訓(xùn)項(xiàng)目，由以下兩部分構(gòu)成：（1）前端學(xué)員操作系統(tǒng)，模擬真實(shí)變電站的運(yùn)行環(huán)境。在虛擬環(huán)境下，學(xué)員通過操作軟件，模擬現(xiàn)場對一次設(shè)備（主用變壓器、互感器、開關(guān)刀閘）的巡視操作、保護(hù)小室的設(shè)備檢查和操作、倒合閘操作等技能操作。（2）后臺教師主控系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、教師主控機(jī)，用于設(shè)置相間短路、單相接地等線路故障及監(jiān)控學(xué)員的操作情況。運(yùn)用這種仿真技術(shù)開展培訓(xùn)項(xiàng)目方便，維護(hù)簡單。

3.三維虛擬仿真的應(yīng)用

三維虛擬仿真采用虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreality）技術(shù)，由計(jì)算機(jī)生成，可以使學(xué)習(xí)者在一種如臨其境、栩栩如生的人機(jī)和諧的信息環(huán)境下工作、學(xué)習(xí)與創(chuàng)造，用自己的感官感覺、接受和處理各種信息，并加工成為對客觀事物的認(rèn)識。

這種仿真技術(shù)靈活性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，不受時間、空間等因素限制。每位學(xué)員都是整個模擬教學(xué)過程的主體。培訓(xùn)師不僅是“場外教練”，更是整個學(xué)習(xí)過程的“指導(dǎo)者”和“監(jiān)督者”，必須從全局上把握整個模擬教學(xué)過程。因此，這種培訓(xùn)的效果在很大程度上取決于培訓(xùn)師的指導(dǎo)。培訓(xùn)師不僅必須有較高的網(wǎng)絡(luò)理論和實(shí)踐水平，而且還必須有較高的教學(xué)指導(dǎo)能力。

在配電安全實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，學(xué)員通過鼠標(biāo)鍵盤，扮演“操作角色”融入到虛擬環(huán)境中，執(zhí)行更換高壓電線絕緣子等高危技能操練。學(xué)員在模擬互動中，潛移默化地形成安全意識，自然而然地養(yǎng)成操作前對風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行預(yù)控分析的好習(xí)慣。同時，學(xué)員與虛擬環(huán)境之間可以有多維（聽覺、觸覺、運(yùn)動感知等）信息交互，來獲得對操作項(xiàng)目的感性和理性認(rèn)識。

四、仿真技術(shù)應(yīng)用于電力企業(yè)培訓(xùn)的優(yōu)越性

借助仿真技術(shù)手段深化教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)訓(xùn)練模擬仿真化，是一場創(chuàng)新教學(xué)手段和方法的變革，而這場變革的核心就是模擬和仿真。仿真技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，正在蓬勃發(fā)展，借助虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段，為電力技能培訓(xùn)打造一個全新的仿真演練平臺，無疑是電力生產(chǎn)安全管理工作上的一次全新而又有效的改革。

1.安全性

作為電力培訓(xùn)中重中之重的安全性，虛擬的演練環(huán)境遠(yuǎn)比現(xiàn)實(shí)中安全。采用虛擬仿真技術(shù)，不會對演練對象如設(shè)備、儀表、元件等造成實(shí)質(zhì)性損害，更不會因演練失誤對學(xué)員造成人身危害。在確保人身安全萬無一失的情況下，學(xué)員可以卸去事故隱患的包袱進(jìn)行演練，從而大幅度的提高自身的技能水平，確保在今后實(shí)際操作中的人身與事故安全。

2.逼真性

仿真技術(shù)構(gòu)建的演練環(huán)境是以現(xiàn)實(shí)操作環(huán)境為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建的，演練規(guī)則同樣立足于現(xiàn)實(shí)中實(shí)際的演練規(guī)范，理想的虛擬環(huán)境甚至可以達(dá)到難辨真假的程度。

3.針對性

與現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)演練相比，通過采用仿真技術(shù)開展培訓(xùn)活動，可以將學(xué)員自身置于各種復(fù)雜、突發(fā)環(huán)境中去，從而進(jìn)行針對性訓(xùn)練，提高其應(yīng)變能力與相關(guān)處理技能。

4.趣味性

仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)形象、生動的場景，激發(fā)人的學(xué)習(xí)興趣，使人在輕松愉快的情緒下，保持旺盛的學(xué)習(xí)熱情。

5.自主性

利用仿真技術(shù)培訓(xùn)摒棄了傳統(tǒng)“滿堂灌”的舊觀念，將傳統(tǒng)培訓(xùn)轉(zhuǎn)換為啟發(fā)式培訓(xùn)，充分調(diào)動學(xué)員的積極性和主動性，構(gòu)建平等、合作的師生關(guān)系網(wǎng)，引導(dǎo)學(xué)生自覺、積極地參與培訓(xùn)。

6.經(jīng)濟(jì)性

一個電力運(yùn)行環(huán)境的構(gòu)建至少耗資百萬以上，采用仿真技術(shù)模擬實(shí)際場景，大大降低了培訓(xùn)基地建設(shè)和維護(hù)的費(fèi)用。仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大范圍實(shí)際操作活動操作集中在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，甚至是電腦系統(tǒng)操作中，節(jié)約了很多時間成本。

五、結(jié)語

仿真技術(shù)應(yīng)用于電力技能培訓(xùn)中去，為學(xué)習(xí)者提供了一個安全、自主、交互和直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，為培訓(xùn)教學(xué)的創(chuàng)新提供了新的空間、平臺和可能性，豐富了教學(xué)的實(shí)踐形式和多樣性。

參考文獻(xiàn)：

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第8篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；城市規(guī)劃；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

城市規(guī)劃是一項(xiàng)綜合性工作，其保護(hù)的工作內(nèi)容很多，而且需要利用多項(xiàng)技術(shù)，其對美化城市有著重要的促進(jìn)作用。在城市規(guī)劃中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一項(xiàng)創(chuàng)新的行為，而且具有一定的進(jìn)步性，其利用多媒體技術(shù)可以給人一種身臨其境的感覺，使人感受到更加逼真的城市規(guī)劃效果。在體驗(yàn)的過程中，不單是視覺效果，人們還可以從聽覺與觸覺方面進(jìn)行全方位的體驗(yàn)，而且這項(xiàng)技術(shù)還具有互動的功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以更加直觀的展示城市規(guī)劃中的建筑，也可以得到更加真實(shí)的信息反饋，促進(jìn)城市規(guī)劃質(zhì)量的提高。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體現(xiàn)了科技的進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)可以為使用者提供更加真實(shí)的體驗(yàn)環(huán)境，所以，也稱作靈境技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)需要借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動的界面，其在城市規(guī)劃的應(yīng)用中，可以提高城市規(guī)劃的質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及多項(xiàng)學(xué)科，其綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多媒體技術(shù)等等，而且還涉及到了心理學(xué)、認(rèn)知學(xué)科以及信息科學(xué)等多項(xiàng)新興知識。這項(xiàng)技術(shù)可以為用戶帶來視覺、聽覺以及觸覺的感受，使人進(jìn)入多媒體虛擬環(huán)境，并與人機(jī)界面進(jìn)行互動，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流與溝通，其創(chuàng)造出了一個多維的信息環(huán)境，而且應(yīng)用的范圍比較廣泛。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，可以有效的提高這一行業(yè)的發(fā)展速度，還可以為美化城市作出重大的貢獻(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不同與多媒體技術(shù)以及可視化技術(shù)，其可以給人帶來身臨其境的體驗(yàn)，而且更加真實(shí)，體現(xiàn)者在計(jì)算機(jī)營造出的虛擬環(huán)境中，可以有立體三維的視覺體驗(yàn)，還有著聽覺的體驗(yàn)效果以及真實(shí)的觸感，這種效果比起模型觀摩有著較大的進(jìn)步，而且為城市規(guī)劃人員提供了更大的發(fā)揮空間，也創(chuàng)建出了虛擬的思維空間，體現(xiàn)了數(shù)字化、智能化的科技技術(shù)，這也給體驗(yàn)者帶來了全方位感受環(huán)境。另外，傳感技術(shù)對構(gòu)建虛擬仿真環(huán)境有著重要的貢獻(xiàn)，傳感網(wǎng)技術(shù)也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要組成，可以人更好的投入到模擬的環(huán)境中，并利用人機(jī)界面更加的真實(shí)的記錄體驗(yàn)者的逼真反映。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起引起了各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用前景與科學(xué)價值也逐步得到認(rèn)可，其中涉及軍事、教育、工程、建筑、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的早期實(shí)驗(yàn)起源于MIT，最早是開發(fā)軍事作戰(zhàn)的虛擬環(huán)境，用于模擬戰(zhàn)場的各種突發(fā)狀況的變化等。隨著這項(xiàng)技術(shù)的逐步成熟，開始由軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)變，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，著名的飛機(jī)制造商波音公司就曾經(jīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成功的設(shè)計(jì)了波音747的座艙。此外，研制基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的解剖模擬器，可供外科醫(yī)生進(jìn)行模擬解剖練習(xí)。而對于我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|到的，莫過于各類科幻電影中的應(yīng)用，例如“侏羅紀(jì)公園”就大膽的應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，給人們耳目一新的視覺沖擊感。在建筑領(lǐng)域中，人們可以通過逼真的行走方式，徜徉在虛擬的建筑中，感受環(huán)境、街道，甚至是進(jìn)入建筑內(nèi)部，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察等。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，人們對城市規(guī)劃的要求也越來越高，在城市規(guī)劃中，設(shè)計(jì)者加入了很多生態(tài)環(huán)保理念，這也有利于構(gòu)建出綠色、和諧的城市環(huán)境。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃中，可以使設(shè)計(jì)人員更加真實(shí)的體驗(yàn)到設(shè)計(jì)效果，這項(xiàng)技術(shù)具有綜合性，其不但綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、還利用多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)以及人工智能技術(shù)，其對城市規(guī)劃的發(fā)展有著一定促進(jìn)作用。

3.1 虛擬城市規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化的城市規(guī)劃必須符合可持續(xù)發(fā)展的原則，所以，設(shè)計(jì)人員一定要在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中加入環(huán)保的理念，并優(yōu)化城市建筑的布局，使街道設(shè)計(jì)以及景觀設(shè)計(jì)更加合理與和諧，為居民創(chuàng)造更加健康的環(huán)境。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃需要反復(fù)驗(yàn)證，這樣才能達(dá)到城市建設(shè)發(fā)展的要求，而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以對舊城區(qū)進(jìn)行合理的改造，還能通過真實(shí)的體驗(yàn)，客觀的評價城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性。此外，街道綠化的景觀效果，四季的植物色彩變化和搭配等等，都可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來給出重要的參考依據(jù)。在建筑設(shè)計(jì)方面，建筑空間的合理性也同樣可以依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來反應(yīng)出來，從用戶身臨其境的反映可以得出最直接的反饋，對建筑的功能與空間布局給出合理的結(jié)論。在城市整體規(guī)劃的大背景下，建筑的空間感與周圍景觀的結(jié)合程度，都可以依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給出的反饋來得到解決。

3.2 街區(qū)重建與小區(qū)規(guī)劃

城市是由多個細(xì)化的街區(qū)與居民生活的小區(qū)構(gòu)成的，因此，城市規(guī)劃既是全局行為也是局部行為。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將街區(qū)改造設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，顯示該地區(qū)內(nèi)的街道重建結(jié)構(gòu)與道路的功能性，該項(xiàng)技術(shù)特別是在一些地震重建城市將得到更有價值的應(yīng)用。修復(fù)損毀道路、重建街區(qū)功能使城市的街區(qū)與城市整體結(jié)構(gòu)緊密契合，將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的典型應(yīng)用。對于居民小區(qū)規(guī)劃不僅要考慮到周邊的交通，同時也要充分考慮到自然環(huán)境的影響，小區(qū)與周邊的協(xié)調(diào)性等等，將擬建的小區(qū)虛擬模型放置在完成的周邊環(huán)境中進(jìn)行綜合評價，將大大提高小區(qū)公共設(shè)施的利用價值與綠化的景觀價值與整體布局的合理性。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將街區(qū)改造與小區(qū)建設(shè)的效率性進(jìn)行提升，從而構(gòu)成城市規(guī)劃的整體布局的完整性。

結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)新型的技術(shù)，是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，這項(xiàng)技術(shù)在城市規(guī)劃的應(yīng)用中，提高了工作人員的效率以及規(guī)劃設(shè)計(jì)的質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較強(qiáng)的體驗(yàn)性，可以為用戶帶來更加真實(shí)的體驗(yàn)，其利用傳感器技術(shù)，不但提供了視覺效果，還具有較強(qiáng)的聽覺以及較真實(shí)的觸感。在計(jì)算機(jī)營造出的虛擬環(huán)境中，技術(shù)人員還可以利用人機(jī)界面與用戶更好的交流，更加及時的受到信息的反饋，從而改進(jìn)城市規(guī)劃方案。通過仿真技術(shù)，使用者可以更加真實(shí)的感受到城市建筑的布局，通過效果的對比，設(shè)計(jì)人員也可以選擇出更加優(yōu)質(zhì)的城市規(guī)劃方案。

參考文獻(xiàn)

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第9篇：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文

Abstract： For the problems of high cost and poor training effect of traditional safety training methods in oil production plant， this paper designs and realizes the virtual simulation platform of safety training in oil production plant by using 3D simulation technology. The virtual human simulation modeling， static and dynamic objects three dimensional scene modeling method are mainly introduced， and the level of detail and collision detection key technologies are solved in this virtual simulation platform. The results of practice show that the interactive operation drill and the highly reduced accident case obviously enhanced the security training effects， reduced the cost of oil field training and improved staff safety awareness and operational level.

關(guān)鍵詞： 三維模擬；虛擬仿真；場景建模；交互式控制

Key words： 3D simulation；virtual simulation；scene modeling；interactive control

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0078-03

0 引言

隨著油田的深入開發(fā)，采油廠在石油開采過程中的各種作業(yè)工藝變得越來越復(fù)雜，安全生產(chǎn)過程中的隱患問題日益突出，安全事故經(jīng)常發(fā)生[1]。因此急需對石油生產(chǎn)一線的作業(yè)人員進(jìn)行切實(shí)有效的、系統(tǒng)的安全操作技術(shù)培訓(xùn)，特別是一些危險作業(yè)的操作方法的培訓(xùn)。提高油田工作人員安全技術(shù)水平和預(yù)防、處理事故的能力，對于石油的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，其中向油田職工展示以往的錯誤操作致使石油生產(chǎn)過程中發(fā)生的事故案例非常必要，以此達(dá)到警示的作用。

魍秤吞鋨踩操作培訓(xùn)大部分是以文字資料和多媒體課件為主、實(shí)物操作訓(xùn)練為輔的方式進(jìn)行集中培訓(xùn)[2]。這種形式的培訓(xùn)存在很多問題，例如通過書本學(xué)習(xí)的培訓(xùn)方式枯燥無味，實(shí)物操作訓(xùn)練的成本很高，設(shè)備和培訓(xùn)人員的數(shù)量都受到限制，難以控制設(shè)備的操作時間，由于無法還原事故案例現(xiàn)場，很多事故無法真正再現(xiàn)給培訓(xùn)人員，如果在實(shí)際生產(chǎn)操作中遇到了緊急情況，員工依然是手足無措、容易發(fā)生事故，培訓(xùn)效果不理想，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時交互式操作訓(xùn)練功能[3，4]。

因此，針對傳統(tǒng)培訓(xùn)方法的不足，本文借鑒現(xiàn)代化油田安全培訓(xùn)方法，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于采油廠的安全培訓(xùn)中，使用三維模擬仿真技術(shù)，再現(xiàn)采油廠發(fā)生過的事故案例現(xiàn)場，描述每個案例的經(jīng)過和預(yù)防措施，以人機(jī)交互的方式展現(xiàn)在員工面前，實(shí)現(xiàn)三維的高度仿真效果，使培訓(xùn)者如親臨生產(chǎn)或事故現(xiàn)場。將三維模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到油田培訓(xùn)工作中，讓培訓(xùn)者在這個過程中既能學(xué)習(xí)到正確的操作步驟，又能起到防范的作用，很大程度上解決了油田培訓(xùn)中的困難， 對油田的安全生產(chǎn)與管理起到積極的推進(jìn)作用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采油廠事故案例虛擬仿真平臺主要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將采油生產(chǎn)事故案例和安全防范措施進(jìn)行仿真，仿真平臺主要應(yīng)用3DS Max進(jìn)行建模、貼圖和渲染，通過Virtools工具將各個三維模型按照一定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成，用來組建完整的場景，仿真平臺可以通過接口如鼠標(biāo)、鍵盤、控制手柄、操縱臺等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、故障處理等來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

本文的虛擬仿真平臺根據(jù)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，可以分為數(shù)據(jù)服務(wù)層，仿真管理層、用戶界面層三個層次。操作者與系統(tǒng)進(jìn)行交互時，通過界面顯示層輸入數(shù)據(jù)的訪問請求，通過仿真層中的各種服務(wù)，轉(zhuǎn)換為對數(shù)據(jù)服務(wù)層的訪問請求，數(shù)據(jù)服務(wù)處理請求后，將結(jié)果通過中間層，返回給界面層輸出。該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采油廠事故案例虛擬仿真平臺由模擬仿真訓(xùn)練、事故案例再現(xiàn)、應(yīng)急救援措施三個部分組成。模擬仿真訓(xùn)練主要實(shí)現(xiàn)采油工、電力變電、抽油機(jī)等安全操作的三維仿真，同時可以自由漫游于井廠配電間等；事故案例再現(xiàn)主要通過三維技術(shù)再現(xiàn)采油廠近些年發(fā)生的典型安全事故案例，并且分析事故原因；事故應(yīng)急救援主要針對采油廠易發(fā)生的配電失誤、油氣泄露導(dǎo)致爆炸等事故，制作完整的事故應(yīng)急救援三維仿真。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 場景建模

在三維仿真系統(tǒng)中最重要的是場景數(shù)據(jù)庫的管理與三維模型的建立，整個場景三維建模過程也就是場景數(shù)據(jù)庫的建立和管理過程[5]。建立場景數(shù)據(jù)庫首先要做好前期準(zhǔn)備工作，收集和處理數(shù)據(jù)，并且確定場景數(shù)據(jù)庫的層次結(jié)構(gòu)，其次是建立三維實(shí)體模型，最后對模型進(jìn)行集成優(yōu)化并測試，場景數(shù)據(jù)庫建立流程圖如圖3所示。

采油廠事故案例虛擬仿真平臺中的物體模型分為三大類：虛擬人、靜態(tài)物體模型和動態(tài)物體模型。虛擬人為供操作人員控制的替身或是與操作人員控制的替身合作完成任務(wù)的助手或監(jiān)護(hù)人等；靜態(tài)物體模型為場景中靜止不動的實(shí)體模型，例如房屋、樹木、道路等地形、地物；動態(tài)物體模型指的是具有運(yùn)動屬性的各種仿真實(shí)體模型，如按鈕、開關(guān)、閥門等[6]。

2.1 虛擬人建模

虛擬人是整個虛擬仿真平臺的主體，其中人物模型的建立、人和動態(tài)物體間的行為描述對虛擬仿真平臺的質(zhì)量起決定性作用。由于虛擬人具有運(yùn)動的特性，為了使虛擬人的動作看起來更加流暢、更加合理，本平臺采用曲面細(xì)分建模技術(shù)來構(gòu)建虛擬人的外形，其特點(diǎn)是虛擬人在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的皮膚拉伸和擠壓不會失真，并且運(yùn)用正向運(yùn)動與反向運(yùn)動學(xué)技術(shù)對人物骨骼的運(yùn)動進(jìn)行虛擬仿真，然后通過蒙皮技術(shù)將人物的外形與骨骼模型進(jìn)行連接最終構(gòu)建了完整的虛擬人。虛擬人的動作表現(xiàn)、行為控制、人與物體的交互也是虛擬仿真平臺的關(guān)鍵問題[7]。

通過對油田作業(yè)中常見操作活動的分析，將油田工人的一個操作活動分解成幾個基本行為，而每個基本行為是由幾個基本動作的不同組合完成，現(xiàn)將這些基本動作進(jìn)行分類，建立人物幼骺猓庫中的動作包含了操作活動的所有基本動作，每個動作在語義上是獨(dú)立的，并且具有可重用性和通用性，這樣一個操作活動就可以通過基本動作的組合來實(shí)現(xiàn)。

2.2 靜態(tài)物體建模

靜態(tài)建模大部分是通過幾何建模技術(shù)，利用建模工具從形狀以及外觀上對實(shí)體進(jìn)行模擬，并且通過使用紋理映射等方式來降低模型的復(fù)雜度[8]。根據(jù)井場內(nèi)實(shí)體的位置和重要程度確定建模順序，然后分別對其進(jìn)行建模，最后進(jìn)行集成。3DS Max建模工具為用戶提供了優(yōu)秀的樹狀層次結(jié)構(gòu)來組織管理模型，并且3DS Max中的圖形操作非常靈活，因?yàn)榭梢詮淖罨镜脑獑挝稽c(diǎn)、線、面等開始建立自己的三維模型，而且建立的所有三維模型都是通過樹形結(jié)構(gòu)組織在一起的。

2.3 動態(tài)物體建模

在虛擬仿真平臺中，閥門的開關(guān)，分離液的流動等都屬于動態(tài)物體建模。對運(yùn)動部件進(jìn)行動態(tài)建模時，首要任務(wù)就是建立運(yùn)動對象，其方法是在已經(jīng)建好的模型文件中添加自由度節(jié)點(diǎn)，設(shè)立其相應(yīng)的局部坐標(biāo)，并進(jìn)行定位[9]。在本文中通過粒子系統(tǒng)制作分離液和氣體流動的動態(tài)效果，來實(shí)現(xiàn)液體、氣體等不規(guī)則物體的模擬仿真。在不規(guī)則物體的建模方法中，相對來說粒子系統(tǒng)是一種比較好的方法，該方法的特點(diǎn)是能夠用很小的計(jì)算代價達(dá)到真實(shí)感很強(qiáng)的模擬效果，能充分體現(xiàn)不規(guī)則物體的動態(tài)性和隨機(jī)性[10，11]。本文中把分離液和被分離出的氣體都定義為粒子，這些粒子是具有生命周期并且是隨機(jī)運(yùn)動的，而且粒子的運(yùn)動狀態(tài)能夠被改變，通過動態(tài)控制粒子的運(yùn)動軌跡來實(shí)現(xiàn)液體和氣體沿著管道內(nèi)壁流動的效果。分液的流動效果如圖4所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 層次細(xì)節(jié)技術(shù)

在本平臺中采用層次細(xì)節(jié)技術(shù)進(jìn)行場景優(yōu)化，使用一組復(fù)雜程度逐漸增加的層次細(xì)節(jié)模型描述相同的對象，在場景漫游時，根據(jù)虛擬人視點(diǎn)距離目標(biāo)實(shí)體模型的遠(yuǎn)近來選擇不同層次的細(xì)節(jié)模型，當(dāng)視點(diǎn)和目標(biāo)實(shí)體的距離較大時，選用細(xì)節(jié)程度較低的模型，反之則選用細(xì)節(jié)程度高的模型，動態(tài)調(diào)節(jié)虛擬場景中模型的復(fù)雜度，這種技術(shù)使系統(tǒng)在不影響整體視覺效果的同時又提高了場景的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)不同視點(diǎn)觀看到復(fù)雜程度不同的模型，建立的四合一罐效果如圖5（a）、（b）所示。

3.2 碰撞檢測技術(shù)

本文中虛擬平臺的交互控制主要有系統(tǒng)漫游，控制閥門、開關(guān)等操作，而實(shí)現(xiàn)交互控制的重點(diǎn)就是碰撞檢測。為了避免平臺中兩個不可穿透的物體彼此穿透，所以在虛擬現(xiàn)實(shí)的建模中經(jīng)常會用到碰撞檢測技術(shù)。

本文中的碰撞檢測是根據(jù)兩個物體的相對位置計(jì)算它們之間的距離，例如現(xiàn)在進(jìn)行更換法蘭墊片操作，虛擬人需要行走到設(shè)備前，系統(tǒng)實(shí)時檢測虛擬人與設(shè)備的相對位置，當(dāng)人與設(shè)備的距離L超過系統(tǒng)設(shè)定的距離Ls時，則不會發(fā)生碰撞，人繼續(xù)朝著設(shè)備行進(jìn)，當(dāng)L

4 結(jié)論

本文建立了采油廠安全培訓(xùn)虛擬仿真平臺，通過三維模擬仿真技術(shù)模擬了采油生產(chǎn)過程與典型事故案例的再現(xiàn)事故應(yīng)急。由于在生產(chǎn)崗位中的各種關(guān)鍵設(shè)備，在正常生產(chǎn)情況下是無法看見其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和它們的運(yùn)轉(zhuǎn)情況的，培訓(xùn)時為了能使學(xué)員們了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本文在三維軟件中按比例建立了四合一罐實(shí)物的整體和分部模型，建立場景數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行整體效果渲染，模擬設(shè)備的運(yùn)行，使學(xué)員有身臨其境之感。

本文中的虛擬仿真平臺融入了采油廠安全培訓(xùn)的知識，并且其平臺的交互性與可操作性極大地增強(qiáng)了培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)效果，提高了操作人員的應(yīng)急處理能力與操作水平，并在很大程度上減小了油田培訓(xùn)的成本，對于油田的數(shù)字化發(fā)展有很大的意義。

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