计算机三维仿真技术精选(九篇)

第1篇：计算机三维仿真技术范文

【关键词】计算机虚拟仿真技术 虚拟现实 动画制作

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。虚拟现实（Virtual Reality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。

通过研究大学文理科学生通识教育的课程设置，能为我们提供许多宝贵的借鉴，大学教育需要逐步实现科学精神与人文精神的融合。本文论述以虚拟仿真技术的应用，探讨仿真技术在交互性视景三维动画制作中的作者体现，以完善学生知识与智能结构而构建课程内容，根据学生的志趣和特长研究授课方式，并在课程考核方面，体现学生的团队协作精神，分小组完成作业，小组成员进行不同工作的分工协作，共同完成虚拟仿真作品。

1 虚拟仿真技术

通识教育实际上是素质教育最有效的实现方式。在通识教育中，贯彻“博学与精专相统一的个性化素质教育”，在课程设置中充分体现这一原则。另一方面，该课程对选修的学生不设任何限制，无论是什么专业，无论有无相关的知识基础，只要对虚拟现实技术感兴趣都可以选修。

1.1 学习仿真技术的基础要求

（1）学习计算机图形学与虚拟现实的基本理论与技术，了解计算机图形图像的生成、显示、处理、变换、动画、影视等的基本方法和技能。

（2）学习虚拟现实的基础知识，虚拟现实系统的构成原理，互动性视景三维动画制作工具软件，掌握虚拟现实系统和虚拟现实环境的设计和实现的基本方法和技能。

（3）采用实例进行讲解，使学生能在较短的时间内对虚拟现实应用有所了解，并学会制作视景动画作品。

（4）培养学生具有理论分析和解决实际问题的能力，具有面向高科技的研究能力和基本的面向工业的设计生产能力。

1.2 虚拟仿真技术的掌握基本

在课程内容设置上，考虑了学生的接受能力，并能充分学习和了解虚拟现实技术的魅力，调动学生的学习兴趣，提高学生的动手能力。课程内容如表1所示

（1）计算机图形学。介绍计算机用户接口等方面的概况，了解图形用户界面和互动输入方法，掌握三维浏览的浏览线程，浏览坐标系，投影，实体浏览，广义投影变换，剪切，硬件实现等基本知识。

（2）虚拟现实技术概论。学习人机交互，虚拟现实的类型与应用，国内外研究现状等方面的概况。

（3）实现虚拟现实系统的三维交互设备。

学习三维跟踪传感交互设备，立体显示设备，手数字化设备，声音系统，硬件系统集成等理论与技术。

（4）实现虚拟现实系统的相关技术与软件。学习实事显示处理，三维虚拟声音显示，触摸和力量反馈，虚拟环境中的自然交互，三维建模等技术和软件工具。

（5）虚拟现实的建模软件。了解Creator 的基础和几何模型的创建理论；掌握二维图形建立和三维模型造型技巧；掌握材质与贴图，灯光与环境的方法；掌握三维动画制作等功能，方法与技巧。

（6）虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language VRML） 。介绍语言概述，编辑器和浏览器，虚拟世界设计，综合编程实例，Creator与 VRML等。

（7）虚拟现实开发工具EON Reality。学习开发平台，浏览器，世界编辑器和材质库。了解虚拟世界中的对象，虚拟世界建造及www中的应用三维虚拟世界等。

（8）交互式虚拟现实设计实例。通过实例学习交互性视景三维动画制作技巧，主动了解当代科技的发展趋势，从而提高学生的创新能力和实践能力，善于探索未知领域，具有组织管理能力，具有合作精神。

2 虚拟仿真技术实践

VRML是一项和多媒通讯、因特网、虚拟现实等领域密切相关的新技术，是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，它的主要特片有三维性、交互性、动态性和实时性。本文以VRML虚拟现实建模语言授课为例，为充分发挥同学们的创造性，在课堂授课中以实例为导向讲解节点的使用方法。

VRML节点集包括基本几何节点、复杂群节点、VRML场景效果节点、动画节点及动态感知节点等，本例为一乒乓球台，并实现双方打乒乓球的交互过程，使用以下几个相关节点：

Shape节点，定义乒乓球台、乒乓球和文字。

PositionInterpolator 内插器节点，定义乒乓球的运动规律，所有的内插器节点都需要与和时间传感器 TimeSensor相配合使用，把给定的时间规一化。TouchSensor触摸传感器则可用来让程序接收鼠标点击与触摸传感器同在一个局部坐标系的物体时点击动作，并将点击的时间等内容通过路由语句ROUTE传给其他节点或程序，进而进行相应的操作，本例点击乒乓球，乒乓球开始设定的运动，如图1所示。根据本实例的节点使用方法，同学发挥自已的创造力，设计相类似的球场运动，如图2所示学生设计的篮球球场。

3 三维动画作品展示

应用虚拟现实建模软件Multigen Creator 创建建筑模型，学生题材的选取、素材的采集、模型比例设置、建模、贴图都凝聚的每组成员的力量，在整个项目的进展过程中，同学们体验到了美学的熏陶，计算机软件的魅力，团队合作的乐趣。如图3所示，是学生们在学习虚拟仿真技术之后，应用于三维动画制作的三维建筑模型的作品展示。

4 结束语

通识教育选修课对拓宽学生知识面、培养能力、提高素质起着十分重要的作用。培养完整的人、通达有识见之人，从而增强学生学习主动性全面提高素质。通过视景三维动画的制作，学生们有了全新的体验，开拓通达的知识取径，陶冶美感和情操，拥有多元文化的思维，培养沟通与领导统御能力。

参考文献

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[8]张寿松.大学通识教育课程论稿[M].北京：北京大学出版社，2005：184.

[9]陈小红.通识教育模式探讨[J].复旦教育论坛，2010，8（5）：40-44.

[10]何来坤，徐 渊.虚拟现实建模语言VRML及其应用[J].杭州师范学院学报（自然科学版），2005，4（2）：158.

作者简介

卢桂萍（1976-），女，硕士研究生，副教授。研究方向：机械电子、虚拟现实与网络化制造。

作者单位

第2篇：计算机三维仿真技术范文

【论文摘要】从装甲装备维修模拟化训练的主要手段、模拟化训练的时空和模拟化训练的主要方式三个方面，认真研究了未来装甲装备模拟化训练的发展趋势，探索了训练手段和方式的转变；详细分析了实物模拟向计算机模拟仿真、同地向异地、实物模拟技术向虚拟现实技术转变的过程与特点。

随着计算机信息技术迅速发展，仿真技术、网络技术以及虚拟现实技术在部队装甲装备维修和作业训练中得到广泛应用在此基础上产生的模拟训练方式，以其特有的科学性、经济陛对抗性、真实性、严密性、交互性、实时性、可控性和再现性等诸多优点，从而受到院校和部队的高度重视。认真研究未来装甲装备模拟训练的发展趋势，探索训练手段和训练方式的转变，对于指导院校教学改革和部队训练改革具有非常重要的意义。

1 模拟训练的主要手段由实物模拟向计算机模拟仿真系统转变

1．1 当前实物模拟训练存在的局限

培养装甲装备维修技术人才 ，加强动手能力的训练是一个重要方面，但采用什么样的训练手段 ，对提高训练质量至关重要。目前的模拟训练，主要是通过模拟真实的装甲装备各组成系统如底盘、火控系统、通信系统等来培养学员的作业和维修操作技能，技术上师徒相传，受场地、师资、实车、实物等条件的制约，训练周期长，教学难度大。装甲装备作业和维修训练是一种师生双向沟通的教学过程，无论教与学哪方面存在问题，其教学效果都要受一定影响。因此，以实物模拟为主要手段的模拟训练，有很大的局限性。

1．2 计算机模拟仿真系统的优势

随着多媒体技术的发展，计算机模拟仿真技术日益成熟，计算机模拟仿真系统中的装甲车辆和零配件，采用三维动画制作，图像的仿真程度和实物实景相差无几，它可以通过视觉、听觉、触觉等多种方式对学员的感官进行综合刺激，其效果是单靠实车、实物训练所无法比拟的。学员可以通过键盘、鼠标或操作杆，在计算机操作平台上进行拆装练习、维护保养 、排除故障，利用模拟操作台，在模拟战争环境中进行作业、抢修。模拟仿真系统还可以实现信息共享、人机交互和及时反馈，根据学员的具体情况，自行安排难度适中的训练内容 ，实现因材施教。计算机模拟仿真系统与真实装甲装备相比具有体积小、造价低、功能全等特点，硬件一次性投资以后，软件更新换代快，便于很快普及。因此，装甲装备维修训练由实物模拟向计算机模拟仿真系统转变是一种必然趋势。

2 模拟训练的时空由同地向异地网络化发展

过去的实物模拟训练局限在二间教室、一个车间或一个车场，参加学习的人数受到场地、师资、设备等条件的限制，教学效果很难保证。随着计算机及通信技术的发展，计算机网络技术的普及，模拟仿真训练将会开辟出一片新天地 ，可实现校内联网、院校和部队联网。

2．1 校内联网

学员在不同的教室，可以同时运用模拟仿真系统进行操作训练，打破 了场地设备等因素的限制，同时展开相同科 目的多个专业的教学。校内不同地点的模拟器(如多种车型的武器系统、火控系统、底盘、通信系统)互联 ，学员还可以按照战术想定进行编组作业。

2．2 院校和部队联网

院校的模拟仿真系统还可以同全军各训练机构的训练模拟仿真系统异地互联，实现远程技术教育、数据共享，为装甲装备维修专业的函授教育提供了强有力的技术支持。

3 模拟训练的主要形式由实物模拟向虚拟现实技术转变

近几年来 ，虚拟现实技术成为一项十分热门的技术，越来越多的人员投身到这个研究领域，致力于虚拟现实技术研究、开发及应用推广。虚假现实技术、理论分析和科学实验已成为人类探索客观世界规律的三大手段。虚拟现实技术带来的变化从以前的“以计算机为中心”变为“人是信息技术的主体”：由过去人机之间枯燥、被动的方式变成了人通过手和声音等自然的交互方式与机器交流，人机融为一体。据权威人士断言，虚拟现实技术将是 21世纪信息技术的代表 ，由此可见其重要性。目前，一些发达国家已开始将其应用于军事训练模拟。利用虚拟现实技术进行装甲装备维修技术训练，受训者不是被动地观察计算机中的模拟图像，而是居于一个虚拟的十分逼真的三维世界，在视觉、声觉、触觉等感觉的作用下，尤如身临其境的全身心地投入到“真实”的训练中。又因虚拟现实技术与真实的技术训练相比，没有多大差别，同时还具有交互性、可重复性和训练超前陛等特点，从而使教学效果更好。在未来的十几年内，类似的模拟训练系统，必将大批量生产和广泛普及。

信息技术和计算机的突飞猛进，必将带来训练观念、训练方式、训练手段的变革。运用计算机模拟仿真系统进行装甲装备的作业和维修训练，虽不能完全取代真车实件，但这种方式，有利于提高训练质量和效率，具有无限广阔的发展前景。

参考文献

第3篇：计算机三维仿真技术范文

关键词：断路器　可视化　仿真 

1　概述 

    可视化仿真是90年代崭新的技术领域。它是涉及计算机图象学、图形处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域的一个崭新的技术领域。在工程设计领域，可视化仿真或科学计算可视化被定义为对科学计算或仿真计算所获得的数据进行可视化加工或三维图形和动画显示，并可通过交互的改变参数来视察计算结果的全貌及其变化。由于科学计算可视化对各门学科和工程技术的发展有极其重要的意义及实用价值，因而这种技术在它一开始出现就得到人们的极大重视。 

    实现科学计算的可视化具有多方面的重要意义。它可以大大加快数据的处理速度，使庞大的数据得到有效的利用；能把不能或不易观察到的工程现象变为使人们能发现并理解被设计和被研究对象所产生的物理机理，从而提出改进设计的具体措施；可以实现对计算过程的引导和控制，通过图形交互手段可方便快速的改变设计和计算的原始数据和条件，并通过三维图形或动画来显示和观察改变原始数据对设计和研究对象基本特性的影响，来达到对象优化设计的目的。 来源:输配电设备网 

    低压电器的灭弧室一般由器壁 形成一个小室，电弧开断过程在灭弧室内进行，并且时间很短，很难用肉眼进行观察，特别是要定量地掌握和了解灭弧室内如电弧温度、离子浓度、气体压力，气流速度等物理参数变化，则难度更大。近年来，由于磁流体动力学（MHD）数值分析的进展，使人们依靠电弧的物理数学模型来模拟低压电器开断过程成为可能，如果把这种仿真算法和三维可视化技术结合起来，则可使灭弧室内电弧的开断过程在计算机屏幕上显示出来，让人们观察到电弧在灭弧室内运动情况，以及温度，流场等分布和变化情况，这对今后低压电器灭弧室的设计有重大意义。 

    目前图形及计算机技术得到极大的发展，使在微机上进行三维空间可视化仿真成为可能。本文以磁流体动力学为基础，综合流场、电磁场、温度场等计算，建立低压断路器开断电弧的动态数学模型。在Windows98平台上用Visual C++语言编制，利用基于Windows98的三维图形模块，形成了友好的人机界面，对开断中电弧的运动在三维空间进行显示，对温度，气流等参数以图形可视化方式表示，实现了低压断路器开断的可视化仿真软件系统。 

2　低压断路器开断电弧的数学模型 

    断路器中的开断电弧满足下列方程。质量连续性方程 

    动量守恒方程

:质量力； 

v：速度； 

P：压力； 

能量方程 

ρ：密度；h:焓；T：温度（K）；t:时间（s）;K：热传导系数；s：热源项 

在每一层每个单元的电流密度是： 

    其中G是电导，电导率由这一层元i,k的温度决定。 

    电弧辐射所发射出的能量是： 

    QR=A.ε.K.（T4-T40） 

    A：表面积；ε：辐射率；K：玻尔兹曼辐射常数；T：温度；T0：周围温度； 

磁场中的电弧等离子体受到磁场力的驱动：

    电弧等离子体在磁场中运动时，产生感应电流，受到磁场对它的作用力，与流体运动的方向相反，阻止流体的运动。 

第4篇：计算机三维仿真技术范文

[关键字]三维仿真 城市规划 城市仿真技术

[中图分类号] TU984 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-295-1

1 三维仿真技术的概述

三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。

2 三维仿真在城市规划中应用的意义

2.1 提供可视化功能支持

三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作，对城市规划方案和规划过程进行详细的系统设计，能够提供可视化的支持，能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较，使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时，相比传统的设计辅助图，三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能，可以降低规划决策的失误率，规避设计所带来的风险。如，2006年9月，人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》，通过先进三维仿真技术，将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。

2.2 多样化的数据服务

利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划设计者提供各城市单位或部门的信息资料。在韶关市城市规划三维辅助决策系统中，在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能，并利用现有韶关地下管线综合管理信息系统和韶关基础数据共享平台进行对接。

2.3 提高规划项目的管理效率

通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。城市三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时作出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。

3 仿真技术在城市规划的应用

3.1 城市总体规划的应用

城市总体规划设计主要包括三个部分：城市战略研究规划、城市总体规划和城市分区规划。在这个阶段，城市规划者需要把握城市的整个规划方向和城市发展动向，整合城市规划中的各种信息资源和数据资料，为城市的总体规划设计做出详尽、科学、直观的规划方案。仿真技术可以实现对城市自然地貌现状进行还原再现，而将仿真技术运用到城市总体规划之中，可以对整个城市实现自然地貌的仿真模型再现，为城市设计者提供科学的、直观的城市地貌现状。同时，仿真技术可为依据城市总体现状进行三维模拟和三维模型动态展示，实现可视化的视觉效果。例如，广州亚运村设计竞赛方案三维评审系统就是一个三维仿真技术在城市规划应用领域的新尝试。

3.2 城市景观设计的应用

城市景观设计反映城市的整体风貌，城市的整体风貌依靠科学的环境资源布局来实现。利用仿真技术对城市景观进行设计和环境模拟，可以对城市建筑的空间形态、建筑形式、城市天际线、城市景观、城市色彩等多方面进行综合考虑，做出更为准确的、直观的设计方案。仿真技术的应用有助于城市规划设计者进行多功能技能操作，从整体上把握城市空间形态的展示要点和亮点的设计，体现出城市的整体风貌和城市特色之处。同时，仿真技术利用计算机软件进行实际景观设计的环境模拟，创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，将设计的内容和效果展示在大众面前，实现人机交互，让大众和客户有一种身临其境的感受。对于城市规划评审、公示、展览、规划项目的宣传及招商引资等各方面都有着重要的指导意义和经济效益。

3.3 城市土地规划现状研究

城市规划需要把握整个城市土地利用的决策动向，就需要对城市土地利用现状信息资料进行完整的把握，所以城市土地利用现状信息资料尤为重要。规划设计者可以依靠当地的航空卫星影像、DEM 高程数据等基础地理数据，构建仿真三维模型，通过三维模型，可以更广泛的了解和把握整个城市的土地利用范围、现状以及城市周边的概况，对城市的整体信息资料的掌握和城市规划设计方案的确定有着重要意义。仿真技术还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等，通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行城市土地利用现状和规划设计方案的筛选。如，韶关城市规划三维辅助决策支持系统提供了日照分析功能，更好的展示了建筑物日照效果。

4 小结

城市规划是一个复杂的系统工程，需要多层次、多整合的形式来实现对城市的总体规划。随着计算机技术的快速发展，三维仿真作为重要的辅助设计形式，以其高效设计和可视化功能，在城市规划领域中广泛运用。三维仿真技术可以通过模拟现实环境，使得城市规划部门、项目开发商和公众都能感受到一种身临其境的视觉体验，三维仿真运用到城市规划中是一个重要的决策，也是一种具有非常可观的前景应用。

参考文献

[1]余明，过静君.三维仿真虚拟现实技术在城市规划中的应用[J]，测绘科学， 2009， 13： 52-54.

第5篇：计算机三维仿真技术范文

关键词：虚拟仿真；计算机虚拟仿真实验教学中心；建设与实践

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0267-02

在国家信息化发展战略的指导下，教育信息化在教育教学领域和管理过程中的应用正在逐步深入，该应用有力地促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容就是建立虚拟仿真实验教学中心。2013年，教育部开展了国家虚拟仿真实验教学中心的建设工作。虚拟仿真实验教学中心的建立是信息化技术与学科专业、实验教学改革以及实验教学示范中心建设发展深度融合的产物，它顺应了现代教育信息化的发展趋势和现实需要，对高等教育质量的提升和实验教学改革的深化，产生了积极而重要的影响。

一、计算机虚拟仿真实验教学中心建设必要性

国内高校的计算机专业本科生的理论基础知识相对比较扎实，但实践与创新能力与世界一流大学的计算机专业本科生之间有较大的差距。探索提升计算机实验教学的效果，提高本科生的实践动手能力，培养学生的创新意识，是高校计算机教师近几年不懈努力的方向。计算机虚拟仿真实验教学中心的建立的必要性：①它可以为提高学生对计算机实践课程的兴趣和动力提供有效途径。②它是培养学生自主构建计算机仿真模型体系的最佳机会，有利于夯实学生的专业基础，促进实践创新能力的发展。③它是拓宽实验教学的必经之路，可以促使高等教育的功能从“人才培养者”向“人才设计者”转变。综上所述，实验教学现已全面进入信息化时代，建立计算机虚拟仿真实验教学中心是实验教学改革发展的必然趋势。

二、西安理工大学计算机虚拟仿真实验教学中心建设的具体实施

西安理工大学计算机虚拟仿真实验教学中心（下面简称中心）是隶属于校、院两级管理的教学单位，它依托陕西省计算机实验教学中心以及网络计算与安全技术重点实验室平台建设，并由学校网络中心为其提供网络技术支持。中心主要针对计算机科学与技术、软件工程两个一级学科专业，以及其他学院计算机相关专业对于虚拟仿真实验教学的需求，利用计算机科学与工程学院雄厚的技术力量，围绕计算机实验教学的特点，开发虚拟仿真实验的硬件设备及软件系统，开展基于虚拟现实、数据仿真、网络攻防等技术的实验教学及科学研究工作。

第6篇：计算机三维仿真技术范文

按照外科学教学大纲的要求，在临床骨科教学中，骨折的类型和发生机制是骨科损伤疾病的教学重点。在传统的教学环节中，这部分仅仅通过课本上的模式图或典型的X线片来进行说明，学生在认知过程中缺乏对立体形象和发病机制的了解，仅仅掌握了一些概念性的名词术语。我们科室通过采集正常人体不同部位的CT断层影像，运用逆向工程与有限元的基本概念和理论，采用医学专用的建模软件Mimics读取原始的股骨CT图片的DICOM格式，利用阈值分割算法完成股骨的图像分割，并利用面绘制算法对股骨及其内部的髓腔进行三维仿真，然后根据股骨髓腔几何解剖状态应用CAD软件设计个性股骨假体(图1)。在骨折这一内容的教学设计中，我们还结合Mimics软件自带的有限元分析模块，计算模拟出不同应力状态下骨骼的受力情况，利用不同的颜色分布，直观地显示出各个部位的受力分布，对其中的受力情况进行分析，帮助学生理解临床椎体压缩性骨折最易发生部位背后所涉及的力学机制(图2)，进一步让学生了解骨折的外科治疗。另外，还可以利用Mimics基于灰度值赋材质，实现股骨有限元模型材料正确的非均匀及各向异性描述，模拟假体材料置换后股骨的应力情况。我们还结合科室课题研究，对诸如脊柱压缩性骨折的骨水泥治疗等对椎体的生物力学改善进行了延伸。通过这些方法，学生不仅学习了临床的骨科治疗方法，更为实际临床工作奠定了基础。

通过实际教学比较，学生对理解骨折的机制和治疗方案有一个全新的认知。为了进一步满足学生对运动系统软组织的作用了解，我们还利用计算机对运动过程中复杂的肌肉和骨骼力学进行分析。Anybody是商业化软件中唯一兼与人机工程学和生物力学的分析软件，其可以通过导入完整的人体肌肉骨骼模型，用于产品的人机工程学设计。可以计算模型中各块骨骼、肌肉和关节的受力、变形、肌腱的弹性能、反抗肌肉作用和其它对于工作中的人体有用的特性等。在骨科教学中，关于骨肿瘤和骨关节炎症的发展如果只给出临床分型的图片还是不能激起学生的学习兴趣，采用动画对骨科疾病的动态显示，能够更加直观和良好地阐述疾病的演变过程。在实现方面，可以利用已经制作完成的三维影像，利用Flash等动画制作软件，合成四维的动画，插入到课件中进行播放。通过计算机仿真技术，我们让传统的教学从二维变成三维，从静止变成运动，从单一介绍结果到借助计算机分析机制，多层次地丰富了课堂教学内容。

计算机仿真技术解决了骨科学教学中人体组织结构复杂、立体形态难于表述的矛盾。在临床教学中，从声像、文字、动画等多个角度刺激学生，对学生有较强的吸引力和感染力，极大地调动了学生求学、求知的欲望，激发了学生的学习积极性、主动性、创造性，加深学生对抽象知识的理解，促进学生综合素质的提高。计算机仿真技术的一大优势在于将传统的书本描绘的平面图片转换为仿真的三维模型，能精确地表达人体形态的各个器官、骨骼、肌肉、血管等组织，特别是关节解剖结构。它将学生置于具体真实的三维重建的多媒体环境中，学生在虚拟现实中探索、理解教学内容，从而在潜移默化中达到培养学生创新素质和能力的目的［10-12］。另外，同学普遍接受计算机技术在课堂教学的应用，对计算机仿真技术的应用尤其是动画很感兴趣，提高了课堂参与的互动性。

与传统的教学模式相比，计算机辅助教学模式存在着明显优势，在信息技术发展的今天，教师必须将传统教学经验与现代科学技术相结合，充分利用计算机多媒体的优势，制作良好的课件及视频，以更好地完善教学方法，提高教学质量［13］。计算机仿真技术(computersimulationtechnology，CST)超越了普通的多媒体技术，它利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。虚拟仿真技术应用于骨科学教学系统中后，可以对骨科的知识领域中涉及到的实物教学进行必要的补充、完善和扩展，能够保证骨科教学系统具有良好的开放性和真实感的交互，促进骨科教学模式和理念的进一步变化，也必将成为整个教学改革的一个重要的发展方向。

第7篇：计算机三维仿真技术范文

关键词： 制冷设备 虚拟模型 设备拆装

随着计算机技术的发展，在专业课教学中采用计算机三维模型仿真教学已成为一个发展方向。在传统教学方式中，因为挂图或胶片是静止的，无法连贯地演示制冷设备的拆装过程，由此造成老师的讲解困难和学生的理解困难，教学效果不理想。

压缩机与冷凝器、蒸发器、节流装置共称为制冷系统的四大部件，以上设备的讲解一直是制冷专业的必备知识点，设备的内部结构和拆装过程是专业技能训练的重点和难点，普通的理论讲解很难使学生对设备的内部结构快速掌握。

1.制冷设备三维实体模型的作用

开发制冷设备三维实体模型有三个作用：第一，可以开展多项制冷设备的技能训练，弥补实验室制冷设备数量的不足，消除拆装过程对设备本身的不利影响，如果让每个学生都到实验室进行拆装，一是实验室没有这么多设备供学生拆装，二是拆装每台设备的时间长，如果轮流拆装则会影响正常的教学进程，三是会影响压缩机等制冷设备的配合间隙，影响制冷设备的正常使用。第二，可以积极开展虚拟仿真的技能训练，提高学生对虚拟仿真模型的掌握能力，发展学生的三维空间的想象能力，增强学生的综合能力。第三，将三维实体仿真模型应用于专业的技能实训，弥补制冷设备实训教学的不足。同时，制冷设备的三维模型开发可以为专业教学的其他实景训练打下基础，对高等院校技能人才和企业工程技术人员的培养均起到关键作用。

因此，专业教学亟待开发制冷设备三维虚拟仿真模型，通过模型开发，将压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置的内部结构、零部件及装配顺序表达清楚，提高专业教学效率和学生的学习积极性。

2.制冷设备三维仿真模型开发的意义

开发制冷设备三维模拟仿真模型的意义体现在以下四个方面：第一，运用制冷设备三维模拟仿真讲解制冷专业课内容可以有效增强教学效果，避免传统教学中使用挂图带来的弊端，使学生迅速掌握制冷设备的内部结构、设备拆卸过程与装配过程，为制冷设备实体的拆装与设备的故障排除打下基础。第二，使用制冷设备三维模拟仿真可以大大提高学生的学习积极性。学生往往对教学挂图没有兴趣，特别是机械结构挂图，剖面线错综复杂，造成学生的识图困难，采用三维实体仿真可以避免学生识图上的困难。第三，运用制冷设备三维模拟仿真可以为学生的实景教学打下基础，有了三位实体仿真的学习，学生对制冷设备的总体结构有了全新认识。第四，复杂问题由繁化简，增强教学效果。同时，提高教师运用多媒体手段教授专业知识的能力，为教师开展科研奠定良好基础。

国家骨干校建设成果提供丰富的科研工作基础，将国家骨干校建设成果应用到专业教学中是今后制冷专业教研组工作的重点，其中如何融入先进的教学方法与手段是建设成果实施的关键。建设成果的实施需要专业的人才培养模式进行转变，人才培养模式已由过去的传统教育方式逐渐向工学结合、顶岗实习的模式转变，也就是说，学生不能仅坐在课堂上学习，更要在真实的或是仿真的工作环境中获取知识。

3.制冷设备三维实体仿真模型开发

开发三维的模型包括：活塞式压缩机、水冷式冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀等三维模型。学生通过计算机进行制冷设备四大部件的三维实体仿真拆装，实现模拟虚拟拆装环境。要运用当前先进的职业教育设计理念，对制冷设备的三维模型进行教学设计。

基于三维实体软件Solid Works软件环境下完成产品的三维模型设计，内容包括活塞式压缩机的三维造型设计、螺杆压缩机的设计、蒸发器与冷凝器三维模型分析、热力膨胀阀的三维模型设计等，其中的三维模型设计必须根据企业的实际情况加以确定。

（1）形成完整的研究过程，选择当前具有代表性的制冷设备作为零件造型，然后进行装配设计、运动分析、工艺设计，最后实现虚拟仿真文件，包括活塞式压缩机、螺杆式压缩机、水冷式冷凝器、蒸发器与节流装置热力膨胀阀的模拟仿真模型，下图为研究内容框图。

（2）运用当前先进的教学设计理念，对形成的三维模拟仿真文件进行教学设计，使之适应当前职业教育的发展。多媒体课件本质上是一种计算机应用软件，软件工程中通常以流程图的形式描述软件产品的设计与制作过程。从总体上看，三维模型的教学设计包括软件设计、软件制作、课件设计和课件制作四个阶段，前两个阶段已经在三维设计软件平台上完成，后两个阶段需运用多媒体技术完成。三维实体软件应根据高职院校学生的特点进行三维模型的教学设计。

（3）实现人机互动。

在完成制冷设备三维实体构建后，进行三维动态实体虚拟拆卸与装配，形成制冷设备可执行仿真拆装文件，有效实现人机交互。学生可以通过计算机对一台压缩机进行完整的拆装，并且整个过程动态可视，实现模拟真实的拆装环境。拆装课件通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机的对话。通过人机交互，可以轻松实现三维实体虚拟仿真环境下的演示。

4.结语

通过开发制冷设备的三维实体仿真模型，可以调动学生的学习主动性，增强学习效果，提高教学质量。还可以应用于专业技能训练及教师教学科研、企业工程技术人员培训之中，真正实现专业教学、科学研究、对外服务的一体化。同时，制冷设备的三维实体仿真模型的开发还可以为开展高校制冷专业课程的其他实验打好基础，对高等院校技能人才和企业工程技术人员的培养均起到关键作用。

参考文献：

[1]周莺，张华俊，李积杰.世界制冷压缩机现状及发展动向[J].压缩机技术，2001（4）：39-46.

第8篇：计算机三维仿真技术范文

关键词:仿真;虚拟样机;计算机辅助设计

以信息技术、计算机技术、系统理论、通信技术为基础的系统仿真技术得到了前所未有的发展。特别的是,系统仿真技术在机械设备制造领域也得到了广泛的应用。比如世界上的许多大飞机制造公司(如美国波音、洛克希德?马丁、法国空中客车等公司)和大汽车制造公司(如通用、福特、戴姆勒-奔驰、丰田、宝马、大众等公司)都在产品的开发设计、实验分析、制造和管理的各个阶段大量地、充分地使用仿真技术,不仅大大地缩短了产品的开发周期,极大地减少了人力。

一、机械设备制造仿真技术概论

仿真技术的迅猛发展,为机械产品的设计开发、性能分析与制造提供了强有力的利研手段,逐渐形成了专业的机械系统仿真技术。主要的仿真技术包括cAD三维建模、结构有限元分析、多体系统动力学分析、优化设计。应用它们可以解决从零件到装配件的结构刚强度和产品的各项性能要求等问题,这些技术作为机械系统仿真技术中的几个最为关键的部分,相互渗透,相互关联,大有一体化和集成化趋势。

二、设备仿真技术发展

(一)加工设备布局仿真

设备布局是构造一个有效车间系统最为重要的环节,相同车间地址、相同的人员、相同的技术和设备,仅仅由于布置方式的不同,生产系统的功能可产生天壤之别。高效率的设备布局作为提高企业生产效率和效益的手段之～,越来越受到人们的重视。在工业发达国家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的重要方面。现代生产管理理论减少企业内部生产物流的具体途径可以概括为以下三点:

一是通过最优的工厂布局,建立顺畅的物流线路,或者采用加工中心,实现工序集中,减少运输次数,缩短物流距离;二是成组搬运,直接减少搬运次数;三是确定最优的运输路线和运输速度,建立连续短捷的运输路线,减少运输的停顿、路线交叉和倒流现象。

(二)多学科优化理论在仿真中的应用

机械设计技术及设计方法学的研究大都开始于工程应用问题的研究,再随着研究工作的进展逐步上升为独立的理论,然后反馈应用于产品设计的实践。多学科设计优化理

论的研究也遵循了同样的规律。在航空航天领域发展起来的MDO技术是当前国际上一个最活跃的研究课题。MDO问题涉及到的变量数目较多,学科之间的信息交换极为复杂,直接搜索目标函数和约束值的计算量令人难以忍受,某些学科分析会产生一些无法预计的失真,难以采用效率较高的梯度算法进行设计空间搜索,影响处理速度。因此,优化过程中一般不将设计空间搜索程序与多学科分析直接祸合起来,而是对目标函数和约束给予近似的表达,将直接搜索和这些易于计算的近似表达祸合起来,得到近似问题的最优解后,通过最优解处的重分析来修正改进近似模型,避免频繁的多学科全分析。

(三)基于虚拟样机的机械仿真

在机械设计领域,虚拟样机技术作为一种崭新的产品开发方法,更是一种十分重要的综合仿真式开发手段。机械系统虚拟样机是基于虚拟样机的机械系统仿真技术,是指在制造的一台物理样机生产出来之前,利用计算机技术建立该机械系统f产品)的三维数字化模型(即虚拟样机);对其进行静力学、运动学和动力学分析,较好地仿真该机械系统的运动过程,以预测机械系统的整体性能。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术,将分散的零部件设计和分析技术集成在一起,提供一个全新的研发机械产品的设计方法。它通过设计中的反馈信息不断的指导设计,保证产品寻优过程的顺利进行。

三、sOILDwROK建模导入ADAMS

ADAMS软件具有强大的动力学解算器,但其实体建模功能相对比较薄弱。对于比较复杂的零部件,如用ADAMS建模模块进行三维实体建模,不能保证模型的尺寸精度和装配的位置精度。应用SoildWorks软件对设备进行整机建模,按工程图纸将其变为一个数字样机,然后将其转换并导入到ADAMS坏境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是两个完全不同的系统,所以各自的数据都难以被对方识别。要将SoildWorks中创建的三维实体模型导入到ADAMS环境中,必须两种软件具备某一相同的几何数据转换模块,先将SoildW01.ks的数据转换成中性(不依赖于SoildWoI_ks系统),然后将中性数据通过几何数据转换模块转换成AI)AMS数据。

(一)虚拟设备的装配

经上面步骤零部件导入AI)AMS后,各构件之间还只是毫无联系地独立存在于ADAMS中。这种状态下即使全部零部件都己导入,也不能构成一台具有现实意义的虚拟样机。这就如一堆拆散的零件摆在地上不能构成一整的机器。下面的工作就是要将这些分散的零部件"装配"成一整的机械,并赋予一定的工作环境,使其能够模拟现实的工况工作。

(二)仿真实验

所谓仿真就是在模型上进行实验,它是将被研究的对象及其特征抽象成模型,通过对模型的实验操作及实验结果的分析,探讨和推断对象本身所具有的性质及其运动变化规律。

四、结束语

机械设备制造中的仿真技术,其本质也是一种计算机辅助设计。但是与以往技术相比,它更形象、更先进。需要看到的是,与发达国家我们的路还很漫长,只有迎头赶上才能满足国家经济发展的要求。

参考文献:

[1]殷国富.杨随先计算机辅助设计与制造技术原理及应用[M].成都:四川大学出版社.

[2]刘德贵.动力学系统数字仿真算法[M].北京:科学出版社,2000.

第9篇：计算机三维仿真技术范文

【关键词】CORS系统；国土测绘；应用

中图分类号：P2文献标识码： A

一、前言

虚拟样机技术对泥浆泵仿真有着重要的作用。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强虚拟样机技术的进一步研究，对我国国泥浆泵仿真的发展有着重要意义。

二、虚拟样机技术概述

机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术，是当前设计制造领域的一门新技术。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一个全新的研发产品的设计方法。它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析评估系统性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。

传统的设计方式是由下到上：从部件设计到整机设计。这种设计的弊端是往往把注意力集中在细节而忽略了整体性能。这种情况在国内经常发生。借助于虚拟样机技术，传统设计过程被逆转了。设计过程先从整机开始，按照“由上到下”的顺序进行，这样可以避免在系统设计方面的失误。

虚拟样机技术在设计的初级阶段――概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析，可以观察并试验各个组成部件的相互运动情况。使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实的模拟系统的运动，它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案，再做出物理样机。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，获得最优化和创新的设计产品。

三、制造虚拟样机的基本过程

制造虚拟样机的过程就是上述各种先进技术相互支持、相互融合的过程。

首先是进行机械设计，设计的原始数据来自设计要求、应改进的缺陷、干涉尺寸、装配环境等。当方案制定后，设计师开始构造复杂的几何形状和工程关系。在设计的早期阶段，要求设计师给定全约束、全尺寸是不可能、不现实的，重要的是建立一些方程和规则，以体现一些最重要的工程数据，使零件在设计准则下可自动修改。在完整、安全的网络环境下，设计小组成员不必操心数据的完整性，他们能够共享数据，并能主动控制修改和更新。

零件最终的形状和尺寸来自各个方面的综合考虑，如装配、应力、加工等，在制定设计文件时，工程技术人员要决定如何描述最后的零件和装配。生成图纸时，设计尺寸要转换成工艺尺寸以体现加工、检测的要求。这张图纸和其他技术文件(如应力分析、振动、热分析等)构成设计的最主要部分。

最后是对最终的设计产品进行仿真。仿真能预测产品在实际环境中的性能，它包含了一系列步骤，从力学分析、建模、施加负载和约束，到预测其在真实工况下的响应。仿真的真正用意不是得到几个数据，而是评估产品的性能和优化产品的结构，进而指导设计，改进设计。

在产品设计和仿真阶段，需要使用一些应用软件(如三维产品设计软件、有限元分析软件等)。根据设计尺寸并利用这些软件，便可以在计算机上构造产品的虚拟样机，为最终投产做好准备。

四、虚拟样机开发技术的特点

虚拟样机开发技术与传统产品设计技术相比，具有如下特点：

(1)面向系统级设计的观点。强调在系统的层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为；

(2)涉及产品全生命周期。虚拟样机可应用于产品开发的全生命周期，并随着产品生命周期的演进而不断丰富和完善；

(3)支持分布式协同设计。虚拟产品开发技术将产品的模型定义在计算机上利用计算机网络通讯技术，使处于异地的产品设计人员也可方便地进行交流，协同进行产品的开发。支持不同领域人员从不同角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估活动。

虚拟样机技术是一门综合多学科的技术。虚拟样机技术的发展历程正如物理样机设计制造技术发展过程中从CAX向集成优化的现代集成制造系统(CIMS)的发展历程一样，复杂产品虚拟样机开发已成为一个系统工程――复杂产品虚拟样机工程。虚拟样机技术的出现，不仅仅是一种新技术的应用，而是设计思想的变革，将对制造业产生深远的影响。

五、虚拟样机技术的基础

虚拟样机技术的发展有赖于以下几项技术的发展和进步。

(1)智能设计技术。

CAD技术的出现是产品设计历史上的一个里程碑，它在很大程度上缩短了产品设计的周期，减少了设计人员的工作量。但现有的CAD技术注重于外形细节设计行为，却忽略了产品概念信息的描述。实际上，设计人员总是先考虑产品的功能，然后才设计出产品的外形。因此，对虚拟样机技术来说，产品描述应是超越几何性的。

由于虚拟样机技术对概念设计的要求，智能设计技术需要将用于概念设计的分析工具(如有限元分析、快速原型等)、计算机辅助概念设计和CAD技术有机地集成起来，支持产品几何定形前的功能规划和计算。通过分析这种幕后的功能计算，虚拟样机系统指导设计者怎样将几何形状转化为易于装配的、满足功能要求的、具有合适工艺的设计图形。

(2)并行工程。

并行工程是集成各种技术，并行设计产品及相关过程的一种系统方法，同步实现设计、分析评估、制造、装配、核算和管理。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品整个生命周期的所有因素(质量、成本、工艺、结构、性能等)，且要求实现计算机网络环境下的协同工作。要实现同步的目标，其实质就是整个工作都要在一个共享的数据库下进行信息交互。

(3)仿真工程。

对于虚拟样机系统来说，必须有一套能有效支持可制造性分析的产品、工艺和生产系统模型。产品模型必须能够管理与制造加工有关的数据(如形位公差等);工艺模型包括统计分析、计算机工艺仿真、制造数据库和制造规则库等;生产系统模型包括系统生产能力和生产特性的描述及系统动态行为和状态的描述。虚拟样机系统需要对上述模型进行数字化仿真和可视化，以对产品设计、工艺设计进行评估和优化。

(4)网络技术。

在网络上进行分布式设计与制造是虚拟企业的生产方式。利用分布式设计与制造，可以实时地决定合作厂家，实现异地产品设计和制造，不仅节约了时间，而且由于分布节点之间的关系建立在一种全面合作和开放式体系的基础上，所以有利于设计、规划和处理问题。

六、虚拟样机技术在泥浆泵仿真中的应用

泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的泵。泥浆泵在石油工业和工程领域应用广泛。现代工业的小断发展对泥浆泵提出了更多更新的要求，使得钻井泵结构的介理性、工作性能的优越性和可靠性成为设计时的重要指标。然而，传统的设计与制造过程，需要经过概念设计、产品设计和制造样机进行试验等，这一过程无法缩短设计周期，对市场的灵活性小。因此，为了提高市场竞争力，各企业必须小断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。

随着计算机仿真技术的发展，虚拟样机技术日益广泛地应用在各个领域。它从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决了传统的设计与制造过程的弊端。极大地增加了效率，降低了成本。因而，利用计算机仿真对石油钻井中常用的泥浆泵进行分析具有现实意义。

1、泥浆泵的结构及参数

石油矿场所用的泥浆泵一般是山柴油驱动的卧式的双缸双作用泵或三缸单作用的活塞泵。泥浆泵一般由驱动部分（底座、传动轴、齿轮、偏心轮、连杆、十字头等)和水力部分（泵缸、活塞、吸入阀、排出阀等)组成。其工作性能主要体现在排量、压力、冲数以及功率上。对NB8-600型泥浆泵，其最大传动功率为600马力，活塞冲程400mm，最大冲数65冲/min。

2、基于虚拟样机技术的泥浆泵运动学、动力学仿真

（1）仿真三维模型的建立

利用机械参数化三维仿真软件Pro/E建立了NB8-600泥浆泵部分系统的三维有限元模型，并进行模型干涉检验、修改、图2是简化后的总装配图模型。

（2）仿真过程

采用ADAMS12.0进行仿真分析.流程图如图3所示：

（3）仿真结果

通过仿真分析可以得到设计时所需要的各种重要曲线和参数，如主轴、连杆、十字头、拉杆、活塞等运动部件的位移、速度、加速度大小、运动规律和受力情况等。分析这些曲线和数据可以知道在运动过程中，各构件的受力是否满足应力许可值，以及是否能达到强度要求，如果不能满足设计要求则需要修改模型。本文经过几次仿真分析和对模型的修改后得到了能够满足工况的设计理论模型，为系统设计提供了依据。

3、结论

虚拟样机技术作为一种新型的、基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计、开发、评估手段，在各个行业正越来越受到重视，在产品研发中起到了显著的作用。根据虚拟样机技术的基本理论，结介泥浆泵的相关资料，利用机械设计自动化软件Pro/E建立了NB8-600型泥浆泵三维模型，并使用虚拟仿真分析软件ADAMS12.0进行了模型的运动学、动力学分析和局部优化设计，得到了系统模型的运行规律和小同驱动力下的运动、受力情况，为改进结构设计、节约设计周期和成本提供了理论依据和方法

七、结束语

虚拟样机技术是泥浆泵仿真的核心。因此，在泥浆泵仿真的后续发展中，要加强虚拟样机技术的运用与思考，确保虚拟样机技术水平的提高。

参考文献

[1]陈小川等.虚拟制造技术研究概况综述[J].机械制造，2009(12):8-10.

[2]王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[J].西安：西北工业大学出版社，2012（9）：78-80.