虚拟仿真技术应用精选(九篇)

第1篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词：建筑施工；虚拟仿真；应用

中图分类号：TU7文献标识码： A 文章编号：

引言：建筑施工行业是传统行业之一，在当前高新技术高速发展的背景下，其行业应接受高新技术带来的优势。在进行复杂大量的建筑施工时，为了保障不间断地有节奏工作，应使各个施工环节协同运作、步调一致，而要想达到这个目的就必须事先制定准确无误的组织计划和施工方案。而运用以往的工具和计算技术，早已难以保障准确地、及时地处理大量繁琐的施工技术资料。于是本文着重对虚拟仿真技术在建筑施工的运用进行了研究和探讨。

一、虚拟仿真技术的概念

虚拟施工技术（VC）是对实际施工过程的模拟。它运用结构仿真和虚拟现实等技术，在计算机等相关设备的支持下，对施工过程中的物品、人员、财产、施工过程进行逼真演练，以便事先发现施工中可能出现的问题，并采取相应的预防措施，在优化与控制能力、缩短工期、增强施工过程中的决策、减少风险和降低成本等方面均有显著作用。[1]

二、虚拟施工所需的技术支持

虚拟施工需要众多学科领域来提供技术支持，主要包括为虚拟现实技术、优化与建模技术、计算机仿真技术以及相关的软硬件技术。具体情况如下：

2.1虚拟现实技术。它综合了传感器技术、计算机图形技术、显示技术、计算机仿真技术等众多学科，它为人机对话提供了更直观和逼真的三维画面，而且还可以在多维空间上创建一个虚拟环境，以达到身临其境的感觉。

2.2建模与优化技术。应用此原理进行工程的设计、规划、管理、施工时可以综合全面地考虑在时间、经济和技术上的最佳方案，实现利益的最大化。优化方法也是虚拟施工中的一个重要技术。建模方法实际上是虚拟施工的另一种支撑技术。虚拟施工的模型包括：设计模型、基础模型和施工模型三大方面。其中施工模型与工艺参数联系在一起，以反映设计模型与施工模型间的交互作用。因此，施工模型必须具有以下几大功能：施工数据表、计算机工艺仿真、施工规划、物理和数学模型、统计模型等。

2.3计算机仿真技术。在土木工程中仿真技术主要运用在施工技术与管理和结构计算。计算机仿真技术是虚拟施工的最重要部分。在结构工程施工方面，内力仿真分析将直接给工程施工安全提供保障。[2]

2.4软硬件基础。虚拟施工技术是数据库技术、CAD技术与计算机仿真技术、计算机网络技术、虚拟现实技术、人工智能技术等多种学科技术结合而成的。只有当软件和硬件同时发挥作用才能使仿真技术得到充分利用。

三、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用与现实意义

在建筑施工中虚拟仿真技术的作用不言而喻：首先，它有助于相关管理制度的完善和建筑市场的管理。在招投标时，虚拟仿真技术可以直观地对投标各方的方法、成效和施工工艺进行比较，从而达到公开、透明、公正、公平的目的。这样就大幅度减少了不正当行为的出现，对规范建筑市场管理有不可估量的作用。同时，它还能帮助判断建筑设计的合理性，以便对不合理处进行及时修改，优化设计方案，这对一些重大工程极其重要。因为设计方案毕竟都有一定的局限性，它主要由设计者的知识水平和施工经验来决定，因此对于同一个施工项目不同的设计师有着不同的方案，这时就需要用到虚拟仿真技术来科学地、直观展现不同施工方法措施和施工组织的具体效果，以便定量地对各种方案进行对比，真正实现施工方案的优化。运用虚拟施工技术能对整个施工过程进行事先模拟，使技术人员能在施工前最大可能地了解到各个构件在实际工程中的相互关系和相对位置，对施工方案进行相应调整，计算其相应工况应力，对多种施工方法进行实验分析。这样对于下面几个方面将会产生重大的作用：（1）建筑工程施工方案的选择和优化，我们知道，现在的建筑物因为设计师的不同，所以，基本上每一个建筑都有它自身的风格，这就导致了我们不可能复制建筑工程的施工过程。但是，如果采用施工虚拟仿真技术，我们就可以解决因为在施工经验的基础上建立的对于施工组织的选择和优化以及施工的方法所产生的局限性的问题。同时还可以直接的看到每一种施工组织措施和施工方法相结合时产生的不同的效果。这样就可以让我们更直观的从不同的施工方案中选择出最适合的施工方法，从而更好的完成施工。（2）施工技术的革新和新技术的引入，对于施工技术人员来说，施工虚拟仿真技术不仅能让他们更好的发挥出他们的创造性而且还能在成本很低的情况下完成施工新工艺的试验。这样，我们不仅降低了其试验的风险，还能大大的缩短引入和推广的时间。（3）施工管理，施工管理过程中不可避免的会出现质量、安全等方面的隐患，而施工虚拟仿真技术在模拟施工的过程中就可以让我们很清楚的看到这些安全隐患，从而在施工过程中能有效的避免或者尽早提出解决方法。（4）安全、生产培训施工虚拟仿真技术具有实效性、全面性的技术优势，对操作人员了解操作流程起到了重要作用，保证了施工任务的安全性，同时有效提高施工质量。（5）考察建筑设计的合理性.则也需运用大型工程设计施工虚拟仿真技术，该项技术不仅方便了对需优化部位的修改，更对业主、施工单位、设计单位三方的沟通与设计交底提供了便捷准确的方法。 [3]

四、虚拟仿真技术在建筑施工中存在主要问题：

计算机硬件和仿真软件本身的发展是仿真技术能否在建筑工程施工领域得以推广和应用所遇到的主要瓶颈。目前应用虚拟仿真施工系统所面临的难题有：（1）由于虚拟仿真系统具有需要在较高的专用工作站或实验室上进行的特点，导致了开发和应用要求的硬件平台较高，从而导致了企业在自行开发系统的过程中必须投入大量的资金和人力在专用虚拟实验室的建造以及国外进口设备和软件的购买上，这势必影响着企业的资金和人力资源。另外，系统的演示受设备的限制，移动的不方便性都在企业的考虑范围内。（2）单项工程的开发需要一个方便的开发平台，这个平台的提供需要一套面向建筑工程施工的专用集成型软件系统。由于虚拟仿真系统在工程施工中几乎没有集成型软件，导致了在单项工程进行开发时，需要从国外进口相关软件平台作为支撑，再加上工程施工中影响因素较多，以上的种种因素成为了开发一个项目所需成本较高的客观因素。（3）目前，虽然我国一些大型建筑企业集团已成为开发和应用施工定额软件、施工管理软件的主力。他们通过建立自己的设计研究院，为施工企业的技术人才培养创造了条件，而且部分的工程技术人员已具有一定的软件研发能力和应用水平。但是，无论是施工企业要引进专业软件人才，还是培养自己的开发骨干，都会给施工企业的开支造成巨大的压力。[4]

五、总结：随着虚拟施工技术的进一步发展，虚拟技术在土木工程中的应用将更加深入、普遍，它能大大提高工程管理和施工的效率，保证进度的进展，节约成本，提高安全性，减少工程风险等。在虚拟现实系统的施工组织与管理下，通过建立虚拟模型和虚拟施工过程来实现工程事先模拟，这必定会成为传统的施工管理的新篇章。

参考文献

[1]杜晓刚.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J] - 中华民居 - 2011(6)

[2]黄明.虚拟现实技术在建筑施工中的应用 [J] -硅谷2010(8)

第2篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词：虚拟仿真；历史教学；影像史学实验

1虚拟仿真技术及其发展

虚拟现实技术(VirtualReality，VR)是利用计算机模拟产生1个三维空间的虚拟世界，提供关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者如同身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实技术已经成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后广泛开发与应用的热点。美国是世界上最早应用虚拟现实技术的国家，于20世纪40年代开展虚拟现实技术研究。北卡罗来纳大学(NorthCarolinaUniversity)计算机系是进行VR研究最早最著名的大学，目前，他们的研究主要是在4个方面：分子建模、航空驾驶问题、外科手术仿真、建筑仿真。日本东京大学的原岛研究室也开展了人类面部表情特征的提取，三维结构的判定和三维形状的表示，以及动态图像的提取。美国、英国、意大利和德国的专家利用数字技术虚拟重建罗马古城(被称为世界上规模最大最完整的虚拟古建筑)。这项名为“罗马重生”的工程重现了公元320年康斯坦丁皇帝统治时期的罗马古城，其中包括斗兽场等大约7000座建筑。在虚拟的古罗马城中，借助虚拟仿真技术，观看者可以身处虚拟斗兽场内部并在其中漫步，不仅如此，虚拟仿真技术还再现了城内30多座建筑的内部情况，细致还原壁画与古代装饰，甚至恢复了一些后来遭到破坏、污损的雕像和纪念碑原貌及一些几乎已完全毁坏的建筑。通过虚拟动画场景，不仅可以让使用者“亲临”古罗马城，还可以鸟瞰罗马城中的著名建筑，来一场视觉盛宴。虚拟仿真技术得益于其优异的模拟能力，迅速对社会现实完成了正向反馈。2019年巴黎圣母院不幸遭到大火事故，在之后的重建工作中，有公司利用虚拟仿真技术提供了详细的模型与相关数据帮助巴黎市政府完成重建工作，历史类虚拟仿真技术的开发对社会产生了正向回馈。

2虚拟仿真技术在国内的研究和应用

近年来，随着我国计算机学科的飞速发展，虚拟现实技术也得到了极大的补充，但大部分资金和研究方向都导向影视与游戏等娱乐行业，在文化教育领域的发展极为有限。2016年被视为我国的“虚拟仿真元年”。在这一年国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》[1]明确指出要强化战略性前沿技术超前布局。2017年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》提出要求：实现核心技术系统性突破。其中，加紧人工智能、虚拟现实、增强现实、微机电系统等新兴移动互联网关键技术布局，尽快实现部分前沿技术、颠覆性技术在全球率先取得突破[2]。2018年国家发展和改革委员会、财政部、银保监会等多部门联合《关于发展数字经济稳定并扩大就业的指导意见》要求：创新人才培养培训方式，新工科背景下环境工程专业学生实践创新能力培养与改革探索。这是虚拟现实技术进一步融入教育、文化的重要标志。2019年《产业结构调整指导目录(2019年本，征求意见稿)》文件中提到，将虚拟仿真纳入2019年“鼓励类”产业。这意味着在国家的产业结构调整中，虚拟现实技术与产业的发展将成为重点，国家将该项技术作为新一轮世界科学技术与产业变革之中的重点发展技术。

3虚拟仿真技术在高校历史教学中的应用

“图像的重要性向来被知识采集远征的组织者所认同”[3]。受到历史情境复原技术新技术的影响，近年来，历史学尤其是考古学在研究方式、研究路径、研究工具上均有显著改变。虚拟仿真技术是历史学研究者、考古工作者与博物馆工作者经常会接触到的现代技术手段。虚拟仿真技术具有沉浸性、交互性、构想性的特点，能够使历史问题的研究变得更加便捷与可视化。这一技术在历史学领域的应用与融合不仅转变了研究者的视角、拓宽了科研手段，更为研究者提供了多样化、全面化、细节化的材料，以帮助研究工作的展开。在高等教育领域，多所知名高校纷纷建造自己的虚拟仿真实验室，其中以北京师范大学、清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等为代表，用于教育与学术研究。北京师范大学于2010年成立了影像史学(虚拟仿真)研究中心，从硬件到软件不断完善、建立“中华古文明起源—古代中国与世界”历史学虚拟仿真实验系统，对历史学与虚拟仿真技术结合进行了有益尝试。并于2019学年秋季学期与春季学期分别开课。以下是北京师范大学历史学院开设的本科课程—历史学虚拟仿真实验课程步骤。

3.1实验与技术方案准备

虚拟现实技术工作内容繁多、操作复杂，在集中展开技术工作之前，根据历史内容，查阅文献资料，整理出一个尽可能可操作的详尽策划案，如图1所示。

3.2根据已完成策划案

开展技术准备3dsmax系列三维建模软件功能强大，通用性较强，配合vary等一系列渲染插件，呈现效果极佳。相比于Maya，CINEMA4D等三维软件，在国内具有更好的产业基础，有利于本项目及时取得有效帮助与长期发展。根据商代城墙遗址还原工作的特点、实际需要与项目组成员目前所掌握的资料状况，在综合比较之下，本项目选取3dsmax2020作为建模软件，Unity3D5.5作为场景搭建软件，V-ray4.1为渲染插件。虚拟现实技术借助三维软件技术制作而成，“3I”是虚拟现实技术的主要特点，用户可借助鼠标、键盘、游戏手柄等外部设备操纵场景中的虚拟对象，用户图像“实时”渲染，这一性质使得用户和虚拟场景中的物体具有一定的可交互性。如在虚拟现实产品中的郑州商代城墙布局设计及其内部构造，都可以给用户以自由的体验和探索，并且生成一定的环境效果。即用户可以在郑州商代城墙遗址的虚拟现实“空间”之中进行自由的行动，根据自己的意愿探索环境，选择倾向于体验的环境。在使用本项目时，其时间不受限制；观看体验角度也无限制，但其有明确的既定路线，避免使用者漫无目的地观看。

3.3建模

虚拟现实技术与三维动画技术相互关联、有机统一。如：建立商代城墙遗址的虚拟场景需要在三维软件系统中设计相关模型。遗址中的实体对象有如下几种：空间中的古城墙建筑(主体)、绿草地、古街道、树木、公共场所等，可通过三维软件制作完成。在本项目的商代城墙遗址复原中，场景中包含了各种各样的模型，如最主体的城墙建筑、建筑各个构件的制作、城墙的具体形制、周围的树木以及人物模型的制作。由于这些模型的造型较复杂，所以将采用目前成熟的三维设计软件3dsmax2020。

3.4渲染

三维动画软件中的场景或模型区别于虚拟仿真技术中的模型建立。由于虚拟仿真系统是实时渲染的(见图2)，其对模型面数具有一定的要求(如过多会造成卡顿)。因此，在模型制作中应尽可能减少不必要的面，避免超过规定面数。商代城墙遗址整体形制相对简单，用土建造而成，表面粗糙、大致呈土黄色，这些特征为建模与渲染工作提供了巨大便利。考虑到目前大多数高校的信息设备状况，为确保项目产品有更强的适用性、更流畅的运行效果，设计原则上只要在视觉上有一定的真实效果即可，制作过程中通常用简单的模型框架替代复杂的模型，避免影响虚拟模型与虚拟场景的运行速度。在这一条件下，为了使简单模型也具有一定真实效果，贴图制作就显得尤为重要。Vray是目前搭配3dsmax2020系列软件最为常见、最为实用的插件，其内置多种材质贴图与灯光效果，使用者可根据需要对贴图、灯光进行调整。前期工作的重点是：设想以何种形式展现最直观、最能达到效果，从而追求具有沉浸感的体验。工作前的尝试、设想(如画草图、初步建模等)极为重要，要对最后所要呈现的效果有清楚明确的认识。

3.5虚拟场景搭建

虚拟场景的搭建是虚拟现实工作的核心内容。模型无法脱离场景而独立存在，优秀的场景很大程度上可以直接决定模型的最终效果与使用体验感。除虚拟场景自身需尽量细致、真实外，还应与虚拟模型相协调，如商代城墙遗址还原模型中，城内、城墙周边注定不是草木丛生的，因为这是当时的都城，有一定的人口规模；而远处的植被(根据历史研究)也应该是偏湿润气候下的南方品种。在场景搭建的过程中要从整体出发，而非孤立的完成这一模块工作，如图3所示。Unity3D5.5是一款极易上手的3D制作软件，其自身也有一定的建模功能，但无法生成复杂模型(3dsmax2020无法制作场景)，需要与3dsmax系列相配合。初学者仅一周左右即可相对熟练地掌握其各项操作，缺点是目前市面上没有中文版，项目组成员需具备较好的英语基础。Unity3D5.5内置多种地图资源包、植被资源包，使用者可以根据需要进行修改或调整，针对还原工作中的特殊地形(如深沟等)则需自主制作。为保证商代城墙遗址还原工作的最终效果，同时提高工作效率，本项目将使用功能强大的最新版本Unity3D5.5。3.6软件操作与漫游视角经过3dsmax2020完成建模工作后，将模型导入Unity3D5.5所搭建的场景中，设置软件操作方式。操作设置中将以简单、便利为原则进行调整输入，增强其适用性，服务于商代城墙遗址的虚拟漫游，如图4所示。为增强虚拟现实场景漫游的真实感、沉浸感，本项目采用第一人称的漫游视角，使用者可在项目产品中自由选择观察角度。在各项工作完成后，进行软件。为保证软件具有更为普遍的适用性，项目产品选取平台为PC(计算机)，校内免费使用(项目开展后期会根据实际开发状况决定是否更新为头戴设备)。

3.7评估与完善

“机器视觉的功能与人眼相似，即判断和测量。”[4]针对本项目的研究成果引入“考评—反馈—完善—应用”的评估完善机制。在完成项目产品的后，由项目组成员进行内部评估，完成初步排查。随后，项目成果接受(以商代与考古方向为主的)历史学与计算机科学的教授(专家)评估，纠正存在的历史(技术)问题、获取知识技术经验指导，探索下一步改进方向，推进项目完善更新。下一步，通过“自主分析+被试考评”的考评方式：历史学方向为主的被试(包括学生、教师、专家等)体验项目漫游效果并填写调查问卷、接受访谈，本项目组成员根据调查结果(见图5)，整理收集项目反馈如BUG、历史错误、体验感差等，并书写反馈报告，最终依据反馈结果对项目成果进行修改完善(或根据实际需要再次进行商代城墙遗址的实地考察、史料查阅整理)。在历史学研究领域引入实践调查与评估分析改进的方式，较之以往史学研究多以文本史料分析等理论化方式进行，本项目研究方法紧切实际，统计信息及研究结果具有较强科学性与说服力。

4课堂效果评价

历史教学中的虚拟仿真运用应当趋于灵活多样。而不只局限于还原或复原某个历史情节、人、物。如果只是纠结将历史情节与人物呈现于教学之中，其实质只是对原有教育模式的继承，对于虚拟仿真技术的运用并非真正的使用，而只是单单用到了虚拟仿真技术的产品。历史教学既需要坚持历史学的主体地位，也需要不断改进教学方法。无论方法与内容如何变化，历史学科的教学永远都需要从历史学的主体出发，强调其历史性。虚拟仿真只是一个工具，作为一种视角、一种可能性而存在，还原出的并非历史本身，不能只关注其中的技术而忽略其历史性。坚持不懈了解与时俱进改革历史学的教学方式，是历史教学方式变革的必然要求。

参考文献

[1]国务院关于印发《“十三五”国家信息化规划》的通知[EB/OL].

[2]中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》[EB/OL].

[3][英]彼得伯克.知识社会史(下卷)[M].陈志宏,王婉旎,译.杭州:浙江大学出版社,2016:50.

第3篇：虚拟仿真技术应用范文

【摘 要】随着社会科学技术的快速发展，电子科技也在不断更新，并且逐渐渗透到社会的各个领域，虚拟仿真技术在中职学校也得到了广泛的运用和发展，取代了大部分电子设计。电子技术是一门实践性很强的学科，对学生的要求也很高。在中职学校，电子技术在教学中的应用也存在着一些问题，本文针对中职学校电子技术教学对虚拟仿真技术运用的现状，分析了虚拟仿真技术在中职学校电子技术教学中的不足和优势。

关键词 虚拟仿真技术；中职；电子技术；教学应用

中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）20-0122-02

电子技术是一门专业技能课，它在中职学校中的快速发展，不仅推动了现代教育的进步，而且还提高了中职的教学水平和质量、学生的学习兴趣，丰富了课堂知识内容。在电子技术教学中，应用虚拟仿真技术是把理论和实践相结合的重要方法，也是让学生们提高综合素质的重要方式。

一、虚拟仿真技术的概念

虚拟仿真技术是虚拟系统对真实系统的模仿，在电子技术教学中一直被使用，是电子计算机发展过程中研究出来的新方法。随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术也在不断变革，并渐渐成为不可缺少的一部分。

二、虚拟仿真技术的应用现状

在虚拟仿真技术不断发展的情况下，该技术在实践应用中开始普及，虚拟仿真技术在电子技术教学中，已经成为教学的重要教学工具，其他很多行业也在开始引进虚拟仿真技术。虚拟仿真技术到目前为止，一直使用的是Multisim仿真软件，并且该软件已经更新到了EWB5.0，这个软件是建立在PC平台上的一个图形操作界面，模仿一个真实版的电子电路实验台，可以对所有工作台进行操作和指挥，体验真实的电子电路实验。目前，我国普遍采用的是EDA软件，主要是对电子电路进行分析、设计和仿真。

三、虚拟仿真技术在教学中的应用

1.理论教学。理论教学是电工电子教学中不可缺少的一部分。理论教学可以使学生有足够的专业理论知识，为实践教学打下基础。专业理论课一般比较枯燥无味，有些学生基础比较差，比较薄弱，就没有很大的兴趣，老师教起来就相对来说比较困难，而且还影响教学效果。随着虚拟仿真技术的发展，课堂上渐渐地引进了这项技术，在进行理论讲解的同时，利用仿真技术进行多媒体演练，把理论教学中抽象的概念形象化、简单化、直观化。例如：在基本放大电路中，对静态工作的选择，直接影响到放大器的性能。一般在理论课上，学生都会利用公式进行推理，这样就不能深刻理解，会对基本放大电路的知识掌握不好。但是，通过虚拟仿真的演示，学生很直观地去了解和认识；在模拟电子线路中，三根管的公式是：Ie=Ic+Ib，在理论教学中都是用表格的方式列出相应的数据，证明是很多实验之后的出来的结果，学生只有死记硬背，没有真实体验，所以用虚拟仿真的技术，让学生们自己动手去验证公式的到来，这样就会更容易牢记。

2.实践教学。电子技术教学更注重实践，是一门实践性很强的课程。在实验过程中安全第一，但是也避免不了出现一些意外，存在很多安全隐患。而虚拟仿真技术只需要在计算机房就可以完成实验，可以避免安全隐患的发生。虚拟仿真技术可以让学生不受任何因素的限制，只要有计算机就可以完成实验，可以更好地把理论和实践相结合，提高学生的应用能力和课堂效果。例如：实践工作中没有逻辑转换仪器，但是仿真技术中有，在数学电路中，利用逻辑转换仪器，将逻辑电路和逻辑表达方式、真值表之间进行转换，可以让学生学习起来更加方便。

四、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的意义

1.虚拟仿真技术在教学环境中创造了很多种场景，让教学环境多元化，因为仿真技术具有交互性强、生动形象等特殊特点，可以把各种各样的假设模型通过系统更直观的让学生们看到各种假设所出现的结果，提高学生的创新能力和创新思维。这样课堂就不会枯燥无味，学生们就会更加积极地参与到课堂中。例如，在学习《彩色电视机原理及维修》时，可以借助多媒体信息软件，为学生展示电视剧发展的历程，讲解彩色电视机市场的特点，结合实际生活，提问“自己家中使用的电视剧是什么样的”，形成互动型教学模式。所以，虚拟仿真技术不仅能够使学生掌握专业的技能知识，还能激发学生对专业知识的兴趣，还能有效地提高课堂效率。

2.在传统实训教学中，学生和教师反映适应性差是普遍问题之一，其只要因素是硬件设备。仿真技术使用广泛，兼容性强，适用于教学的全过程，并且不受专业技术、学科类别的影响，如电子专业的实训项目教学、基础实验等，都可利用具有仿真功能的通用型软件Protel和Multisim来完成。

3.仿真技术不仅仅可以解决实训费用过高的问题，还能够降低环境污染、意外问题的发生。在传统的操作系统中，经常会有危险的环节，而仿真技术可以提前让学生掌握其流程，减小危险事故的发生，可以使学生放心大胆地去完成每一个试验。

五、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中存在的问题

虽然虚拟仿真技术改善了教学手段，丰富了教学内容，但是教学中完全使用仿真技术会大大降低学生对真实元器件的封装、检测的认识度，降低对仪器的操作能力和削弱对电子产品的布线能力、安装调试能力等。为了避免这种现象，必须采取两种相结合的方法，在强调仿真技术对教学的辅助性的同时，还要强调实际动手能力的重要性，两者有效结合。对仿真实验合理地安排，提供科学、合理的仿真实验，让学生多自己动手设计、制作，提高学生的动手能力。

六、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用方法的研究

1.仿真技术与经济发展紧密结合。目前，大多数仿真技术软件都是外国开放的，这些软件不仅价格昂贵，而且不适合我国的教育发展。所以我国应该建立仿真技术服务平台，研究开发适合我国教育发展的仿真软件，开发仿真软件要紧密的与经济发展相结合，跟上科技发展的脚步，全力开发先进的、适用的、全面覆盖的仿真技术。

2.仿真技术的标准化、规范化。许多中职学校在自行研发仿真技术软件，但是到目前为止没有一个统一的标准。所以对仿真技术要标准化，学生的使用要流程化、对软件的设计要规范化，把仿真技术和多媒体技术紧密结合，提高仿真技术在中职电子技术教学中的教学质量。

3.坚持虚实结合。虽然仿真技术能够很大程度的提高学生的理解能力和动手能力，但是仿真技术缺乏实物感，与真实的实验不一样。比如：在网络实训中，利用到的一些设备路由器、交换机等，虽然在仿真技术中学生都会使用，但是实物和仿真存在着差异，会导致在实物训练中无从下手。所以，应该合理的安排仿真实验，有计划地进行实训，把仿真技术和实物训练结合在一起，提高教学的质量和效果。

随着科学技术的发展，虚拟仿真技术在我们生活用广泛使用，在中职电子教学技术中也具有重要的意义。它使理论教学概念变得生动化、形象化，不仅创新了电子技术教学的模式，而且还提高了学生的电子技术综合能力，使学生对专业理论知识更加深入的掌握。学生通过实践，形成了一定的创新意识和思维想法，为未来的工作和发展奠定了基础。

参考文献：

[1]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报,2015,1,(3):111-112.

[2]李建平.中职电工电子技术课程多媒体教学探究[J].中国教育技术装备,2013,2,(20):93-94.

第4篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词:虚拟仿真;教学实验系统;应用

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 05-0000-01

Application of Teaching&Experiment System in Virtual Reality

ShanzengLiangjie

(Northwest University for Nationalities,Mathematics and Computer Science College,Lanzhou730000,China)

Abstract:The paper introduced the conception of virtual reality and virtual labs in the field of education,and constructed the structure model of teaching and experiment system with virtual reality.A design example of computer interface experiment teaching and experiment system with virtual reality was presented,and the major problems which need to be aroused during the process of making application of virtual reality in virtual labs were pointed out.

Keywords:Virtual reality;Teaching and Experiment System;Application

一、引言

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人―计算机接口技术,其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境,同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科,它是通过建立真实系统的数学模型,利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前,虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域,虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟,具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势,已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示,对传统的教学活动产生了强烈冲击,引发了教学领域产生一系列深刻的变化。

二、虚拟实验的概念

虚拟实验是指借助于多媒体、系统仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造辅助实验、部分替代甚至全部替代传统实验各个操作环节的相关软硬件平台。虚拟实验是建立在一个虚拟的实验环境(仿真平台)之上,其重点关注的是实验操作的交互性和实验结果的真实性,因此,在虚拟实验室或者实验设备上,实验者可以完全像在真实的实验环境中一样完成各种实验项目,所进行的操作就像是在真实的实验设备上进行的,并且能够取得不低于或者超出在真实实验环境中或者在真实设备上所取得的实验效果。尤其对于一些对经费、场地和器材等方面都要求较高的实验,虚拟实验具有相当的优势。尤其随着网络技术的发展,基于网络的虚拟实验更是突破了传统实验对“时间和空间”方面的限制,不论是实验者还是指导教师都可以方便的上网进入虚拟实验室进行各种实验,虚拟实验的开展极大的促进了教学实验活动的进行。

三、虚拟仿真教学实验系统的模型结构和实例分析

(一)虚拟仿真教学实验系统的模型

虚拟教学实验系统的设计的着眼点主要建立在对实物实验设备和实验环境的仿真上,包括对实验场景和实验对象的实体仿真以及实验对象内部的数学仿真,对应的仿真模型是实体模型和数学模型,具体的模型结构如图1所示。

图1虚拟仿真教学实验系统的模型结构

在这样的模型结构中,实体模型的优劣程度直接影响虚拟实验的真实感与交互性,而数学模型的精确程度则影响着实验的效果和实验质量。在虚拟实验系统的模拟中,为了逼真地模拟出实验场景,使实验仪器和元器件等对象在外形上与操作上都具有真实感,一般采用三维建模技术进行场景和实体的建模。对于数学模型的构建,则是依据系统之间的相互关系和内在联系机制,依据成熟的理论和模型在分系统之间建立确定的对应关系。因此,对于不同的虚拟实验类型,一般具有不同的数学模型。

(二)微机接口电路教学实验系统的虚拟仿真设计实例

下面介绍了基于虚拟仿真技术建立的微机接口电路教学实验系统设计实例。传统微机接口电路实验中,需要专门的硬件实验设备与普通微机相连,实验的主要过程是在微机中利用asm等工具软件进行接口实验程序的调试操作。其基本过程如图2所示。

图2微机接口电路“半虚拟化”设计方案

对这一基本实验采用虚拟仿真技术进行虚拟教学实验系统设计,应该主要针对“专用硬件实验台”进行虚拟化设计,其实现难点在于真实的实验软件与虚拟的接口电路之间进行虚拟“连接”。利用Windows对底层硬件设备的管理和访问控制方法,可以设计专门的设备驱动程序(VxD)软件来代替外部的实验接口电路。具体的应用技术和设计方法如图3。

图3虚拟硬件接口电路实现方法

(三)虚拟仿真技术在教学实验系统中应用需要注意的问题

随着虚拟仿真技术在教学实验系统的应用日益广泛,在具体实践中也需要注意两个问题:首先,注意强化虚拟仿真技术与多媒体技术的有机结合。多媒体技术具有直观、逼真的视觉效果,有利于构建和营造逼真的实验环境,要充分利用、虚拟技术来,营造逼真的训练工作环境,仿真技术则通过建立真实的数学模型,能够进行实时仿真,这两者之间的融合,有利于构建真实环境下的实时仿真平台,实现虚拟与仿真的无缝联接。其次,根据不同实验的特点确定虚拟教学实验系统的设计思想和仿真工具。虚拟教学实验系统的开发应该注意将实验工程环境的开发和实验仿真过程开发进行结合,一般把仿真过程主要在后台运行,强调实时性和可靠性,而具体的实验工程环境的运行作为前台,强调真实性和高仿真性。因此需要根据具体的实验需求加以侧重。

三、结束语

虚拟仿真技术应用于教学实验系统,是对实物实验的补充、完善和扩展,能够保证实验教学系统中具有良好的开放性和具有真实感的交互,必将引发实验教学领域的深刻变化,虚拟仿真实验教学也将成为实验教学改革的一个重要方向。

参考文献:

第5篇：虚拟仿真技术应用范文

[关键词]虚拟仿真技术 服装工艺教学 应用实践

[中图分类号]G712 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2014）09-0205-01

先进计算机技术在不断的快速发展，相关软硬件技术也在同步发展，在服装教学上出现了一种虚拟仿真技术，它以逐渐在教育过程被应用，在教学过程中形成了虚拟仿真教学模式。这种教学模式对服装教育教学工作，给予了好的教学思路，尤其是在服装教学的技术上，又出现了新的成果。虚拟仿真技术作为一种新型媒体技术，它的主要特点是具有多样性、形象性、灵活性、交互性、个别性、重复性等。在教学过程中充分发挥的特性是，对客观现实的模拟，在教学过程中也给学生提供一个虚拟仿真的技能实践环境，将客观存在的服装企业生产各环节和应用技术呈现给学生，可以让学生直面地去发现问题、了解问题，以及解决问题。进一步有效地使学生更清楚地了解实物，从而让学生发现更多、更具体、更完整的专业技能知识，更加深刻地认识专业技能的应用性，更好地掌握教学知识，更完善地使用专业技术。在服装专业工艺教学中采用虚拟仿真技术，可以使企业情景再现，使学生更了解教学技术，也可以减少教学资金的使用，进一步提高学生技术操作能力。在服装工艺教学上采用虚拟仿真技术，可以使服装专业技术得到进一步发展，在服装技术上开创一个新的教学技术“虚拟仿真数字化教学”，它展示了服装设计艺术的发展，同时它也是现代教学的重要标志。

一、虚拟仿真技术在服装教学中的应用特点

在服装教学上体现虚拟仿真技术的特点主要有教学方法的形象化、教学情境的仿真性以及教学内容比较实用。1.教学方式的形象化，在服装工艺虚拟仿真教学的特色就是教学方式的形象化。在服装企业的生产技术、生产顺序，以及服装工艺教学通过虚拟仿真技术，学生可以直面地了解以及学习。这样可以进一步加强学生对该专业的技能及知识的学习与了解，最终掌握相应技术，在很大程度上降低了教师在教学中的工作量，而且也最大限度地实现了教学目标。2.教学情境的仿真性，这是服装工艺虚拟仿真教学的关键所在，可以将服装企业的生产状况采用虚拟技术进行模拟，学生可以直观地看到服装生产场景，利于学生的学习与思考。通过虚拟仿真服装生产场景，可以使学生在虚拟仿真情景学习中能够感受到服装企业生产场景以及其他问题，这样可以进一步提高学生技术的实践能力。3.教学内容实用性，在服装工艺虚拟仿真教学中的基础是教学内容的实用性。在进行服装工艺学科教学中，它的实践性以及技术性都比较强，所以教师在服装工艺技能教学过程中，应该对现代英语技术的实用性进行充分考虑，在服装工艺理论教学过程中，也要注意加强服装工艺技术理论知识。只有充分发挥服装工艺理论教学的实用性，才能不让虚拟仿真技术在对服装工艺教学内容中失去本身意义，才能更有效地培养现代生产技术型人才。

二、服装工艺教学中虚拟仿真技术的应用

服装工艺教师在教学过程中，为了进一步实现以上三个应用特点，必须创设合理的虚拟仿真平台，该平台的构成主要包含软件平台和硬件平台。通过该平台的应用，学生可以对服装工艺直观、充分地进行了解。1.仿真软件平台。创建该平台主要的内容可以设置为服装企业的现代生产技术，以此进行仿真操作，创设仿真软件平台，包含服装工艺虚拟仿真教学系统软件的设计与开发及制作，它可以使学生更了解生产过程，掌握更多知识。2.仿真硬件平台。该平台可以为学生提供有效的操作场地以及工具，同时它也是开展服装工艺虚拟仿真教学的基础问题。有一个完整的操作场所以及实践设施，这直接关系着服装工作教学的质量问题以及工作效率。

三、结语

在服装工艺教学中采用虚拟仿真技术，各个方面的发展上具有一定的促进作用，也进一步使服装企业得到了较快的发展，应用于教学中优势也非常明显，有效降低了教学设备资金成本及教学场地的投入，而且更新非常方便，很好地发挥了示范教学的作用，对教学资源的利用率也得到了提高。因此，在当前及以后服装工艺教学中，教师应该对虚拟仿真技术有一个正确的了解和认识，根据教学实际情况，采用合理措施，与教学内容充分结合在一起，从根本上提高服装工艺教学的质量。

【参考文献】

[1]王勤龙.基于虚拟线技术的现代远程教育应用研究[J].计算机应用，2011（07）.

第6篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词：虚拟样机；仿真技术；调试；数据分析

一、虚拟仿真技术的基本特性和现状

1.虚拟仿真技术具有以下四个基本特性：

（1）沉浸性。在虚拟仿真系统中，操作者，可以通过视觉、听觉、触感等方面，来获得身临其境的感受，从而反映出特定环境下，操作者紧急处理办法等。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。

（2）交互性。虚拟仿真系统中，不仅环境能够作用于人，人也可以对环境进行控制，而且人是以近乎自然的行为（自身的语言、肢体的动作等）进行控制的，虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如，当飞行员按动导弹发射按钮时，会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标；当导弹碰到目标时会发生爆炸，能够看到爆炸的碎片和火光。

（3）虚幻性。虚拟仿真系统，可以模拟出特定情况下才发生的事件，比如自然灾害、机械故障失灵等环境，来测试工作人员的应急反应。也可以创造出古代、未来、甚至是不存的虚幻世界。

（4）逼真性。虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面：一方面，虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像，一切感觉都是那么逼真，如同在真实世界一样；另一方面，当人以自然的行为作用于虚拟环境时，环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力，该物体的运动就会符合力学定律，会沿着力的方向产生相应的加速度；当它遇到障碍物时，会被阻挡。

2.仿真虚拟技术的现状

我国仿真虚拟技术发展较晚，资金投入相对较少，因此，与国外有一定的技术差距，主要表现在建模、系统工程、经济效益等方面。

建模需要对实物或者环境，有着深入的了解和长时间积累的经验作为前提。国外在这方面起步早，有着丰富的建模经验和实验数据，而我国由于经验不足和资金缺乏，大部分建模是用计算数据作为参考，效率较低。

在经济方面，国内的仿真模拟技术并未形成产业化，仍然处于起步阶段，技术大多是像国外学习，没有自主创新的能力。但是，这并不妨碍仿真模拟技术为各行业做出贡献。

二、虚拟样机和仿真技术在飞机研制、生产、调试中的应用

1.虚拟样机的优势和特点

（1）虚拟样机可以在开发阶段，就可以给用户看到模拟出的样机。提前对用户的满意度进行评估，听取用户意见，提高样机的完成速度、减少修改率。

（2）直观、快速的将设计师的想法，展现给用户，可以对功能等方面早作评测。

（3）使用虚拟样机进行测试与评估，可以尽早发现设计上的漏洞，对飞行数据提前进行分析，大大减少了返工率。

图2.1仿真软件进行虚拟调试图

飞机，是世界空军中的战斗主力，利用虚拟仿真技术，可以及早的在生产环节，根据数据测试，提前发现试飞时可能出现的问题，进行预防处理，不论是从经济、还是效率上，都可进行极大的节省与提高。

2.在飞机研制中的应用

（1）运动和动力学仿真。飞机的气动布局是否符合空气动力学原理、运动过程中的阻力、其内部结构布局的合理性等，在飞机设计阶段就可利用计算机仿真技术展示出产品的行为，动态表现产品的性能，产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查、产品动力学性能、强度、刚度等。例如，生产线上各个环节的动作协调和配合是比较复杂的，采用仿真技术，可以直观地进行配置和设计，保证工作的协调。

（2）虚拟建模设计。在飞机设计、生产过程中往往需要制造数量非常庞大的部/附件原型，而实际工作中不可能一次性就将成千上万个部件正确地装配在一起来满足设计要求。 部/附件之间的配合性和可装配性是设计人员常易出现错误的地方，以往要到产品最后装配时才能发现，导致零件的报废和工期的延误，造成巨大的经济损失和浪费。因为采用二维图样进行线性设计，无法预先发现设计造成的装配干扰等问题。

目前，机械设计基于CE原则，采用三维图样的立体模型，使得在设计产品时就可以确定产品的所有物理性能，包括重力、质量、剖面特性及重心等。通过装配模拟软件，产品设计人员可以检查部件的间隙和相互干扰，并在实际加工之前就建立整个产品的虚拟工作原型，对此虚拟原型进行试验、分析应力和变型等。若设计不符合标准，可以十分方便地更改模型，并重新生成模型。

图2.2正在进行中的飞机调试图

另外，虚拟制造系统可以提供可合作性的分析支持，为合作伙伴提供协同工作环境和虚拟制造动态组合及运行支持环境。虚拟制造系统可以将异地的、各具优势的研究开发力量，通过网络和视像系统联系起来，进行异地开发，网上讨论。从飞机需求分析、设计、零部件生产、总成装配、试验、试飞以至后续服务这一全过程中各个环节都可以进行仿真，为虚拟制造动态组合提供支持

三、结束语

虚拟样机及仿真技术，作为一门新兴的技术，对于设计、生产、调试等方面，有着极大的经济效益和技术优势。国外已经将此技术广泛应用于各个领域。我国在此技术上，虽然起步较晚，但是仍然涌现出大批高技术人才。鉴于航空领域的复杂性和综合性，虚拟仿真技术，必将能在此领域大展拳脚，为企业创造出巨大的经济效益。

第7篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词:虚拟仿真技术；机械工程；实验教学

高校工科类专业中,操作实践是教学中重要的组成部分,我国大部分院校都设立了工科类的专业操作实验室,为学生动手能力和创新能力的提高创造条件。在传统的机械工程实验教学中,使用仪器设备的密集程度非常的高,使得实验的复杂程度大大增加。很多仪器设备的价值昂贵,体积结构为实验的操作带来极大不便。学生只能在教材知识的基础上刻板地进行实验的操作,在这种情况下学生的创新能力和主观能动性就不能得到发挥。众多高校在实验室的更新建设中,因为受到资金的限制,会继续使用旧的仪器设备,这些设备在长期的使用过程中出现机能老化,已经不能满足当前机械工程实验教学的需要。在计算机技术不断发展的基础上,虚拟仿真技术的应用成为现在机械工程实验教学中普遍的教学手段。

1机械工程实验室的虚拟实验改进

现在高校实验教学中的问题越来越突出,制约着教学效率和质量,突出体现在很多院校的实验基地和实验单位的建设能力非常有限,不能满足学生自己动手操作要求,不能实现对学生进行基础理论知识深化和了解。很多院校为了节省资金,减少出现实验设备的安全问题等,在进行实验教学的时候,主要是以参观和讲座的形式进行实践培训,学生基本没有实践动手的机会。在这种情况下,就会造成学生毕业后,参加相关工作没有机械设备操作的经验,无法独立完成工作的内容。尤其在是实验教学的过程中,学生会逐渐失去对实验知识的学习动力和兴趣,对学生长远发展造成负面影响。所以在科学技术不断发展的今天,机械工程该实验室教学要转变传统的教学模式,采用先进的科学技术更新教学理念和教学手段,实现实验教学方法和教学的完善。在院校的机械教学中,实验教学是学生进行知识学习和巩固的重要手段,是学生实践操作能力培养的根本方法,是当今院校机械制造专业教学中最为重要的环节,是现代化机械人才培养的基本途径。通过现代化的教学方式可以最大程度提高学生实践动手能力,保证学生在实验动手操作的基础上对基本理论知识进行理解和完善。通过这样的实践实验教学,可以使学生合理将基础知识理论与实践内容相结合,在动手实践过程中逐渐形成独特的自我知识技能认知能力。现在大多数院校利用的是CAD机房,然后在此硬件设施的基础上,实现部分实验室教学方式的改革。并且引进虚拟仿真技术对现有的实验设备进行更新和改进。在机械工程实验室教学中应用虚拟仿真技术,不但可以避免在实验教学过程中出现设备的故障隐患,还能最大程度提高学生的实践动手能力,为学生专业理论知识的学习提供科学实践依据。对实验室部分设备装置进行传动性能实验、数控加工仿真实验和减速器装配实验,最大程度提高了机械工程实验教学的效率和质量。

2虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的典型应用

2.1带传动性能测试实验

带传动性能测试实验是机械工程专业实验室教学中的一个重要组成部分,其主要是让学生能够直观地观察带传动的弹性滑动和打滑现象,还能有效地对实验中的相关机电设备的承载能力进行分析,根据分析的数据参数实现对带动问题的控制。进行传动性能测试实验的时候,需要利用的机械设备有力传感器、电动机、转矩力测杆、光电测速装置、发电机等。这些实验机械设备主要通过人工实现传动性能测试,这样的测试方式主要的特点是人工费用会高于设备使用的费用。在虚拟仿真技术的基础上,进行带传动性能测试系统的设计可以最大程度提升机械工程实验教学效率和教学质量。

2.2数控加工仿真实验

数字加工技术是现代制造业中一个核心的技术,在现代制造业的进步和发展过程中发挥着至关重要的作用。数字加工技术是综合计算机应用技术中的微电子技术和机械加工技术。现在众多院校的机械自动化成为一门重要的专业,这门专业的核心内容是在数控机床的操作中利用数控加工技术。但是数控机床的价格非常高,设备运作形式单一,并且运行程序的设置相当复杂,不能实现对每一位学生实验操作需求的满足,这种复杂性的实验操作,只能满足极少部分学生的需求,严重制约了机械工程实验教学的效率。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,可以实现让每一位学生加入到具体的机械工程实验中来,对机械机床加工环境和流程才形成一个系统认知。

2.3减速器装配实验

机械设计的一个基础项目是减速器在机械设备中的使用。在传统的减速器实验教学中,都会利用实物代替减速器的教学方法。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,实现了通过实物模拟模型的拆卸,进行减速器的构成结构的直观讲解。

3虚拟实验室建设的构想

在进行虚拟实验室建设思路设计的时候,首先,可以不考虑实验室应用设备的操作性,也就是保证实验室需要操作实践的目标和任务与相关机械工程专业知识系统相统一,然后再研究实验设备的稳定性。其次,要构思虚拟仿真平台的建设,例如：机械操作平台中的仿真器、ECU和虚拟演示平台等。在整个虚拟仿真系统框架的设计中,主要是满足院校机械工程类专业学生实验操作的需要,所以一定要保证虚拟仿真实验结果的精确性,才能确保学生对理论知识的掌握和巩固。一般构建虚拟实验室要进行仿真计算,观察相关系数,观察预先系数与实际操作系统是否统一。再次,仿真器的构建设计,随着计算机软件技术在机械工程实验中的应用,虚拟仿真器代替了原来操作实验中的实物操作,最大程度简化了实验步骤。并且仿真器可以利用USB实现与虚拟演示平台的链接,在实验的过程中可以保证虚拟演示平台及时接收到虚拟实验仿真信号,通过PWM模块实现向ECU传输一定频率的方波,在多媒体上模拟机械设备的工作原理,在虚拟实验进行的时候仿真器利用USB将仿真实验得到的数据传送到模拟演示平台,实现学生实验操作的参数需要。最后,建立虚拟仿真系统,利用相关的计算机应用软件,编辑建立应用模块,结合相关的3Dmax建模工具建立虚拟演示平台中的技术模块,将模块中的内容以特定的文件格式导入虚拟演示平台中,最终让学生在虚拟演示平台中进行相关机械工程实验操作。

4结语

综上所述,虚拟仿真技术在现代院校机械工程专业实验教学中的应用,可以克服传统实验中的众多实验问题,保证学生能够主动参与到实验操作中来,提高机械工程实验教学的质量。所以,院校应该重视对机械工程实验室的虚拟实验改进,以及虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的具体应用手段和方法,对传统的实验教学进行更新和补充。虚拟实验要紧密结合现代科学技术和先进的计算机应用技术,满足机械工程专业学生实验操作要求的同时,适应院校实验室敬爱教学的改革和发展。

参考文献

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2011(8)：76-78，82.

[2]张立松,闫相祯,杨秀娟，等.虚拟仿真技术在复杂工程力学问题实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2014(9)：102-105.

[3]王艳丽.分析虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].黑龙江科技信息,2012(33)：187.

第8篇：虚拟仿真技术应用范文

关键词：实验教学 虚拟仿真技术 医学

中图分类号：R445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0118-02

Abstract：With the reform of medical mode and the development of innovation education， training high quality medical talents has become an important mission for each of medical colleges. As an important teaching method of training high-quality practical medical talents，virtual simulation technology plays an important role in promoting medical experimental teaching reform and innovating medical education teaching mode and training in the standardization of the medical students' comprehensive skills.Virtual simulation experiment teaching has been carried out in Chengdu Medical College by virtual experiments platform and clinical simulation laboratory teaching system constructed， which promotes the students' innovation ability and improve the teaching quality.

Key words：experimental teaching；virtual simulationtechnology；medicine

高等医学教育属医学生的临床前技能教育阶段，实验教学和临床见习、实习的实践教学贯穿了整个医学教育过程的始终。充分的实验室训练操作是医学生获得必要的综合技能的重要环节[1]，在医学实践教学环节中，通过计算机网络向学习者提供“自主、交互、开放”的数字化的虚拟实验环境是国内外高等医学教育革新教学手段的普遍潮流，已成为现代教育技术应用的一大趋势。

1 传统医学形态学实验面临的挑战

随着高等教育改革的不断深化，几乎每个普通高等医学院校都面临招生规模急剧扩大引发的场地、设备、师资等教学资源短缺等问题困扰，加上医学专业特殊性、传统的医学实验、实践教学模式已面临重大挑战。

1.1 人体教学标本资源日趋紧张

在医学教学中，人体解剖标本的观察和直接参与尸体解剖是加强实践性教学、培养学生动手能力的一个重要环节。近年来，随着招生人数的不断扩大，多数医学院校已经出现人体尸体标本严重短缺的现象，并且影响到了实验教学的质量，有的院校甚至取消了局部解剖学的尸体解剖环节[2]。虽然，许多医学院校已逐渐开展了社会人士的遗体捐献工作，在一定程度上缓解了尸源不足的问题，但距离教学需要仍相距甚远。此外，随着医疗技术的进步以及我国病理尸检工作的萎缩，一些比较常见的疾病如感染性/传染性疾病、寄生虫病等也已很难获得教学标本，使得实验教学资源日趋紧张。

1.2 实验项目单一、陈旧

多年来，实验教学一直处于从属地位，实验内容多侧重于验证性实验，自主实验及综合实验项目明显不足。医学科学发展迅猛，一些新技术、新理论不断涌现，而实验内容过于单一陈旧，更新速度严重滞后，十分不利于医学生实践能力及创新能力的培养。部分涉及生物医学前沿技术的实验项目，可能由于实验仪器或耗材昂贵，或实验准备或操作时间太长，或操作专业性要求太高，也限制了实验项目的广泛开展。

1.3 缺乏与时俱进的教学手段

传统实验教学多采用老师示教、讲解，学生按照实验指导按部就班的实验，然后撰写实验报告，缺乏丰富多样的教学方法和手段，很难激发学生的学习热情，实验室也难以做到真正意义的开放，不利于学生自主学习模式的开展和规范化的实验技能培养，因此，教学效果难以得到保证。

1.4 实验室安全管理难度加大

近年来，随着中央与地方院校共建项目的逐渐实施，大量先进仪器购入以及现代化实验室的建设，加上许多大学生创新、开放实验项目的开展，使大量的不同层次的学生走进了基础医学实验室，人员流动性增大，实验实验室利用率明显加大，容易出现各种安全问题，如实验动物、实验药品、实验操作、生物危害与生物安全等问题[3]，给基础医学实验室的安全管理带来了巨大挑战。

2 医学虚拟仿真实验的特点

医学虚拟仿真实验是针对医学实验的现象及过程，通过仿真、虚拟现实、多媒体等技术及相关设备将操作实践与实验材料、实验仪器、实验内容、实验方法步骤等有机结合在一起，从而模拟现实的实验环境，对仿真试剂或人体器官、“实验动物或标本”等进行虚拟操作，实现对学习操作人员的各种感官反馈的模拟，获得身临其境的学习体验。可完成某种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果[4]。虚拟仿真实验具有激发学生学习兴趣、内容丰富、体验逼真、安全无污染、节约成本、高效开放等特点。医学虚拟仿真实验是医学与信息技术深度融合的产物，在生物医学实验教学、临床教学、疾病诊断、假体植入、手术模拟、康复保健、远程医疗等诸多方面有着广阔的应用前景，近年来已在国内外多所医学院校开展运用[5]。

3 医学虚拟仿真实验教学平台的建设

成都医学院医学虚拟仿真实验教学中心是以“以实为本、以虚补实、虚实结合”和“安全、开放、共享”为原则，依托基础医学实验教学中心、临床医学实验教学中心、药学实验教学中心、检验医学实验教学中心等4个省级实验教学示范中心，通过整合全校虚拟仿真教学资源而建立的，是基于校园骨干网覆盖的“集约、合作、开放”的、采取“校―企合作、校―校合作、校―院（医院）合作”方式建设的“共建、共管、共享”实验教学平台，2014年该平台正式成为100所部级虚拟仿真实验教学中心。

该中心资源由仿真实验室资源和虚拟数字资源两大部分组成。仿真实验室由高功能模拟人、心肺听诊、心肺复苏、综合穿刺、外科手术、OSCE考试等6个仿真功能实验室组成，可开展综合类技能训练类实验30项。虚拟数字资源主要包括基础医学、临床医学、药学、PBL实验教学等5个模块组成，可开展虚拟操作实验300项。中心现有专兼职教学、开发、管理人员31人，其组成人员分为3类：第一类为具有医学专业背景的人员组成（26人，其中正高5人，副高12人）；第二类为具有信息工程及网络技术专业背景人员组成（3人，其中正高1人，副高2人）；第三类为外聘企业技术人员（2人，均为高级工程师）。中心主任由主管教学副校长担任，全面负责中心的规划和建设。

4 我校虚拟仿真实验的应用

我校虚拟仿真实验面向临床医学、麻醉学、医学影像学、护理学、药学、医学检验学等所有专业的本、专科层次医学生及研究生开放。据2013年数据，已开设16门实验课程，年实验学生人数达5100人/年，年实验人时数达816400人时数时/年，开放实验课达139500人时数/年；培训住院医师2166人次；成为四川省规范化住院医师临床技能大赛的指定承办单位。

近几年随着学生虚拟实验开展力度的加大，虚拟仿真实验教学平台对我校实验教学的贡献度也不断提高，已取得了一批教学成果。2010年和2012年，参加全国大学生基础医学创新实验大赛各获1项三等奖。2011年获第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品决赛一、二、三等奖、优秀奖各1项；2011年首届全国护士执业水平技能大赛获理论成绩一等奖、技能三等奖、团体二等奖；2012年获第三届全国高等医学院校大学生临床技能竞赛分区赛一等奖、总决赛一等奖；2013年、2014个分获第四届全国高等医学院校大学生临床技能竞赛分区赛一等奖、总决赛二等奖。

5 结语

总之，虚拟仿真实验技术作为培养高素质应用型医学人才的重要教学手段，有着传统医学实验无法比拟的优势，对推动医学实验教学改革、创新医学教育教学模式、医学生综合技能的规范化培养等方面具有重要作用。虽然虚拟仿真技术目前还存在一定的不足，如实验过程中现实感不足、缺乏真实环境中的实物感、无法体现团队合作精神等，但我们相信，随着现代信息技术的不断发展，虚拟仿真实验技术将日趋完善，并为高等医学教育的发展和进步发挥更为重要的作用。

参考文献

[1]胡晓松，潘克俭，张晓，等.依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力[J].中国现代教育装备，2015（1）：6-8.

[2]刘荣志，程田志.新形势下收集人体解剖教学标本的探索与实践[J].中国现代药物应用，2009，3（13）：209-210.

[3]彭波，计雁林.基础医学实验教学存在的安全问题和防护策略[J].黑龙江医学，2012，36（8）：610-611.

第9篇：虚拟仿真技术应用范文

Abstract： This paper introduces the application of virtual simulation technology control system in the PCL experimental teaching. The four storey elevator control system as a control object by use configuration software， in the process of developing virtual simulation system is described. The simulation results show that the design of the control system is feasible， the virtual elevator can run under the control of the PLC. The cost of equipment is greatly reduced， thus improving the efficiency and effect of the experiments by use virtual simulation technology.

关键词：虚拟仿真；组态软件；PLC；四层电梯控制系统

Key words： virtual simulation；configuration software；PLC；four storey elevator control system

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）21-0148-03

0 引言

实验教学是理论教学的一种深化和延续拓展，是让学生对课堂上所学知识进行消化和吸收的过程[1]。可编程序控制器（PLC）控制技术已经在工农业生产、交通运输等行业和部门中得到广泛应用，其课程是一门实践性很强的实用课程。在实验教学过程中，验证PLC程序是否正确通常只是通过输入信号和输出信号的变化，以及借助指示灯和开关、按钮的动作等来观察实验结果。这种简单的实验教学方式和复杂的实际工程应用相差太多，因此有必要采取一种新的教学模式。随着虚拟仿真技术的广泛应用，虚拟仿真教学已经成为了高校一种重要的教学模式，尤其是在专业课程的教学过程中。

目前国内众多组态软件中，组态王以标准的工业计算机软硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点[2]。组态软件已经广泛地应用于PLC的实验教学过程中，利用组态软件的功能，通过组态软件与PLC的通信连接，可以建立一个虚拟的实践环境，从而对组态环境下构建的被控对象进行虚拟控制[3]。因此，虚拟仿真技术在PLC课程教学中的地位显得尤为重要。

本文利用虚拟仿真技术以PLC实验中的四层电梯为控制对象，建立了四层电梯的虚拟仿真系统，通过组态王软件设计了组态图形界面，建立了数据库和动画连接，并对通讯参数进行了设置，最后进行了仿真调试。

1 虚拟仿真系统的组成

PLC和组态软件联合组成的仿真系统结构如图1所示。作为上位机的计算机主机通过RS-232串行通信接口与作为下位机的PLC进行通信，并监控PLC的所有存储器、控制器及I/O接口的状态，以变量值的形式传输到计算机上，供上位机使用、处理[4]。通过编程软件将编写好的程序下载到PLC中。通过安装在计算机中的组态软件，根据控制对象建立一个工程项目，并把PLC置于运行状态，使用鼠标和键盘对组态图形界面上的控制对象进行操作，从而可以实现虚拟仿真控制。

2 四层电梯虚拟仿真系统

2.1 控制系统设计

在控制系统中，PLC需要处理大量的逻辑信号，如电梯内操作按钮、电梯外按钮、电梯井等信号，并根据电梯的运行条件和安全保护要求以满足电梯实现起动加速、制动减速、上下方向运行等功能。电梯的控制主要是召梯、选层、减速、平层停站、开门、关门等。

根据控制要求，输入点有：各个楼层的大厅门呼叫按钮6个点，电梯内轿箱的内部选择按钮4个点，四层楼共安装的感应器8个点，安装电梯门的位置有感应器2个点，手动关/开门信号各l个点，开/关门到位信号各1个点，共计输入点24个点。输出点有：门电机正转、反转、高速3个点，升降电机正转、反转、高速3个点，内选指示4个点，每层楼的表示信号4个点，向上/向下方向运行表示2个点，共计输出点16点。综上所述，输入应选择24的，输出应选择16的。因此PLC的型号选用西门子S7-200系列，CPU226。

2.2 控制程序编写

电梯系统的主要控制要求为：行驶方向由内选信号和外呼梯信号决定，按照顺向优先的原则运行电梯；在电梯收到轿厢内的信号时，电梯的运行方向应最先确定；当电梯没有收到轿厢内的信号和同向轿厢外信号时，电梯会运行到最远反向呼梯信号位置后停车。当电梯运行到某一层停止时可自动开门；还可以按轿厢外呼按钮开门，并且用户也可按下开门按钮开门；在有电梯轿厢内选择信号和电梯外呼梯信号时电梯会延时关门的时间，在电梯的门关闭后电梯能够自动启动；行车时厅门和轿门都不能开门，开门后不能行车。根据电梯系统的主要控制要求，具体的程序流程图2所示。

2.3 界面设计

组态王软件提供了丰富的图形制作工具，而且还有丰富的图库可以选择，在本次设计中，针对四层电梯系统制作了监控画面，如图3所示。可见界面的设计使整个系统运行简单化，操作人性化，内容丰富化。

2.4 构造数据库

数据库是组态王软件的核心部分，在工程管理器中，选择“数据库＼数据词典”，双击“新建图标”，弹出“变量属性”对话框，创建四层电梯的各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。这样，PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。具体变量设置如图4所示。

2.5 动画连接

动画连接是建立所定义变量与所设计画面图素之间的关系：当变量值发生改变时，图形对象则以动画效果的形式表现出来；或者当图形画面动作时，对应变量的值将发生改变；实现物理对象PLC和图形界面之间的双向控制和模拟运行通过在组态软件中定义不同的变量，使得定义的变量与动画画面相连接，从而实现对动画画面进行相应的控制。除此之外，还需在组态软件中运用命令语言中的“应用程序命令语言”和“画面命令语言”编制相应的命令语言程序，控制各个变量的变化，使虚拟电梯能正确、实时地反映与实际电梯类似的运行效果。组态监控程序流程图如图5所示。

2.6 通讯设置

在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击“设备”大纲项下PLC与上位计算机所连串口（COM1口），进行参数设置。双击所设COM1口对应的“新建”图标，会弹出“设备配置向导”对话框。在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址。通讯参数如下：波特率9600b/s、数据位为8、停止位为1、通讯方式为RS232。

3 仿真运行

将PLC设定到运行状态，并启动组态王运行系统，对四层电梯控制系统进行调试和仿真运行。用鼠标点击组态监控界面上的相应按钮或者PLC外部的实际按钮，便可以通过观察监控画面上仿真运行的结果来验证整个电梯控制系统是否运行正常，是否实现了预期的效果。如果仿真运行过程中出现问题，可以通过对仿真系统不断地进行调试，直到满足要求。仿真运行的结果表明系统运行正常，动画效果良好。

4 结束语

在PLC的实验教学中，PLC的控制一般都要求有真实的被控对象，而实物对象一般都有体积大、份量重、价格昂贵、维护困难等问题，通过利用组态王软件对四层电梯实验项目进行了设计和调试，从而免去了需要控制真实的电梯系统的情况，从而大大地节约了实验成本。学生可以根据现场程序的运行情况以及仿真的实验效果不断地修改程序，从而提高了实验效率。组态软件将整个电梯系统的运行情况都以直观的形式展现出来，使得教学内容更加直观和生动，增强了实验教学的效果。

虚拟仿真技术在PLC实验教学中的应用，既能够提高学生自主学习的动力，激发他们的积极性和创新性，又对于提升教学质量以及获得良好的实验教学成果有着重要的作用。同时对于专业课程的教学改革和创新，有着积极的借鉴作用。

参考文献：

[1]任明秀.电力系统及其自动化专业实验课改革思考[J].中国电力教育，2013（2）：135-136.

[2]漆海霞，邢航，杨秀丽.基于组态软件的PLC控制系统半实物仿真[J].桂林理工大学学报，2012（4）：543-546.