虚拟仿真技术的作用
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虚拟仿真技术的作用范文第1篇
关键词：仿真技术 系统模仿
1、概念介绍
人们对仿真技术的期望也越来越高，过去，人们只用仿真技术来模拟某个物理现象、设备或简单系统；今天，人们要求能用仿真技术来描述复杂系统，甚至由众多不同系统组成的系统体系。这就要求仿真技术需要进一步发展，并吸纳、融合其他相关技术。
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。
VR技术主要有三方面的含义：第一，是借助于计算机生成的环境是虚幻的；第二，人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的；第三，人可以通过自然的方法（手动、眼动、口说、其他肢体动作等）与这个环境进行交互，虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。
虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。
2、基本特性
虚拟仿真技术具有以下四个基本特性：
（1）沉浸性（Immersion）
虚拟仿真系统中，使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，从而获得身临其境的感受。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（Interaction）
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（Imagination）
即系统中的环境是虚幻的，是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境，也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境，还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。
（4）逼真性（reality）
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。
3、结语
由于采用电子虚拟仿真技术设计电子产品具有安全系数高、投入设备少、周期短、性能高，所以新世纪设计电子产品的新理念是：构思电路――虚拟仿真――绘制电路板――焊接调试――出产品。
参考文献：
虚拟仿真技术的作用范文第2篇
关键词：数控教学 计算机 虚拟仿真技术 应用
随着我国经济的快速发展，作为基础行业的制造业需要满足其他行业更高的要求。数控技术是机械制造行业的核心技术，它的水平将会影响到产品的机械产品的加工水平。如今，我国的数控技术人才十分缺乏，如何让学习者掌握数控技术的核心，是数控技术教学过程中的一个重要方面，也是一个难点。由于数控教学和培训的工具都是数控机床，其价格本身就很昂贵，机床的配备能力与学习的实力有关，为了加强学生对数控技术的了解和掌握能力，如果采用计算机仿真技术对数控加工教学环境进行模拟，则也可以很快让学生投入到加工学习过程中，从而可以提高数控教学的质量和教学效果。
1、计算机虚拟仿真技术的意义
传统数控教学模式还是存在很多的弊端。首先，由于数控实验的机械设备都很昂贵，因此，设备的数量与学生的需要是不匹配的，即使是进行分组实验也不能满足。其次，数控教材中所涉及的机械设备范围很广泛，而实验设备就没有办法完全齐全，更没有更新。再次，真是的机械设备给初次进行实验的学生操作带来一些安全的隐患，尤其是没有使用过的人员，操作中更易出现问题，这些都是数控教学遇到的一些阻碍。随着信息技术在各行各业的应用越来越广泛，其发展程度也越来越深层次，数控教学中也出现了计算机虚拟仿真技术。随着该技术的的不断改进，为人、机之间的交互提供了极好的平台，对数控教学具有深远的意义。
2、计算机虚拟仿真技术在数控教学中的应用
2.1 建立了全新的学习情景
数控本身就是一门难度系数比较大的学科，学生一开始并不具备任何数控实验、原理结构等方面的基础知识。利用虚拟仿真技术，可以彻底打破原有的空间限制，不仅可以给学生展示机械设备的外部信息，也可以让学生对机械设备的内部原理和工作情况有详细的了解，可以生动直观的体验到设备的学习。比如，在对机床的结构构成、运行原理等方面教学中，如果引入了计算机虚拟仿真技术，可以让学生有一目了然的感觉，凸显出教学意义。其次，仿真教学也可以突破时间的限制，比如在实际过程中加工一套模具肯定需要很漫长的时间，如果运用了虚拟仿真技术，就可以节约大量的时间，比如那些需要经过漫长的加工才能呢个显现出来的变化过程，就可以利用仿真技术，在短时间内给学生一个立体的展示，有助于学生理解数控技术的原理、加工过程等。
2.2 节约教育成本
传统数控教学过程中，无论是数控机床编程还是具体的操作都是在真实的机床上进行。受经济因素的影响，教学过程中的实验机床有限。然而国家对数控方面的专业人才需求则在迅速增加，学校有限的资源不能满足学生上机操作的要求，对学生发展有一定阻碍。在数控教学中引入计算机虚拟仿真技术后，对实际设备的需求量就可以相对减少，可以通过相关的软件应用来实现具体的操作等。在传统的操作实习中，也会有大量的材料消耗，举一个简单的例子，如果一个班级的人数为40人，学生实践时间为4周，实践过程中利用10台数控车床，以4人为一个小组进行教学，假设一周完成教师布置的一个项目，则每人每周要消耗2根40×100规格的棒料，整个实践过程中平均每人要消耗8根，总计24元；按正常损耗来计算，刀具的消耗约为30元；其他损耗费约为100元，总计154元，一个班级的总体实践费用则是6160元，学生的消耗费用还是比较高的，另外，还有教师在实践过程中的人力成本。如果在教学过程中引入计算机虚拟仿真技术，则可以节约很大一部分成本，从长期来看，更有助于其可持续发展。
2.3 便于教学
在数控教学过程中，如果采用实际的机械设备进行教学讲解，十分不便。在机床上给学生示范时，不能完全保证每个学生都能清楚地了解到每一个动作和注意事项，往往导致教学效果不太理想。而计算机仿真技术的应用，教师可以利用多媒体的方式在学生的计算机屏幕上进行教学内容的演示，使学生可以清晰地了解每一个操作细节，计算机仿真技术也有助于教师对学生进行指导。另外，计算机虚拟仿真软件在数控教学中的应用越来越广泛，还促进了教学过程中制定参数化的评分标准，检验加工程序好坏等，该技术的不断应用为学校与社会化的技能考核与学生水平的鉴定提供了广阔的平台。
另外，由于计算机仿真教学可以极少甚至不用真实的机械设备，因此可以减少其中的不安全因素。由于学生没有形成良好的操作习惯，对加工工艺的了解也不多，因此利用机械设备进行实验时容易发生对刀、编程、输入等方面的错误，导致过限位、撞车等众多安全事故。利用仿真技术就可以很好的解决这一问题。
随着计算机信息技术的不断发展，计算机虚拟仿真技术的应用程度也逐渐加深。由于数控加工是各种制造行业的关键和基础，国家对数控专业人才的需求也不断增大。然而由于多方面的限制，导致学生的数控实践不能采用完全实际机械化，例如资金有限、安全因素等都是数控教学过程中的一些阻碍因素。因此，加强计算机虚拟仿真技术在数控教学中的应用具有重要意义。目前，该技术在数控教学中的应用也越来越广泛。
参考文献
[1] 廖建钢.计算机虚拟仿真技术在数控教学中的应用[J].新课程（中），2011（01）.
虚拟仿真技术的作用范文第3篇
关键词：系统仿真设计
一、系统仿真技术
所谓仿真就是建立系统的模型（数学模型、物理效应模型或数学-物理效应模型），并在模型上进行实验和研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统，如土木、机械、电子、水力、声学、热学等，也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策；
在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。在工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本，可以提高系统实验、调试和训练过程的安全。
一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型--一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。
仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。
二、虚拟现实技术
虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、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，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。
虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，它具有以下主要特征：
（1）依托学科的高度综合化；
（2）人的临场化；
（3）系统或环境的大规模集成化；
（4）数据表示的多样化和标准化，数据存储的大容量、数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化。正是这些特征，使操作者沉浸其中，并通过多种媒体对感官的刺激，对所需解决的问题有了清晰和直观的认识，从而，也使模型的建立和验证更加方便。
三、系统仿真技术与虚拟现实技术的结合
传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)随着多媒体技术、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展，同时也使虚拟现实技术更加具有生命力。
四、仿真与虚拟现实技术在结构工程中的应用
仿真与虚拟现实技术近年来在机械、电子、水利、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。
在结构工程中，仿真与虚拟现实技术已经应用于如下几个方面：
1．在工程结构分析中的应用
工程结构在各种荷载作用下的反应，其破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。若用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。又如在高速荷载作用下，结构反应很快，人们在真实试验中只能观察到最终结果，而不能观察试验的全过程。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。对于长期的徐变过程则可在模拟中加快其变化过程，让人们清楚地看到其过程。在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来，给人以直观的印象。利用仿真与虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。
2．在岩土工程中的应用
岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。
在数值模型中，除了有限元方法外，还可采用分离单元。分离单元在平衡状态下的性能与有限元相仿，而当它失去平衡时，则在外力和重力作用下产生运动直到获得新的平衡为止。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。
3.防灾工程中的应用
长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。
4．在模拟施工过程中的应用
建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。
另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。
我国是一个发展中国家，有着大量繁重的基本建设任务，特别是在十五计划纲要中，提出进一步加强水利交通、能源等基础设施建设和西部大开发战略。这一大好形势，为结构工程高新技术的信息化和集成化，为结构工程学科及相关学科的发展提供了良好的机遇。仿真与虚拟现实技术作为结构工程高新技术之一，开创了结构工程学科的新纪元，其技术潜力巨大、应用前景十分广阔。
参考文献
（1）汪成为、高文、王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及其应用.清华大学出版社，1997
（2）陈清来.建筑结构的现代设计设计思想和发展.工程设计CAD及自动化，1996年，（4）
（3）张跃、张丛哲。土木工程中虚拟现实技术的发展与展望，计算机世界，1998，（5）D版：1-3.
（4）袁耀明.从可视化到视算一体化.系统仿真学报，1996（5）
（5）张丛哲、张跃.计算机辅助设计(CAD)中虚拟现实技术.计算机世界,1998，（5）D版：5。
虚拟仿真技术的作用范文第4篇
随着我国科学技术的快速发展，使得我国的计算机仿真技术得到了质的变化，并且，它也是当前我国信息化社会下的产物。另外，我国本来就是一个制造业大国，通过把计算机仿真技术应用到我国制造业的发展中具有非常重要的作用。本论文对系统仿真类型进行了简单介绍，接下来，对计算机仿真在制造业中的应用及发展现状进行了详细的概述，最后对计算机仿真技术的热点以及对我国制造业的影响进行了研究，希望本论文的研究工作能够为我国计算机仿真技术在制造业中的应用与发展提供一点借鉴意义。
【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业
1 对系统仿真类型进行概述
顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。表1为系统仿真分类表。
2 对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述
由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。
对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明@的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。
3 计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响
自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。
随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。
随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。
如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。
4 结束语
随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。
参考文献
[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真，2013（23）：54-59.
[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真，2012，2（14）：20-27.
[3]郑力，卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造，2013（09）：62-67.
[4]王涛等.并行工程环境下的集成化装配设计系统[A].并行工程关键技术论文集[C]，2011：162-167.
虚拟仿真技术的作用范文第5篇
关键词 计算机仿真技术 网络技术 医学机能实验 应用
一、计算机仿真技术和网络技术相结合是实现医学机能实验的关键技术
与传统医学机能实验手段相比，利用计算机仿真技术和网络技术相结合的医学机能虚拟实验具有实验内容的丰富性、实验过程的完整性和实验结果的及时性、直观性。由于模拟仿真医学机能实验无需相关实验器具，无需实验准备即可引导学生理解实验的操作步骤以及实验效果，可以作为机能学实验教学的一个有益补充。对教师而言起到辅助教学的作用，对学生而言，则起到对所学知识的理解和强化作用。
（一）计算机仿真技术的发展为医学机能仿真实验提供了必要的技术条件
（1）仿真技术：仿真就是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。我们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助我们对现实中的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。
（2）传统的仿真方法：是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。
（3）计算机仿真技术：即是利用计算机进行仿真实验，也称为仿真机。从70年代末起，应用大规模集成电路计算机的发展，各种专用和通用仿真机得到极大普及和推广。随着计算机技术的迅猛发展，人们在综合集成数字仿真和模拟仿真的优势的基础上，设计出在更高层次上的数字模拟混合仿真机，在一些特定的仿真领域内，这种智能仿真计算机机和高层次的数字模拟仿真机都取得令人鼓舞的成果。
（4）计算机仿真系统构成：为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。
（5）医学机能虚拟实验（仿真系统）：随着现代医学的不断发展，对医学工作者提出了更高的要求，即不但要掌握人类已知医学领域的医学知识，也要具备解决未知医学问题的能力，即创新能力和科学实验的能力，而实验学科在医学学生能力培养中起着至关重要的作用。现代机能实验学把生理学、病理生理学和药理学实验有机的融合在一起，成为一门独立实验学科。医学机能实验课程以活体为主要实验对象，以正常生理功能——疾病生理——药物作用为主线，把机体的不同功能变化通过实验设计有机的联系起来。医学机能实验中，部分实验具有操作难度大、实验具有一定危险性，实验成本高等问题。譬如：医学机能学中研究药物对动物记忆的影响、安定的抗惊厥作用、杜冷丁的镇痛作用、神经体液因素及药物对心血管活动的影响、药物急性毒性实验、药物半衰期的测定等实验就存在一定的危险性，实验操作难度大等问题。我们利用计算机仿真技术，则可以在很大程度上解决目前医学机能实验中所面临的这些困难，并取得良好的教学实验效果。由于模拟仿真实验无需相关实验器具，无需复杂的实验准备即可引导学生理解实验的操作步骤以及实验效果，因此医学机能虚拟实验与传统医学机能实验有机整合，既丰富了实验教学手段，又提升了教学质量，有助于培养学生的实践操作能力、创新精神和科研兴趣。
（二）网络技术的飞速发展为计算机仿真技术在医学机能中的应用提供了广阔前景
（1）网络技术：网络技术是从上世纪六十年代末美国国防部远景研究规划局为军事实验用而建立的网络，名为ARPANET，八十年代初期ARPA和美国国防部通信局研制成功用于异构网络的TCP/IP协议（网际传输控制协议），并投入使用；1986年在美国国会科学基金会的支持下，用通信线路把分布在各地的一些超级计算机连接起来，以NFSNET接替ARPANET；进而又经历十几年的发展形成Internet（互联网）。其应用范围也由最早的军事、国防机构，拓展到科研教育机构，进而迅速覆盖了全球的各个领域。网络把分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使我们能够透明地使用资源并按需获取信息。 网络可以构造全球性和区域性的网络，有广域网、城际网、企业内部局域网等。网络的根本特征就是实现资源共享，消除信息孤岛。
（2）网络的关键技术：网络结点、宽带网络系统、资源管理和任务调度工具、应用层的可视化工具。网络结点是网络计算资源的提供者，包括高端服务器、集群系统、MPP系统大型存储设备、数据库等。宽带网络系统是在网络计算环境中，提供高性能通信的必要手段。资源管理和任务调度工具用来解决资源的描述、组织和管理等关键问题。任务调度工具根据当前系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度，提高系统的运行效率。网络计算主要是科学计算，它往往伴随着海量数据。如果把计算结果转换成直观的图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难。这需要开发能在网络计算中传输和读取，并提供友好用户界面的可视化工具。
（3）网络技术在医学机能虚拟实验中的运用：实验设备功能雷同的实验室，造成了实验场地、仪器设备、实验技术人员等教学资源的极大浪费。而通过网络技术将医学机能虚拟实验机联网组成医学机能虚拟实验室，既实现医学机能信息资源的共享，同时也大大降低了实验成本。教师利用网络技术可以方便地为一个班或几个班的学生演示和操作医学机能实验，大大提高了教学效率，而学生同样可以利用网络中的医学机能虚拟实验机跟随教师的演示进行实验操作，对提升学习效果也有一定的帮助。
二、计算机仿真技术和网络技术在医学机能虚拟实验中的应用
（1）医学机能虚拟实验系统是采用计算机虚拟仿真与网络技术相结合，运用服务器和客户端的构架模式，涵盖了目前大部分医学机能学实验而建立的模拟仿真系统。包括生理实验项目、药理实验项目、病理实验项目、人体实验项目以及综合实验项目等。随着医学机能仿真技术的发展，利用计算机技术和网络技术也便于对医学机能虚拟系统进行扩充和升级，这样可确保医学机能虚拟实验系统的长期生命力。
（2）医学机能虚拟实验均应包括该机能实验的总体介绍、原理、相关实验录像、模拟实验过程、仿真实验操作等部分。全方位介绍了整个实验，既注重整体，也着眼于细节，便于学生对实验操作的充分理解和掌握。譬如利用血压波形的核心模拟算法，对每一个波形的模拟都如此逼真，比如血压模拟，不仅模拟出每个血压波形的细节：收缩期、舒张期、心房波等，而且连二级呼吸波也进行了逼真的模拟。并且将刺激强度与反应的关系，刺激频率与反应关系等实验波形和肌肉收缩图形同步反映。为学生进一步理解和掌握书本知识提供有益的帮助，大大提高学生的实践操作能力。
（3）由于采用客户/服务器的体系结构，并通过网络将医学机能虚拟实验机连接在一起组成医学机能实验室，并在校园网范围内进行教学和实验，既方便教师教学，又方便学生的实验操作，最大限度地合理使用学校有限的教学资源。以我校的实际应用为例：首先我们将医学机能虚拟实验系统安装到教室里的教学用机上，教师可以在进行医学机能学方面教学时，通过学校的校园网络在任何一间教室都能很方便地使用医学机能虚拟实验中的资源和信息，极大地提升了医学机能学的教学效果，也充分激发了学生的学习积极性。同时我们在学校计算机机房内集中安装组成医学机能虚拟实验室，学生可以在教师的指导下进行医学机能虚拟实验操作，通过虚拟实验，将一些平时不具备实际操作条件的医学机能实验过程完整地展示给学生，不仅能加深学生对医学机能学知识的认识和掌握，更能在一定程度上提高学生的实践操作能力。
三、医学机能虚拟实验在卫生职业学校实验教学中的前景展望
（1）由于医学机能虚拟实验无需实验动物，无需实验准备即可帮助学生理解实验的操作步骤以及实验效果，可以作为医学机能学实验教学的一个有益补充。对教师而言起到辅助教学的作用，对学生而言，则起到加强知识的理解和强化作用。
（2）通过医学机能虚拟实验系统对医学机能学的背景知识、实验设备的用途、原理和操作进行大量的介绍，既开阔了学生的视野，又为学生进行探索性实验以及自主性设计实验提供了新的科学指导。
（3）医学机能虚拟实验还可以对相关医学知识进行模拟介绍，譬如信号采集的原理和性能指标，传感器原理及各种传感器介绍，试验试剂的配置，手术器械的介绍等。极大地丰富了学生的知识面，对他们今后的学习工作都起到很好的帮助作用。这也是我们传统医学机能实验由于受实验场地、实验仪器、实验经费等的局限所不能实现的。
参考文献：
[1]赫培峰等.《计算机仿真技术》.机械工业出版社
虚拟仿真技术的作用范文第6篇
关键词 电子仿真技术；电工维修
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0171-01
随着电子电工技术以及计算机软件技术的迅猛发展，电子仿真技术不断渗透到电子电工技术的各个领域。电工维修作为电子电工技术中重要的一部分，十分需要电子仿真技术应用推广到该领域。我们可以利用电子仿真软件进行电路的相关设计，有效地锻炼电工的电子设计能力和开发能力。也就是通过实际的设计电路，电工维修工作者才会更加熟悉电路，更有利于进行维护工作。另外，作为电子仿真技术的特色之处就是其能够充分调动使用者的主动性，让使用者自己动手去搭建，能够提高使用者实际动手能力。它能够多方面地调动使用者的积极性，激发使用者学习兴趣和欲望，提高使用者掌握的效率。例如在电子仿真软件焊接操作的五个步骤，就是提供给你视频教学和实用的场景，教你一步一步去实现焊接的过程。下面我们重点讨论如下两个电子仿真技术在电工维修中的应用。
1 电子仿真软件ELECTRONICS WORKBENCH在电工维修中的应用
在电工维修中，利用ELECTRONICS WORKBENCH软件作为电路设计，能够有效地锻炼了电工维修工作者的电子设计能力和开发能力，不仅使使用者的能力得到提升，另一方面还节约了成本代价。在实际使用电子仿真软件进行电路设计时，首先是搭建电路，寻找电路中的各个元件，然后将各个元件进行连接，设定相应的参数，最后运用示波器观察各个点的输出波形的结果。如果不采用这种电子仿真软件，则对于接触示波器比较少的使用者在使用真实的示波器时，可能由于陌生或紧张造成示波器的损坏，这样就会大大增加电工维修工作者的成本，浪费了大量时间。而使用电子仿真软件中的示波器，就不会出现这种问题，可以很清晰地得到波形结果。由于电子仿真软件中的示波器外观和真实示波器类似，因此，熟悉了电子仿真软件中的示波器，上手真实的示波器是很容易的。这样就会避免对实际设备的损坏，即节省时间，又节省了成本，更有利于电工维修工作者的自我成长和创新精神的培养。
在实际的电路设计过程中，电路维修工作者主要面临的问题是电源故障，主要包括：直流电和交流电错位、直流电源的正负极反接等；对于由于元器件短路带来的故障，例如在实际的操作过程中，电工维修工作者很不小心可能会把三极管的两个管脚短路，导致三极管烧坏的现象。这些问题可以利用电子仿真软件先事先操作一遍，在进一步提高正确率的情况下，再进行实际操作，进一步减少设备损坏，有效节约设备
成本。
2 电子仿真软件网络虚拟实验室在电工维修中的应用
作为当前的一项热门技术，虚拟技术拥有广阔的应用前景，现在已经在军事与航空技术、机器人领域、通信行业、医疗等相关领域应用广泛。当然，虚拟技术在电工维修领域也有应用的地方，即虚拟实验室。所谓虚拟实验室，就是可以借助一些新兴技术，例如：多媒体技术、电子仿真技术以及现实虚拟技术等，来实现电工维修工作者实际的软硬件的工作环境。这样对于一些高危环境的工作，具有很大的意义。因为这种虚拟的环境和实际的环境相近，这样就可以提前熟悉工作内容和预知环境所产生的状况等。目前，国外的网络虚拟技术应用已渐渐成熟，成立许多网络虚拟实验室，而国内在网络虚拟技术的研究正处于起步发展的阶段，需要进一步研究分析。从国内外地对网络虚拟实验室的相关研究来看，我们可以把它主要分成如下两类。
1）软件仿真形式的网络虚拟实验室。这种实验室是完全依托于软件的，以仿真软件为基础，为电工维修工作者提供虚拟的工作环境，让其通过网络的途径进入实验室进行学习和共享资源，在其中可以利用上述讲的电子仿真软件ELECTRONICS WORKBENCH进行电子电路设
计等。
2）直接操作远程试验的网络虚拟实验室。这种实验室并不是完全依托于软件的，它控制的对象是实实在在的实验设备。也就说电工维修工作者可以利用该电子仿真软件接收来自客户端的故障问题和参数设置，然后利用相关的电子仿真软件进行仿真分析，最后将分析得到的故障解决方案和新的参数设置通过实验室传送给客户端，甚至电工维修工作者可以对实际的实验设备的参数进行一边调整，一边看真实的运行过程以及输出结果。这种仿真技术，利用了有限的资源，提高了电工维修工作者的工作效率，是目前虚拟网络实验室研究的一个重要方向。
3 总结
由于电子仿真软件具有强大的电路设计、电路绘图、设备虚拟、对故障设备分析处理等功能，其可操作性强，作为电工维修的训练和学习的有效手段，其在电工维修领域起到越来越重要的作用。电子仿真技术不但能够提高电工维修工作者的业务知识水平，更能开阔电工维修工作者的视野和工作的积极性，促进电工维修行业的发展和进步。
参考文献
虚拟仿真技术的作用范文第7篇
一、计算机仿真技术在教育领域的作用
计算机仿真是一种强有力的辅助教育工具，利用计算机仿真技术增加了学生动手实践的机会，使传统教学更生动形象。计算机仿真技术在教学中的应用改变了以往实验教学的被动性，学生通过自身与计算机仿真环境的相互作用来获得知识和技能，充分挖掘实验的潜能，引入计算机仿真技术可以优化实践过程，改善实践教学的环境。
二、计算机仿真技术在实践教学中的应用和意义
计算机仿真技术应用于实践教学，是计算机辅助教学的形式之一。计算机仿真技术是利用计算机多媒体技术，制造一个接近真实的训练环境，让学生身处其中，获得经验，掌握工作能力。这种实验目的在于培训技能。
展示的现象必须与学生所要学习的现实事物的原理、构造、规律完全一致。学生需要了解真实世界，因此使用虚拟现实技术是重现或放大真实事物，而绝不能歪曲事物的结构性质和固有规律。
三、计算机仿真技术在计算机网络实践教学中的作用
计算机网络基础课程是一门抽象、多学科、实践性强的课程，课程中抽象的内容不易理解，例如对于帧的构成，在进行讲解过程中，学生只是从表面对其有所了解，但对于帧的具体工作原理和过程并不能真实掌握，如何解决这一难题，是提高教学质量的关键。
依靠常规的教学手段和实践教学方法不能解决这一难题，笔者经过几年的教学实践探索，采用计算机仿真技术很好的解决了这一难题。
一是在理论教学的实验过程中采用吉林中软的计算机网络仿真系统来辅助理论教学。该系统可以全面地仿真和监视网络协议数据，使网络行为透明化，同时还可以编辑和发送网络协议包，分析网络协议原理，协助网络程序的编写和调试。覆盖了以TCP/IP为主的多种常见网络协议，对于一些较新的，如CIFS等协议也有所涉及。实验方式以综合设计型为主，同时结合一些验证性内容，强调学生的实际动手能力和分析问题、解决问题能力。
二是在实验过程中学生通过手动进行帧的编辑、IP报文的编辑，解决了学生对计算机网络基础抽象内容的理解，强化了对计算机网络数据流向的认识，从而把一门抽象的课程可视化。通过对网络状况的监控和对网络故障的仿真，学生对网络流量控制、网络故障发生的抽象原理的具体实现有了感性认识。
通过在实验中采用计算机仿真技术很大程度上解决了计算机网络及处理论教学的抽象性问题，真正做到了实践教
学辅助理论教学的目的。
四、利用仿真软件模拟网络设备
计算机网络实践课程中，有一个很重要的内容就是网络互联设备的使用，如交换机、路由器等。但是要建设一个30人的网络配置实验室（5组，每组2台路由器、2台3层交换机、2台二层交换机和6台计算机）至少需要30万元，但由于许多学校由于经费有限，只能购买一到两组设备，学生实训时实行分组，几个人一组，这样由于台套数不足导致实验时间过长和设备终端接入数以及网络设备配置的特殊性的原因，保证不了实训效果，我们采用了计算机仿真的方法，由于Cisco的设备在应用中还是占据主流位置，在实训时先让学生在电脑上利用Cisco 的CCNP软件做虚拟实验，然后轮流安排学生到实际的网络设备上进行操作。该软件先根据网络拓扑结构设计出网络，然后对该网络中的设备进行配置。通过使用该软件可使学生掌握每一种路由器模式下的各条命令、路由器对网络配置的作用和交换机的配置作用。这样让所有的学生学会相关设备的操作。
这样，网络课程的实践教学环节就不仅局限在实验室，学生可在业余时间进机房进行虚拟实验，突破了时间空间的限制，使学生完全置身于开放的环境中进行学习，为学生提高实践动手能力提供机会。
五、计算机仿真技术在计算机网络实践教学中应注意的问题
虽然计算机网络仿真技术解决了计算机网络基础理论教学的难题，增强了实践教学的力度，但不能完全依赖计算机仿真实验而取消真实实验。仿真实验是虚拟的环境，它的处理是理想的而且缺少实物感，像路由器、交换机等网络设备种类、型号非常多，各自的配置方式都有所不同，网络设备接口也是多种多样，在仿真实验中学生是无法见到的。因此，在具体实施中，应该虚实结合，有目的地让学生在真实环境中进行操作，让他们对相关设备或网络环境有亲身体会，印象深刻。计算机仿真技术除了应用于计算机网络实践教学外，还可用于其他课程。随着计算机技术、多媒体技术、网络技术及相关技术的高速发展，计算机仿真技术在教育教学领域将有更广阔的应用。
参考文献：
[1] 任条娟，王章权.浅谈电子信息类专业实验的“虚拟技术”和“网络技术”[J].浙江树人大学学报，2004（4）.
[2] 刘安枕，权养利， 周建华. 基于现代教育技术的虚拟实验系统构建模式的研究[ J ]. 现代电子技术，2004 (3) .
[3] 王晶琳，焦玮. 虚拟现实技术与应用[ J ]. 实验技术与管理，2003(1) .
虚拟仿真技术的作用范文第8篇
【关键词】仿真技术；体育教学；应用研究
随着计算机技术的进步，计算机模拟仿真技术在多个领域都取得较快的发展。仿真技术的大量应用，提高了生产和生活的效率。对于体育领域来讲，仿真技术的应用使体育科研人员对体育技术动作有了更科学的认识，对于发挥运动员最大的动作优势和训练结构提供了有益支持。它可以创造相似的模式训练或实战环境、模型化的物理环境与用户融为一体，使运动员产生身临其境的感觉。这种人机和谐的仿真环境的探索已广泛展开，诸如可视仿真、多媒体仿真、虚拟现实等等。在实际应用中，这些仿真技术互有偏重，又互为补充。在体育教学中，往往以多媒体仿真和虚拟现实技术的应用更为广泛。
1仿真技术概述
仿真技术是利用计算机技术建造被研究的真实系统的模型、进行模拟实验研究的一种方法。它是建立在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术与控制工程基础上的一门综合性很强的实验科学技术。应用到体育领域，就是通过计算机模拟技术再现体育教师的教学经验、教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程，从而达到对体育系统的解释、分析、预测、评价的一种实验技术学科。仿真技术的关键技术主要有数学建模和运动数据的获取。
虚拟现实及其仿真技术日益发挥出越来越大的作用，为高科技在竞技体育领域的应用提供了更加广阔的空间。作为大自然和人类社会的主宰，人体自身的建模处于一个非常重要的位置，已成为人类工程学、计算机图形学、人工生命及生物力学研究的热点。
国内外的很多学者进行了大量的研究和探索，建立了人体的数学模型，对人体运动分析提供了很大的帮助。代表人物有德国的R??Gawtonski和波兰的B??Macukow，他们采用经典的分析力学的理论基础，推导出人体的二阶非线性拉氏方程；美国斯坦福大学的Kane建立了一套新的建模理论，主要基于内坐标与外坐标转换的方法；美国的Roberson德国的Wittenburg采用了图论中理论，建立了树形多体系统的建模方法；南非的Hazte采用了优化结合同步测量方法，模拟了人体的运动。
1??1建立模型
建立仿真模型是一个复杂的过程，模型的有效性直接影响着仿真的效果。我们常见的有二维模型和三维模型。他们都是用抽象的数学方程来描述系统内部变量之间的关系，从而建立起来的模型。体育运动中运用较多是人体模型，要显示二维或三维的人体效果，首先要建立人体模型。用计算机进行三维建模是目前比较流行的，真实感和逼真度都较好，且可以多角度展示。
人体是由多个旋转关节组成的复杂形体，普通的三维摄像机量即多姿态角不能模拟真实的人体运动，完整人体仿真技术需要提供所有的关节数据。因此运动仿真技术要远复杂于一般的刚体。运动仿真的要素，首先利用相关设计软件建模，即建立三维人体模型，其次是根据生物力学和物理学相关知识产生模型各关节运动的驱动数据。
建模的类型根据不同的需要有不同的设计方案。以曲面建模为例，曲面是把人体骨架围绕起来，曲面由小平面组成，可以表现运动中关节处曲面的变化。曲面模型由于计算方便，运算规则较为成熟，显示三维效果较好。建模完成后，基本的仿真效果已经具备，但是，为了使三维图像看上去更加真实，最大程度地展现动作轨迹或模拟比赛、教学场景，还必须对教学环境进行设定，例如地理、气候、教学设备、场地等效果。
1??2运动数据的获取
运动仿真系统是将文字、图像、声音、动画和视频等素材进行综合分析，那么这么多的数据是如何获取的？那就需要专业的摄像设备和分析系统。专业的摄像设备是捕获运动数据的重要工具，它可以给我们提供第一手真实运动的数据资料，这些资料包含了丰富的时间信息，使得人体的运动变化更加逼真。一般都要先对相机参数进行标定，通过场景几何模型建立获取相机内部参数以及旋转矩阵、平移矩阵等外部参数。然后我们通过三维人体运动参数，根据人体关节点的三维位置信息，并经过数据转换，从而得到人体的关节在各个局部坐标系的旋转角度信息，人体姿态的关节角度数据可以直接输入到三维虚拟模型，进行行为驱动。
在人体图像运动过程中，关节点三维位置会跟随着运动，把这些点连接起来就会形成人体连续的、平滑的运动曲线。我们可以根据运动曲线的连续性和平滑性来预测和修改数据。如果捕获的数据帧中有关节点缺失，可以利用曲线的连续性对关节点位置进行估测，如果关节点位置偏移较大，在运动曲线上会表现为一个突变，可以根据运动曲线的平滑性对关节点位置进行调整。
2运动仿真技术在体育教学中的作用
运动仿真系统可以实现体育训练方法的进步和转变。即利用高精度视频捕捉设备与分析系统相结合，更精确地测量人体运动的轨迹，再利用人体运动仿真模拟分析改进运动的训练方法，使训练更加有效。运动仿真系统常见的功能主要有动作对比、动作分解和技术分析。