仿真技术及其应用
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仿真技术及其应用范文第1篇
关键词:液压 仿真技术 应用与发展
中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0097-01
仿真技术是液压系统设计的必要手段,已经被业界广泛认可。液压仿真技术始于20世纪50年代,刚开始是运用传递函数法进行仿真,也只能分析系统的稳定性及频率响应特性,这是一种用于单输入单输出的系统的仿真技术。进入20世纪70年代后,随着液压流体力学、现代控制理论、故障诊断技术、信息化技术的发展,液压仿真技术也得到了一定发展,已经可以建立液压系统的分析数学模型。近年来,加快了复杂的液压系统的研究,这使得从以前对象单一的形式化模型及数字化信息空间的定量研究发展到对于对象建立起定性和定量相结合,将信息、智能集成在一个复杂的信息空间中的定性和定量的研究。液压仿真技术由三个部分组成:数据建模;模型解算;仿真结果分析。在我国,液压仿真技术起步比较晚,虽然取得了很大的进步,比如国内的液压软件仿真系统DLYSIM的研发成功,但是目前我国与国外的液压仿真技术还有很大的差距。
1 液压仿真技术存在的主要问题
目前液压仿真技术存在的主要问题有以下几类问题:结构要求更加复杂,系统建模不容易;技术要求更高,系统仿真的精度和可靠性不高达不到要求的水准;结构不断复杂化,仿真模型库不完善问题越来越突出;各类仿真软件不断被开发,但是仿真软件的通用性不好的问题大量存在;液压技术不断发展,客户对液压仿真技术要求越来越高等。而液压仿真技术目前主要有以下几个关键点:一是加强液压元件和系统建模理论的研究,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础;二是继续开展液压专用仿真软件的开发和研制,为行业提供更加方便快捷的仿真工具,提高整个行业的操作效率;三是提高仿真结果的精度,以满足越来越高的客户要求,使仿真软件更加专业化;四是提高行业设计人员的素质,提高创新发展的能力;五是优化输出结果的描述和分析的方法,让结果分析更加明确清晰,效率更高。
2 现代化仿真技术在液压系统中的应用
随着信息化技术的不断发展,仿真技术也越来越成熟,利用计算机和硬件编程作为工具来研究液压系统动态特性已经成为一种发展趋势。仿真技术是以计算机技术、信息化技术、系统编程技术及其应用有关的专业技术为基础,以各种相似原理和物理效应的设备为工具,利用一些假想的简化模型结构对实际情况进行模拟研究的一种技术。它综合了计算机、网络、故障诊断、液压驱动技术、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的最新成就,不仅可以用于产品或系统的性能测试,而且可以用于产品研制开发的整个过程及由多个系统综合构成的复杂系统。
随着仿真技术的发展,仿真类型也在不断丰富,根据计算机类型的不同,仿真可以分为模拟仿真、数字仿真、数字模拟混合仿真和全数字仿真。模拟仿真是传统的类型,它主要是以模拟计算机为主要工具,对液压系统的模拟进行运算和研究。而数字仿真是现代化的仿真手段,它是以数字化计算机为主要工具。
仿真技术在液压领域的应用主要包括以下几点。
(1)通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型,用实验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础,这也能很好的解决目前仿真模型库不完善的问题。
(2)通过建立数学模型和仿真实验来模拟现实问题,在建模时对于不同的情况我们要采用不同的方案,例如采用有限元分析,甚至有时候还要适当简化模型,这样来找到模拟计算难度和切合实际问题之间的平衡。然后设置相应的各种数据参数,在设置参数时,我们首先要进行理论上的选择,然后针对实际情况做出一些相应的修改。最后确定已有系统参数的调整范围,这样有利于掌握仿真的范围也可以缩短系统的调试时间,减少犯错的几率,也提高了效率。
(3)通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响,要注重各个元件的配合和基本参数,如液压泵的压力、液压泵的排量和流量、液压泵的功率以及液压泵的效率等,确定参数的最佳匹配,提供实际设计所需的数据,并把数据整理入库,完善液压仿真技术的数据库。
(4)通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响,从而确定最佳控制方案和最佳结构。在这个过程中我们要综合所有应该考虑的因素,不仅仅是技术方面的,还有一些技术以外的重要因素,比如造价、环境状况和实现难易程度等。
3 液压仿真技术的发展趋势
3.1 创新建模方法
在整个液压仿真技术中,建模是一个重要的基础,一个正确的模型,可以很好的反应需要解决的问题和得到想要的数据。因此应大力发展系统自动建模技术、一体化开放性的图形建模技术、具有在线自动调试功能的建模技术和采用高精度自适应的模型,来提高模型的可操作性和准确度,为液压系统的分析提供技术支持。
3.2 开展人机交互的仿真研究
人机交互技术已经成为信息化技术追求的目标,不仅是仿真技术,其他计算机技术也在加大这方面的研究。人机交互旨在提供更好的操作技术,使操作更加方便,也更加智能化。
3.3 进行面向对象化的仿真技术研究
面向对象化的仿真技术是近几年发展起来的新型技术,它突破了传统的仿真方法的观念,它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型。它分析、设计和实现系统的观点与人们认识客观世界的自然思维方式一致,因而增强了仿真研究的直观性和理解性。
4 结语
随着信息技术的发展,我国液压仿真技术也越来越成熟,但是还有很多关键问题还有待解决和提高,所以我们要不断创新液压仿真技术,加强对整个行业的重视和投入。液压仿真技术正在朝着智能化、数字化方向发展,相信不久的将来液压仿真技术会带给我们更多的惊喜。
参考文献
[1]王士刚.液压系统动态仿真模型可视化建模技术研究[J].大连理工大学学报,2004(2).
仿真技术及其应用范文第2篇
关键词：模拟仿真技术；液压传动系统；维修；教学
经过几个世纪的发展，汽车已经走入千家万户，在追求极致性能的当下，汽车零部件结构越来越复杂。高校在开展汽车发动机、底盘和电气系统维修实操教学时，学员操作上的失误很可能会导致零部件损坏，造成教学成本的提高。同时，实训设备数量的缺少限制了学员的练习次数，导致其基本技能水平不能有效提高。为了解决这些问题，大部分高校将模拟仿真技术运用到了汽车维修教学中，学员在使用仿真软件学习的过程中能对各种训练环节进行真实模拟，切实体会汽车修理的整个过程。农用机械本质是复杂机械的组合体，近年来向着智能化、自动化方向发展，随着农民老龄化严重，在操纵机械时不能很好地应用机械出现操纵不当、维护不及时等问题，使机械故障频发。通过模仿汽车维修模拟仿真技术解决农机维修可视化问题，对农机技术状况进行诊断，根据结果进行调整、更换、优化，全面恢复农机使用性能，大大降低维修教学成本。目前模拟仿真技术应用在农用机械液压控制元件上可分为如下几类：1）对实体液压系统或元件进行数字建模，仿真模拟，将仿真结果与实验数据进行分析，验证理论研究准确度，通过数据校准，使仿真数据接近理论设计，为产品更新换代提供依据。2）对于已完成设计系统，通过仿真试验调整参数，结果作为理论依据，进而缩短调试周期。3）对于新一代元件设计，仿真元件各部分指数对动态性影响，进而确定结构参数，为设计提供依据。4）对于新一代系统设计，对控制方案进行验证，研究整体参数对动态性能影响，以此获得最佳控制方案［1］。同时液压系统结构复杂，可视程度低，故障发生的主要原因是液压油污染。液压油作为传动介质，受流动性、压缩性、粘稠性及温度、压力等环143境因素影响，故障表现往往比机械传动复杂，容易出现噪音、振动、爬行、渗漏、冲击等异常工作状态，且故障原因不易寻找，在课堂中难以呈现［2］。本文将对农用机械液压维修模拟仿真技术展开探讨分析，以期该技术在教学中能得到广泛应用。
1模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的应用前景
以武警士官学校教学实际为例，农用机械液压传动系统维修（以下简称农用机械液压维修）主要依托报废件拆装和实车拆装开展教学活动。报废液压件的拆解教学，优点在于可以加深学员对零部件结构和工作原理的理解，其缺点也相对突出，即缺乏与整车结合，不利于学员掌握农用机械液压系统常见故障的成因及解决办法。液压元件的实车拆装，可以更好的解决以上问题，但学员操作不规范极易造成精密部件的损坏，使整车不能正常工作。同时，实训设备的短缺不能满足大量培养高技术人才的需求。在教学中运用模拟仿真技术就体现出了其优点。1）模拟仿真技术可以将农用机械全车液压系统及其零部件以动态图和三维图的形式展现出来［3］。学员在仿真平台既可以实现对液压零部件的拆装，又能根据不同的故障现象对全车液压系统进行诊断排查。2）模拟仿真技术的应用可以很好地满足高技术人才培训的需求［4］。模拟仿真软件只需要一个电子平台就可以实现教学资源重复利用，有效解决了实训教学需要大面积的场地问题；有效缩短了实训教学的时间；有效提高了学校接收学员的数量，使学校能够以较少的师资力量培养更多的学员。3）采用模拟仿真与实物教学相结合的教学方式，可以为学校节省近10％的教学成本。模拟仿真软件可以实现零部件的无限次拆装，学员熟练掌握模拟拆装以后再进行实物拆装，就可以极大地降低操作失误率，从而减少配件购买次数降低教学成本。
2模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的应用途径
根据已有经验，模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的具体应用途径为：创造三维模型、进行场景模拟构建、建立故障诊断数据库、搭建考评系统。
2.1创造三维模型
农用机械整车液压系统及零部件三维模型的构建是一项重大而艰巨的任务。其主要利用力学、结构学、运动学、物理学等理论知识，对于各零部件进行模型构建。同时，采用动态的形式模拟各个部件的整合分装等。这要求工程师不仅要对所研究的液压元件或系统的基本原理和具体构造有深入的了解，还要具备深厚的数字建模能力。三维模型技术开发的第一步需要查阅农用机械产品说明书及相关资料，保证模型数据的精确，包括各零部件的外部尺寸、内部构造、油路连接、装配位置等。第二步需要利用3DMAX、SolidWorks等专业的三维造型软件，建立农用机械液压传动系统各零部件的数字模型，统一建模格式后装配形成模型。农用机械液压系统通常包括工作液压系统、转向液压系统、先导控制系统，其中主要零部件包括工作泵、转向泵、控制阀、液压缸等，应分别对各个零部件进行三维建模，建立各总成模型组，最后装配形成各系统数字模型。第三步需要对农用机械整车进行建模。工程师除要根据实车数据建立整车外观模型，还要考虑模型与液压传动系统的适配性，严格按照实际将液压元件与外观模型进行装配。
2.2进行场景模拟构建
三维模型创建完毕后，需采用3D技术对农用机械整车液压系统的维修场景进行模拟。模拟的场景包括整车液压系统组装和分拆以及零部件的维修和调整。液压系统场景应包括以下功能：1）模型接受驾驶舱操纵指令，仿真液压系统功能，发送信号到与液压系统连接的装置；2）模型应包括发动机转速及主泵流量、排量特性；3）响应模型所有变量，例如时速、牵引力、操作质量、燃油消耗率等；4）模型应能反映原始液压系统性能，并遵守建模规范；5）液压系统应能提供提升、下降、侧倾、卸载、制动、转向等功能；6）模型应包括失效情况下紧急预案［5］。建立复杂系统模型模拟仿真一般采用自内到外的建模方式。首先建立功能复杂核心动力装置，然后根据所模拟液压系统的特性，将所有功能区域有效结合，逐步完善整个模型。从整体到部分提高学员的观察能力、逻辑思维能力及最终工作技能。除此之外，场景模拟软件应实现良好的人机互动，学员在操作时系统能根据输入信息做出准确判断，对错误的操作及时进行纠正，并在结束时对学员的技术水平做出客观评价。场景模拟技术开发的关键在于以下两方面，一是对三维模型进行交互式处理。首先将三维模型导出为STL格式；然后将其导入3DSMAX进行贴图、煊染和动画制作，并导出为C3D格式；然后将渲染好的C3D格式的三维模型导入到安装有Cult3DExporterfor3DMAX插件的Cult3D软件中，就可输出为具有交互功能的三维模型了；二是利用3DVR技术将模型嵌入虚拟场景并进行交互编辑。该过程需要将具有交互功能的三维模型导入OpenGL中，在VC＋＋环境下进行模型的可视化交互控制［6］。
2.3建立故障诊断数据库
在三维模型和场景模拟的基础上，采用数据库的形式对农用机械液压系统常见故障进行统计分析，存储的数据包括故障点、故障表现、排除和解决方法等。教师可以在仿真软件中调用已有数据对液压系统设置单个或多个故障点，学员则可以在软件中根据故障现象，对液压系统进行排查，准确发现故障点，并采取有效方法解决故障问题。可开展各类故障模式分析，如液压系统多元件故障模式识别试验研究；故障树分析法；液压缸内泄漏特定故障模式［7］。
2.4搭建考评系统
在模拟仿真教学软件的基础上增加考评系统，构建“实模结合—数据融通—量化评估—即时反馈”的考核方式。教师可利用软件考评系统组织模拟考核，并通过系统收集学员成绩，随时掌握学员技能水平，为改进训练方法提供可靠依据。该技术的开发需要工程师与一线教学人员进行密切配合，对操作步骤进行逐项分解，并确定分值。
2.5软件结构
图1为农用机械液压传动系统模拟仿真软件结构图。
3结语
模拟仿真技术可以在课堂上充分刺激学员的视觉、听觉等感官，切实有效地帮助学员提高农用机械液压传动系统零部件拆装调整、整车故障诊断等基本技能。有效解决了传统农用机械液压维修教学中存在的实训场地面积大、耗费人力、培训人数少等一系列问题。在未来模拟仿真技术一定会充分发挥其作用，在更多领域的教学活动中不断发展壮大。
参考文献：
［1］王秋敏．模拟仿真技术及其在液压系统中的应用［J］．山东机械，2005（5）：34－36．
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［3］黄永亮．仿真技术在汽车维修教学中的应用探讨［J］．电子制作，2013（9）：234．
［4］赵海宾．仿真技术在汽车维修教学中的应用［J］．学术论坛，2015（15）：187．
［5］姚志超．基于工程模拟器的液压系统仿真模型开发与应用［J］．软件导刊，2017，16（7）：140－142．
［6］薛志斌，张倩．基于OpenGL的3DS模型的可视化与控制的实现［C］．∥第21届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（CCSSTA21st2020），2020：212－215．
仿真技术及其应用范文第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
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仿真技术及其应用范文第4篇
关键词：辊弯成型；轧辊制造
辊弯成型技术又称冷弯成型或辊压成型技术，在建筑行业、农机制造、汽车制造等多个领域应用，对我国的经济发展有十分重要的作用。
1 辊弯成型理论
锟弯成型又被称作锟压成型或冷弯成型，是一种金属成型技术，其成型的原理相对复杂，就目前来看，锟弯成型理论的相关研究还有待进步。简化解析法是锟弯成型技术领域当中最常采用的研究方法，该方法指的是分别对纵向弯曲变形与横向弯曲变形进行分析研究，其中，将前者当做弹塑性薄壳来分析，而后者则通过运用纯弯曲理论及弹塑性理论进行分析。国外在该方面的研究较为深入，例如新西兰的有关研究人员对不同弯曲角度及弯曲角度增量下应变的变化，单锟或者多锟环境下的纵向应变等方面均有了重要成果，并得出是弯曲角的增量直接影响峰值应变，而并非轧制过程中的轧锟角度。
2 辊弯成型CAD/CAM技术
2.1 辊弯成型孔型辅助设计（CAD）技术。锟弯成型是一个复杂繁琐的工艺过程，因此受到的干扰因素也很多，一旦出现设计制作或质量瑕疵，不仅会造成企业经济损失，还会导致众多诚信或信誉问题。仿真技术的应用是锟弯成型过程中的一大进步，既缩短了调试的时间，又提高了企业生产的效益。目前锟弯CAD或CAE系统的研发进展已经趋于成熟，其中最典型的就是由德国一家公司开发的COPRA系统，该系统最大的特点是能够对所有类别的锟弯型钢断面进行轧锟设计，并可以提供整个工艺过程所需的集成化与全面化的软件方案，具有成型模拟过程独特，技术优化以及成本计算效率高等优点。
2.2 辊弯成型轧辊的CAM技术。在板金属锟弯成型中，轧锟是其中的关键部件之一，轧锟具有精度要求高，外形轮廓复杂等基本特点，且轧锟的耐磨性应尽量满足批量化生产的要求。轧锟若采用传统的机械加工方式，则很难保证轴向与型面精度及轮廓形状，因此需要通过数控加工来完成。CAM技术通过数控编程加工，有效提高了轧锟的加工质量及型面加工精度，具有生产效率高，自动化水平高等特点。
3 辊弯成型CAE技术
3.1 仿真技术进展。由于在锟弯成型的过程中，板材的边缘既要经过纵向的反复压缩机拉伸变形，又要经历横向的逐步弯曲，因此采用数值方法会面临诸多困难。随着锟弯成型技术的进步及计算机相关技术的不断发展，有限元仿真技术逐渐被广泛应用。锟弯成型仿真技术与成型时材料的变形区域息息相关，最早期是把板带边缘当做一种线性关系来研究，之后又将变形长度与变形角等参数引入其中。上个世纪80年代末，软件的开发运用了线框模型，日本学者成功用刚塑性有限元方法完成了电焊管锟弯成型变性特点的分析，并寻找出了降低最大倾斜角的具体方法。
3.2 FEA理论的应用。有限元法在锟弯成型问题上的应用主要体现在两个方面，第一个方面是偏向于基础理论知识的原始开发，第二个方面则是基于现有成熟有限元分析软件的再次开发及应用。目前最常使用的锟弯成型软件是澳大利亚的CADROF，法国的PROFLL，英国的ORTIC以及德国的COPRA.FEA RF及REFASS等。其中，德国一家公司的有关人员对有限元法在锟弯成型的应用进行了深入的研究，并成功将有限元仿真模块COPA.FEA RF增加到了COPRA这以锟弯成型设计软件当中。
4 辊弯成型技术应用
4.1 辊弯成型在建筑业中的应用。锟弯成型在建筑行业中的应用最为广泛，例如，用作不同厂房的承载结构，像墙架柱，屋顶，框架，钢板桩，门窗及公路护栏板等。锟弯产品在发达国家建筑行业中的使用量已经占到建筑用钢量的40%至70%。锟弯型钢在建筑行业中重点应用于檩条的Z型及C型钢，梁柱的方矩形管，屋面板，楼承板以及墙面板。
4.2 辊弯成型在汽车中的应用。锟弯成型产品在汽车领域中也有十分广泛的应用，其中，在大巴，小轿车，消防车，卡车，集装箱汽车，混凝土搅拌车以及农用汽车等方面应用较多，具体可做为汽车的受力骨架，例如汽车主梁，顶梁，横梁门窗以及支柱等。一般情况下，大断面的锟弯成型产品主要应用于承载结构当中，例如大梁和宽架等，而小断面的锟弯成型产品则主要应用于车身底盘，骨架等。锟弯型钢在汽车领域的应用还包括槽钢，角钢，异型断面的锟弯型钢等。
4.3 辊弯成型在农业中的应用。锟弯成型产品在农业中的应用主要体现在播种机，收割机以及割草机的结构架与横梁上面，此外，锟弯型钢在农业类建筑中的应用主要为巨型管，槽钢，角钢以及P型钢等。
4.4 辊弯成型在管道输送中的应用。锟弯成型在管道输送中的应用主要集中在高频焊管的生产方面。锟弯成型技术在高频焊管中的应用主要可以细分为三个阶段，分别为最初的锟弯成型技术；上个世纪60年代后期的拍锟成型技术；上个世纪90年代后期的混合成型技术，即FFX技术。
5 辊弯成型设备
锟弯成型设备的配置与生产工艺紧密相关，一般锟弯成型的工艺流程为：开卷-对接-校平-预冲顶-锟式冷弯成型-校直-切断-出料-码垛。锟弯成型设备是工艺生产线中的重要组成部分，主要类型有双端式，悬臂式，通轴双端式，双层式，标准式，并列式以及成组快换式。锟弯成型设备应根据产品的截面形状，精度要求以及生产线的特点合理进行科学，合理地选择。目前最常见的成型机组形式主要有四种：小型板式机组；宽幅压型板机组，应用最普遍的为排放式机架的压型板机组与板式结构的压型板机组这两种；特色锟弯成型机组，例如外侧牌坊可移动式的成型机组具有节约换锟时间，增加生产效益等诸多优点。目前我国锟弯型钢的发展市场前景十分广阔，这就要求锟弯生产设备一定要顺应科技发展潮流，重点岁对先进技术装备的研发，引进以及国际一流锟弯柔性机组等进行研究。
6 柔性辊弯成型新技术
结构轻量化是航空航天领域，电力行业以及汽车工业等研究的重点内容，目前主要通过两种方式，即材料途径与结构途径这两种，后者主要采用空心变截面的原理来实现。其中，变截面锟弯成型是一种成型空心变截面轻结构的新型锟弯成型技术，主要应用在柔性锟弯成型生产线中。柔性锟弯成型技术的显著特点主要体现在：型材集几何断面地合理设计有效提高了结构的承载能力，降低了结构的自身重量，与目前锟弯成型技术的合理结合能够对更加复杂的产品进行生产。目前我国在柔性锟弯成型技术的研究方面尚未成熟，仍需不断改善。
7 结语
随着近几年科学技术的不断发展与进步，锟弯成型技术理论及其应用均获得了迅速成长，并且也促进了相关锟弯技术的深入研究。计算机仿真技术有效提高了锟弯成型产品的加工精度与加工质量，锟弯型钢在我国建筑行业，汽车行业，农业领域以及管道输送中获得了广泛应用，就目前发展趋势来看，锟弯成型技术在未来我国锟弯型钢市场中还将面临更加广阔的发展前景。
参考文献
[1] 王春新.锟弯成型过程中的计算机仿真在工程实例中的应用研究[D].北京：北方工业大学，2014，12（15）.
[2] 史永凌.先进高强度钢锟弯成型有限元仿真研究[J].语文教学与研究，2012（12）.
仿真技术及其应用范文第5篇
1生物建模技术的数据源
计算机仿真技术平台系统从各个角度,不同路径设置,形象地展示集声音、粒子动画方案的设计效果展示。使客户可以身临其境的在三维虚拟空间感受到方案完成后的动态效果,有利于更加清晰的规划方案,确定方案的合理性与可行性。
针对几何对象的设置方案和无缝编辑的生物建模技术的分类研究。
创建对象的几何模型分为 stand primitie与 extended primitie两种创建方式为几何模型对象内部所固有的有着几何性质的可编辑的抽象模型,它们也可以作为基础模型辅助高级模型的创建,其精度线段细分都可以通过修改面板进行调节。几何模型所表现的属性性质可分为子层级,子层级内部可以分层编辑修改,最终完成基础模型的创建工作,修改包括三维几何体对象的基本点、线、面、多边形形态的子层级,反映几何体对象的面层级的特点;在三维仿真平台系统应用中体现要求的说明信息等。
2 三维建模的技术分类
我们通过不同的设计方案完成初步草图的设定,以及建筑模型的平面、立面设计,或是应用图形图像资源库中的标准几何体来完成初始模型的创建工作。细致模型的创建需要通过无缝编辑的生物模型来完成,或是根据不同的造型结构,通过物体合成命令来完成建筑模型的最终创建工作。建筑的不同环境效果和不同材质的划分以模型的不同面的表现来区分,并根据不同的分隔面来设置不同的ID号码,通过不同的ID号码由系统来区分不同的材质连接属性。
目前,根据模型的分类差异,三维建模在计算机仿真领域中技术上分为几何建模类型和动态建模类型。
3 静态三维模型库数据的获取
模型库建立的难度主要在三维模型建模的精模与低模的转化过程,在三维模型创建之前,首先需要数字资源的收集整理,主要包括 DWG地图和地形的测量数据、航拍、设计图纸、以及常用模型的数据资源等数据资料。三维仿真系统中建立模型资源库,针对静态三维模型而创建的,为了方便静态模型资源的重复利用,以及方便静态模型的资源管理和模型信息升级,因此设置模型信息分类存储。
静态模型资源库大致分为以下几类:建筑三维模型以及公共设施附属模型:地标性建筑模型;交通设施模型;公共模型设施;绿化植被模型;水体模型;景观及游乐设施;模型库资源的建立主要是由AutoCAD和3DSMAX来完成的。
在 AutoCAD中完成三维场景的平面图创建后,将其导入3 DSMAX中,进行地面模型的创建,并且分割地形、地势,以便之后三维模型的面数与贴图的赋予不产生面的轴向 UV问题。应用3DSMAX进行初使模型的创建,由于造型能力强,并且可以很好的与仿真软件进行模型的应用导入,因此常用于虚拟仿真的三维建模部分,模型有很强的仿真立体效果。植物模型的创建,一般植物建模通常面数很高,也就产生了数据量的问题,因此现今植物建模的各种效果展示中真正的植物模型应用比较少,通常是应用大量的以面为单位的植物贴图以达到场景中需要的视觉效果,尤其是应用通道透明贴图。三维模型创建完成后,通过三维仿真资源数据库进行管理和操作的。
三维模型资源库将模型分为:高精度模型、中精度模型、低精度模型,方便三维仿真场景中对于近景、中景、远景的不同需求,当摄影机跟随路径约束到视图远景时,所显示的模型为低精度模型,如此可以大量的节省场景中模型的计算量,以达到实时交互的刷新频率要求; 当摄影机跟随路径约束到视图近景时,所显示的模型为高精度模型, 保证了实时交互,对三维场景中的近景模型的高精度的视觉要求。三维场景数据库的模型资源表现了真实环境中的建筑模型合并到虚拟三维场景中的细节效果反应,包括三维场景中的天空作为一个球天模型的环境贴图对建筑模型群体的色彩影响。
4 粒子动态现象的建模
计算机仿真技术在虚拟环境中,创建静态的三维几何体模型的交互效果显示,对于实时仿真来说是无法满足用户的视觉显示效果要求的,三维物体的性质还涉及动态模型的应用,从三维物体运动的位置改变、以及物体之间的相互碰撞、三维模型的角度捕获、物体的缩放变形、以及三维模型的子层集表面变形等等。我们以视图坐标为中心,以运动的物体自身坐标进行轴向的运动变化。三维场景中的每个对象都有一个自身坐标,物体可以以自身为轴向进行运动,这样的坐标称为自身坐标系统。这个坐标系统的位置随物体的移动、旋转、缩放而改变。通过关键帧的设置,完成需要的动态模型创建。
针对三维场景还有一个世界坐标,场景中的所有建筑模型都遵从于这个世界坐标。通常动态现象建模应用粒子系统,以及动力学系统,表现水景、云雾、风、火焰等,水体模型建造在地形变化中起着重要的作用,同时是建筑表现效果的重要内容,场景实时渲染的要求,通常应用粒子系统完成水景动态特效后输出动态文件,再将其以贴图纹理的方式附予场景中的建立好的面片中。虚拟对象 reactor的空间绑定,这是配合粒子系统的动力学系统,属于物理建模方式,通过对于虚拟物体的空间绑定,确定 reactor的质量、重量、摩擦力、惯性,以及物体的反弹参数值等等,这些特性与三维建模及其虚拟仿真平台结合起来,形成一个虚拟模型空间。
5 结论
三维场景中的物理建模涉及到动力学系统,是虚拟现实系统中比较高层次的模型创建,因为它需要物理学中动力学和重力系统与计算机图形学相结合,涉及到动力学系统中力的作用问题,主要是三维模型的重力、摩擦力、反弹值。
除了人机交互中相互作用的系统程序应用外,还有在计算机模拟三维仿真系统平台中所呈现的粒子系统和动力学系统,创建粒子系统的动画运动行为模型。使得虚拟仿真系统平台可以自主性控制,也就是设定场景的动态信息后,用户不与之交互,指三维物体的活动变化以及周围环境和其它运动实体模型之间的动态关系,比如风效、雨景特效等,它们不受用户的输入控制(也就是说用户不与之交互)。
参考文献
[1]曾金发.虚拟现实复杂场景生成简化和优化技术研究[D]. 南京理工大学,2004.
[2]张文君.城市规划中虚拟现实景观设计及其应用展望[J].计算机工程与应用,2005(35).
仿真技术及其应用范文第6篇
关键词：仿真系统；化工原理；编程；实验教学
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0246-02
化工原理课程的实践教学涉及化工生产中的单元操作，由于实验室仪器设备和教学时数的限制，难以做到以学生为主体，学生动手能力训练效果不佳。将实验原理、实验现象、实验过程及数据处理与计算机技术相结合，通过计算机模拟实验装置的仿真操作软件是一个很好的教学辅助手段，能够很好地弥补实践教学中的不足。Flas具有体积小、表现力强、支持音频、交互性强等优点，广泛应用于实验演示或多媒体光盘的制作。Flash使用ActionScript语句，增强了对于交互事件的动作控制，使用户可以更精确、更容易地控制动画的播放。Flash软件倾向于简洁漂亮的动画过程，可以实现许多人机交互特效，但进行复杂的模拟过程和数据处理就力不从心了。以C#语言结合动画软件Flash，可开发出一种形象逼真、操作简洁的化工原理仿真软件。
一、化工原理仿真系统的制作
化工原理实验包括流体流动阻力测定、离心泵性能测定、传热、精馏、吸收与解吸、干燥、萃取等基本单元操作，分别由不同的仪器仪表和管道组合而成。在仿真软件中，把各种设备和管道用flash画出，再根据每一套装置流程图的要求，以真实、立体的效果来实现。
1.整体结构。实验仿真系统的开发过程分为三个阶段：实验前的准备、实验过程及数据记录和数据处理。前两个阶段在Flas制作软件上完成，第三阶段在Visual Studio 2005软件开发工具上完成，并且使用Access数据库进行数据的存储与交换。
2.仿真系统的实现。在计算机模拟化工原理实验时，需要通过动态数学模型来模拟真实的实验操作，该模型主要包括实验指导、素材演示、仿真操作、数据处理、考题测试、帮助功能等内容。下面以离心泵性能测定为例详细说明仿真系统的制作过程。在实验准备阶段与实验开始阶段的Flas的制作过程中，考虑到实验步骤有先后，以及更好地做到人机交互，必须使用专门为Flash脚本开发的ActionScript语言。如点击水泵开启按钮必须在阀门开启以后才能启动，直至水灌满后，才可以点击关闭水泵按钮。为了使实验更具有真实性，需设置阀门的流量控制，分为10个级别，可以逐渐增大或减小。运用Visual Studio. Net开发环境编写C#程序，可以通过拖动添加组件，并自动生成组件需要的代码。在制作化工原理实验模拟课件时，可通过Visual Studio 属性窗口设置各种开发元素属性如外观、名称等，且属性窗口中显示的内容，随着选择开发元素的不同而动态改变。利用Visual Studio“工具箱”，可以向应用程序添加标准控件。在设置好窗体和控件后，利用Visual Studio的代码编辑器编写程序代码。在命令窗口中，可以直接输入并执行各种命令，调试应用程序，并通过在即时窗口的命令行中输入表达式或变量名，可以得到它们的值。编写程序过程中，难免会遇到一些错误，开发人员需要对应用程序进行调试，查找错误的根源，以期达到设计要求。离心泵性能测定实验涉及到流体流动、水泵运转、仪表变化、阀门打开或关闭等动作，在仿真系统中通过Flas来实现这些动作的动态效果，使整个实验过程表现得更加真实。用Flash中的按钮实现动画交互效果，控制整个实验的操作并对数据进行采集，同时将数据传入C#，由C#对数据库进行读写操作，然后作出离心泵特性曲线图。
3.实验数据产生及处理。化工原理实验过程中往往要测定温度、压强、浓度、流速等数据，同时必须对这些参数进行整理和分析，并运用相关的理论公式进行计算，才能达到实验预期目的。化工原理实验实测数据多，绘图耗时费力，计算公式复杂，有时甚至需要进行迭代计算，借助计算机辅助程序可圆满解决这些问题。在仿真软件中，通过C#语言设计数据处理程序。根据各化工单元操作理论建立数学模型，使仿真数据在实际操作的数据范围内随机产生，以保证每个学生在进行仿真实验时即使初始条件相同，也不会得到完全相同的实验结果，更接近真实操作状况。试验完成后，点击“记录数据”按钮，计算机会自动记录数据，并在后台进行数据传递，然后根据预先输入的计算公式进行数据处理。数据处理后被保存到Access数据库中，再通过调用，将数据输出在DataGridView进行显示，或据此数据绘制实验曲线。
二、操作过程及功能概述
主界面使用Visual Studio C#中的窗体，通过添加菜单栏来控制试验的选择。其特点是方便、简单易用，更重要的是为今后仿真系统的逐步完善提供了空间。首先水泵的开关按钮是不可用的，必须在打开阀门以后，才能启动水泵。当水泵与阀门同时启动后，便开始灌水，在这期间禁用系统中所有的按钮。待灌水过程结束，先关阀门再关水泵。点击“开始实验”按钮，可以开启下一个界面继续实验。先打开水泵，然后打开阀门，通过阀门调节流量级别，仪表数值会随之变化。点击“记录数据”按钮，将仪表的数值记录在数据库中。当数据记录完毕，点击“查看数据”按钮，屏幕上显示10组数据以及由公式计算得出的“扬程”、“有效功率”、“效率”数值。点击“绘图”按钮，可直接绘制出H-Q、P-Q及η-Q三条特性曲线。无论是实验结束还是中途关闭实验窗体，都将出现一个对话框以提示实验者“是否保存当前数据？”操作者可根据提示对实验数据进行取舍。
集合Flas和C#语言优点开发的化工原理实验仿真系统，具有界面直观、操作简单、支持人机交互、占用空间小等特点，能显著提高化工原理实验教学的效果，减少实验设备投资和损坏，降低实验投入成本，避免实验事故的发生。计算机辅助教学，特别是计算机仿真实验在化工教学过程中的应用，使学生接触了一种全新的实验手段，激发了学生学习的积极性和主动性，使学生创新意识得到培养，从而提高了整体教学质量。
参考文献：
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[3]颜红侠，张教强，张秋禹，等.仿真技术在化工专业生产实习中的应用[J].2003，12（19）：105-106.
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[5]卫静莉，李晓红.化工原理实验仿真功能设计及教学探讨[J].实验室研究与探索，2006，25（1）：44-46.
仿真技术及其应用范文第7篇
关键词：城市规划；虚拟现实技术；应用
中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）04-0236-03
一、虚拟现实技术的介绍
1.什么是虚拟现实技术
随着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术成为近年来计算机软件技术的一项新兴技术。由于虚拟现实技术的直观性很强，能在电脑上进行模拟仿真，比平面图像更能说明问题，并且更具有经济性，即省时间由省人力，能够广泛的为各个领域所运用。可以说虚拟现实技术给社会发展带来的便捷将使其能够大显其道，虚拟现实技术的运用也是近年来的发展方向。
虚拟现实技术按照维度虚拟程度的不同分为三维虚拟技术和全维度虚拟技术。全维度虚拟技术是目前国外在虚拟仿真领域的研究，其研究内容是使虚拟技术完全脱离三位维度而向一个全立体虚拟环境发展。中国目前运用最为广泛的是三维虚拟技术。而三维虚拟技术的运用正是本文重点论述的内容。
三维虚拟技术属于三维图形技术行列。三维图形技术分为两大类，一是三维虚拟技术；二是三维动画技术，两者都用于模拟真实世界和想象世界。由于两者的应用原理不同，其应用领域也大不相同。
三维动画技术采用的是传统的计算机动画，采用关键帧的方式制作，先进行三维预渲染，得到了完整的三维动画视频之后利用播放器将动画播放出来，所以三维动画技术被广泛运用于电影、广告等预先设计好的演示。
在此我将重点论述三维虚拟技术在城市规划领域的应用和研究，之所以以此作为论题是由于三维虚拟技术在城市规划上的应用最为广泛，随着时代的不断进步，社会对城市建设、城市规划的要求越来越高。网络社会的概念不断加强，三维虚拟技术能够更好更便捷的为我们城市规划建设服务。这种技术适应了社会现代化的要求，使虚拟仿真技术很好地运用在城市规划设计上，为我们的城市建设工作更加省时省力并且能更加全方位思考。在计算机平台上进行虚拟操作可以从各个方位多个角度思考规划方案，能从早期发现问题解决问题。
由于三维虚拟技术的虚拟仿真性，使其更多运用在城市规划建设的工作中。这一技术的扩充性和延展性很强，通过我们的不断研究能使其在城市建设领域以及城市建设的其他领域起到的作用不断加大，为城市建设事业带来更多收获。
2.三维虚拟技术的发展历程
三维虚拟技术属三维行业领域。三维行业在中国的起步时间是上世纪九十年代。自98年看是到现今其经历了一个扩张时期，这是三维行业在中国市场大放异彩。目前在中国的三维行业可以分为以下几个分支：1、电影、广告；2、游戏；3、电视包装；4、城市建筑，其中以城市建筑领域的运用最早也最为广泛。
最早的三维技术实现平台是由美国的Autodesk公司开发的3d Studio Max软件。此软件是一款基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。早期的三维技术在中国建筑领域的运用由于技术原因有很大的局限性，三维技术只能实现建筑效果图的绘制以及部分简单的跑相机似的建筑动画。随着3D技术的不断完善以及日益多元化的创作手段的出现，三维技术在建筑业所起的作用也日益增强。目前实现三维技术的主流软件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三维技术的日益完善以及它所带来的强大的经济效应，三维虚拟技术的概念也日渐成熟。
三维虚拟技术是三维动画技术的一种，与三维动画技术的区别在于三维虚拟技术还具备三维动画技术所没有的实时性和交互性。三维虚拟技术是虚拟仿真技术的一种，是局限在三维空间之下的一种虚拟仿真，而虚拟仿真技术的另一种全维度虚拟仿真也被称之为虚拟现实技术。这种技术出现在20世纪末期，它的出现引起了人们的广泛关注。目前国外正在对此领域进行深入研究，我将在国外研究部分做出论述。
3.国内在虚拟仿真领域的研究以及存在问题
三维虚拟技术目前在建筑领域的运用有城市漫游动画、建筑漫游动画、房地产漫游动画、小区浏览动画、楼盘漫游动画、三维虚拟样板房、楼盘3D动画宣传片、地产工程投标动画、建筑概念动画、房地产电子楼书、房地产虚拟现实等动画制作。
三维虚拟技术在我国城市规划、城市建设的发展前景是不可估量的。由于三维虚拟技术的不断发展，它既能带给观赏者身临其境的感觉；又能模拟尚未实现或准备实施的项目的完成效果。从单一的几何模型到复杂的动态形象，不论是道路、桥梁、隧道、立交桥、街景、夜景、景点、市政规划、乡村规划、乡村形象展示、数字化乡村、虚拟乡村、乡村数字化工程、园区规划、场馆建设、机场、车站、公园、广场、报亭、邮局、银行、医院、数字校园建设等都可以通过三维虚拟技术得以实现。
由三维虚拟技术和现代信息科学技术带给中国经济的发展空间正在不断壮大；由它们所带来的科技化、信息化、智能化的城市虚拟空间将成为21世纪的信息主流源。
二、虚拟现实技术在城市规划领域的应用
1.城市规划简述
城市规划指的是一个城市在一段时期内的发展计划的设定，它研究的是一个城市在未来的一个发展动向，这其中包含了对城市地区的合理布局、城市的各项工程建设的合理部署。它是城市建设和城市管理的重要组成部分，也是城市建设和城市管理的重要依据。一个城市的三个重要管理阶段是:城市规划、城市建设和城市运行，而城市规划则是三个管理阶段中的龙头。
2.城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性
在这个以知识经济为核心的信息时代，计算机科学技术已成为全世界公认的本世纪最主要和最核心的科学技术，它已渗透到社会生活的各个方面，影响和改变着人类的思维模式和行为模式。它在城市规划和城市建筑领域的作用更是不容小觑，随着网络技术的不断发展与成熟，计算机辅助设计技术在建筑行业中的应用得到了进一步普及。
在城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性将从两个方面进行：①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟术应用的必要；②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要。
①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟技术应用的必要首先，我们必须要了解城市规划建设在设计上的设计内容。城市建设设计内容主要有：城市宏观设计、城市中观设计、城市微观设计三个层次。
城市的宏观设计指的是对城市的格局和形态的设计，具体为城市的整体分布、城市的功能组团、环境保护、土地利用等。在设计上更加注重城市的关键性特征和自然景观构成。在进行城市宏观设计时，评估的重点是看能否创造高素质城市环境和优美的城市视野，以此来鉴定城市宏观设计的成功与否。
城市中观设计是指设计城市空间与城市建筑之间的关系；具体内容有：用地布局、建筑设计、地标物建设、街道分等等，也就是城市的连接度与整体性、城市的体量与高度的设计。城市中观设计的内容与宏观设计的内容相辅相成，是中观设计更加注重城市的视觉质量、人工建造物的城市角度和适宜度、城市整体轮廓与体量的协调、具体环境的设计与美化等。
在计算机运用上要解决城市建设视景的要求就必须要能再计算机上感官看见以上所说的宏观、中观、微观三个层次的内容，具体而言就是：一是三维地形的显现；二是城市密度、容积率的显现；三是大面积三维建筑的显现。四是能速重绘画面进行实时仿真。而针对以上的要求，三维虚拟仿真技术都能够一一实现，文章在前面具体分析了三维虚拟技术的技术性能。并且可以看出，目前来看运用三维虚拟技术进行城市规划设计适应了时代性和科技性的趋势。
下面我们看看三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用。
三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用按地形而分可以归为三类：一是局部地区城市设计研究；二是大范围城市问题研究；三是区域规划研究。
一是局部地区城市设计研究
城市设计的核心是研究建筑形体和空间要素之间的关系协调，从对城市的环境表现、具体建筑形体刻画、整体模型处理和后续功能研发等方面来看运用三维虚拟仿真技术在制作时再合适不过了。
我们针对城市商务中心区的设计研究来具体说明问题，城市商务中心区设计是属于典型的城市局部地区设计，由于范围不大，我们在选择计算机种类时可以选择中高档PC机进行制作。
然后，我们再根据现有照片、地形原有的平面、立面等图纸资料进行交通设施、环境小品的建模，在三维虚拟技术环境下能够高仿真建模，并且设置VEGA的漫游环境、添加动态模型等工作，最后将制作出的模型文件调入VEGA完成漫游。
二是大范围城市问题研究
以新城区建设为例，新城区的建设规划范围更加广泛，在建立三维仿真时重点应在规划功能的设计开发上。
针对新城区三维仿真的主要功能应该有：方案替换、模型修改（ 高度修改、位置调整等）、矢量规划数据叠加分析、日照阴影分析。其中还包括目前的仿真软件无法实现在漫游过程中的动态阴影的实现。
值得庆幸的是目前国内的以遥感为基础的仿真软件弥补了技术上的不足，运用此软件不仅可以实现在固定观测点上表现建筑在不同时间阴影变化的功能，而且也能够实现地理属性查询。
三是区域规划研究
在进行区域规划的仿真时我们将遥感应用和三维仿真技术结合运用，这样我们就可以实现建立以卫星影像为数据的城区漫游，在数字高程模型的基础上进行区域地区漫游的制作，这样既不影响对区域原有面貌的观看，又能再此基础上进行区域建设和改造，并且能实时对比，运作时即高效又准确，这样的技术结合给我们的城市规划提供了直观而又客观的分析手段。
②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要
三维虚拟技术已经运用到城市建设的方方面面，城市规划作为可视化技术需求最为迫切的领域之一,虚拟现实技术在其诸多方面有着广泛的应用和发展前景，三维虚拟技术提供了非常直观、准确、现时性强的城市规划资料，这为城市建设发展、提高城市管理水平、提升城市规划设计提供了强而有力的依据。
可以说，在城市规划领域对三维虚拟技术的应用是时代的召唤、是技术的支持，三维虚拟技术是城市建设所必不可少的关键性技术。
三、从上海世博会对虚拟现实技术的运用来看未来虚拟现实技术在城市规划领域的发展
1.上海世博会网上世博简介
2010年的上海世博会区别于往届世博会的最大不同就是此次上海世博会运用了虚拟现实技术实现了网络同步的网上世博会。通过2008年中国北京奥运会场馆的建设，中国的建筑漫游动画创作的发展速度越来越快，并且在国内得到了广泛的传播。2010年上海世博会再次使中国的建筑漫游动画得到发展和创新的机会。世博会的主题是：“城市，让生活更美好”，伴着世博会的推广，中国的建筑漫游动画引起了社会各界的广泛重视，使其得到飞速发展。更由于此次世博会的一大亮点是首次举办网上世博会，通过网上媒介，全面引入互联网的传播方式，采用交互设计和多媒体技术等手段，这更加体现出当下互联网的强大以及建筑动画漫游的进步神速。
2.网上世博会的缘起与构架
网上世博会，全称网上中国2010年上海世博会，它是指通过互联网技术、三维技术、多媒体技术，通过虚拟和现实相结合的方式把上海世博会上展示的内容呈现于互联网上，搭建出一个能够进行网络体验和实时互动的世博会网络平台。网上世博会是上海世博会的重要组成部分，是实体世博会的导引、补充与延伸，是上海世博会的两大亮点之一。
能够实现网上世博会这样的创举是由于网络科技时代的蓬勃发展以及三维数字技术的不断进步。网络和三位数字技术的完美结合给予上海世博会全新的展现舞台，使全球公众突破了时空界限，使他们能够全面参与世博，使我们中国的上海世博会实现了真正意义上的全球化。
首届网络世博会的三大主要特色是：三维展示、互动体验以及全球共建。通过网上平台吸引全球公众参与世博会，使无法亲临食博会现场的观众借由网上平台体验世博会的精彩以及希望将上海世博会的盛举作为非物质文化遗产长期保留，是举办此界网上世博会的三大原因。
网上世博会的架构由基础平台和网上展馆两部分构成。基础平台由组织者搭建，内容包括门户网站、网上园区、基本功能等，网上展馆则分为浏览型和体验型两类展馆。浏览馆具备基本浏览和展示的功能，它是以实体展馆为原型，通过文字、图片、音频、视频、动画等方式进行三维展示，浏览型展馆由组织者为需要援助的参展方免费开发。体验馆是浏览馆的增强版，浏览型展馆在以浏览和展示为基本功能的基础上，可实现其它更加丰富的功能和特效，网上参观者可以得到更生动的互动和体验。参展者还可以建设实体世博会中不具有的虚拟拓展空间和展项，利用更丰富的虚拟技术及手段延伸和拓展参展方网上展馆所希望表达的意境和理念。二者相辅相成，完美呈现网上的世博会。
与普通网站相比，网上世博会的区别在于它能够提供给观众全面的三维视觉体验，网页游客能够主动操控三维图像的角度。网上世博会的整个展示内容其中包括，世博园区、世博园片区、展馆外观、展馆内景以及主要展项等都将进行三维数字化的制作。
与普通网站的最大区别在于网上世博会可以将组织者的建设内容和参展者的建设内容二者共存于一个平台之上。也就是说网上世博会具有“全球共建”的特点。
3.三维数字化技术实现了网上世博
由于虚拟现实技术的先进性，使实体世博园区中的建筑、道路、绿化、设施等通过三维虚拟技术在网络上实现了虚拟再现。在网上模拟的天空、云彩、太阳、灯光、装饰、材质等效果通过CG技术在制作，使模拟效果很好地接近真实场馆的场景。展现在网上游客眼中的每一个场景都是一个三维的空间，参观者只需要通过鼠标和键盘操作就能够轻松实现旋转、升高降低的操作，在进行鸟瞰时也也可以通过放大、缩小来调整的场景范围，获得全方位的空间体验。展项展示是网上世博会的有一大亮点，通过网络，游客能够进入场馆和展项发生近距离的互动，游客可以多角度观察或“触摸”展项，特别是一些实体世博会现场不能触碰的展项，在网络上可以实现参观者的触碰愿望。参观者还可以自由的旋转缩放感兴趣的物品，同时还可以通过图片文字、动画、FLASH等多种数字媒体形式了解到对展项的知识性介绍。不仅如此，游客可以在C/S上通过系统提供的部件，组装个性化的展项，让其它游客看到自己的作品，并且发表点评。
网上世博会的虚拟拓展空间可以由参展者根据自己的意念记性无限制的设计开发，由于不受现实空间的限制，参观者可以延伸和拓展实体展馆所希望表达的理念和意境，虚拟展项为参展者的主题演绎提供了进一步发挥的空间。
网上世博会由于运用了数字化技术作为包装，它展示了数字化技术神奇的魅力，也使我们的实体世博会区别以往世博会的不同，使其大放异彩，网上世博会成为上海世博会乃至世博会历史上的一个至高点。
四、结论和展望
从2000年的悉尼奥运会场馆设计到2008年北京奥运会的成功举办再到2010年上海世博会的网上世博会亮点的产生，三维仿真虚拟现实技术正在朝向越来越先进的领域发展，特别是它在城市建设及城市规划上的运用可以说是越来越广泛，所起作用也是越来越突出。以2000年悉尼举办奥运会为例，悉尼在2000年时为了奥运会的顺利召开以及加强对城市的推广，悉尼市建立了全市三维仿真平台，目的用于城市的信息服务、交通分析指挥、城市建设管理等方面，由此取得了巨大的成功。为了能够顺利申办2008年的奥运会，加拿大的多伦多城市也使用了虚拟现实技术对城市进行管理和规划。
在我国，北京、上海、深圳等大型城市在利用三维虚拟仿真技术运用于城市建设方面也已经取得了一定的研究成果，而利用三维虚拟仿真技术的方面是辅助城市重要地段的建设以及大范围的城市设计研究。例如在北京商务中心区、上海浦东开发区、深圳福田中心区的规划中均进行了城市三维仿真技术的初步尝试，并取得了较好的效果。
三维虚拟仿真技术的主要作用在于以城市现貌为基点，融合规划方案后模拟项目实现后的城市景观，并且能够进行多角度动态审视，全面评估城市设计的规划方案，这为城市规划建设和领导决策提供了更为直观、可靠、科学的技术手段。
将三维虚拟仿真技术运用于城市规划建设的优点与好处在于：
①提高了城市设计规划方案的设计和修正效率；
②丰富了城市问题的研究角度；
③提高了城市建设项目的评估质量；
④提高了城市建设项目的管理能力及效率；
⑤提高了为市民公开展示宣传城市形象的效果。
目前，国外虚拟仿真技术显出其极大的优势，国内正在迎头赶上。从目前我国对三维虚拟仿真技术的运用而言，可以看出我国的三维仿真技术发展水平已经有相当不错的程度。从三维仿真技术在我国城市规划上的运用的效果来看，三维仿真技术在我国城市规划中的应用前景是非常广阔的，而且我们相信，三维仿真技术会使城市规划产生技术性的革新，会极大地拓展和丰富城市规划的工作思路。
参考文献
[1]张建伟，陆亨立.虚拟现实技术及其应用[J].电子科技导报，1999.
[2]陈友华，城市规划概论[M].上海：科学技术文献出版社，2000
[3]杨保民，分布式虚拟现实技术与应用[M].北京：科学出版社，2000.
[4]申蔚，虚拟现实技术的理论、实现及应用[J].首都经济贸易大学学报,2001.
仿真技术及其应用范文第8篇
【关键词】Multisim仿真软件；电子电路实验教学； 电路分析； 电路设计
1前言
随着我国电子技术与计算机技术应用的不断发展，推动了电子电路分析与设计的变革，越来越多电子设计自动软件投入使用。Multisim仿真软件的应用，为高校电子电路实验教学提供了全新平台，克服了以往实验教学中存在的弊端或不足，克服了主观与客观不利因素，同时仿真软件在实验教学中的应用，也突破了时间与地点的限制，学生可以在任何时间、任何地点使用软件进行实验学习。另外，学生还可以根据不同的实验要求，融入个人的思路和观点，调整元件参数，进而获得更直观、更真实的实验数据，树立学生在实验学习中的主体地位，提高学生探究能力与思维能力。因此，Multisim仿真软件在电子电路实验教学中的应用，具有重要价值。
2 Multisim仿真软件应用概述
Multisim仿真软件主要应用于电路设计、测试与分析的仿真模拟中，其中涉及到电路模拟、电路自动控制原理、微机接口电路等若干方面。首先，在该仿真软件中，含有较为丰富的元件库，可满足于不同条件、不同要求的数据实验，与真实仪器的使用相似性较高；其次，在仿真软件中内置若干RF组件模型、元器件等，便于学生根据实验要求自行编程或者设计元器件；再次，Multisim软件的电子分析方法趋向多元化，包括参数扫描分析、傅里叶分析、瞬态分析等，还可满足直流电压表、直流电流表、信号发生器、瓦特表、数字万用表、失真分析仪等真实仪器的操作功能需求，应用范围十分广泛。
3 Multisim仿真软件在电子电路实验教学中的运用
电子电路实验教学中应用Multisim软件，其可操作性较强，不需要教师或者学生掌握计算机控制语言、计算机输入及输出指令等专业的知识基础，也不涉及到电子电路图的程序编写，既简单易操作，也与真实的实验环境相接近。只需要将事先设计好的虚拟仪器、虚拟电子元件等放置到Multisim软件的电路设计窗口即可操作，利用节点将虚拟元器件和仪器仪表的测量接口相连接，就能通过虚拟仪器仪表获得波形、参数等重要实验数据。具体操作步骤，分析如下：
使用Multisim仿真软件，包括四大步骤：①创建与实验要求相符的电路图；②选择合适的仿真分析方法；③启动Multisim仿真软件；④处理经过仿真实验获得的相关数据。
首先，将Multisim仿真软件打开之后，创建一个符合实验要求的仿真电路图；其次，在软件界面左边的“元件工具栏”中选择需要使用的元器件，在软件界面右边的“仪表工具栏”中选择需要使用的仪表；在“放置栏”中选择恰当的连接点，确定连接位置，利用导线将第二步选择的元器件、仪器仪表等与连接点连接；再次，对元器件及仪器仪表的位置进行调整，启动仿真软件，获得仿真实验结果。最后，针对不同实验的要求，可以选择直流工作点或交流工作点为主要分析方法：①直流工作点分析。在软件的任务栏中，分别选择“SimulateanalyseDC Operation Point”，此时工作窗口弹出，在窗口选择需要设置的输出直流仿真量，选定后点击“Simulate”，则获得仿真结果；②交流工作点分析。在软件的任务栏中，分别选择“SimulatanalyseAC Analysis”，打开工作窗口，选择需要设置的输出交流仿真量，选定后点击“Simulate”，则获得电路的交流仿真结果。
利用Multisim仿真软件，将电子电路实验中涉及的虚拟仪器、仪表、数据等直观地展现出来，学生能够快速、直观、完整地观察实验过程，有利于对知识点的掌握和理解。
总之，通过在电子电路实验教学中应用Multisim仿真软件，学生对实验的参与和学习兴趣高涨，极大增强学习主动性和积极性，课堂学习氛围浓厚。因此，通过Multisim软件，节省了仿真实验的时间、降低了成本、提高了教学质量，同时学生的综合分析能力、思维发散能力、创新思维能力都有所提升，有利于实现了培养应用型人才的目标。
参考文献：