虚拟仿真技术在中职数控教学中的应用
摘要：本文针对中等职业学校数控专业的教学现状、特点及人才培养过程中存在的主要问题，提出了采用虚拟仿真技术的数控仿真软件应用于数控专业教学，通过对软件功能特点的介绍，详细说明了软件在教学中应用方法，并采用实验研究方法验证其教学效果。关键词：虚拟仿真技术；数控技术专业；数控仿真软件；中职学校
中图分类号：g642
1虚拟数控仿真系统
虚拟数控技术是利用计算机来模仿真实的数控设备工作环境和工作过程的一门技术。它以计算机仿真和数控加工技术为基础，集计算机图形学、人工智能、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术为一体，在虚拟的条件下，对数控设备的工作过程和环境进行全面的仿真。目前国内外研究人员在加工过程仿真方面做了许多工作，如美国maryland大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。同济大学研制的数控程序微机动画仿真系统。清华大学cims工程研究中心开发的“通用加工过程仿真器”等等，但目前的虚拟系统都属于几何仿真的范畴，将刀具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力及其他物理因素对切削加工的影响，只是对数控程序进行翻译，产生刀具位置数据，并以此数据驱动机床运动部件和刀架运动，对工件进行虚拟切削，同时检查是否有干涉和碰撞。未来虚拟数控技术的主要发展方向是向物理仿真发展，包括加工精
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
全国高校虚拟仿真实验教学项目申报与虚拟仿真实验教学中心建设研讨会日程安排（2018.10.12南京）日期时间报告题目主讲专家地点 10月13日（周六）08:30—10:00国家虚拟仿真实验教学项目建 设相关政策文件解读 熊宏齐 教育部高等学校实验教学指导委员会秘书长，东南大 学实验室与设备管理处处长、教授，博士生导师。 白宫大酒 店四楼会 议室10:00—11:30国家虚拟仿真实验教学项目建 设思路、规划及目标解析 张剑荣 南京大学国家级化学实验教学示范中心主任，高等学 校国家级实验教学示范中心联席会化学学科组组长。 11:30—11:45交通运输类虚拟仿真实验教学 项目建设探索 陈峻 东南大学交通学院副院长，教育部交通运输工程专业 教学指导委员会交通工程分委会成员。 14:30—16:00 入选第一批国家虚拟仿真实验 教学项目建设与申报经验交流 分享 崔瑾 南京农业大学农业生物学虚拟仿真实验教学中心主 任，教授、博士生导师，高等学校国家级实验教学示 范中心联席会生物和食品学科组副组长。 16:00—17:00教育信息化及国家级虚拟仿真 实验教学中心建设 文福安 北京邮电大学国家级电子信息虚拟仿真实验教学中 心副主任，教授，教育部装备中心虚拟现实教育应用 研究院副院长。 17:00—17:30微电子虚拟智造工厂仿真项目 开发 龙绪明 西南交通大学教授，四川省电子协会SMT专委会副主 任委员，广东省电子协会SMT专委会高级顾问，《现 代电子技术》期刊编委。
17:30—17:45Unity助力教育虚拟仿真技术 的发展 刘玥 Unity大中华区市场经理，主要负责教育市场，Unity 社区UUG，UVP运营负责人，媒体关系负责人，一直致力于开发者生态的维护和建设，未来会在教育市场进行深耕以及拓展。 10月14日（周日）08:30—10:002018年度国家虚拟仿真实验教 学项目申报说明及申报辅导 张新民 河南省教育评估中心副主任，教授、博士生导师。教 育部高等学校实验教学指导委员会委员，教育部本科 教学评估专家。受教育部聘请多次参加国家级虚拟仿 真实验教学中心和实验教学示范中心评审工作。 白宫大酒 店四楼会 议室10:00—11:30 地方高等院校如何参与国家虚 拟仿真实验教学中心申报与建 设 艾宁 浙江工业大学国家级化学化工实验教学示范中心常 务副主任、国家级化学化工虚拟仿真实验教学中心常 务副主任、教授，博士生导师。 11:30—11:45校企共建示范性虚拟仿真实验 教学项目 刘鹏 山东捷瑞数字科技股份有限公司技术总监，示范性虚 拟仿真实验教学项目技术负责人。 14:30—17:30参观南京农业大学农业生物学虚拟仿真实验教学中心
虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界 看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于 模拟一个详细定义的现实环境。 汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统 有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察 者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟 环境的空间三维影像。 从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型 上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于 使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以 在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计 团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。 汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多 边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定 的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个 视图和透视方向展示高度真实的设计结果。 在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一 个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数 字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三 维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面 或者其单个组件。 在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大 量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车， 解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的 软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道 路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试 验现在也能在虚拟环境中实施。 超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心 的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只 能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。 这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使 用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是 实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d33418892.html, 虚拟仿真软件在机械专业教学中的应用实践作者：华剑徐小兵 来源：《大学教育》2020年第02期 [摘要]该研究结合新工科建设和工程教育专业认证工程的背景，提出了将虚拟仿真软件用于机械专业教学的方法。总体介绍了机械行业虚拟仿真软件的种类、特点、功能以及适用的课程，详细阐述了SolidWorks、Ansvs、Adams和Matlab这四种软件在机械原理、机械设计、机械控制工程基础等课程的应用、实践表明，将上述软件用于机械专业学生的培养，有助于提高学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。 [关键词]机械专业;虚拟仿真软件;创新能力;教学 [中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2020） 02-0014-03 近年来，随工程教育中“新工科”建设的快速开展和工程教育专业认证工作的不断推进，国内各高校在机械工程专业的教学中越来越强调对学生科技创新能力和解决复杂T程问题能力的培养[l]。要培养上述能力，离不开科学的实践教学体系和完善的校内外实验基地建设[2]。但目前大多普通本科高校的机械专业实践教学面临如下困难：一是资金、场地和实验人员有限，不能满足培养方案对实践教学所占学时、学分比例以及实验室软硬件建设的要求。二是考虑到对企业管理、安全生产、经济效益等方面的影响，机械制造企业对学生实习实践的接纳程度逐年下降。三是由于教学组织、教学手段和教学方法的原因，部分实践环节的现场教学，对提高学生能力的作用有限。四是实验设备使用频繁，需要定期维护及检修，出故障的概率较高，不利于实践教学的顺利开展。借助于计算机性能的提高、网络技术的发展以及机械工程仿真软件的推广，虚拟仿真实验为解决机械专业实践教学的上述问题提供了有效手段。虚拟仿真教学已在能源动力工程等专业[3]、机械原理、机械设计[4-6]等课程的实践教学中得到了广泛应用，对 现场实践教学形成了有益补充，并成了机械工程教育中的热点。 长江大学机械设计制造及其自动化专业是湖北省品牌专业、教育部特色专业，于2012年人选教育部卓越工程师教育培养计划。在我校机械设计制造及其自动化专业的课程体系中，机械原理、机械设计、机械创新设计、机器人技术基础、工程流体力学与流体机械、毕业设计等课程与教学环节与工程实践结合较为紧密。由于受到传统教学观念、教材内容和教学硬件设施的限制，在以往的教学实践中，教师们主要将重点放在学生对理论知识的理解和考试知识点的掌握上，平时作业主要以公式计算为主，考试主要强调学生对概念、理论公式的记忆，而不太重视学生对理论知识在工程实际中的应用，从而导致学生会推导公式、能够考高分，但不知如何将理论知识运用于工程实践的情况，这就造成了人才培养与企业需求的脱节。为了使人才培养契合新工科与专业认证的要求，近年来，在专业课程教学中，我们结合石油装备行业背景与
2017 年度示范性虚拟仿真实验教学项目 挖掘装载机 CAD整机虚拟装配实验 机械电子工程学院 2017年 10月 26日 【实验名称】 实验名称是挖掘装载机CAD 整机虚拟装配实验。属于矿山机械现代设计课 程教学内容。实验采用上机操作。学生可以在仿真中心机房或校园网节点利用客 户端计算机连接服务器，按照指导手册逐步完成实验学习。计划学时 3 学时。 【实验目的】 学生通过实验完成虚拟样机整机CAD 装配，可以了解挖掘装载机这一典型矿山机械装备的整体系统结构、部件组成和装配关系，进一步熟练掌握CAD 虚拟装配操作技巧，并为后续动力学仿真和结构强度分析打好基础。 【实验内容】 实验内容是在已经建好的挖掘装载机各组件模型基础上，按照整机结构逐一装配连接，最终构成产品整机。实验过程中应注意随时保存模型文件，掌握并灵活使用鼠标按键实现图形动态操作。 【实验步骤】 具体实验步骤是： （1）通过登录管理平台获取账号，启动VNC 软件登录服务器； （2）启动 FreeCAD 软件并依次导入行走机构、驾驶室、动力系统总成、运 输机构总成和工作机构总成，同时使用装配约束关系依次完成各部件装配； （3）检查装配体组件自由度和干涉情况，适当调整并避免零件结构干涉； （4）保存整机装配即虚拟样机CAD 文件； （5）断开服务器连接并关闭客户端，填写实验学习记录。 【项目特色】
本实验项目及课程是我校应用型专业教学改革试点课程。教学团队根据专业教学发展需要，结合地方特色——矿山机械装备产业发展，紧抓特色方向，开发并建立了特色鲜明的矿山机械现代设计数字化教学资源库和虚拟仿真教学平台。 【技术特点】 该教学平台依托中心高性能服务器支撑，可以实现分布式远程学习和实践操作教学，特别是完全采用开源软件技术实施应用软件整合和配置，实现了支撑软件的完全共享和免费，支持灵活地订制开发。 【教学效果】 仿真实验教学平台有效促进了产学研教融合，取得显著成果。特别是教学团队联合企业编修订矿山机械行业标准 5 项，获 2017 年矿山机械行业标准化工作先进集体称号。学生创新实践能力显著提高，已申请专利十余项并多次获得全国大学生数字化设计大赛和先进成图竞赛等国家级竞赛奖。 【发展设想】 展望未来，随着智能制造特别是现代设计与信息技术发展，教学平台计划将 逐渐引入 AR/VR 和工业云技术。现有的开源模式特别有利于实现并支撑后续工业 云协同设计与教育教学平台拓展。 【小结致谢】 本项目获得了江西省高等学校教学改革研究课题资助（ JXJG16-22-1、JXJG15-22-6）。本项目所使用软件均采用 GPL 协议。在此向 VNC 、FreeCAD 和Ubuntu 等开源软件及开源软件基金会致谢。
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用 在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要） 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界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。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科） 计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算， 所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意 义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技 术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、 交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。 它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中 应用极为广泛。 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。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。 随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。 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。 本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。 航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。
工业机器人工程应用虚拟仿真教程教学提纲 一、说明 1?'课程的性质和内容 《工业机器人工程应用虚拟仿真教程》课程是髙级技工学校工业机器人应用与维护专业的专业课。主要内容包括：Robot Studio软件的操作、建模、Smart 组建的使用、轨迹离线编程、动画效果的制作、模拟工作站的构建、仿真验证以及在线操作。 2?课程的任务和要求 本课程的主要任务是培养学生熟练操作Robot Studio软件，并能通过Robot StiMio 软件对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护，为学生从事工业机器人工程技术人员打下的必要的专业基础。 通过本课程的学习，学生应该达到以下儿个方面的专业基础。 （1）了解Robot Studio工业机器人仿真软件的基础知识，掌握软件使用方法和技巧。 （2）掌握构建基本仿真工业机器人工作站的方法。 （3）能熟练在Robot Studio软件中创建工件、工具模型。 （4）掌握工业机器人离线轨迹编程方法。 （5）掌握Smart组建的应用。 （6）掌握带导轨和变位机的机器人系统创建于应用方法。 （7）了解ScreenMaker示教器用户自定义界面的操作。 （8）掌握Robot Studio软件的在线功能。 3?教学中注意的问题 （1）本课程教学最好采用理论与实际相结合的一体化教学方式，借助多媒体网络教室，一人一机，使用多媒体课件讲解与软件操作相结合。 （2）理论教学中应帮助学生总结并灵活运用所学的相关知识，本着够用的原则讲授，切忌面面俱到。对工业机器人仿真操作不作深入探讨，仅作一般性了解。 （3）实践教学环节中对工业机器人Robot Studio仿真软件常用功能作简单介绍，重点培养学生使用软件对工业机器人进行基本操作、功能设置、二次开发、在线监控与编程、方案设讣和检验。教师教学中多联系生产实际并选用一些工业上经典的匸业机器人使用案例进行讲解，提高学生对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护的能力。 二、学时分配表
1虚拟仿真施工技术 （1）主要技术内容 虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标 虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术 运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术 计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，
然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术 优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术 虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围 工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用 发表时间：2016-11-24T13:56:34.483Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：许朝阳王汉斌 [导读] 伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。山东天齐置业集团股份有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。 关键词：虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究 一、虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义 近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。 虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。 二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析 虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析： 1、虚拟施工技术的应用研究 从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。 2、仿真技术的应用研究 仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。 3、虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究 在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。 4、虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究 虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。 5、虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究 安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。 （1）进行施工安全控制的方案优化 在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工
虚拟仿真实训平台在实践教学的应用 1虚拟仿真技术的现状 随着互联网技术及虚拟仿真技术的飞速发展，虚拟仿真实训平台平台这一教育资源也逐渐受到了教育界人士的青睐。目前国内投入运营的虚拟仿真实训平台平台屈指可数，以西南交通大学龙绪明教授为例，其率领团队开发的《SMT虚拟实践平台》已于2015 年初完成，目前被西南交通大学、北京理工学院使用；辽宁省交通高等专科学校的《地铁线路控制虚拟仿真》也在轨道交通工程系的实训课程中使用。这些虚拟教学手段的使用在教学过程中改善了教学效果。 2虚拟仿真实训平台的特点 2.1可制定“理、虚、实”一体化的实践教学计划，将虚拟仿真训练有效的应用于实践教学环节中 原有的“理- 实”教学模式是利用现有的实验实训教学环境结合理论内容来进行教学，实践教学过程中，受到实验实训环境不完善、实验耗材昂贵、实验实训环境安全隐患等诸多因素制约，影响了实训的效果，不能达到职业教育对实践教学的要求。在融入了虚拟仿真实训平台基地环境之后，很大程度上解决了上述问题，并且可以在任何时间、地点、终端的情况下进行实践训练，构建出“理、虚、实”一体化的实践教学模式，切实提升学生的实践动手能力。
2.2可设计小概率事件训练方案，在虚拟环境中反复训练学生解决实际生产操作中所出现的故障、问题，避免学生在真实生 产中误操作导致安全事故 电气设备、机械设备对操作者的熟练程度要求比较高，在不熟悉设备的情况下往往会面临高电压、高温度的危险，误操作会导致操作者的受伤或生产企业的损失。虚拟仿真实训平台应用于实践教学，将让学生在面对真实设备前，实现对设备的原理、设备的外观、操作方法、注意事项、小概率事件及维修保养等各个生产环节的熟练掌握，最大程度为学生提供安全保障。 3虚拟仿真实训平台应用研究的必要性 2016年底，辽宁省教育厅将对开发的七个虚拟仿真实训平台基地进行验收，虚拟仿真实训平台基地即将投入运营，如何充分利用虚拟仿真实训平台平台，发挥其在实践教学中的作用，正实现“理、虚、实教学一体化”的问题已迫在眉睫。 通过本文的探讨，为虚拟仿真实训平台基地的开发注入新的思路，并为虚拟仿真实训平台基地的合理使用提供理论依据；丰富虚拟仿真实训平台基地平台的应用及推广体系，为虚拟仿真实训平台平台的应用和推广提供更多建设性的可操作方案。 通过对照传统实训基地教学模式，充分发掘虚拟仿真实训平台基地的教学优势，创建以虚拟仿真实训平台为主体的实践教学模式；利用虚拟仿真技术完善传统实践教学环节，构建科学合理的“理、虚、实”一体化实践教学体系。
虚拟仿真实验解决方案 上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年8月
目录 第一章需求分析 (2) 一、项目背景 (2) 二、实验教学现状 (3) 三、用户需求 (3) 第二章建设原则 (5) 一、建设目标 (5) 二、建设原则 (6) 第三章系统总体解决方案 (7) 一、总体架构 (7) 二、学科简介 (8) 第四章产品优势 (14) 第五章产品服务 (16) 一、服务方式 (16) 二、服务内容 (16) 三、故障响应服务流程 (17) 四、故障定义 (18) 五、故障响应时间 (18) 六、故障处理流程 (19) 七、应急预案 (19)
第一章需求分析 一、项目背景 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》明确指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。 在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数理化实验教学的重要性。 2016年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有科目都设为100分，表示它们在义务教育与学生成长中同等重要，不再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重重视，其中物生化实验部分占分比例为30%，高考不再文理分科。 继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布《关于2016年普通高中招生工作的意见》，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15分，考试成绩计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10分。
虚拟仿真技术在电子行业中的应用 引言 ?电子行业是一个飞速发展的行业，市场容量极其巨大，现如今我国已是全球第三大电子信息产品制造国，电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。随着社会的发展和技术的进步，人们对电子相关行业提出了更高的要求：精确、稳定、轻巧、保密、可靠；同时，电子行业又具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。 ?MSC.Software公司作为全球最大的CAE产品供应商，不仅为电子行业提供了多方位的虚拟仿真软件，同时MSC.Software公司还一直与世界各大电子产品制造商和研发机构有着良好的合作关系。通过MSC.Software公司所提供的虚拟仿真软件如MSC.ADAMS，MSC.Marc，MSC.Fatigue，MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Dytran，MSC.Easy5等，不仅可以对电子产品的性能进行全方面的研究，而且还可以实现电子行业与其他行业的多学科一体化仿真。 ?一、电子产品设计过程中经常遇到的突出矛盾和问题 ?在电子产品的设计过程中，我们经常遇到以下问题： ?1）电子产品的机械性能：可靠性、加工性、疲劳寿命、抗冲击能力、载体振动与电子产品振动的耦合关系、适配器的设计等； ?2）雷达与天线系统：运动规律、控制规律、风载与平衡、雷达和天线阵面形状，结构形式（实体或网状）、弹性立柱刚度、齿轮减速机构、控制系统框
…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………科研训练调研报告 虚拟仿真技术在制造业中的应用
虚拟仿真技术在制造业中的应用 计算机科学与技术0904班 惠苗壮 学号：0909091627 摘要： 虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行全面的建模和仿真。本文介绍了虚拟仿真技术在国内外的发展及在制造业中的应用现状，并提出对该技术未来的希望。 关键字：虚拟仿真技术制造业模拟 1.介绍 仿真又称模拟,是利用模型方法来重现实际系统中发生的本质过程,并通过实验来研究已经存在的或正在设计中的系统。计算机仿真技术作为一门新兴的高技术,近年得到迅速的发展,其应用领域及作用越来越大,尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界,通过多种传感设备,用户可 根据自身的感觉,对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,形成一个看 似真实的模拟环境,它是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技 术拓展。虚拟现实技术包括临境和拟实两个方面。 虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对 所要进行的产品设计和生产制造活动,进行就实际地模拟出其设计开发和制造全过程,并对性能进行全面模拟试验,预测产品的设计和制造合理性、产品性能和制造周期等,以期达到最佳,使整个产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最佳。 当前虚拟仿真技术已经广泛应用于娱乐、教育、训练、医学、设计、制造、商业、科学视觉化、网路应用等各种领域。 2.虚拟仿真技术的发展现状 从1962年，Morton Heilig发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。国内外大量科学研究人员从事虚拟仿真技术的研究。 2.1国外发展状况 VR技术起源于美国，美国的研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。以美国为例，目前美国在该领域的基础研究主要集
东华理工大学信息工程学院 课程论文 课程：计算机仿真技术基础 题目：仿真技术的应用与发展 学生姓名： 学号： 班级：10204102 专业：计算机科学与技术 指导教师：谢小林 二零一三年六月四日
摘要 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。 本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。 关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟
目录 摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)
（VR虚拟现实）虚拟仿真实训系统解决方案
大娱号 虚拟仿真实训系统解决方案VSTATIONHD（V1.0）
前言 近年来,由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡,虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用,成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成,构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。目前,高职院校很多专业,如外语教学、旅游专业、数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真实训教学，已经逐渐成为高职院校教学变革的一种有效手段。
目录 前言2 一、总体需求分析4 1．1 “情景”的定义：4 1．2 为什么要在教学中使用“虚拟仿真实训系统”？5 1．3 根据教学建设，用户需求归纳如下：6 二、设计原则7 三、大娱号虚拟仿真实训系统概述8 四、大娱号虚拟仿真实训系统系统运行原理示意图：10 五、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点11 六、与教材同步完备的虚拟场景库16 七、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点18 八、大娱号虚拟仿真实训系统配置与指标19 九、系统技术支持及服务21
一、总体需求分析 通过运用学语言，已经为越来越多的教师认同。学习者必须通过“用语言”才能真正掌握语言。 让学生置身于真实的交际情景中，让学生使用语言进行交际。而真正的交际应该是互动的。当一方发出信息后，另一方根据上下文进行意义协商，作出反馈，他可以表示支持、进行反驳或提出疑问，然后接受方对反馈意见再进行意义协商，作出回应，双方如此反复交流，形成互动。互动是“交际的核心”。 语言课堂就是一个充满“交流和互动”的场所。在课堂教学中，这种互动不仅包括师生互动和生生之间互动，还应该包括教材，因为课堂上的师生互动和生生互动都是基于一定教材展开的。“大娱号”虚拟仿真实训系统能够在教材与师生之间搭起一座互动教学的桥梁。 使用“虚拟仿真实训系统”在互动教学的设计和组织上突出情景性、实训性和互动性，力求三者有机结合。 1．1“情景”的定义： 情景指的是具体场合的情形或景象。在教学过程中引入或创设生动具体的场景，有利于学生进行意义建构使其产生交际的动机。“大娱号”虚拟仿真实训系统所提供的虚拟场景可以提供直观生动的形象，通过大屏或投影再现学生在虚拟场景中的表演，可以让学生通过视觉和听觉去感受场景，产生想象和联想，激发学生的学习兴趣。参与表演的学生可以身临其境的学语言，使用虚拟仿真实训系统教学,学生觉得有话可说，有戏可演，可以
虚拟仿真实验是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，是学科专业与信息技术深度融合的产物，［1］主要依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络系统等技术，构建出高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使学生可以在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲要求的教学效果。［2］工业设计综合实验是工业设计专业重要的实验实训课。主要围绕具体产品或项目，开展研究、实验与设计等活动，实践性极强，［3］是对专业基础课、专业课的综合训练，是提高学生综合实践能力、促进理论联系实际的重要环节。［4］学生通过系列课程的训练，进一步提高了对产品设计流程和创新方法的理解，加强了设计与生产制造的衔接，培养出较强的设计实践能力。 1虚拟实验的迫切性分析 1.1实验条件受限。工业设计综合实验是工业设计专业的必修课，开设班级众多，给实验教学的安排带来了巨大的压力。一方面，开课班级多导致实验教学设备使用紧张。如果班级每位学生都进行实验操作，则实验设备安排不过来；如果选择分组实验，则无法保证所有学生参与到实验操作中，实验效果不理想。另一方面，实验场地也存在诸多限制，实验场地面积有限。难以容纳所有学生同时进行实验，只能分批进行，影响了实验教学的效果。1.2实验成本高昂。工业设计综合实验中部分实验成本高昂。以3D打印快速成型实验为例，现有3D打印技术中如立体光固化、选择性激光烧结等工艺的材料成本和
设备成本均很高昂。其中立体光固化工艺中的光敏树脂材料平均价格为每克2～10元。当模型重量增加时，实验成本也随之增加，学生往往难以承受。选择性激光烧结工艺更是以小时计算实验成本，包括后期设备的维护和保养，叠加起来，成本高昂，从而限制了实验教学工作的开展。1.3实验的安全性。工业设计综合实验中部分实验具有一定的危险性。以数控雕刻实验为例，数控雕刻对实验操作的安全性要求极高。由于数控雕刻机的主轴转速较快，如果装卡刀具或装夹试件时没有紧密固定，极有可能产生危险，造成不可挽回的后果。因此，从安全角度出发，虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用势在必行。 2运用虚拟仿真的具体优势和意义 2.1构建以学生为中心、自主学习的训练模式。探索基于网络平台的开放式虚拟仿真实验平台，旨虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用探索王琛于嘉浩訾然陆雪亿（南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京210037）在突破时间和空间的限制，实现以学生为中心、自主学习为基础的线上线下相结合的训练模式，有重要的现实意义。［5］学生可以根据自己的时间安排，利用网络资源自由地开展主动学习。通过虚拟实验，学生可以在安全的环境下体验完整的实验流程，掌握具体实验过程中相关设备的操作规程，从而变教师主导为学生自主，变机械式完成为研究、探索和合作完成的新模式。2.2开展以项目为引领、探究式的教学模式。传统的实验教学体现在综合实验课程中只是对单一设备的学习和认知。虚拟仿真实验是以项目为