数字化仿真技术概念范文

导语：如何才能写好一篇数字化仿真技术概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】传统教学，虚拟仿真技术

科技发展带动着教育方式的更新。传统课堂教学方式已经远远不能满足现代教学发展的需求。多媒体虚拟仿真技术逐渐应用到现代课堂教学中。

一、传统教学的弊端

首先，传统课堂教学方式重理论讲授，实践操作没有提升到同等高度。但实际上，知识本身就是具有生动的、丰富的实际内容，而作为他的表述性的语言文字、符号图表等等则是抽象和简约的。学生在课堂上学习的教材只是由汉字和语法汇集成的书本知识，这就要求学生不论学习什么知识，都要透过语言文字、符号图表把它们所代表的实际内容想清楚，以至想"活"起来，按照教育心理学的观点，这样的学习才是有意义的学习，即理解性的学习。

其次，传统课堂教学方式重理性认识、轻感性认识。在传统课堂教学中，感性认识被认为是只能提供认识的具体材料，唯有理性认识才能把握事物的本质。这种感性认识与理性认识之间被人为地设置一道鸿沟。这种重理性、轻感性的理念会影响教学追求理论化、抽象化，不利于学生对知识的掌握。教育心理学研究表明，学生掌握知识的过程是一个感性认识和理性认识相结合的过程。如果学生的感性认识丰富，表象清晰，想象生动，形成理性认识及理解书本知识就比较容易。反之，要掌握书本上的概念、公式、原理等就比较困难。

从心理学的角度看，感性是指人的感知、想象、情感、灵感、直觉等心理机制与功能；理性是指人运用概念进行推理、判断的心理机制与功能。传统课堂教学缺乏对人的感性因素的刺激和满足，从而也使其自身丧失了应有的感染力和召唤力。再次，传统课堂教学方式重视结论，轻视过程。在很多学科的学习过程中结论与过程的关系是学生求知过程中的一个十分重要的关系。重结论、轻过程正是传统静态知识观的反映和体现。重结论、轻过程的教学只是一种形式上走捷径的教学，把形成结论的生动过程变成了单调刻板的条文背诵，它从源头上剥离了知识与智力的内在联系。就认识活动而言，它主要是学生自主阅读独立思考的过程。现代教育心理学研究指出，学生的学习过程和科学家的探索过程在本质上是一样的，都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是暴露学生各种疑问、思维、障碍和矛盾的过程，另一方面是展示学生聪明才智、独特个性、创新成果的过程。

重理论、轻实践，重理性、轻感性，重结论、轻过程，使以书本知识为本位的课堂教学丧失了素质教育的功能。改革课堂教学首先要进行价值本位的转移，即由以知识为本位，转向以发展为本位。以发展为本位并非不要传授书本知识，而是要把传授书本知识服从、服务于学生的发展。为此必须着眼于更新知识观和学习现。知识的直观化、形象化、情感化、个性化、活动化、智慧化是通往素质的必经之路，是教学通向发展的必经之路。

二、现代教学方式进步

现代教学方法有了很大的进步与发展，无论从形式还是内容都较传统教学有所提高。随着计算机技术，多媒体技术和网络技术的深入发展，虚拟技术逐渐由商业环境走向现代的教育教学领域。无论是幼儿园、小学、初中、高中、大学，还是各种各样的培训机构，都涉及到现代多媒体虚拟仿真技术的产物。大众对虚拟教学仪器环境和人类文明的认知不能仅仅局限于一般的浏览，在试验、教学仪器、管理、校园生活等因素基础上三维立体仿真教育系统应运而生。一个完整的虚拟校园教育体系真实、交互的特点正好是虚拟仿真技术的精髓和魅力所在，也将会对教育方式的变革起到极大推动作用，将会为教育事业增添强大的生命力。

当今社会已经步入数字科技信息时代。加快虚拟仿真技术在现代教育领域开发应用。如虚拟仿真实训平台、网络课程、虚拟仿真动画（工作过程模拟软件）、通用素材库等多种形式的教育数字化信息资源。

三、现代的教育数字化发展

虚拟仿真技术周期短、安全性高、真实感强等特点 ，已逐渐成为现代教育领域不可缺少的组成部分。原来老师黑板写，学生底下记的时代已近过去。各种层出不穷的虚拟仿真实训平台、虚拟仿真动画、网络课程，提升了现代教育的实力，改变了现代教育的理念，升华了现代教育的层次。一系列计算机虚拟仿真技术在现代教育的应用发挥着不可取代的作用。

现代教育数字化研究和开发是迎合科技发展，将仿真技术应用到教育教学中，提高现代教育数字化信息化进程，完善了现代教育的结构。虚拟仿真技术的发展影响着现代教育。一个具备高素质的教育平台，不单单是对硬件的需求，教育软实力的发展程度同样制约着该教育平台的高度。现代教育机构的竞争、学习、发展，在多方面体现在多媒体虚拟技术的发展程度。做好现在教育领域多媒体仿真技术的研究与应用，是对当代教育领域新的发展空间的拓展，具有划时代的意义。

多媒体仿真技术在现代高校教学过程中虚拟平台的搭建，如虚拟仿真动画的设计与制作。特别是针对“课堂上无法实际操作”高难度教学内容，例如：建筑外立面效果替换、某生产工艺的生产流程、某建筑的建造流程展示、某仪器设备的使用、维护、保养。提高教学质量，真正实现《教育部关于加快推进职业教育信息化发展的意见》中，加快开发现代课堂教育数字化优质信息资源。

通过多媒体虚拟仿真技术形象化模型信息的特点，针对实际课程有的放矢。依据课程特点设计合理有效的多媒体仿真平台，针对教育教学方法提出实际改革方法。（促进教育教学观念转变，引领教学内容和教学方法改革； 推动多媒体仿真技术在现代高校数字信息化进程。

虚拟仿真技术的交互性、逼真性、虚拟性、沉浸性在现代课堂教学中，充分发挥其特色，有效的辅助教师现代课堂教学。切实推进现代教育广泛、深入、有效地应用数字信息技术，不断提升现代高校虚拟仿真平台、虚拟仿真动画、网络课程、虚拟环境的建设，全面加强数字信息技术支撑现代课堂教学改革发展的能力，以先进的现代教育数字信息技术改造传统教育教学模式，以信息化促进现代该等教育现代化的进程。

参考文献：

[1]姜大源，关于职业教育课程体系的思考[J].中国职业技术教育，2003（5）.

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清晨，你照例打开客户端了解时事，看到移民危机，瞬间进入了一个移民男孩儿的故事，你就站在他家的一片废墟之前，看着他无奈的离开，你听见窗外爆炸的声音、呼喊的声音和这男孩儿离开时候的脚步声.....

这种感觉可能是人们对于虚拟现实技术的普遍认识，就是能够将人们带入到一种近乎现实的虚拟环境当中。殊不知，虚拟现实技术也在另一个领域产生了巨大的影响，并引发了行业变革。

当前，随着计算机、传感、网络通信等技术的快速发展，虚拟现实逐渐向工业领域渗透应用，为制造业的研发、生产、管理和服务等各环节带来了深刻变革，进一步推动了智能工厂的发展。日前，西门子在英国一处工厂里安装了Virtalis虚拟现实（VR）软件和系统，用于实现装配工艺的模拟和优化、提高概念设计的效率、精简设计单位和更加有效地进行工厂规划，通过VR技术对产品进行制造前的虚拟评估，解决其在制造过程早期阶段出现的问题。

虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品设计、加工、装配、检验等全部流程的模拟和仿真。通过虚拟制造技术，企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、检测、评价产品性能和制造可行性，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最大化。奔驰、宝马、大众等公司利用虚拟制造技术建立“数字汽车”模型，设计发动机、车体、电气线路等，并进行碰撞分析和运动分析、模拟数控加工和质量检验等，可将新车型的研发生产周期从一年以上缩短至2个月左右，开发成本最多可降到原先的1/10。

基于虚拟现实打造的数字化模拟工厂能够对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期，推动生产组织方式变革。虚拟现实是数字化模拟工厂的核心技术，数字化模拟工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，利用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、验证和优化，指导工厂的规划和现场改善。数字化模拟工厂的典型应用包括：加工仿真，如加工路径规划和验证、工艺规划分析等；装配仿真，如装配设计、装配过程运动学分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流设施容量、生产区物流路径规划等；工厂布局仿真，如新建厂房规划、生产线规划等。

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1建立虚拟仿真实验室的必要性

实验室是现代大学的心脏，是实践创新设想、产生创新思维和培养创新能力的重要场所。21世纪信息化的快速发展使教育发生了重大变革，教育信息化受到了国家的高度重视。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视［2］。教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，要求“利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施”，推进“实验教学平台等信息化建设”［3］。虚拟仿真实验室的建设顺应了新常态下高等教育的发展趋势，是高等学校实验教学信息化的最新举措。以华中师范大学为例，近年来，学校坚持“一体两翼，建设高水平大学”的办学思想，大力推进信息化、国际化两项重点改革举措。在数字化建设和网络教育建设的基础上，华中师范大学整合心理、信息、工程等学科资源，依托2010年获批的“青少年网络心理与行为教育部重点实验室”和2012年获批的“国家级心理学实验教学示范中心”，大力推进心理与行为虚拟仿真实验室的建设，并于2014年1月获批建设“国家级心理与行为虚拟仿真实验教学中心”（以下简称“中心”）。该中心旨在贯彻教育部“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，将虚拟仿真技术引入心理学的教学和科研，更好地促进对处于多维信息空间中的个体如何与外部世界进行信息交流的理解和探索，成功模拟、实现了一批在传统实验室中无法做到，或者具有高风险和高成本的心理学实验教学项目，体现了绿色实验教学的理念，有效地拓展了实验的时间和空间，提高了心理学实验教学质量。

2虚拟仿真实验室在心理学实验中的作用

1989年，美国的Wulf教授提出了虚拟仿真实验室概念。虚拟仿真实验室使用虚拟现实（virtualreal－ity，VR）技术，综合了各种计算机技术和网络技术，是现代仿真技术的延伸。它是由计算机模拟真实的环境，参与人员对虚拟环境中的目标进行操控和交流，从而产生与真实环境相同或相近的体验［4］。对于心理学实验来说，虚拟现实技术可以很好地呈现视觉图形，也能呈现听觉刺激，而这两种通道是人获得外部世界信息的主要通道，占人所获得外部信息量的95％，是进行心理学研究的主要领域。VR技术不但可以较好地模拟、再现现实场景，构建某些基于伦理学原因无法通过其他手段使用的实验场景（例如道德两难问题的实验场景），还可以对其所模拟场景中的元素（包括刺激的内容和表象、任务的复杂度和被试的响应等）实施精确、实时、全面的控制与记录。总之，以虚拟现实为代表的虚拟仿真技术在心理学实验教学、研究中具有广泛的应用价值和深远的意义。

2．1突破时空和各种因素的限制

虚拟仿真实验室是基于网络平台的实验室，因此学生可随时随地进行学习和交流，不受时间、空间和实验次数的限制。对于某些传统实验教学中需要数天或更长时间才能观察到的变化过程，虚拟仿真实验室则可在较短的时间内将全部过程及结果模拟、呈现给学生进行观察分析［5］。以虚拟“数字化生理心理实验平台”为例，它的界面设置简洁、选单操作清晰，只需进行点选就能完成高度复杂的虚拟解剖实验操作，获得连续人体断层扫描数据信息（每个断层厚度约1mm），能涵盖人体所有的解剖结构。该系统有助于教师和学生全方位观察人体任一器官的形态、内部结构、在人体中的位置以及断层中的位置，并且可以做任意角度的旋转观察，可方便地用于系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学以及运动解剖学等多门课程的教学，摆脱了传统生理解剖实验对实验动物和人体器官模型实物的依赖。此外，通过借助校园高速无线网络，学生在校园各场所（教室、图书馆、宿舍、运动场等）都可以随时随地登录客户端，高速、快捷、互动地开展生理心理实验项目，从而达到突破实验课时空限制，随时随地开展数字化生理、心理实验操作。

2．2创新虚拟仿真实验项目，丰富实验教学内容

实验项目建设是实验教学的灵魂。虚拟仿真实验室在改进、完善传统实验项目的基础上，重点补充了有助于提高学生研究、创新能力和动手能力的创新型虚拟仿真实验项目。中心在实验课程建设方面明确提出：在虚拟仿真实验项目建设中体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。中心明确要求骨干实验课教师根据自己实验课程的专业特色，将传统实验项目与虚拟现实技术相融合，将每门实验课程安排20％～30％的学时开展虚拟仿真实验教学。在实验内容方面，新增加的虚拟仿真实验项目既包括相关学科最新、最前沿的一些实验，也包括一些利用已有科研成果转化的实验教学内容。通过持续的实验项目建设，实验项目库不断扩大和创新，大大地丰富了实验教学内容，为学生提供了实验的多样性和灵活性［6］。目前，实验项目库中已增加了近30项心理学综合性、创新型实验，例如：“虚拟学习情境中注意多动障碍儿童认知加工特征”、“虚拟现实在社交焦虑症治疗中的应用”、“虚拟现实在恐高症治疗中的应用”、“虚拟创造性问题解决实验”、“虚拟儿童养育系统”、“虚拟情境下执行功能检测和训练”、“虚拟情景中人类空间导航”等实验项目。

2．3模拟高危环境，避免实验风险

利用虚拟仿真实验室可以模拟一些在传统实验室中无法做到的有高度风险、高成本的实验教学项目。以虚拟心理咨询与治疗实验平台为例，通过构建一系列能够使恐高症患者产生恐高心理的模拟实验场景（例如观光电梯、高楼顶层、空中索道、悬崖顶端等），然后让患者反复暴露在这些场景中，利用系统脱敏法减少患者的恐高心理。虚拟仿真治疗中的任何一个恐高症模拟场景，都可以应患者要求随时开始、暂停、中止和结束。这使得虚拟场景治疗方法更安全、也更具有弹性。虚拟仿真实验对真实事物的模拟，使危险系数较真实实验降低很多，学生无需为自己的失误承担后果，给他们带来更多的安全感，满足学生心理安全的需要。

2．4开放性和共享性

虚拟仿真实验打破了传统实验的模式。学生利用课余时间登录网站，输入正确的用户名、密码就可进入虚拟仿真实验室，选择相应的实验项目就可以进行虚拟仿真实验操作。以虚拟现实心理实验平台为例，该平台依托虚拟现实、多媒体呈现、人机交互、数据库和高速网络通信等技术，构建高度仿真的心理与行为虚拟仿真实验环境，让学生在虚拟环境中进行实验，达到教学大纲所要求的教学效果［7］。在实验教学中，教师和学生无需亲历每个真实环境，却能最大化地体验真实环境，开展实验教学和示范应用。中心的虚拟仿真平台还可以帮助尚不具备真实实验条件和心理学应用服务条件的地区，大幅度提高实验教学和心理学应用服务水平，实现心理学实验教学资源的地区平衡和最大化共享。再以“数字化生理心理实验平台”为例，该平台所有教学过程的中间环节都能够以图像方式输出，并支持音频、视频文件导入。因此，教师的教学过程、学生的学习过程以及师生的互动过程都可以通过添加语音、视频标签的方式保留记录。该设计思路旨在方便教师编辑教案和解答学生提出的疑问。教师和学生也可以就虚拟仿真实验教学和学习过程中遇到的问题，在中心教学管理平台的“互动交流”频道开展反馈与交流。

2．5提供多项虚拟心理学实践技能训练项目

华中师范大学是一所具有鲜明的“教师教育”特色的部属重点师范大学，不但重视培养学生较强的基础教育和基础研究能力，也高度重视培养面向社会、面向市场的理论与实践结合的复合型、高技术人才。利用本中心的专业资源优势和虚拟仿真技术，华中师范大学心理与行为虚拟仿真实验教学中心面向校内高年级本科生、研究生，提供了多项以实践技能为导向的大型综合性心理学实训项目。这些大型实训项目，依托当代最前沿的虚拟现实技术，广泛采用网络视频、在线交流、多媒体演示等信息化教育手段，模拟学生在课堂管理、教学技术、心理咨询与治疗等过程中所接触的实践场景与环节。通过数字化教学演示和学生在虚拟实践平台中的反复练习，让学生将心理学理论知识与解决实际问题的实践技能相结合［8］。这种虚拟仿真的实训方式既生动又安全，又可对场景多次重复，有助于培养学生的实践创新能力。

2．6绿色环保，降低成本

传统的实验需要借助于具体实验设备，然而实际使用的一些实验设备昂贵、损耗大、实验成本较高；而虚拟仿真实验室最大的优点是成本低。虚拟设备只是概念上的设备，没有磨损、损坏，可供学生无限次重复使用。另外，由于虚拟仿真实验室设备是由软件虚拟出来的，因此可有效避免大型设备重复购置，在同一计算机中运行不同的实验系统就可构建不同的虚拟仿真实验室，使实验室建设成本降低。此外，虚拟仿真实验室不会出现传统实验室因管理不善造成的仪器损坏、器械丢失等问题，使实验室运行成本降低。虚拟仿真实验室在教学前无须准备各种器械、材料，教学结束也无须进行琐碎的整理工作，维护管理工作量减少，使实验室管理成本降低［9－14］。

3结束语

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关键词：计算机；仿真技术；结合探究

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0253-03

Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.

Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry

计算机仿真技术是现代社会中用到的最广泛的的技术之一，发展的速度极为快速，适用人群众多，无论是生活还是工作，渗透到各个方面。作为计算机技术的一种方式，它的工作原理是以计算机为基础，加以模拟仿真，达到仿真的再现，将抽象的看不见的形象通过仿真展现出来。目前由于这项技术具有精确的仿真效果，受到各行各业的青睐，在各个领域中都有广泛的应用。对于计算机仿真技术的研究，一直是计算机技术研究领域的一个重要的话题和工作。对于信息技术而言，也与计算机仿真技术具有紧密的联系，也是计算机发展领域的一个重要的方面。信息化依靠仿真技术得到抽象化的转化，进行有关的信息处理的工作。

1 计算机仿真技术

1.1 计算机仿真技术的含义

计算机仿真技术是运用相关的信息进行软件处理工作，可以对音频、视频及图片等方面进行整理，把现实中的各种事物模拟成计算机仿真的形式，再通过各种信息媒介进行传达给观众。在观看某个事物时候，如果利用计算机仿真技术观看，可以有多种视觉的角度进行观赏，并且可以对环境进行任意的观察，营造一种实与虚结合的视觉效果。对于让人们可以多方面的进行交流信息具有重大的意义和作用。

计算机仿真技术有两点重要的意义。第一，计算机的仿真技术是与一些计算机工程的进行紧密联系的，缺一不可。计算机仿真技术对于系统的工程的开发，起到了至关重要的作用。第二，计算机仿真技术是一种重要的商业分析信息的工具，在公司的运行中，可以运用计算机仿真技术节约各种投资的成本，降低投资的风险等工作，为企业的发展具有预算和分析的作用。

1.2 计算机仿真技术的应用

计算机仿真技术应用于社会生活中的各个领域，涉及到工作和生活的方方面面，推动了不同的行业的方展方向，为工作带来了新的发展动力和源泉。对于计算机的仿真技术的应用主要是用于以下的几个领域。

1.2.1 在教育界的应用

最近几年，由于教育的不断改革，逐渐的对学生的实操能力越来越重视，所以对于学生的实际操练的水平就可以用计算机的模拟实验来进行考核工作。计算机模拟实验是一种新型的考核项目，利用现代信息技术的各方面元素把教学的内容和指导实践等合理有效的整合成一个有机体，建立起一个实操平台，能够提高学生的学习兴趣，提高学生的实践能力的水平。

这项模拟实验方式的出台，活跃了原本闭塞的学习氛围，把理论与实践充分的结合了起来，培养了学生的实际操练的能力，对所学习的理论内容能够进一步的加深理解和记忆。培养学生的全面素质发展。

1.2.2 在运输界的应用

随着现代化科技的发展，交通运输工具早已普及到城市及小镇的各个街道。由于车辆的不断增加，交通事故也就常有发生，现在而言，交通方面的安全隐患一直是出于事故发生的主要问题。在运输的系统中，避免不了三个方面的因素，主体是人，客体是车和路。所以，计算机仿真技术的应用，可以作为分析交通安全的现代化先进的方式。工作原理就是，建立起一个模拟形式的交通路段，在这个交通路段中系统的研究发生事故的原因，并通过对交通事故的分析对交通的安全方面做出评价和探究。

交通的安全仿真系统中，计算机仿真技术是它的最核心的部分。作为该系统的仿真技术，用于交通的安全的仿真技术系统是与其他的一般的仿真数据存在一定的区别的。在对一个区域的交通安全进行评估的时候，交通安全仿真系统必须运用精确的数法和事故率法进行评价，而且还必须考虑到人们的各种思想和行为方面的因素等。对于进行摸模拟的交通路段，交通工具的选择就可以做任意的选择，环境设置也没有固定的要求，尽量把环境设置的真实化。再以一个旁观者的角度来对交通事故进行分析与探讨，通过进行系统的分析得出交通路段的精确的安全评估结果，并为安全事故提供出一个合理的解决方法。

1.2.3 在制造界的应用

计算机仿真技术在制造行业方面也具有较为广泛的应用。比如，将这一技术运用于汽车制造业，可以为投资进行风险预测，解决成本大、难度高的相关问题。计算机仿真技术在对进气管内气体的流动的模拟工作的时候，就可以把发动机工作的整个过程呈现出来，能够进行较较直观的描述。计算机仿真技术在汽车流场上的应用，可以模拟出气流的分离的整个状态，将抽象的形式表达出来，建立起了一个空气动力学模型。如果遇到汽车碰撞的状况，计算机仿真技术可以通过一些相关的数据建立碰撞的数学模型。

1.2.4 在通信业中的应用

随着通信技术的发展，传统式的设计方法已经不能够适用于通信系统的多端的要求。通信系统的仿真技术已经成为现代的通信的手段的重要应用方式。比如说，可以做对通信系统的规划工作，以及测试它的性能等方面。计算机仿真技术对于通信系统的不同的模块具有精确的分析性能的作用。

在网络协议教学中，很难运用传统的数学来分析它的复杂性。在协议设计的教学过程中间，通信网络协议中的代码可以把它设计成为可以得以实现的代码。所以，在信息的学科教学中，仿真技术在网络协议的复杂性问题的解决中也有相当重要的作用。这项技术可以做到对一些信息学科进行的网络教学过程中网络协议进行合理有的评估工作。另外，如果运用这项技术也能够避开由于不恰当的分析造成的判断阻碍。通过对网络建模工作，实现参数的精确确认，就能够迅速的把模拟的系统在现实环境中展现出来。所以根据这项仿真技术的应用，可以把教学中的相关评估工作进行改进处理。同时为了考察网络信息传输的及时性和应用的效率，要构建起相关的通信网络。所以，通过以上可以看出计算机仿真技术对现实生活中的网络协议仿真具有至关重要的分析和进行评估的作用和意义。

2 计算机仿真技术的类型

计算机仿真技术已经广泛的运用在各个领域，具有较强的实用性。在对技术上的分析，计算机仿真技术主要有两种类别。一种是OOS，它是一种面向对象的计算机仿真技术，运用操作目标的对象，把系统的功能和对象充分的运用起来，再通过与对象间的信息进行传送工作。另一种是DIS，它是一种分布式的计算机交互的仿真技术，它主要是通过计算机的网络方面的系统进行设备之间的相互连接，形成一个虚拟的仿真环境。

3 计算机仿真技术的技术分析

计算机仿真技术，它的主要核心技术就是计算机平台的一种虚拟模拟技术，包括了建模的思想，数字化的基础，以及对图像的处理技术。计算机仿真技术由于它的仿真技术做到极其逼真，所以这项技术运用的领域也是极广泛的，具有极强的优势条件能够把显示仿真的效果做到最好。计算机仿真技术的实现方式有几个步骤：

3.1 建立数据模型

建立起数据模型，是计算机仿真技术建立的前提工作。对于其的建立方式会有两种不同的方法，一般可以运用演绎法或者归纳法。或者两种方法结合起来一起运用也能达到对数据模型的建立。在分析法中，第一步工作是把数字化模拟的数据进行分析，将数据模型建立是以实际情况为前提的。建立模型的工作中，先做数据分析的工作，充分的对数据做好分析工作，然后再进行仿真的准备。

3.2 实现仿真模型

在数据模型建立完毕后，就要对数据模型进行程序化的处理工作。在这一工作过程中，要运用很多的编程语言来完成。把它模型化是一个重要而有些难度的工作，必须经过对大量的数据进行分析，然后做程序化的管理，最终才能实现数学模型的建立。

3.3 仿真实验验证

通过建立好数据模型，和实现数学模型的仿真，接下来的工作就是验证仿真实验。验证的工作中，是对数据进行验证工作，进而得到相关的仿真结果。

4 计算机仿真技术的发展

社会科学技术的不断革新与进步，使计算机仿真技术也要根据时代的需求进行不断的完善发展，适应社会的发展步伐，与时俱进，才能够在未来的市场应用中能够持续稳步的发展。

4.1 计算机仿真技术会与网络联系交融

计算机仿真技术现在虽被广泛的运用在了各个领域，但是目前开发出来的绝大多数都还不能够交融或者转移，要实现共享的局面还达不到要求，具有一定的困难性。对于计算机仿真技术的高成本的开发现状，这还是一个急需解决的问题，关键之处就是将计算机仿真技术进一步的扩展到网络化的层面。这项工作在未来的发展中必将会有更为广阔的运用前景，首先一点就是可以避开又一次的投资，另外，可以在这项工作进程中获得一些共享资费。所以，实现计算机仿真技术的网络化具有重要的意义。

4.2 虚拟制造技术

该领域是计算机仿真技术发展的又一广阔前景。虚拟制造技术的各项工作的完成，要依托计算机仿真技术的应用，比过程之中的产品的设计，产品出厂和企业的管理工作等等，都离不开计算机仿真技术的应用使其正常运营。另外，虚拟制造已经能够实现对制造的多维度的进行预测工作，制造技术不再单一。

4.3 计算机仿真技术

该技术是在软件模拟的实验下进行的一项科学的实验。作为一个先进的技术，运用较经济，安全可靠，并且还可以实现多次的实验。仿真技术在现代的很多实验系统中都有所应用，是对系统分析并进行涉及的重要方式。

5 计算机仿真技术与信息处理结合的分析

对于计算机仿真技术，在不同的层面上进行分析以后确切的认识到，之所以这项技术能够被广泛的运用到生活和工作的各个领域，就是因为它具有极强的使用价值。在对新的处理方面当然也会有更大的运用意义。在对光的信息的处理上，起着至关重要的作用。

作为先进的信息技术的处理方式，光信息处理的最大的优点在于容量大，速度快和具有并行的特性。计算机技术中的处理二维码图像信息的技术，光的信息处理可以对信息的增强处或者一些特别的特征方面进行识别都有很重要的影响作用。现在，有很多的计算机软件都对信息的处理技术具有深刻的研究和发展。

计算机仿真技术对信息的处理方法还有对软件的信息处理。例如，matlab软件是科学计算机软件的一种，对于信息的处理也具有极强的灵活性，处理的方式涉及到矩阵的运算和信息处理的很多方面。运用此项信息处理是先利用软件输入进信息进行的仿真模拟，最后进行可视化信息处理工作。这项软件输入快速，运算很安全，而且具有方便的处理信息的优点。

将计算机的仿真技术与光信息处理技术结合起来，仿真技术的功能也会更加的进步与发展。通过将仿真技术和信息处理技术的结合，能够作为一项很好的信息处理方法。把抽象的信息具体的展现出来，使其实现可视化，对于信息的处理的精确性能够有更高层次的提升。所以，基于此原因，要做好计算机仿真技术与信息处理的结合运用工作。

因此，计算机仿真技术作为灵活性较强的计算机技术，计算机的应用也主要是对信息进行处理工作。把计算机仿真技术与信息处理结合起来，可以有效的提高信息处理的精确性和工作的效率。计算机仿真技术通过图像技术或者数学建模思想，进行虚拟的转换，将现实世界利用图像的形式表现出来，具有可观，并可以把抽象的信息具体化，再进行高效率的处理工作，能够适应现代社会中高效率快节奏的环境。

6 结语

计算机仿真技术在未来的发展道路上，必将随着时代的进步步伐不断的完善自己科学化的发展。作为目前应用最为广泛的计算机技术，在数字计算或是信号通信方面都都有他的独特的优势和应用价值。仿真技术中，它将虚拟的抽象世界还原成可视的现实世界。而对于信息处理，它另一方面来说又被大量的植入进计算机仿真技术中。所以，将计算机仿真技术与信息处理合理的结合起来，就具有极强的发展空间，同时有更广阔的研究价值。

参考文献：

[1] 艾莉莎.物联网空间域的泛传播构型[D].北京邮电大学，2014.

[2] 唐颖.蜡印图案的数字仿真及喷墨印花[D].江南大学，2011.

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关键字：建筑工程；施工管理；数字化管理

中图分类号：TU198文献标识码： A

1、建筑工程施工数字化管理的涵义

建筑施工管理的数字化指的是：通过数据处理对建筑工程的内容进行量化,并对施工当中产生的各种数据进行有目的的搜集、处理,然后反馈到相关的部门。在把相关的数据进行科学的处理和分析之后,完成对建筑工程施工过程的管理和控制,最终实现建筑项目施工的预期目标,这样的管理形式称为数字化管理。数字化管理和建筑施工的信息化管理内容是完全不同的,信息化管理主要是对管理过程中产生的各种信息进行及时的处理分析和传输。使用计算机进行的工程管理,能够实现建筑工程的信息共享,在一定程度上提高了信息处理的速度和准确度。当我们把数字化的管理方式融合到管理者信息化的平台上,通过先进的数字处理机制和设备,就实现了提高管理水平和效率的极大提升,有助于建筑施工的质量保证。

2、建筑施工数字化管理的必要性

传统的管理模式中，信息的加工和整理由手工完成。信息产生、加工、检索和利用，都在以缓慢的速度在运动，影响作用的及时发挥。随着建设规模的扩大，信息量不断扩大建筑施工复杂程度越来越突出。限制了在竞争环境中的发展能力。实力雄厚的建筑施工单位率先应用先进的计算机技术来进行管理。信息化管理意味着在建筑施工项目内部的管理过程中使用计算机2 建筑工程施工中数字化管理的应用

2.1 建筑空间信息技术的应用

建筑空间信息技术主要是对施工场地的建筑物、地形、地貌等信息进行分析，将其用于建筑工程施工管理工作中，具有很大作用。就现阶段来看，建筑空间信息技术主要包括地理信息系统、遥感技术、全球定位系统，其中地理信息系统在建筑工程施工管理中的应用十分广泛，下面笔者分析建筑空间信息技术在建筑工程施工管理中的运用。

地理信息系统能够很好的用于工程项目选址分析、工程地址勘探、施工平面规划、工程项目风险评价等工作中，并且地理信息系统具有强大的查询功能，能够在很大程度上提高工作人员的工作效率。例如在本住宅小区项目中，地理信息系统提供了文字查询、图形查询、过程查询、事件查询等功能，通过地理信息系统的各项功能，工作人员获取了与空间坐标相关的各项实体信息，同时还获取了动态的过程信息，为施工管理工作带来了很大帮助，目前地理信息系统在水电工程、水利工程中的应用也十分广泛，普遍用于施工场地总布置、导截流施工管理工作中。

2.2 建筑设备数字化监管技术的应用

建筑设备监控系统是智能建筑系统中的重要组成部分，建筑设备监控系统主要是对建筑工程中的给排水、暖通空调、运输、照明等设备进行集中监管，建筑设备监控系统的通信基础是计算机局域网，其核心是计算机技术，建筑设备监控系统具有集中管理功能以及分散控制功能，与传统的设备管理模式相比较，建筑设备数字化监管技术的管理水平和管理效率都更加优异。例如在本住宅小区工程中，充分应用了建筑设备监控系统，建立了机电设备管理系统，方便了工作人员对机电设备进行监视、调度、控制、操作以及综合管理，不仅提高了工作效率，而且在一定程度上起到了节能作用。

2.3 数字化施工监控的应用

数字化施工监控能够实现全过程、不间断的实时监控，将该技术应用建筑工程施工管理工作中具有重要意义。在本住宅小区工程中采用了数字化施工监控技术，通过此项技术，方便于工作人员对混凝土输送、混凝土振捣、混凝土养护、钢筋安装和绑扎、模板安装等环节进行监管，同时通过数字化施工监控技术，还可以实时监视施工人员是否按要求佩戴安全带以及安全帽，监视工程建设过程中是否按要求设置安全网，监视外脚手架和落地竹脚手架的架设情况、吊篮暗转及使用情况、缆风绳固定及使用情况、吊盘进料口及楼层卸料平台的防护情况、塔吊及卷扬机安装操作情况，监视楼梯口、电梯口、预留洞口、坑井口防护、楼板、阳台、屋面等情况。综上所述，数字化施工监控技术的应用可以确保工程建设的质量及安全，此外在建筑工程的施工过程中，还可以运用数字化施工监控技术来加强施工重点的监控，强化工地临时用房的防盗、防火等工作。

2.4 建筑系统仿真计算的应用

系统仿真技术主要是通过系统工程方法、相似性原理、信息技术等为基础，以计算机等设备为工具，通过系统模型实时动态分析，早在20世纪70年代，一些国家就已经将循环网络仿真软件应用于土石方开挖、隧洞施工、管道施工、桥梁施工等领域中，目前建筑系统仿真计算技术在我国建筑工程施工管理中的应用也越来越广泛，本住宅小区工程中就应用了建筑系统仿真计算技术，取得了良好效果。

2.5 虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术在航天、军事等领域已经应用成功，随着社会的进步，虚拟现实技术逐渐应用到了建筑工程领域，例如在本住宅小区工程中，工作人员通过虚拟现实技术的可视化特性，检验施工组织设计方案的可行性，比较不同施工方案，为了施工管理工作提供了很大帮助，确保了施工方案的可靠性。

数字化技术的应用能够提高建筑工程施工管理工作的质量和效率，但是笔者认为，在实际应用过程中我们还应该注意一些事项，例如当工程项目位于偏远的山区地带时，我们应该注意监控设备的安装位置，确保信号良好，同时要保证电源持续供给，一旦供电中断，很多数字化设备将无法工作，并且工作人员要定时对监控设备进行检查以及维修，保证监控设备的使用性能。再比如，在应用建筑空间信息技术时，要确保输入数据的准确性，进而保证分析结果的可靠性，在应用建筑系统仿真技术时，要注意实际建筑与仿真建筑的差异，在应用建筑虚拟现实技术时，要确保虚拟现实软件为正版，确保数据的准确性。 ，具有深刻的内涵。使建筑施工活动更加科学化，以提高施工管理的自动化水平。

结束语

总的来说，数字化管理必须在施工管理过程中进行实践。数字化管理在逐渐渗入到施工过程中，这对未来施工工程在信息化管理上产生了一定的影响。数字管理体系的出现和使用，是以标准化的管理为准则的，不但有利于量化管理理念的施展，同时也让信息化的管理取得了进一步的成长。

参考文献：

[1]唐亮. 数字化项目管理──论计算机及网络技术在施工企业项目管理中的应用 [J]. 哈尔滨铁道科技，2011，（ 02） .

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[关键词] 虚拟制造 仿真 应用

一、引言

随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈，制造企业为了在竞争中求得生存与发展，就应该以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本和最优的服务满足不同顾客的需求。随着信息技术的迅速发展和企业市场竞争的需求，美国20世纪80年代后期提出了虚拟制造技术，并在20世纪90年代得到极大重视并得到迅速发展。

二、虚拟制造技术定义

虚拟制造 (Virtual Manufacturing简称VM）是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制产品制造的本质过程，以增强制造过程中各级的决策和控制能力。它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，使得制造技术发展到了全方位预报的新阶段 。

三、虚拟制造方法具有以下特点：

1.全新的研发模式：虚拟制造技术中，设计者采用三维方式，建立全关联的的数字模型。当需要绘图数据时，可以方便地从三维模型中抽取，实现三维数字无图纸设计，同时还要求进行产品总体的模型设计，而不仅限于设计单个部件或零件，设计者需要了解零件如何制造、装配，并应用于设计过程，各专业人员不再分开独立地工作，而是按照项目进行组织并同时开展工作，能够很好地解决设计过程中的同步问题。

2.降低研发成本、缩短研发周期、提高产品质量：通过计算机技术建立产品的数字化模型，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验，从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案，减少了物理样机的数量，缩短了研发周期、提高了产品质量。

3.实现动态联盟的重要手段：通过网络实现并行设计和制造，具有传递快速、反馈及时的特点，进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。

四、虚拟制造的关键技术

虚拟制造技术涉及面很广，如环境构成技术、过程特征抽取、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交叉功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等，其中后三项是虚拟制造的核心技术。

1.建模技术：虚拟制造系统的建模包括生产模型、产品模型和工艺模型。生产模型可归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产过程。虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型，包括三维动态模型，干涉检查，应力分析等。工艺模型是将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。

2.仿真技术。仿真就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，从而得到一系列的统计性能。目前广泛使用CAD、Solidworks、UG、PRO/E等三维软件能较方便的构建三维模型，虚拟样机是基于三维模型的产物，能完成结构分析、装配仿真及运动仿真等复杂设计过程。

3.虚拟现实技术。虚拟现实技术VRT（Virtual Reality Technology）是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供沉浸感觉的技术。由图形系统及各种接口设备组成。在计算机上建立起的虚拟制造环境是一种接近人们自然活动的一种“自然”环境，可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力，相互协作发挥集体智慧，提高产品开发的质量和缩短开发周期。

4.虚拟制造的分类。按照与生产各个阶段的关系,虚拟制造可分成三类:(1)以设计为中心的VM，这类 VM 是将制造信息加入到产品设计和工艺设计中，并在计算机上进行数字化制造，仿真多种制造方案，评估各种生产情景，通过仿真制造来优化产品设计和工艺设计，以便作出正确决策。(2)以生产为中心的VM，这类 VM 是将仿真能力加到生产计划模型中，以便快捷化评价生产计划，检验工艺流程、资源需求状况以及生产效率，从而优化制造环境和生产供应计划。(3)以控制为中心的VM，这类 VM 是将仿真能力加到控制模型中，提供对实际生产过程的仿真环境，即将机器控制模型用于仿真，其目标是实际生产中的过程优化，改进制造系统。

5.虚拟制造技术在制造业中的应用。虚拟制造技术首先在军事、航空航天、汽车领域中获得成功的应用。例如波音飞机公司777飞机的设计，就是采用虚拟制造技术的典型范例，设计、装机、测试均在计算机中完成模拟，实时采集和处理数据并及时解决设计问题，使得最终制造出来的波音777飞机与设计方案误差小于0.001英寸，保证一次试制成功。

目前虚拟制造技术应用得比较成熟的有：产品的外形设计、产品的布局设计、产品的运动和动力学仿真、热加工工艺模拟、加工过程仿真、产品装配仿真、虚拟样机与产品工作性能评测、企业生产过程的仿真与优化、产品的广告与漫游等。

五、结语

采用虚拟制造技术，在三维可视化虚拟环境中，能充分发挥设计人员的想象力和创造力，使设计人员的经验和科学的计算分析完美地相结合，推进了产品设计的创新与发展，提高了机械产品的创新开发能力。随着制造技术和网络技术的发展，虚拟制造技术方面的研究将会进入一个更加崭新的阶段。

参考文献：

[1]严隽琪等:虚拟制造的理论.技术基础与实践.上海交通大学出版社,2003：1～24

[2]王志新:虚拟技术及其应用.上海理工大学学报第20卷,第1期：49～55

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关键词：虚拟现实；特征；VR技术构成；教育

一、引言

虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）是利用计算机技术、传感技术、网络技术等多种技术生成模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够使用户沉浸到该环境中；在这个空间中每个事物的活动规律与现实中完全一样，进入其中的人还可以对这个空间加以控制和影响，反过来这个虚拟空间的事物也会对进入其中的人产生影响。

二、VR技术的发展历史

1965年，Sutherland在《终极的显示》论文中第一次提出图形的交互显示（GraphicInteractiveDisplay）、力反馈设备（ForceFeedbackDevices）及声音指示的VR系统的三个基本思想。1966年，美国麻省理工学院的Lincoln实验室开始研制头盔式显示器(HMD)，在第一个头盔式显示器的完成后，研发者又在系统中加入力量及触觉的力反馈模拟装置，到1970年，第一个功能比较齐全的头盔式显示器系统出现了。80年代，美国的贾朗•拉尼尔（JaronLanier）在前人所取得的一系列成就的基础上，正式提出“虚拟现实（VirtualReality）”这一概念。同一时期，美国宇航局及美国国防部组织了一系列关于虚拟现实技术的研究，并取得了瞩目的成就。进入90年代，由于计算机的硬件技术水平不断提高，软件设计理论也在不断改进，二者相互匹配，这使得利用大数据集合下的音像信息制作实时动画变成了可能。进入二十一世纪，互联网推广普及、计算能力大幅提升、3D建模技术出现，这大幅提升虚拟现实体验，使得虚拟现实技术向商业化和平民化的方向发展。

三、VR技术的构成原理

虚拟现实是多种技术的综合，所包括的技术种类很多，这其中又有多个分支，对于不同类型的个体还要涉及与之相关的学科。对此在国外也未能严格细致地加以划分与确定，但公认的基础技术构成主要有人机接口技术、模拟仿真技术、真实存在技术3个方面。人机接口技术就是人与计算机相互影响与控制的技术，它是实现VR的关键。我们常用的鼠标、键盘、显示器其实就是一种人机接口设备。70年明的数据手套、80年代出现的内置立体显示装置的数据头盔和手写输入板、语音识别都是高一级的人机接口设备。参与者与虚拟世界的交互过程如下：参与者借助可穿戴设备（例如数字头盔、数据手套、数字衣）为计算机提供输入信号，这些可穿戴设备上配有传感器及空间三维跟踪系统，VR软件接收到这些输入信号后，通过虚拟环境数据库加以解释，并对其作必要的更新。参与者转换新视点后，当前的虚拟环境将发生变化，变化后的三维场景的图像及相关信息（如触觉、声音、力反馈等）将立即传送到对应的输出设备（数据手套、耳机、数字头盔等），使得参与者能够实时获得各种感官上的虚拟效果（如图1所示）。模拟仿真技术是影响VR效果好坏的重要因素。我们要模拟一个人的动作时，肯定会分析这个人做这个动作的特点，然后按这个特点去模仿。模拟仿真技术直接影响计算机在模拟方面的能力。在计算机模拟领域里，仿真数字模型是关键的技术，模型建得越好、越细致，将意味着对原体的模拟越真实。们真实存在技术也称之为沉浸技术，为了通俗一点，暂将其命名为真实存在。这是VR对人产生影响的关键之处。它包括声音、图像和对人体其它感官的刺激，因为这些是人类对所处环境的最真实的认识和感受。很明显，它包括了尖端的多媒体数据处理技术，这些数据处理的质量与快慢和计算机的水平是息息相关的，因此真实存在技术的发展是与计算机的发展紧密相连。

四、VR系统在教育领域中的应用

虚拟现实技术的应用极为广泛，目前在游戏、电影、直播等艺术娱乐领域占据主流，在教育与培训方面也有大量应用，其次是军事航天训练，商业VR购物，医学人体解剖等。现今，VR技术正在越来越多的应用于各行各业。教育，是人类社会前进与发展的重要动力，将现代信息技术融入现代教育中，是教育发展的趋势。因此，将新颖的VR技术引入现代教育后，要求开拓出与之相适应教学模式，对于学生更高效、更主动地掌握各类技能至关重要。针对于教育领域来说，虚拟现实技术能将三维空间的景物清楚的表示出来，能使学习者自然、直接地与虚拟环境中的各种对象进行交互，并通过多种形式参与到事件的变化发展过程中去，从而获得最大的操作和控制整个环境的自由度。这种呈现信息多维度的虚拟学习和培训环境，将为参与者以最有效、最直观的方式掌握一门新技能、新知识提供前所未有的新途径。因此，该项技术的发展在很多培训与教育领域，诸如虚拟实验室、专业领域的训练、立体观念、虚拟教学、仿真实验、虚拟数字化校园等应用中，具有明显的优势和特点。

（一）建立虚拟实验室

由于VR技术能够创建出与现实实验类似的虚拟实验环境，这解决实验过程中的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于建立虚拟实验室领域。1985年，美国国立医学图书馆就开始了人体解剖图像数字化研究。随后，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室、意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室、新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。2016年英国外科医生沙菲•艾哈迈德借助虚拟现实技术向世界直播一台由自己操刀的癌症手术，这也是全球首次实现用虚拟现实身临其境般“围观”的手术。国内的清华大学、复旦大学、上海交通大学等高校利用VR技术开发创建了虚拟仪器库，在次基础上构建了一系列虚拟实验系统，并将其虚拟实验室用于教研，取得了很好的效果。通过虚拟实验室的建立首先能够避免在真实实验过程中由于操作失误所导致的各种危险。例如，虚拟的汽车驾驶教学，可免除学生操作失误而产生的意外事故。虚拟的飞机驾驶系统，不会造成飞机坠毁事故。其次利用VR技术，可以创建多种多样的技能训练场景，并且训练可以重复进行，直到操作熟练为止。此外虚拟实验室的建立大大减少教育经费的投入，缓解教育单位资金不足的困难，节约了各种实验原材料，减少资源的浪费。

（二）虚拟教学

现今，信息技术不断发展，也快速推动着教育方法的不断进步。对教育内容的表现手段，教学过程的交互形式也越来越丰富有趣。由于VR技术能将教学内容生动形象地表现出来，优化了整个教学过程，有效地营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识、技能的效率，调动学生的学习积极性，提高教学质量、突破教学的重点、难点的作用。与此同时，VR技术较真实地再现了协作学习、情景化学习，还结合了游戏等益智手段，有效解决了许多以前无法解决的教育问题。例如，采用VR技术进行教育教学活动，可在实现人与机器的交流、通过网络进行人与人之间交流的同时，有效地激发学生的学习兴趣，还能够在某种程度上实现寓教于乐，进而为更高效地创建合作学习情景，促进真实交流构建良好渠道。

（三）虚拟数字化校园

随着网络教育的深入，人们对现有的校园网站提出了新的要求，已不仅仅局限于对校园环境的图片式浏览，采用VR技术创建网上虚拟可视化校园呼之欲出，实现教务、教学、校园生活的三维虚拟化空间。利用网络，以虚拟现实技术作为远程教育平台，建立一个完整的、真实的、互动的、情节化的虚拟校园体系，实现分布式虚拟校园系统，可为高校扩招后设置的分校区和远程教育教学点提供可移动的虚拟教学场所，对各个终端提供公开的、远程的虚拟教学，还可为众多的社会人员提供高等职业培训的机会，创造出更大的经济与社会效益。建设数字化虚拟校园，需要的多媒体数据超高速传输，采用分布式与并行技术对海量的数据进行存储与处理。通过这些技术的应用进一步提高了学校信息化建设的步伐。总之虚拟数字化校园能为教育技术专业化队伍提供一个高起点的科研环境，促进教育技术的建设更上一个新的层次，让我们感受到全方位的教育。

五、对未来的展望

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关键词：水轮机控制系统；多媒体课件；仿真技术；虚拟现实

作者简介：程远楚（1962-），男，湖北仙桃人，武汉大学动力与机械学院，教授。（湖北 武汉 430072）

基金项目：本文系湖北省教学改革项目（项目编号：JG2008018）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0060-02

“水轮机控制系统（水轮机调节）”是能源动力工程与自动化专业的一门核心课程，主要介绍水轮机控制系统的基本工作原理、典型结构形式与实现方法、控制系统数学模型、控制系统稳定性分析与性能、水力机组过渡过程分析与安全保障、水轮机控制系统的设计与试验等方面的内容。涉及的知识面广，内容涵盖水力、机械、电气、电子、计算机和液压传动等方面，工程性、实践性、技术性强，教学要求高。

随着计算机的发展，多媒体技术被大量引入日常教学中，将课程内容做成融文字、声音、图像、视频、3D动画为一体的演示材料，具有表现力强、信息量大、交互性强等特点。将原本静止的平面和单调的语言、文字用有声有色、有动有静的动画形式表现出来，使学生更有兴趣，也更易理解课程内容。[1-3]本文介绍“水轮机控制系统”课件制作的指导思想、设计思路和方法。

一、 课件设计基本指导思想

现代化的教学手段在信息量、视觉效果等方面比传统的粉笔加黑板更具有优势，尤其在介绍实际工程案例的内容时。目前的多媒体课件虽增加了图形的演示功能，但仍为传统的呈现——应答反应式教学模式。这种多媒体课件沿用了传统的教学思想，重视教师教的设计而忽视学生学习活动的设计，只是把大量信息搬上计算机屏幕，学生仅限于通过教师的安排或软件预置的知识网络浏览各种信息。这种学习过程属接受学习，以识别、记忆为主，不能激发学生的学习主动性和创造性。且由于信息量大、重点不突出，学生难于长时间保持注意力，学习效果往往不理想。[4]

因此，在多媒体课件的制作过程中应注重调动学生的学习主动性和积极性，强调内容的系统性、实用性、学习过程的自主性与交互性、形象性与趣味性，有效提高教学质量和学习效果。具体为：

1.合理选择课件内容丰富，注重基础知识与和技术前沿的有机结合

水轮机控制技术的发展十分迅速，各类新技术、新概念和新内容不断涌现，且呈现多学科领域的交叉与融合。课件内容即要反映当前技术与工程实际的发展状态，又要注重对基础知识的讲解，夯实学生理论基础，适应新技术的高速发展。为此，课件依托教材选择中国水利水电出版社的《水轮机自动调节》，该教材内容反映了水电控制设备设计、制造和运行的新技术与新进展，增加了有关水轮机控制系统的最新研究成果，详细介绍了水轮机微机调速器的结构、原理、实现方法、控制算法、调节模式以及具体实现；讨论分析了各类不同伺服系统的原理、结构与特点；引入目前使用最广泛的计算机仿真工具MATLAB技术，介绍了如何利用MATLAB软件进行水轮机调节系统分析。有关水轮机调节系统试验的内容按照最新国家标准进行讨论，增加了水轮机调节系统故障分析的内容，对各类常见故障进行了分析与讨论，增强了教材的工程实用性。该教材注重基本概念与基本方法的讲解。改变了以往教材中以某一具体设备展开讨论的惯例，在教材编写过程中强调对水轮机控制系统不同实现方法的分析与整合，提炼共性特征，根据系统基本结构与基本概念进行展开，讨论其基本的实现方法、工作原理与技术手段，避免以偏概全。教材系统性强，有利于拓展学生视野，提高科学分析实际问题的能力。

2.强调教学过程的交互性与趣味性，合理选择多媒体技术

这是对多媒体 CAI 课件的一个基本要求，在设计中多媒体教学课件如果有较强的交互性，便于学生按照自己的兴趣和意愿选择教学内容、学习途径，根据自己的学习进度自行调控，并随时验证学习的成效。为了充分考虑互动性与趣味性，课件中必须包含必要的工程图、结构简图、彩图、三维图、视频和动画等。为形象地描述或揭示系统各环节间的关系、控制过程和控制特性与控制参数间的关系，引入数字化建模技术、计算机仿真技术制作多媒体课件，将控制过程与控制特性生动地再现，增强学习的互动性、自主性、创造性。

3.注意学生的参与性

多媒体教学课件的辅在教与学两个方面同等重要。从辅助教师“教”的方面讲，在课件的内容上应考虑能将所教知识充分传送给学生，要对知识进行精心地分析和组织，形式上还要形象直观、浅显易懂，达到应有的效果。从辅助学生“学”的方面讲，多媒体教学课件应能启发学生积极思考，帮助学生发现、探索和巩固知识，增长见识，形成个性，激发学生的学习兴趣，引导学生发展创新性思维，培养创新能力。因而，课件应具备良好的吸引力，并有相关知识的拓展联接，能充分发挥学生的认知主体作用。[5]

二、课件总体设计与工具选择

课件总体设计包括课件系统结构设计、页面（教学）内容设计和页面风格设计几方面的内容。

教学内容的选取主要根据教学大纲的要求。按照教材，教学内容分为九章，每章独立构成一个教学课件。一方面，以知识点为单位，对每一个知识点设计适合本教学单元需要的课件，使之可以独立用于教学。另一方面，便于教学内容的更新。

在课件制作过程中，必须注重课堂中知识传授的整体性、连续性；同时也要注意知识的层次性，使其条理清楚、循序渐进。

根据上述思路，每个课件均由如下几部分构成：学习安排、学习要求、学习重点、内容讲解、思考题与习题、概念索引、应用实例与工程图片。

当前的多媒体课件有多种工具软件可供利用。如利用方正奥思、Authorware、Driector、FrontPage以及PowerPoint等软件开发制作多媒体课件和演示文档。方正奥思多媒体创作工具5.0（Founder Author Tool 5.0简称方正奥思5.0）是北大方正技术研究院研制的一个可视化、交互式多媒体创作工具。它具有直观、简便、友好的用户界面和很强的编辑功能，支持多种媒体文件格式，并且提供丰富多彩的图文过渡方式和动态特技效果。主要用于：多媒体课件、多媒体演示教学系统、电子出版物、多媒体演示查询系统、多媒体信息管理系统等。该文件较适合文科课件的制作。Macromedia公司的Authorware5.x是一个超前的网络和在线教学的可视化多媒体创作和演示工具，是目前在各种教育、演示活动中使用最多的多媒体工具之一，其特点是轻松集成文本、图像、动画、音频和视频，可以直接插入GIF动画和Flas。利用其制作的多媒体教学软件可以制作成光盘发行物，也可以应用在基于Web的远程教育。早期使用的电子课件即是基于Authorware开发的，效果不错，但其开发的电子课件不便于移植。PowerPoint是制作演示文稿的好工具，但用它制作的课件交互性较差，对利用计算机网络进行远程教育支持不足，但课件的移植性较好，且简单好用。Frontpage主要用于创作Web网页，其特点是简单易学，很多操作都与Word和Powerpoint相似，熟练掌握Word的人员很容易上手，其作品只需在网络浏览器下就可以演示，可以通过表单操作实现在线交互。但因其许多功能必须在Frontpage扩展服务功能的支持下才能再现，从而使其应用受到了很大的限制。Director 是强大的多媒体制作软件，但要想掌握它得花大量的时间，而且用它制作多媒体软件的周期也比较长。

为保证课件的开放性，便于内容的及时更新，本课件制作工具主要采用PowerPoint，其文字与图形公式部分采用PowerPoint制作。硬件部分的仿真演示采用MultiSim电路仿真软件实现，控制过程的建模和各环节本质特性的分析采用MATLAB软件实现，机械部件与结构的展示则采用Solidworks。

三、多媒体课件制作

PowerPoint2003制作交互性课件是用“超链接”实现导航、内部或外部跳转，用“幻灯片放映/自定义动画”功能可以将叠加在画面中的静止物体活动起来，而利用自定义动画的“计时”选项的“触发器”可以制作弹出式菜单、动画播放控制、交互式练习题等。

教学内容均在PPT中展开，讲述到有关硬件电路时，硬件部分的仿真演示采用MultiSim电路仿真软件实现，仿真过程以动画的形式嵌入PPT中播放。其步骤如下：将仿真过程制作成Flas；在PowerPoint的主菜单中—选择—工具栏—控件工具箱；在控件工具箱中选择“其他控件”，找到Shockwave Flash Object控件；在幻灯片需要插入Flas的地方画一个框；在框中点击鼠标右键，点击属性，然后出现Shockwave Flash Object属性设置栏；左键双击“自定义”，在弹出的对话框中，在影片后URL（M）的输入栏中，填上要插入的swf档案的路径和文件名。

PPT中同时给出电路仿真软件的使用方法，仿真过程也可以在MultiSim中实现，可以让学生了解电路仿真的过程。

控制过程的建模和各环节本质特性的分析采用MATLAB软件实现，其仿真过程以动画的形式嵌入PPT中播放，步骤与电路仿真动画制作过程相同。

PPT中同时给出MATLAB仿真软件的使用方法，仿真过程也可以在MATLAB中实现，可以让学生了解水轮机调节系统MATLAB仿真的过程。图1给出了控制参数对调节过程影响的MATLAB仿真结果。

机械与液压部件采用SolidWorks与VRP平台进行三维与过程展示，图2为调速器液压随动系统的三维拆解图。

四、结论

根据本文的指导思想与基本方法制作的“水轮机控制系统”多媒体教学课件已试用三年，并进行了不断地完善。多媒体课件将文字、声音、图像、图片、动画相结合，同时引入仿真技术再现控制过程与控制特性，使课堂教学更加生动、形象，提高了教学效果。

参考文献：

[1]陈华，覃玉荣，陈海强.多媒体课堂教学的问题及对策[J].广西科学院学报，2007，23（3）：25-27.

[2]陈志.多媒体课件（CAI）的应用和开发[J].教学与管理，2002，（30）：78-79.

[3]陶汉中，李菊香.关于“工程流体力学”课程多媒体教学的思考[J].中国电力教育，2010，（18）：58-61.

篇9

随着数字化进程的加快，机械设计方面摒弃了传统的图纸设计模式，应用数字技术，利用CAD软件进行机械制图，既提高了设计效率，也节省了成本。本文主要探讨数字化技术在农业机械设计中的应用。这对我国农业发展具有十分重要的意义。

关键词：

数字化；机械设计技术；农业机械

目前，我国各大企业之间的竞争越来越激烈。各企业想要在如此激烈的竞争市场中占有一席之地，必须要不断提高自身产品的功能、性质以及质量等，特别是一些新型机械的使用，一定要做好售后问题。当下正是信息时代，企业可以充分利用信息技术解决好所遇到的问题。结合机械设计中数字化技术的应用，本文探讨在农业生产活动中应用数字化设计技术的优势。

1数字化机械设计技术

数字化机械设计技术是指将计算机技术应用于机械产品设计领域，通过基于产品描述的数字化平台，建立数字化产品模型，并将其应用到产品开发过程中，以达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术。它更加注重加强机械的生存率，不同程度上节省了资源，提高了生产效率和生产质量。

2数字化设计技术应用的特点

2.1产品定义模型的统一

在传统设计技术应用过程中，同一类产品有时也需要采用不同的设计模式，无疑加大了设计技术的难度。同时，在转换各模块过程中，也容易丢失一些数据。应用数字化设计技术，则可以完全解决这个问题。数字化设计不但是一种单一形式的数字化产品模式，而且也是一种基础设计。数字化设计技术可以结合每个模式的特征，不断完善自身的不足。

2.2并行设计的实现

设计产品中，应该根据产品的设计要求，每个小组可以负责产品设计中的一部分，最终组合成一个完整的数字化设计模型。这样既可以提高工作效率，也能保证产品的质量。

2.3不依赖实物模型

数字化设计技术需要运用计算机进行模拟计算和仿真技术。在这个过程中，它将一些设计不合理、不科学的因素去掉，从而制造出一个实物模型。应用数字化设计技术不但可以节省设计成本，而且也能大大提高设计效率。

3研究现代数字设计技术的发展趋势

在我国与开发设计有关的理论中，通常包括着大量的论述。其中，Beitz和Pah1是最有影响力的两个理论。在这方面的理论中，他们指出机械设计包括的四个阶段，分别是设计任务、设计概念、设计技术、设计作业。这四个阶段循序渐进，紧密相关、缺一不可。华东理工大学周慧君教授将这四个阶段细致划分成规划、设计方案、具体设计、改进设备四个阶段。结合上述内容可见，国外注重产品的概念性设计，而我国注重产品的结构形式设计。简单来讲，其他国家更多是追求设计构造，而我国则是注重从产品使用中可能会遇到的问题出发展开设计。因此，我国更加重视产品的实用性。我国与国外在机械设计本质上可能有不同之处，但在开发机械设计上都是结合计算机辅助设计软件CAD展开的一系列设计和改造。CAD技术研发出来后，被广泛应用于我国的各行各业，解决了很多工作者在工作中无法解决的问题。不但提高了工作效率，而且也节省了材料成本，节省了人力资源，并进一步促使机械设计应用更为广泛。

4农业机械设计过程中数字化设计的实际应用

4.1应用虚拟技术

在农业生产活动中应用数字化设计技术，不但可以满足农业机械设计的多方面需求，而且也能加强农业生产活动的工作效率。数字化设计技术中的虚拟技术，也就是运用计算机图形系统、形式多样的控制设备、计算机三维设计技术等，使设计图像更加形象和逼真。在农业机械设计中，应用虚拟图像技术，既可以完善传统设计中的不足，也能精确设计一些复杂多变的结构部位。另外，运用声音定位系统和虚拟图像技术，也能使农业机械设计更加简单化。因此，在农业机械设计过程中，要充分利用虚拟技术，简单模拟机械运动的各个过程，完整分析相应的力学系统，从而确保设计的可行性。

4.2实现产品设计和产品制造的协同

产品设计与产品制造之间有着密切的联系。在现代农业机械设计过程中，充分利用数字化设计技术，可以保障产品设计与产品制造之间的协同性。结合计算机虚拟技术加强农业机械设计技能技术，并结合相应的协同理念，在设计农业机械中有效减少设计成本、缩短设计周期、提高设计的工作质量，同时优化和整合设计方案。可见，确保农业机械设计与制造之间的协同性，加强设计结构的精确性、科学性，可有效解决传统农业机械设计一直解决不了的问题。

4.3注重创新型设计

从农业机械设计层面上讲，必须要重视创新设计。在农业机械设计过程中，要充分运用数字化技术，加强设计的合理性、有效性。但是，也应该注意，设计中也会涌现出很多新问题。要及时解决好这些问题，就必须要将“创新性”贯穿于设计的始终。在应用新技术过程中，要重视创新设计理念，运用数字化设计技术，全面改进优化新技术，并结合创新性设计理论，进一步推进农业机械设计技术的可持续发展。

5结语

随着机械生产更新速度的加快，数字化技术在人们生活中所发挥的作用越来越大，应用领域范围也越来越广泛，成为日常生活不可缺少的一部分。但是，对于机械设计来讲，在数字化技术应用下，现代机械设计可以通过利用各种新型的技术和软件进行大量的生产和修整，不但提高了生产效率，而且也确保了生产质量，完善了传统机械设计中的不足。

作者：毛暖思 单位：广东省海洋工程职业技术学校

参考文献

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关键词：三维数字校园 Unity3d 移动互联网

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-080-02

1三维数字校园的概念与建设意义

数字校园是继数字地球、数字城市后提出的概念，它是一种集数字化、信息化、可视化等多种技术为一体的计算机管理应用系统。三维数字校园系统功能强大，不仅能直观展示校园风情风貌，还能通过极具沉浸感的交互体验产生身临其境的感觉，在强调体验经济的今天，其应用领域相当广泛且高效。其中，校园文化的建设、招生就业的宣传、学校软实力的展示、教学科研的管理、校园安全保障等领域都能发挥其积极的作用，对大学的可持续发展具有重要意义。

2三维数字校园系统功能设计

随着互联网技术飞速发展，在构建三维数字校园系统的过程，技术路线方案、平台和引擎的选择都有了更大的空间。新技术层出不穷，甚至有些技术方案还没有大量应用就被社会所淘汰，因此在系统的设计中，其功能架构决定了其应用的深度与广度。

（1）该系统需具备三维互动漫游功能，使体验者能自由的徜徉于美丽的校园环境中；视窗能进行平移、放大、缩小、旋转等基本的交互操作。

（2）用户可以选择校园内感兴趣的景点，虚拟相机能迅速定位到该处位置；同时需具备信息的模糊查询功能。例如新生入学，他们对校园的大多数生活和教学设施还不熟悉，在输入关键词“食堂”，各风味食堂和相关的介绍应该能及时呈现出来，根据功能对各类信息也应分门别类，重要的建筑物做成兴趣点，录入相关属性，方便用户直接访问，并具有双向查询功能，满足日常需要。随着移动互联网技术的普及，手机和平板电脑等智能移动终端设备成为获取信息的重要部分，三维数字校园系统还应具备跨平台应用特性，能在智能手机和平板电脑上运行应用，扩大其应用范围和传播影响力。

3数字校园系统的实现

3.1平台的选择

虚拟现实技术的进步日新月异，各种虚拟现实软件、语言大量涌现出来，在丰富了选择度的同时也为我们提出了新的挑战。传统方法主要利用三维图形程序接口软件结合面向对象的可视化编程工具来开发。但是传统方法的缺陷也是显而易见的，其软件的开发周期长、工作量大、投资大且数据兼容性差，开发的成果只能依赖于磁盘、光盘来，难以在互联网上，更不用说各种智能移动终端，因而其范围受到大大限制。

基于此，选择合适的工具与平台对于三维数字校园系统的建设显得尤为重要。本系统采用Unity Technologies开发Unity3d平台，该平台是一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。其具有广阔的应用开发前景，具备独有的核心优势——跨平台，无客户端，交互性，强大脚本，高速渲染，大型场景支持，在线控制等。

3.2 三维可视化技术

三维数字校园系统需建立在三维可视化的基础之上，要实现此目的，应构建三维虚拟场景，以下阐述其主要步骤：

（1）基础数据的采集与整理。

基本数据包括校区的总平图，对路网、水系、绿地、建筑物等要素的矢量化，地形、地物顶面、立面、剖面的纹理采集，各地物要素的属性信息的提取与建库。

（2）模型的创建。

模型构建的流程为素材采集模型制作贴图制作展UV坐标灯光渲染测试场景烘培场景调整导出。

利用收集的基础数据， 包括矢量数据和纹理资源数据， 利用3dsMax软件，进行三维数字化建模，纹理映射。其中三维数字化建模是整个数字校园系统的基础，也是重点和难点，制作的模型效果将直接影响场景的运行效率和真实感。在所有要素的三维模型建立完成之后，就可以对整体进行合并，优化场景为导入引擎平台做测试。

本系统采用了Unity3D引擎，其对模型的要求有严格的限制。三维数字模型所包含的基本内容，如场景尺寸、单位，模型归类命名，纹理坐标、纹理尺寸、等必须符合制作规范。在模型创建的过程中应注意以下几点：

（1）删除场景中多余的面，对于在相机内看不见的面需删除，此操作能极大的提高贴图利用率，降低整个场景的多边形数量，提高交互场景的响应速度；

（2）模型面与面之间不宜贴得太近，否则会出现两个面交替出现的闪烁现象；

（3）尽量使用关联复制技术。关联复制出的物体在资源的消耗上和一个物体差不多；

（4）模型的级别与LOD技术，也就是模型的精细程度，建模时要根据建筑所处的具置，重要程度对该建筑进行判断，应建成何种精度的仿真模型。

通过上述的流程，把校区内的相关元素构建为三维数字化模型，为下一步的交互设计做准备。

3.3交互设计

把通过3dsMax构建好的数字校园模型导出成.Fbx格式，然后再导入到Unity3D平台中，根据提供的交互行为模块，进行交互设置；也可以根据不同的功能要求进行程序脚本的编写。交互模块主要功能包括自主漫游方式下的摄像机控制、碰撞检测、路径选择下的摄像机机控制等，通过添加重力场，实现上楼和爬坡等功能，设置环境灯光，并对整个环境进行气氛的渲染，如添加天空球，环境特效等， 以及用户界面设计。此外，还可以通过多种手段来丰富交互体验，如添加合适的背景音乐， 对重点区域的介绍匹配解说词，通过文字、图片和视频等多媒体手段全方位、多角度地展示校园场景， 并实现地理位置的模糊查询、用户添加注释和评论等交互性操作。

4结论

本文阐述了三维数字校园系统的设计方法与实现手段，能够表现极具真实感和沉浸感展示校园场景和大量属性信息，让用户产生身临其境的震撼。随着移动互联网规模的扩大与产业的迅速发展，智能跨平台终端的普及，大大增强了三维数字校园系统的应用范围。该系统的实施能够在校园文化的建设、招生就业的宣传、高效品牌建设、教学科研的管理、校园安全保障等领域都能发挥其积极的作用，对大学的可持续发展具有重要的现实意义。

参考文献：

[1] 李保杰，于法展，李战成.基于OpenGL虚拟校园漫游系统的设计与实现[J].苏州科技学院学报，2006（19）.