分布式交互仿真技术范文

导语：如何才能写好一篇分布式交互仿真技术，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。

篇1

随着信息技术的发展，以信息技术、计算机技术为主的高新技术被广泛的应用在社会多个生产领域，它们已经成为高新技术的代名词。而计算机数据通信与网络技术作为分布交互仿真的关键技术之一，它也是造成我国信息技术与国外信息技术差距的主要原因。因此我们有必要对分布交互仿真的概念和特征进行研究和分析。

1.1分布交互仿真概念

分布交互仿真是一种综合性仿真环境，它一般采用协调一致的结构、标准和协议，通过网络设备将分散在各地的仿真设备进行互联，其特点主要表现为分布性、交互性、异构性、时空一致性和开放性。分布交互仿真技术主要解决两个问题：一是使大规模复杂系统的仿真成为可能；二是降低仿真成本。分布交互式仿真技术可以实时计算并生成一个反映实体对象变化的三维图形环境。通过计算机等设备，实验人员不仅可以“进入”这种虚拟环境（主要是视觉听觉环境），直接观察事物的内在变化并与其发生相互作用，还能通过开放式的中断处理来模拟各种随机事件，给人一种“身临其境”的真实感。

1.2分布交互仿真的发展

在分布式交互仿真发展的早期阶段,通讯层和应用层是很难截然分开的。在应用层,为了能将实体的数据传给其它实体,每个仿真应用都为自己所生成的实体定义了一个结构或数据块,其中包括了传送实体信息所必要的数据定义。这样的数据可称之为“不规范的数据”。可以说,这种数据定义方式完全满足了实体间数据交换的需要,但缺点是每个实体的数据定义各不相同。每个仿真应用中不但要有本地实体的数据定义,还要有其它节点的实体的数据定义,才能在接到一个数据包后按照正确的格式来理解它。当网络中要增加一个新实体时,其它仿真应用中都要增加这一实体的数据定义。也就是说,每增加一个实体就要对网络中所有的仿真应用进行一次修改。

1.3分布交互方针的特征

分布交互仿真最大的特征便是没有中央服务器。分布交互仿真是严格的对等网络结构,在它里面所有数据传送给所有仿真应用,而数据的拒绝与接收依赖于接收者的需要。取消了中央服务器,分布交互仿真减少了由于一个仿真应用向另一个仿真应用传送信息的时间延迟。时间延迟严重影响网络仿真的实时性和有效性。举例说明,当一仿真应用向目标开火以后,被击中的目标必须尽可能快知道将要发生的军事行动,使其作出相应的防卫反应,通讯设备的延迟引入可能导致对方力量的加强,战场态势的变化。

2分布交互仿真中数据通信的研究

随着信息技术为主的高新技术发展和广泛应用，计算机数据通信与网络技术得到前所未有的重视，它已成为分布交互仿真技术中的关键所在，这也是造成我国分布交互仿真技术与国外存在差距的主要原因之一。同时，由于我国没有分布交互仿真技术规范和标准，这使得我国的分布交互仿真技术研究存在多样、复杂以及多元化特征，因此就需要我们在工作中给予高度重视也探索。在目前的实时数据通信技术分析中，它主要包含了数据传输的准确性、及时性，数据发送的可行性、方便和快捷性，信息接收系统的智能性和自动化要求。

2.1数据通信的应用现状

经过的一段时间的研究表明，分布交互仿真技术中实体的数量在不断增多，仿真性能和仿真优越性也发生了翻天覆地的变化，这就给接受领域的额工作人员大大的增加了负担，使得整个管理实体数量发生了一个瓶颈。此外，在这种交互方式中，我们需要满足人们在回路上存在的仿真需要，但是对事件驱动、时间驱动上存在的仿真问题则无需要给予过多的重视和分析。

2.2实时数据通信协议分析

实施数据通信是基于网络条件下的计算机数据分析，它在应用的过程中是以网络通信部分和实现基础为标准的，它在应用中需要解决的问题就是如何将信息从网络的一个节点快速、准确的传递给另外一个节点，这个过程中是一个快速、及时传递的过程，它和人与人之间的交流一样，采用合理、简单的语言进行沟通无疑要比复杂的语言快捷的多。因此，在通信协议的制定中，它是针对网络通信为基础开展的，协议利用是否合理、科学和科学将直接关系到网络通信的实现，也决定着网络通信工作的开展。在一个分布式交互仿真系统中，必须要以科学的通信标准进行控制。在目前的交互仿真系统中，常见的协议包含了TCP/IP协议，它在应用中是以传输控制协议、网络访问协议为核心，它已经广泛的被世界多个国家重视和认可。目前,HLA网关能转化各种协议使用的PDU类型:实体状态、开火、爆炸和碰撞,这些能够支持DIS的仿真器。HLA网关预定是以联邦对象模型(FOM)为依据的数据,它们放在设置文件中,且在运行时改变。另外RTI还提供询问、删除以及时间管理等服务。

3结束语

篇2

【关键词】计算机；仿真技术；发展；应用

1计算机仿真技术简介

随着计算机技术的发展，计算机仿真成为可能，使用专门的软件，借助多媒体技术可以给人身临其境的感觉。仿真技术的发展，很大程度上得益于控制工程技术的发展，在控制工程中需要使用计算机进行仿真实验。计算机仿真技术的应用能够加快产品开发周期，提高产品质量，提高工作效率，减少经费开支。

2计算机仿真技术原理

通常情况下，计算机不能够对外界信息进行认知，因此需要建立相应的数学模型来反映事物的本质特点。通过数学模型能够清楚地反映出研究对象的特点，通过模型转换，使用计算机算法等将数学模型转化成计算机能够处理的形式，也即建立仿真模型。仿真模型是计算机仿真的关键，再进行仿真实验，通过仿真实验对之前设置好的模型进行模拟，获得仿真结果。对仿真实验的结果进行评价通常采用反向验证和置信通道法。

3计算机仿真技术应用

随着信息技术的发展，计算机仿真技术得到了广泛的应用，改变着传统的生产生活方式。计算机仿真在交通工程、制造领域、教育领域等都得到了较好的应用。

3.1交通领域

人和车辆是交通的主要组成部分，要考虑安全的前提下，提高交通效果。交通安全仿真通过虚拟技术，增加各种诱发因素，进而对某一路段的交通安全情况进行评价。计算机仿真可以有效地对交通安全进性评价。仿真过程能够实现可视化操作，能够更加直观地进行分析，不同于传统的数值仿真。比如，对某路段进行交通安全评价时，传统的绝对数和事故率方法可以进行评价，还可以在虚拟环境中设置不同的交通工具，考虑人的行为感知的情况下，进行评价。

3.2制造领域

制造业是国家的第二产业，对各行各业影响深远，汽车制造是制造业的重要组成部分。实验课题难度大，成本高。计算机仿真可以很好地解决这个问题，比如对碰撞试验来说，通过建立相应的数学模型，可以对实验过程进行模拟。

3.3教育领域

使用计算机进行模拟仿真分析已经成为当前重要的研究方法，在教学模拟实验中，采用多媒体可以很好地提高教学水平。计算机模拟实验能够在相关实验设计思想和方法的指导下，改变传统教与学、理论与实践的关系，发挥研究人员的主动性。计算机仿真模拟可以加深对相关理论的理解，提高实验水平。

3.4计算机仿真技术在其他领域的应用

计算机不仅仅在交通、制造、教育领域得到大量应用，在军事领域、消防、音乐等领域均有较广泛的应用。通过计算机仿真，可以使用模拟驾驶器进行模拟，从而降低战机、战车、燃油的损耗，在进行军事武器研发时，可以缩短研发周期，降低研发成本。计算机仿真在消防中的应用，可以对现场的温度、空气流动速度、火荷载、逃生路线等进行模拟，从而提高应对突发事件的能力，提高设计科学性。

4计算机仿真技术的发展方向和趋势

4.1计算机仿真技术发展方向

网络化仿真。仿真系统开发兼容性不强、开始周期长，费用昂贵，难以实现信息共享，随着计算机技术和网络技术的发展，计算机仿真技术取得了较大水平的提高。利用网络技术的优势，可以实现仿真系统共享。系统的网络共享能够提高资源的利用效率，避免不必要的重复开发，减少科研经费。虚拟制造技术。虚拟制造技术发挥计算机仿真技术的虚拟现实技术的优势，使用计算机完成对产品的管理和控制，虚拟制造技术已经成为计算机仿真技术发展的重要方向。

4.2计算机仿真技术发展趋势

随着计算机技术和仿真技术的发展，仿真技术很好地解决了各学科发展中的问题，很大程度上提高了工作效率，更加形象直观地进行仿真实验，节约了产品开发周期，降低了开发成本，提高了产品质量。计算机软硬件性能得到了较大水平的提高，进一步促进了仿真技术的发展。仿真技术主要朝着面向对象的仿真建模、分布式仿真、智能仿真等方向发展。

4.2.1面向对象仿真建模发挥计算机的符号处理能力，可以提高人们对仿真对象的认知速度，与传统的人工建模有着较大的进步。面向对象的仿真建模，可以最大程度提高系统的建模能力。此外，面向对象的仿真建模操作难度小，更容易使用，可以发挥仿真技术的优势。

4.2.2分布式仿真分布式仿真将不同分布位置的计算机通过网络进行连接，形成时间空间相互祸合虚拟仿真环境。分布式仿真系统由几个子模型组成。部分是仿真系统中，主要有动态、静态数据分割技术、功能分割技术等。

4.2.3智能仿真在仿真的不同阶段引入知识表达和处理技术，可以缩短仿真建模时间，提高模型效率，帮助用户做出最优决策，及时修正模型，界面更加智能化，增加仿真系统的寻优能力。

4.2.4其他仿真一些仿真可以实现高度的可视化，对仿真过程进行形象展示，便于研究人员真实地对仿真过程进行分析，易于理解。动画仿真能够将声音、视图等元素加入其中，交互性更强。

5结语

计算机仿真伴随着其他学科的发展而快速发展，随着计算机技术的快速发展，计算机仿真技术很好滴解决了其他学科的问题。计算机仿真经历了从简单的原型到物理模型，再到今天的动态显示仿真过程，并可实现可视化操作。多媒体技术、人工智能、可视化等技术同仿真技术的结合，仿真技术的发展和应用将更加广泛。在不远的将来，计算机仿真技术在生产生活中会发挥更大的作用，促进社会经济的发展。

参考文献

[1]王莉.计算机仿真技术在自动化物流系统中的应用[J].自动化与仪器仪表,2015(04):51-52+55.

[2]周杰.档案高仿真复制技术——档案馆应用传统手工复制和计算机高仿真技术的研究[J].档案学研究,2013(05):54-57.

[3]胡媛,吴正一,胡小峰,戴星.计算机仿真技术在优化就医序列中的应用研究[J].中国医院管理,2013(06):33-35.

[4]李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,吕定雄,冯乃祥.我国铝电解槽计算机仿真技术的研究发展及现状[J].材料与冶金学报,2010(03):173-179.

篇3

关键词　列车自动监控， 仿真培训系统， 分布式结构， 数据缓冲

城轨交通列车自动控制(A TC) 系统中的列车自动监控(A TS) 子系统位于管理级，列车进入正线运行要接受该系统的指令信号。它主要完成列车的调度和跟踪，运行时刻表的调整控制和监督，列车进路的控制和表示，系统状况、报警信息的显示和记录， 统计汇编、系统诊断等功能，对提高行车效率起着重要作用。本文利用现代仿真理论，并结合ActiveX 组件等新技术开发的A TS 仿真培训系统，是实际工作环境下培训行车调度员的一种高技术工具，为提高操作人员和技术人员的素质提供了良好的培训手段。

1 　系统体系结构

A TS 子系统由控制中心的A TS 设备( 通称CA TS) ， 车站A TS 设备和车载A TS 设备组成。CA TS 由A 、B 两套冗余系统组成，每套又分别包括控制处理机和通信处理机。两套计算机系统通过转换模块与外设相连，通过调制解调器与轨旁A TS 设备相连，通过以太网与4 个工作站相连。下面结合A TS 仿真系统的特点，介绍培训系统的网络拓扑和三层分布式结构。

1. 1 　网络拓扑结构

考虑到仿真与培训两方面的需要，培训中心内部局域网采用了星形结构，通信介质为双绞线。以应用服务器为中心，以数据库服务器为基础，通过教师机、学员机终端为用户提供服务。其拓扑结构如图1 。

图1 　网络拓扑结构图

1. 2 　三层分布式结构

三层客户/ 服务器体系结构是在两层客户/ 服务器体系结构的基础上发展和成熟起来的，它建立在分布式技术的基础上，将业务处理从客户程序中分离出来，形成独立的应用程序服务器，从而将应用系统分为界面、业务和数据访问等3 个功能层次。

系统具有以下优点: ① 系统的界面层与业务层相互分离，无论是界面层的改变还是业务层的改变， 都可以做到互不影响，因而有利于系统的维护和功能的扩充，增强了系统的灵活性。② 业务逻辑在应用服务器上实现，而不是在每一台客户机上实现。同时，对数据的访问也可以做到只通过应用服务器进行，从而增强了系统的安全性，并实现了“ 瘦客户端”。③ 学生机、教师机终端需要的数据可以在应用服务器中进行预处理或全部处理，然后再将处理结果传给它们，从而降低了网络通信量。

2 　系统功能模块

把系统按功能分解成不同模块，各模块间相互独立。这种分布的体系结构及模块间的独立性，保证了系统具有良好的可扩展性。当地铁线路增加时，可方便地扩展ATS 基本操作、故障设置等功能。对调度中心实际运行的ATS 系统进行深入了解后，根据用户的需求，将系统分解成7 个模块，如图2 所示。

图2 　系统功能模块图

2. 1 　终端显示模块

终端显示模块提供人机交互的界面，使得整个仿真培训系统能够灵活地适应不同的需要。ActiveX 控件是一种可重用组件，它支持广泛的ActiveX 功能，并且可以根据特定的需要定制一些特殊功能，允许公开一些属性和方法，供其它应用程序调用。仿真培训系统有股道、道岔、信号机、站台及车次窗等几种ActiveX 控件，通过它们可以方便地生成各集中站站场界面。

2. 2 　模拟列车运行模块

这一过程包含两个线程:主线程除了按照模拟驾驶员的命令实时改变列车行驶速度外，每隔一个微小时间段就按照在股道上从前到后的顺序模拟每个列车对象的行驶过程。辅助线程则负责两个进程间的消息传递，即发送和接收数据。由于前方列车所处的位置会影响确定后方列车目标点的过程，所以进程按照在股道上从前到后的顺序来处理每个列车对象。

2. 3 　ATP 模块

为保证列车运行安全，系统设置列车自动防护(ATP) 逻辑，防止列车冒进或者列车追尾事故。在ATP 逻辑中，控制列车速度主要有两个因素:一是与先行列车的间隔距离;二是列车运行进路情况，包括前方进路是否存在弯道及道岔状态等。图3 是一条ATP 速度命令控制线。当先行列车在0 T 区段， 1 T 必须空闲，后续列车若在2T ， 它收到的限速命令应为0 ， 即后续列车在闭塞分区2T 的出口端必须停车，并有1 T 闭塞分区作为保护距离;若1 T 、2T 空闲，后续列车在3T ， 那么后续列车接收到的是20 km/ h 的速度命令;同理，当1T 、2 T 、3T 、4 T 、5 T 、6 T 、7 T 都空闲，运行于8 T 的后续列车收到的速度命令为80 km/ h 。可见要使列车运行于最高速度80 km/ h ， 其前方必须空闲7 个闭塞分区。

图3 　ATP 速度命令控制线

当然，根据线路情况、车辆性能、轨道电路特性等，应进行闭塞设计，划分合理的闭塞分区，从而产生ATP 速度命令控制线，作为ATP 速度命令选择的逻辑依据。

2. 4 　ATS 操作模块

主要完成六大类功能的控制:信号控制命令、列车描述功能命令、列车调整命令、计划控制命令、列车运行模拟命令、列车运行图命令。例如信号控制命令主要实现设置控制模式、设置终端模式、进路控制、控制信号机、呼叫车站、区间限速等功能。

2. 5 　故障设置及处理模块

以实际案例为基础，在教师机上模拟故障设置及进行故障处理。设置的故障主要包括信号故障、车辆故障及时刻表故障，学生则根据故障情况进行适当处理。在中央完成的操作由学生机执行，需由现场、车站或司机完成的操作在教师机上完成。

2. 6 　教学考评模块

主要实现广播教学和实验考评的功能。广播教学可以将教师机的电脑屏幕画面等多媒体信息实时传送广播给全体、群组或单个学生。实验考评由教师机指定相关题库，学生根据相应现象进行实验操作，每题设定分数，操作成功通过，操作失败不通过。该模块将学员档案记录于系统中，对学员培训过程进行全程跟踪，全面掌握培训效果。

2. 7 　数据存储和管理模块

为了构建数字化站场，进行列车模拟运行、进路搜索，将A TS 仿真数据库数据分为静态数据和动态数据。描述信号点逻辑关系和时刻表数据构成系统的静态数据;系统运行后不断变化的列车信息、信号点状态等则构成系统的动态数据。仿真数据库结构各部分关系如图4 。

A TS 仿真培训系统使用SQL Server 作为数据库管理服务器。鉴于其响应速度难以满足实时仿真的要求，因此采用了数据缓冲的方法(见图5) ，将仿真时需要的数据事先加载到仿真终端，写回数据库的数据也在这里缓存。缓冲算法如下: ① 在内存中开辟数据缓冲区(仿真程序开始运行); ② 与数据库建立连接; ③ 查询所需数据，并存放在输入缓冲区; ④ 将结果存放在输出缓冲区，并写回数据库(仿真程序结束); ⑤ 删除缓冲区。

图4 　数据库结构图

图5 　数据缓冲

3 　结语

本文给出了一个A TS 仿真培训系统的设计方案。该系统利用同一局域网内的多台机器，分别模拟列车运行、进行教学培训。利用计算机仿真技术对职工进行培训是一种高效的技术培训方法。

参考文献

1 　上海地铁总公司. ATC 系统操作手册. 1996

2 　日本铁道电气技术协会. 地铁电气设备丛书. 1994

篇4

关键词：分布式系统，综合化，动态化，前期仿真

 

0.引言

智能建筑的基本问题实质上是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。它实现的核心是系统集成，也就是说通过系统集成实现综合共享，提高服务质量和工作效率，达到多快、好省和高效的目的。然而，随着社会信息化进程的日益发展和受人们对经济日益国际化趋势的认同，智能建筑必将呈现出新的态势，这种态势体现在进行系统集成的同时，考虑建筑物的异构性、分布性、动态性和碎片性等因素的影响下，应充分体现系统的分布化、综合化、动态化和智能化，这是建筑智能化进程中一个必须重视的战略性问题。另外，任何工程对方案的考核是至关重要的，就智能大厦而言，对方案的考核是一个不容忽视的问题，所以对设计方案的前期仿真很有必要。

1.一体集成的分布化

智能大厦的系统一体化集成实质上是建立在系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成的多种集成的基础上的一门高新技术。智能一体化集成化的本质是计算机网络的管理。传统的集成式网络管理系统难以适应网络规模日益扩大、网络元素日益复杂的楼宇智能化要求，需要引入分布式管理方法。

分布式管理就是将管理的功能合理地分布于多个管理实体，以便有效、及时地对网络资源进行监视、约束和控制，提高响应效率和扩展功能，更好地实现网络管理目标。一个实际的网络系统，可以根据管理的需要，按照地域、功能子系统、网络等定义相对独立的管理域并选定其管理者；各管理域通过管理者的交互实现全局管理目标。管理者之间的交互有两种结构：层次的和全分布的。层次结构是通过上层管理者与下层管理者的交互来完成各管理域的管理者之间的协调。全分布式结构是一种对等结构，采用该方式的管理者之间能直接对等通信。一个实际的应用系统，管理的分布化的过程就是将管理应用功能由集中式客户机/服务器（Client/Server）模式转移到分布式计算平台的过程。分布式计算平台的目标是实现跨平台资源的透明互操作和协同计算。

当前支持分布式计算主要有两类环境：基于过程的分布式计算和面向对象的分布式计算。目前的主流是后一类。如基于CORBA（CommonObject Request Broker Architecture，公共对象请求体系结构）和Java的计算，它们采用面向对象的技术，提供对象式的应用编程接口，主要是针对重用和异构环境下的操作问题，这对相对庞大和复杂的智能大厦系统是非常适用的，目前CORBA技术已引起业界的关注和重视[5]。CORBA是一个开放式跨平台的、语言独立的分布式标准，它引入的概念屏蔽了下层的网络传输，利用面向对象概念，实现分布式应用软件的可重用性和可扩展性，既大大简化了分布式应用系统的开发和维护，又便于异构环境下的集成，具有更高的可用性和可靠性的优点。目前遵从CORBA规范的产品主要有Inprise公司的VisiBroker,IONA公司的Orbix,Digital公司的ObjectBroker,IBM公司的Component Broker等，将基于面向对象的分布式计算技术引入智能建筑是顺应技术潮流的，同时它应是甲乙类智能建筑的技术要求。

另外，分布式管理系统更容易实现大厦的智能化，不仅能实现管理的并行性和分布性，而且具有对管理活动的全过程进行多目标、多因素、多阶段、多层次的协调，实现管理系统的整体协调和全局优化。

2.一体集成的综合化

网络是建筑物智能化的基础，系统一体化是以网络为支撑的，网络信息来源于不同实体，随着智能建筑的不断深化，被管理的对象趋于复杂化，复杂化的因素主要有：被管理的对象趋于复杂化，复杂化的因素主要有：被管理的数量、对象的种类、组织的异构性、物理分布、参与组织的单元的数量、服务综合的程度等，这时，由传统的相对单一的网络管理扩展为基于分布化的网络综合管理是环境的必然要求。

环境是系统存在、变化、发展的外部条件；系统与环境相互作用、相互影响，进行信息、能量或物质的交换。

综合管理是指确保系统的所有资源根据其目的而有效运营的所有手段，它是系统与环境相统一的产物。有关综合管理的平台也在不断涌现和改进，如基于事件（event）的驱动轮询方案，基于CORBA平台的方案。论文大全。

3.一体集成的动态性

事物的发展是m相对稳定的，在相对稳定的情况下，随着环境的需要仍在不断的发展和完善。智能建筑系统一体化集成的动态性是基于分布式的管理系统，也只有分布式的管理系统才能更好地实现其动态化。

动态化有两个含义：其一是故障的检测与动态重组恢复；其二是系统具有可扩展性。分布式系统具有故障诊断软件包，采用互查技术来检测系统发生故障的部位，并进行处理，动态地分配或重组系统，使系统工作于可靠状态。分布式系统采用并行处理技术，可满足智能大厦分阶段建筑使用的要求，边组织，边开通，从而减少了一次性开通的难度和避免了一次性投资的方式。另外分布式系统的硬件和软件都是模块化的，模块的连接嵌入比较方便，能够很好地配合日益扩大的系统需求，便于提高和完善系统的性能，保障了系统的动态先进性。系统的动态化要求使用动态的管理策略，由于Java和CORBA的迅速发展，动态管理技术也在日趋成熟。

4.前期仿真

智能大厦的建设除了要达到预期的目标，即提供安全、舒适、快捷的优质服务，建立先进、科学的综合管理机制，节省能源和降低成本，还要达到系统的优化配置以减少投资。这就需要在工程实施前对系统设计的基本要求和功能进行考核，以便查漏补缺和修正。论文大全。另外，因为智能大厦的网络集成不同于研究试验网，网络系统可靠性、开放性等要素对大厦的智能化管理和提高运行效率具有十分重要的意义，所以，对智能大厦的前期仿真就显得不仅十分必要而且十分重要。

由美国的Cleve和Moler博士在1980年前后创立的、正在蓬勃发展的Matlab为系统的动态仿真提供了良好的环境。Matlab的家族成员之一的Simulink为系统的仿真更是提供了极大的方便，综合其它软件的使用可以使该软件在智能建筑的CAD中发挥更大的作用；此软件也能为其它软件提供良好的接口，便于SynchroHome等智能化集成系统软件的调用。论文大全。该软件有两个明显的功能；连接与仿真。首先利用鼠标在模型窗口上画出所需的系统模型。然后利用软件提供的功能对系统直接进行仿真，在系统的任何节点上可以输出波形，从而更好地监控系统的工作过程，并实时地对系统模型进行修改以达到预期目的。这种思想和方法适合于智能大厦一体化集成的仿真与分析，相信基于Simulink的仿真技术必将在智能建筑的CAD中打开一个崭新的局面。

5.结论

通过以上分析可见，随着智能大厦进程的不断加快和深化，随着“数字城市”和“数字地球”研究的不断深入，智能大厦系统集成的主要趋势将是分布化、综合化、动态化，它们之间的关系是相辅和承和互相促进的；同时由于智能大厦的建设是一种投资行为，对其进行前期仿真是十分必要性。

篇5

关键词关键词：航天测控；HLA；仿真系统

中图分类号：TP301

文献标识码：A 文章编号：16727800（2014）002002903

0引言

高层体系结构HLA（High Level Architecture）的显著特点是通过运行支撑环境RTI（RunTime Infrastructure）提供通用的、相对独立的支撑服务环境，将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开，将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层传输三者分离，隐蔽了各自的实现细节，从而使各个部分可以相对独立地开发，支持各种同构或异构仿真应用之间的互操作，支持仿真系统的可扩展性[1]。HLA日益成为当前仿真技术发展的主流，被美国国防部确定为军用仿真标准，被IEEE定为国际分布仿真通用标准。

随着航天事业的蓬勃发展，航天测控领域需要根据不同的需求和目的实现测控设备的资源重组，利用HLA仿真技术实现航天测控系统的模拟训练和仿真演练，具有安全、经济、可重复、无风险、不受特定任务限制的特点，既能进行常规操作训练，又能进行任务状态下的培训，可以提升学员对各种异常情况的应变处理能力。航天测控训练仿真系统具有良好的可扩展性，方便用户根据需求对系统进行改造升级。

1系统建模

1.1系统组成

在HLA中，为实现某种特定的仿真目的而组织到一起，并且能够彼此进行交互作用的仿真系统、支撑软件和联邦对象模型构成了一个联邦，所有参与到一个联邦中的应用系统被称为联邦成员。HLA规定了联邦和邦员必须遵循的规则，各邦员之间通过运行支撑环境（RTI）实现信息交互[2]。

训练仿真系统采用HLA体系结构。确定联邦成员，将联邦功能合理分配到联邦成员，合理设计联邦对象模型和邦员的仿真对象模型，是模拟仿真训练系统实现的关键，也是使联邦及其邦员具备与其它仿真系统进行互操作的能力，并能够在其它仿真系统中得以重用的关键。

通过对航天测控训练仿真系统需求进行分析，将航天测控训练仿真系统设计为一个联邦，由系统监控邦员、动态模拟邦员、训练考核控制邦员、任务场景邦员、视景显示邦员、训练考核评定邦员构成。①系统监控邦员提供系统操作的人机界面，完成全系统的运行管理任务；②在航天测控训练仿真系统中，没有分机硬件设备，由动态模拟邦员仿真硬件设备的各种状态，对实战任务和各种联试状态下的目标特性、系统状态、测量信息、遥测信息、数传信息等进行动态模拟仿真；③训练考核控制邦员完成用户权限控制、训练考核控制、训练科目管理、任务场景管理、训练考核结果管理、操作辅助提示、目标库管理、辅助提示操作管理等任务；④任务场景仿真邦员完成对任务场景中指定时段内目标飞行器的弹道数据、塔标数据的仿真任务；⑤视景显示邦员完成任务场景三维显示任务；⑥训练考核评定邦员根据选择的训练科目、考核评定设置信息、学员操作信息、系统状态信息等完成对训练操作的考核评定任务，形成考核成绩报告。

1.2FOM/SOM设计

对象模型模板OMT（Object Model Template）是HLA标准的重要组成部分，用来描述HLA对象模型的结构框架[5]。HLA通过OMT定义了两类系统：一类是用来描述联邦中的各个联邦成员，即创建单个的HLA仿真对象模型SOM（Simulation Object Model），建立SOM的目标在于使它成为一个通用的、独立于具体的联邦应用模型；另一类是用来描述一个联邦中相互之间存在的信息交换特性的那些联邦成员，即创建HLA 的联邦对象模型FOM（Federation Object Model），建立FOM的目的就是借助OMT提供的标准化记录格式，对一个特定的联邦中各联邦成员之间需交换的数据特性进行描述，以便各联邦成员在联邦的运行中正确、充分地利用这些数据进行互操作[3]（在HLA 中，互操作定义为：一个成员向其它成员提供服务和接受其它成员的服务）。

FOM/SOM是一种建模的技术和方法，它便于模型的建立、修改、生成与管理，便于对已开发的仿真资源进行再利用，使建模过程走向标准化[4]。具体而言，FOM定义了一个联邦内成员间所有用于交换的数据的详细说明，如公共的对象类及其属性、交互类及其关联的参数等信息；仿真对象模型SOM定义了每个邦员提供给联邦的自身能力的详细说明。

对象类和交互类的设计实际是确定各个联邦成员之间的数据流和控制流。各个联邦成员通过其它联邦成员感兴趣的对象类和交互类，订购自己所需要的对象类和交互类，实现联邦成员之间信息交换和互操作。

1.2.1对象类和交互类结构表设计

表1是为航天测控训练仿真系统定义的对象类结构表。在对象类结构表中，列出了几个主要的对象类，它们包含各自可能参与信息交换的一组属性数据。目标类代表目标飞行器，目标飞行器的位置信息由任务场景邦员仿真得到，被动态模拟邦员用于测控站状态参数的仿真，被视景显示邦员用于确定三维任务场景中目标的位置。测控站类代表测控系统设备，其设置参数（设备工作参数）由系统监控邦员设置，状态参数（包括设备状态和测控数据等）由动态模拟邦员模拟仿真得到，设置参数和状态参数是训练考核评定邦员进行训练考核评定、产生辅助操作提示信息的依据之一，视景显示邦员则根据测角数据显示测控站的天线指向。训练考核状态类代表当前的训练考核状态，由训练考核评定邦员产生，训练考核控制邦员显示。

表2是航天测控训练仿真系统定义的交互类结构表。现实中所有的事件都是由特定事物发出，也是由特定事物接收的。对于交互类来说，所有的交互也是由仿真中的实体发出和接收。所以在交互类结构表中，各交互类都有特定的初始化邦员与接受邦员[6]。表明该交互类可被成员初始化并发送，可被成员感知该交互但不响应；表明该交互类可被成员初始化并发送，可被成员响应。

3结语

本文对航天测控训练仿真系统的设计与实现进行了描述。航天测控训练仿真系统提供了航天测控的模拟环境，为相关人员的教学、培训和训练提供了仿真平台。同时本系统可进行二次开发，应用于更大规模的航天仿真系统中。

在航天飞行器日新月异的今天，航天测控系统需要的不仅仅是传承，更重要的是创新，而HLA仿真系统的跨平台可移植性与可重用性恰恰使传承与创新完美地结合在一起，既节省了开发时间与成本，又使系统具有很强的可扩展性，能够适用于未来更高要求的航天系统。

参考文献：

[1]FREDERICK KUHL，RICHARD WEATHERLY，JUDITH DAHMANN.计算机仿真中的HLA技术[M].付正军，王永红，译.北京：国防工业出版社，2003.

[2]周彦，戴建伟.HLA仿真程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]戴婷婷，马忠锁.基于HLA的卫星测控仿真系统[J].电脑知识与技术，2010（1）.

[4]陆晋荣，樊忠泽，聂冲.航天发射一体化仿真训练系统[J].载人航天，2009（3）.

篇6

【关键词】虚拟现实 仿真实验教学 应用

实验教学工作在理工科教学活动中扮演了重要的角色，有利于巩固学生的理论知识学习成果、深化学生掌握及理解知识的能力，培养并强化学生分析及解决问题的能力。现阶段，受实验室条件的限制，在实际的理工科实验教学活动中，学生们往往借助虚拟现实技术在相关模型上开展实验研究工作。目前，虚拟现实技术在仿真实验教学中广泛应用，收到了显著的成效，极大地推动了仿真实验教学的进步。

1 虚拟现实技术的内涵及主要语言

虚拟现实技术简称VR，其是一类可以体验及创建虚拟世界的计算机仿真系统，借助计算机生成相应的模拟环境并使用户沉浸至该环境之中。虚拟现实技术是仿真技术研究与发展的一个重要方向，其是计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人机接口技术及网络技术的高度融合，是一门复杂程度极高、应用空间广阔的新型技术。

就目前状况而言，VBML语言是虚拟环境构建工作所使用的主要语言，其能够有效灵活地将二维图形、三维图形、视频及音频等效果调和于一起，从而创造出一个综合性极强的虚拟场景，并为虚拟场景赋予较强的实时感及空间感。用户可以在虚拟场景中随意巡行，而且能够对场景中的相关对象进行交互式的操作。

2 虚拟倒立摆三维场景的构造

VRML是重要的虚拟现实建模语言，人们利用VBML语言能够快捷、有效地建立虚拟三维场景。作为虚拟空间的文本性描述，VBML文件可以由任意一个记事本生成，而“.wrl”是VBML文件的扩展名。经验表明，在建模工作中运用VBML较为困难，需要经历大量的必要程序，不仅无法实现所见即所得，还要编写大量的程序代码，工作量极大。

MATLAB中自带了一个三维物体构造软件包，软件包的名称为V-Realm Builder，该软件包的功能十分强大，其能够提供一个优质的集成开发环境，支持VBML的浏览器能够看到该软件包所生成的虚拟世界及三维物体。V-Realm Builder既能够简化三维物体的创造工作，同时还可以提供极为强大的三维物体编辑功能。使用者能够直接对界面中的每一个域及节点进行开展编辑工作，而且相应的场景立刻得到显示与修改。使用者能够轻松、便捷地进行节点修改、编辑与增加操作，绝大部分编辑功借助鼠标即可完成。V-Realm Builder的VBML的构造能力极其强大，基于此，可以在仿真实验教学中构建虚拟的三维倒立式摆模型。

3 虚拟现实技术在仿真实验教学中的应用

3.1 分布式开发

在仿真实验教学中应用相应的虚拟现实技术而得到分布式虚拟环境系统，该系统不仅可以最大化地满足分布式仿真对共享虚拟环境的各类要求，同时还能够适应复杂虚拟实验环境对计算工作的需要。互联网技术是分布式虚拟现实系统的重要核心，随着互联网技术的不断进步，分布式虚拟现实系统的先进性与完善性逐渐增强，该系统能够促使不同的实验者在不同区域，同一时间内进入分布式虚拟环境中，为异地实验者提供了共同学习理论知识、分享实验经验的机会。

3.2 虚拟现实实验教学中的集成技术

软件系统集成是虚拟现实技术集成的前提条件及重要基础，而系统的集成被视作虚拟现实系统集成的关键表现。由虚拟现实技术建立的实验系统中软件的高度集成能够确保系统集成的灵活性，这种灵活性往往表现在不同层面之上，能够促进仿真实验教学的进步。虚拟现实实验环境中囊括了大量易被系统感知的信息，也含纳了三维立体模型，因此，虚拟实验系统的集成技术能够在缩减实验成本的基础上提升实验教学的质量。数据识别、实验对象的同步、实验模型的标识及数据形态转换技术是虚拟现实系统集成技术的主要组成成分。

3.3 生成实时三维图形

F阶段，虚拟现实技术中的三维立体图形生成技术已较为成熟，对实验效果的同步技术是三维图形生成技术的核心技术之一。通常情况下，若要实现实时生成实验效果的目标，则需要保证三维立体图形的刷新速率不低于16帧每秒。在一定的范围内，三维立体图形刷新速率越快越好，一般认为最佳的三维立体图形刷新速率应不低30帧每秒。虚拟现实技术在仿真实验教学的应用过程中，应当在不降低三维立体图形的质量及数量的基础上适当地提升图形的刷新速率。

3.4 动态环境建模

在应用虚拟现实技术的过程中应当做好动态建模工作。应用动态建模技术的主要目的是构建与仿真实验教学相对应的环境模拟模型，借助来源于现实实验环境中的建模数据，紧密结合实际仿真实验教学的具体需要来建立合适的模型。在三维数据信息采集过程中，需要用到计算机辅助设计技术等技术。在实际的动态环境建模工作中，应当考虑到相关实验设备及实验流程的复杂程度，遴选最合适的建模软件来开展实物三维造型的构造工作。

4 结语

得益于科学技术的高速发展，虚拟现实技术逐渐成熟并在诸多行业中成功应用。新的发展形势下做好虚拟现实技术在仿真实验教学中的应用工作具有重要的现实意义，有利于缩减实验成本、提升实验质量。在实际的虚拟环境构建过程中要注意相关技术要点、遴选最恰当、先进的建模软件开展建模工作，广大教师要不断地提升自身的综合素质，善于总结借鉴优秀的建模经验，从而最大程度地强化虚拟现实技术在仿真实验教学中的应用质量。

参考文献

[1]王宣淋.在建筑领域中虚拟现实技术的应用分析[J].电脑迷，2016（07）.

[2]林凤屏，陈必链，张彦定.虚拟现实技术在医学教学中的应用探析[J].实验室科学，2016（06）.

[3]孙超.浅谈虚拟现实技术在智慧城市领域的应用[J].中国公共安全，2017（01）.

作者简介

董艳雯（1970-），女，河南省郑州市人。硕士学位。现为郑州市技师学院讲师。主要研究方向为电子、教育。

篇7

论文摘要:本文阐述了虚拟现实技术的基本特征，以及在各个领域的应用进展情况，并对虚拟现实技术的发展和应用前景做了展望。

0．引 言

虚拟现实技术是2O世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术，作为一项尖端科技．虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。它的实时三维空间表现能力、自然的人机交互式操作环境以及给人带来的身临其境感受，将从根本上改变人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，为人机交互技术开创一个全新的研究领域。从虚拟现实技术诞生以来，已经在航空航天、船舶建造与设计、军事模拟、机械工程、先进制造、城市规划、地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社会效益，虚拟现实技术与网络、多媒体技术并称为2l世纪最具应用前景的三大技术。

1．虚拟现实技术特征

虚拟现实技术是一种先进的、数字化的人机接口技术，其特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，生成一个以视觉感受为主，包括听觉、触觉的综合感知的人工环境，系统可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化 ．操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，并能与之发生“交互”作用，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。

虚拟现实技术具有以下三个基本特征：

1．1沉浸性。虚拟现实技术是根据人类视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员，有一种身临其境的感觉。

1．2交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互可通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或 动作等自然技能，对虚拟环境中的对象进行触摸或操作。

1．3多感知性。虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得多种感知，亲身体验交互操作的反应与感受。

2．虚拟现实技术的应用前景

虚拟现实技术在船舶建造与设计、企业产品的研发与设计、人力资源 网络培训、房产 开发与展示、城市规划、室内设计、工业仿真、文物古迹仿真、军事模拟等方面有广阔的应用前景。分析如下：

2．1企业产品的开发与设计．特别是一些劳动密集型产品的设计，采用虚拟现实技术进行设计与开发，在减少重复设计、开模损失、废品率等方面有着非常明显的效果。虚拟现实技术开发的产品能够在产品投入制造前先看到产品，在运行前先感受过程或亲历过程，在设计与开发过程无须代价可不断修改产品直到满意，这是一种完全的低投入、崭新的产品设计制造理念；可利用虚拟三维网络技术，对同一设计产品，在不同设计部门进行分布式设计，快速、方便地融合各方技术优势．减少产品的设计时间与设计周期：采用虚拟现实技术可以为许多科研项目、提供虚拟实验，减少真实实验的次数和付出，增加真实 实验的可靠性。总之，虚拟现实技术的开发与应用研究能为产品设计、加工、制造提供相当优秀的开发平台、实验与测试环境。减少产品的测试成本，缩短投放市场的时间，这对于促进高科技产业和制造业的快速发展有着极大的作用。

2．2通过虚拟现实技术构建的三维虚拟装置及没施．操纵者可以身临其境地融入到整个装置的运动环境与运动过程．可以对三维虚拟设备进行仿真操纵，可以查看生产过程、实验与测试过程 、施工过程、供应过程、物流生产过程等活动的过程中各种技术参数的动态值．从而确认现实的系统是否有能力完成预定的任务和如何去完成，也可从中发现运动过程的缺陷和问题，予以改进。在低成本的条件下，发现实际产品或设施的缺陷与不足，为产品投入生产提供时间和质量上的保证。

2.3随着物流的远程化和国际化，物流的流程跨越若干国家、若干种运输工具，客户根本不可能对这个系统进行实地考查，客户在进行业务外包时．又不能只听一些情况介绍或者录像演示的过程做 出最后的判断，在这种情况下，采用虚拟现实技术模拟现实环境，客户可以直接进入计算机系统虚拟的世界，对关键环节进行操纵、演示、观察和分析有关过程的动态数据，以判定此项业务是否可以外包给这个系统；另一方面，第三方物流公司，也需要借助于模拟现实系统，来分析物流时间、物流成本等，以对是否可以接受客户的要求做出决策。因此，虚拟现实技术在物流行业的应用将拓展该行业的国际合作空间，节约成本，做大做强物流业，促进海西经济的快速发展。

2．4在数字化城市建设与研究方面，利用虚拟现实技术，结合传感器技术、多媒体技术，综合应用全数字摄影测量技术、GIS技术、仿真技术等，在提供相关城市数据的基础上可构建虚拟数字化城市。在此基础上建立虚拟城 市的仿真环境，实现城市 的真实环境的再现 以及对规划环境的预见，从而建立可交互操作、集成化和人机和谐的虚拟城市系统。

2．5制造业方面，从制造技术及制造业的发展过程来看，我国在21世纪将长期把信息技术、计算机技术、网络技术融人 AMT的理念中，大规模地采用集成制造、并行工程、计算机仿真、虚拟制造、动态联盟和电子商务等举措，用虚拟现实的方法，将产品的设计阶段和制造阶段融为一体，在设计中就能发现制造中的问题。此外，这一阶段的另一个特点就是可聚集全世界的制造资源来进行全世界范围的合作生产．缩短上市时间，提高产品质量。

2．6人力资源培训方面，随着劳务市场规模不断扩大．大量的人员需要进行培训方能上岗工作，由于培训地点、培训设备的限制，加之培训人员的爆满，培训质量受到很大的影响。推动和加强人力资源的培训，可提升各工种人员的个人素质．保证企业的稳定发展，促进地方经济的又好又快的发展。采用三维虚拟仿真平台，可实现各种人员取得上岗资格必须的培训，同时，也可对企事业单位在职人员进行本专业模拟真实环境的知识更新培训，也方便对新聘人员进行岗前培训，这些培训的最大特色是模拟真实培训环境，实现无需场地、无限次数、无限时问的培训，在提高人员素质的同时，最大化地节约成本。具有非常高的性价比。虚拟 现实技术作为多媒体技术发展的高级阶段，在组织学习中的应用将促使目前组织管理过程中的领导者、员工、媒体之间的关系与地位发生重大变化。在对组织成员进行知识传播、技能训练等方面会得到显著的教学效果。特别是随着计算机网络化的进程．虚拟网络的建设，这一新的学习媒体将在个别化教学、企业教学、学校教学、远距离教学及终身教育中展示巨大的应用前景。

虚拟现实技术与多媒体技术、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术，其应用场合非常广泛．特别在工程和人员培训领域中的应用所产生的经济效益和社会效益、所节约资源是非常大的。

3．虚拟现实技术发展及应用展望

近年来，虚拟现实技术有了很大的发展，如增强现实(AugmentedReality1，将真实环境和虚拟现实的景象结合起来，既便于生成复杂环境，又便于对实际物体的操作；大型网络分布式虚拟现实环境，将分布于多个地点的 VR系统或仿真器通过 局域 网或广域网联结起来．采用协调一致的结构、标准、协议和数据库形成一个在时间和空间上互相耦合的虚拟合成环境，参与者可自由地进行交互作用；多通道人机交互技术，即采用人体多种自然交互手段向系统输入．如手势、语音、头部或身体动作等。

虚拟现实技术潜力巨大，应用前景十分广阔，人类在许多领域面临着越来 越多前所未有 或前所难为而 又必 须解决 和突破 的问题，例如，载人航天、核试验、核反应堆维护，包括新武器系统在内的大型产品的设计研究、气象及自然灾害预报、医疗手术的模拟与训练以及多兵种军事联合训练与演练等。将 vR技术应用于教育可以使学生能够游览海底、遨游太空、观摩历史城馒，甚至深入原予内部观察电子的运动轨迹和体验爱 因斯坦的相对论世界，从而更形象地获取知识，激发思维。虚拟现实设备的价格还过于昂贵，虚拟现实的应用主要处在科学研究和某些商业领域。随着虚拟现实技 术的进一步发展，成本的降低，虚拟技术必定会走向实用化、平民化。

参考文献

[1]徐艳，虚拟现实技术在教育教学中的应用研究[J]，中国科技信息 ，2008．7

[2]石教英，虚拟现实基础及实用方法[M]，科学出版社，2000．

篇8

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

篇9

关键词：智能电网；方案研究；功能展示；概念解读；培训考核

作者简介：焦日升（1963-），男，吉林长春人，吉林省电力有限公司培训中心，高级工程师，高级技师。（吉林 长春 130062）乔焕伟（1981-），男，北京人，国网电科院科东公司，工程师。（北京 100192）

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0202-03

智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。“十二五”期间，随着特高压骨干网架总体形成和智能电网全面建设，国家电网的生产力水平将实现质的提升，对提高大电网驾驭能力、加强专业化和精益化管理提出了更高要求。为了加深对智能电网知识的理解，快速提高智能电网建设和管理水平，通过对智能电网综合展示手段，实现对电力系统各级生产、营销、管理等岗位人员在智能电网建设方面起到技术引领、示范体验、概念解读、知识明晰和技术培训的作用，还可以起到对广大学生群体和社会民众认知智能电网的科普宣传作用。

一、原则和标准

1.原则

（1）实用性原则：系统实现以电力系统专业管理和技术人员为应用对象，形象、准确、深入地解读和展示智能电网的关键技术、实用技能，为服务对象提供多层次、多范畴、多角度的培训内容。

（2）生动性原则：系统采用先进的展示技术、智能交互等手段，如交互动画系统、仿真技术、多媒体视频与影片制作、数字沙盘、动态展板、实物体验等，体现虚实结合、动静兼备，加强互动学习与体验环节，促进学员对知识、技能和理念的深度掌握、理解。

（3）一体化原则：系统实现厂网、调控运维、主配微网的一体化仿真，体现智能电网各个环节的有机联系。将仿真培训和媒体展示有机结合，保障培训素材的准确一致和风格一致。

2.标准

智能电网综合展示系统遵循开放式国际标准，主要包括：操作系统接口符合POSIX及OSF标准；数据库接口符合SQL结构化查询语言标准；人机界面基于Windows 2000和Windows XP；计算机通信支持ISO/OSI、TCP/IP协议。

二、展示方案

1.整体平面展示

智能电网综合展示系统在展示设计上将包含入口、序厅、宏观展示区、电网展示区、智能发电展示区、智能输电展示区、智能变电站展示区、智能配电展示区、智能调度展示区、微电网展示区、智能用电展示区、智能用电体验区、实训培训区、设备间区、出口等主体模块。通过从第一个展示区来引导、展示，让培训来宾（学员）按智能电网的智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电、智能调度等六大环节进入每一个展示区，并且能进行完好的过渡。

宏观展示区展示主题：智能电网建设目标、战略规划和指导思想、智能电网主要特征、技术内涵等以及对社会、环境和民众生活的影响、六大环节建设内容。

电网展示区展示主题：某区域电网过去、现在和未来在电力经济、电网结构发展的变化。

智能发电展示区展示主题：智能电网发电部分从总体上把握智能电网环境下所接纳的各种电源的特点，形象地表现智能电网的接纳能力。

智能输电展示区展示主题：智能输电基础知识、组成、特点及发展。

讨论区展示主题：供参观人员停留下来休息和讨论智能电网的内容。

智能变电站展示区展示主题：智能变电的基础知识、组成、特点、在智能电网中的角色及发展。

智能配电展示主题：智能配电基础知识、组成、特点及发展。

智能调度展示区展示主题：智能调度电网基础介绍、电网潮流、调度员调控、智能电网自愈展示以及智能调度的发展。

微电网展示区展示主题：展示微电网的背景、组成结构、微型电源、储能装置、微网结构、转换控制系统等内容。

智能用电展示区展示主题：电动汽车充电设备展示、电动汽车换电系统展示、清洁能源家庭接入方式展示、用电信息采集系统展示、智能营业厅内容。

智能用电体验区展示主题：真实体验家居智能电体过程。

实训培训区主题：本培训区接待培训来宾（学员）对智能电网教学培训，建立面向智能电网运营的职业技术和技能培训软硬件条件，为智能电网建设和发展提供人力资源保障；具备完善而灵活的网络培训组织模式。培训模式可分为独立培训、分组培训。

2.硬件架构

智能电网综合展示系统的每一个模块展示区采用基础装修、液晶电视设备展示、动态展板、数字沙盘、多媒体交互式展示、视频与影片制作、数字沙盘、设备模型等手段进行安装和展示，展示区之间根据需要可以进行互联。硬件系统采用1台数据库服务器、若干台液晶电视、落地触控一体机等硬件设备进行连接。硬件系统架构示意图如图2所示。

三、软件方案

1.软件架构

软件系统架构是由视频展示系统、交互式培训系统一体化设计构成智能电网综合展示软件系统。交互式仿真软件支撑平台解决了分布式仿真培训系统互操作性、分布性、异构性、时空一致性和开放性问题，具有良好的规模可伸缩性，能够满足各模块区域的展示和仿真互动培训的需要。软件系统架构示意图如图3所示。

交互式可视化仿真支撑平台由可视化视频展示、组件化三维建模，数据库管理、人机交互界面等子系统以及模型库构成，为上层各应用提供公共的展示和培训基础服务。

同时软件系统还具有培训管理系统的功能，包括培训业务管理、培训过程管理、系统辅助管理。

2.软件系统组成

软件系统由计算机系统软件、智能电网交互式培训系统、培训管理系统。

3.系统软件

（1）操作系统：Windows 2003 Server简体中文标准版及Windows XP简体中文专业版。

（2）开发工具：Visual Studio 6.0 及Compaq Visual Fortran 6.1。

4.应用软件

（1）智能电网交互式培训系统。智能电网综合培训室软件系统采用展示和培训一体化设计，建立交互式动画培训支撑平台。系统采用高层体系结构规范（IEEE1516标准）和IEC61970标准。结合智能电网培训的特点形成视频展示和软件培训平台，包括展示支撑环境、培训环境、数据库管理及功能模块，为智能电网综合培训室的培训提供支撑。

互动化培训系统是以Intranet网络为硬件平台；软件支撑系统采用先进的基于三层结构客户/服务器模型的开放式、交互式仿真培训软件开发平台。系统不但实现视频互动展示，还可以实现对培训人员专业的全面培训和管理。

1）智能电网视频展示系统。系统采用多媒体技术、丰富多彩的二维、三维动画及技术、配合文字及声音制作视频，内容包括智能电网展示、电网规划展示、智能发电展示、智能输电展示、智能变电站展示、智能配电展示、智能用电展示、智能调度展示、微电网展示。通过智能电网视频展示系统对上述展示内容进行整体介绍，同时介绍各自在智能电网中的角色及所包含的内容和特点、功能、与传统的区别、意义等，快速了解智能电网的内涵。

2）智能电网交互式动画培训系统。智能电网交互式动画培训系统主要包括交互式智能发电、交互式智能输电、交互式智能变电、交互式智能配电、交互式微电网、交互式智能用电、交互式智能调度等动画培训系统。当参观者（培训人员）来到每个模块中，首先通过动画整体视频展示每个模块的总体情况、功能定位、与传统的区别、在智能电网中所处的角色和意义；然后根据自己的认知程度可以通过触摸一体机互动培训系统进一步更深层、更详细地了解本模块内容。在触摸一体机中，可以根据自己的认知程度和学习需要，通过鼠标点击触摸屏上不同按钮的方式学习本环节的全部内容。

5.培训管理系统软件

培训管理系统是一套提供培训综合管理的软件系统，包括培训业务管理、培训过程管理、系统辅助管理三方面内容，可实现电力培训全过程的数据配置、跟踪监控、管理、统计以及培训组织工作的信息化管理、培训流程的规范化管理等功能，能够有效地统一、协同仿真子系统的培训方式，使培训的整体管理方式更加清晰、有效，使培训效率进一步得到提高。

四、系统功能

智能电网综合展示系统由展示系统、交互式培训系统、教员管理系统三部分组成。通过构建智能电网综合培训室整体架构平台，实现展示参观、展示体验、互动培训、智能电网运营的教学培训、技能培训等功能。

1.展示参观/体验

通过智能电网综合展示系统的构建可以接待各行各业的领导、专家、其他培训来宾（学员）参观和体验智能电网，理解国家电网智能电网的建设意义、当前态势、我国智能电网的建设目标、战略规划和指导思想、智能电网主要特征、技术内涵等以及对社会、环境和民众生活的影响。智能电网的主要建设内容应涵盖智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电和智能调度等有机环节。

其目标是宣传智能电网的建设目标、理念和路线，展示智能电网的基本知识、技术体系和应用功能，体验智能电网对社会经济、生态环境、民众生活带来的变革和影响，增强国家电网公司员工在智能电网建设中的责任感、使命感和紧迫感。

2.教学培训

智能电网综合展示系统可对培训来宾（学员）进行智能电网教学培训，建立面向智能电网运营的职业技术和技能培训软硬件条件，为智能电网建设和发展提供人力资源保障。

具备完善而灵活的网络培训组织模式，培训模式可分为独立培训、分组培训。并可由培训机构根据培训对象的要求进行适当调整管理。

可实现自我互动学习培训、老师教学培训、六大环节相关专业培训、考核与鉴定功能，满足不同层次人员的培训的需求。

篇10

计算机应用技术是伴随着计算机的产生和更新换代而发展的。第一代计算机产生之时，计算机体积庞大且功能简单，主要用于科研人员的大型科学计算。以集成电路的应用为特征的第二代计算机的体积与性能相比于第一代都有所优化，一些类型的软件开始出现。第三代计算机采用了大规模的集成电路，其运算速度和可靠性进一步提高，并伴随着个人计算机的出现，走进了普通人的生活中。这时计算机应用软件不断发展，多媒体技术及网络技术的成熟使得计算机迅速应用到了社会的各个领域，并影响到社会的方方面面，这也大大促进的计算应用技术的快速发展，加快了信息社会的发展。

二、计算机应用技术的研究方向及现状

1.计算机图形学计算机图形学涉及造型技术、动画描绘、人机交互、图形生成等，并已在计算机辅助设计与绘图、动画设计、艺术设计、地理信息系统、计算机仿真等领域得到了广泛的应用，图形软件正朝着高性能、开放式和高效率的方向发展。决定计算机图形学发展的是造型技术、真实感图形生成技术和人机交互技术三大技术，而现今迅速发展的虚拟现实技术也是上述三大技术综合研究的成果。

2.计算机辅助技术计算机应用技术与其他领域技术的结合形成了面向特定领域的技术过程及软件，如计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM等。该类型软件已经在汽车、飞机等大型制造业中应用成熟，并推广到机械、电子、服务、建筑等领域。由于该领域技术的迅猛发展，相关类型的软件也不断的涌现并完善进入实用化阶段。

3.图像及信息处理目前图像处理已从专门技术转变为一种普遍应用工具，并广泛应用于图像识别、传输、加工处理等，并向卫星遥感、生物医学、军事侦察、文档修复等领域渗透发展；信息处理是以提高信息服务为目的的，信息系统的集成化、智能化及多媒体化使得计算机协同工作CSCW功能逐渐成为信息系统的基本功能。

4.计算机控制与仿真计算机控制与仿真主要用于监控和分析受控对象的各种状态信息，增强系统的控制及分析效率。目前，计算机控制系统正在由单一系统及过程的局部控制向着大系统、大规模、多对象等的复杂控制，并结合其他相关技术以获得更高层次的控制效果。计算机仿真技术已在工程系统和非工程系统的行为特征分析中广泛应用，而随着网络计算技术的发展，高性能的分布式实时交互仿真系统成为主流。面向数据处理和数值计算的仿真软件和具有仿真建模、试验、结果分析于一体的智能化集成环境研究成为技术趋势。

5.智能应用技术该技术主要以计算机技术展示人类智能行为并研究以知识为核心的各种应用技术，已在工业、金融、军事、金融和科技等部门广泛应用，取得了相当的效益。目前，此类技术正在向着人类自然、本真、智能接受和处理信息的方式发展。

三、计算机应用技术的发展趋势

1.计算机性能的发展计算机应用技术是伴随着计算机性能的发展而发展的，因为高性能计算机的出现将会为计算机应用技术提供施展空间，未来计算机性能向着微型化、网络化、智能化和巨型化的方向发展。同时光计算机、量子计算机、化学计算机、生物计算机的研究与实现，将会为未来计算机具备强大的运算能力和极高的数据处理速度，体积减小的同时存储能力大大提高，且具备更高的可靠性。这一切都讲为计算机应用技术的发展提供广阔的发展空间。

2.集成系统的发展目前，计算机的服务对象越来越广，所要求的服务也越来越复杂多样，对于计算机应用技术、各类软件及应用系统在功能及处理速度等方面提出了更高的要求。因此要求各类专用软件和环境以及介于两者之间的接口不断丰富和成熟以应对各种复杂的工作，并要求软件能多广度的处理问题，更多更广的进行集成

3.智能化系统的发展随着计算机技术在人类社会中的地位越来越重要，一些有关人的活动的模拟研究越来越多，因此要求计算机应用技术的智能化以缩短计算机处理与人之间的差距，并最终以自然、拟人化的方式同计算机交流、为人类服务。

四、结语