虚拟仿真技术方案范文
时间：2023-12-01 17:43:49
导语：如何才能写好一篇虚拟仿真技术方案，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
电缆是机电产品的重要组成部分，电缆的布局直接影响着机电产品的散热性能、抗震性能以及电磁兼容性能，如果电缆的布局不合理，那么机电产品在工作的过程中常常会出现摇摆的情况，端头也会出现脱落和松动，直接造成机电产品在后续的使用过程中出现安全隐患，因此，电缆的布线已经成为机电产品布局和设计中的重点问题，传统机电产品电缆的布线一般使用柔性线缆和胶布进行，在布局前会对产品的实物做好模拟实验，以便确定好电缆的长度、路径以及卡箍的位置。但是，由于传统的模拟布线方法属于串行设计的方法，必须在实物建立完成之后才可以进行布线，且这种布线方法布线的效率低，需要进行反复的修改才能够确定，产品的设计问题往往在模拟试验的阶段才能够暴露出来，也难以对整个布局进行整体的规划，产品的开发周期长、开发成本高，因此，继续探讨一种新型的布线方法，虚拟样机技术就是一种基于智能技术、仿真工程以及网络化的陷阱设计手段，可以才产品加工前对产品的功能、此女岗位、性能以及可制造性进行科学的预测，以便对设计方案进行优化和评估，从而达到最优设计目标。将虚拟技术用在电缆布线的设计过程中，可以在开发初期就得到需要的各种信息，就对布线的结果进行检验，下面就对电缆虚拟布线以及安装仿真技术进行研究。
1 电缆虚拟布线技术
电缆虚拟布线即在机电产品中，用电气系统需求作为性能约束、用刚性组件装配模型作为空间约束，合理的对电缆进行分叉和合并，正确的规划卡箍以及电缆路径的位置，计算出电缆的重量、长度等布线信息，为实际的工程安装提供科学合理的指导。电缆虚拟布线技术是一种综合性很强的设计技术，涉及着几何建模技术等，还要对电缆的对象模型进行建模，规划好电缆的起点、终点以及路径，在电缆虚拟布线技术中，电缆路径的规划是其中的核心技术，也是电缆虚拟布线技术中研究的关键问题。
1.1 布线思路
现阶段下的布线方法有两种，即人工智能布线和人机交互布线的方法，人工智能布线代表方法是Conru自动化布线法，这种布线方法可以在空间约束下进行电缆路径的自动搜索，布线的准确率较高，但是这种布线方法仍然有一定的局限性，突出表现就是性能约束难以实现，布线成功率不高，布线结果误差大。布线的目的就是为了对电缆路径进行科学合理的规划，从而获取关于电缆重量以及长度的信息，人工智能方法在这些方面还存在一些局限性，因此，现阶段下使用人机交互的布线方法进行布线。
1.2 电缆几何建模
电缆几何建模即电缆数学模型的建立，并将建立起来的模型利用现代可视化手段、计算机图形技术将数学模型转化为三维模型，电缆是具有界面信息的曲线，因此需要使用能量优化的方式进行几何建模，电缆几何建模需要满足几个要求：
电缆几何模型必须可以近似的反映出电缆的形态，这种形态包括物理特性以及几个特性，此外，几何建模还需要具备一定的精度。
电缆的长度不宜过长，由于机电产品中布线的空间相对较小，因此，在满足实际需求的情况下，电缆的长度要尽量短，以便满足机电产品的经济性原则。
几何模型的建立应该保证电缆的变形能较小，从力学的角度而言，最小性能的物体可以处在稳定状态，这样就可以在很大程度上延长电缆的寿命，提高电缆工作的可靠性。
几何模型的建立必须要满足电缆最小弯曲半径，电缆在实际的工作条件下，大多会有最小弯曲半径的需求，即电缆的几何模型必须要满足弯曲半径且大于电气系统的最小弯曲半径。
1.3 虚拟布线中的对象模型
1.3.1 刚性组件装配模型
刚性组件就是产品中除了卡箍、电缆等组件以外的刚性部件，包括电气元器件以及机械零部件两种，刚性组件装配模型的信息包括零件信息、装配关系信息以及层次关系信息三种，零件信息就是刚性组件的工程设计属性、物理属性、电气元部件与机械零部件之间的约束关系；装配关系信息就是产品装配模型中的各种电气元器件、机械零部件的相对位置和方向关系；层次关系信息就是产品虚拟样机的转配结构。
1.3.2 电缆路径的规划准则
电缆路径的规划涉及这多种学科，在实际的规划过程中，需要遵循以下的原则：
在电缆的布局过程中必须要考虑到电磁的散热、兼容、抗震以及拆装与维修是否方面，在满足系统需求的前提之下，电缆的长度要尽量短，避免电缆的往返穿越，同时，信号电缆与电源电缆之间要避免距离过近和发生交叉的情况，如果必须要有交叉，相互之间要保持垂直。
电缆应该远离设备内部的部件以及发热元件，且电缆不能应先冷却风道，同时，电缆路径的设置好综合装配工艺进行考虑，保证电缆的长度和路径要满足产品的可装配性。
2 电缆的安装仿真技术
在产品的设计过程中，设计的失误的影响较大，设计中的问题常常会在整个产品的装配阶段中才会暴露，这就会导致开发成本增加，因此，为了较早的检查出电缆设计的合理性，可以将虚拟装配技术应用到电缆的安装方针过程中。
2.1 电缆运动学建模技术
电缆组件在其安装过程中不仅存在形状的变化，也存在位置的变化，因此，可以采用逆运动学法进行建模，在实际的建模过程中，需要对装配件进行完全拆卸，在拆卸过程中，要遵循以下原则：
2.1.1 自由平面的规则
自由平面就是在装配单元中，留有具有自由平面的候选件，在拆卸的过程中，需要根据自由平面法线原则进行拆卸，这种规则可以将深层次的装配单元过滤。
2.1.2 线性自由的原则
作为装配单元，需要具备一定的线性自由度，线性自由度可以保证候选件从装配单元中拆卸出来。
2.1.3 拆卸测试规则
拆卸测试规则可以保证候选件的拆卸可能性，实现具备相互运动趋势两个装配单元之间的可拆卸性。
2.2 装配序列的优化
对于产品的装配问题，除了要考虑装配的可行性，还要考虑到装配的成本、装配的精度以及装配的工时，对于复杂机电产品的装配，装配的顺序变化较多，但是并不是所有的顺序都适宜产品的开发，因此，必须要对装配的序列进行优化。考虑到基准件的选取原则，一般建议选择体积大、重量中、重心位置低，可以用于辅助定位的零件最为基准件，同时，在装配过程中应该从同一方向进行装配，控制好定向的次数，减少消耗的时间，此外，从工程学的角度而言，刚性组件和电缆组件的交叉装配常常发生，但是前者的装配技术更加成熟，因此，在装配过程中要尽量减少交叉的程度，具体的安装过程应该遵循先拆后装的原则，当然，具体的产品对于装配序列有着不同的要求，因此，还要综合考虑其实际要求。
参考文献
篇2
【关键词】虚拟仿真技术建筑工程工程施工
中图分类号：TU198文献标识码： A
工程建筑的信息技术研究与开发，包括工程信息化技术和括管理信息化技术。在建筑工程生产的过程中加强信息化技术的开发，不仅可以提高工程建筑的生产效率，还可以有效提高工程的生产力，提高建筑企业的管理水平。从建筑企业施工应用的需要，结合信息化技术的发展，对虚拟仿真技术实际应用于工程建筑施工中的现状进行分析。
一、虚拟仿真技术概述
仿真是基础学科，通过对理论和相似原理及模型、信息等相关技术作为基础，借助计算机设备作为工具，进行实际的或者设想的动态的综合实验技术研究。有着可控性和无损坏性等优势，而且耗费小，可以多次重复试验，具有强大的生命力与潜力，是目前比较经济有效的综合技术集成法，可以推动科学技术的进步与发展[1]。
仿真是系统模型的创建，通过对模型的试验与研究，进行各种技术的设计，系统的创建可以是机械、土木、电子等类型，也可能是社会、经济与管理非技术的系统类型。虚拟仿真技术已实现了深入的研究也发展，并且和控制、系统及计算机的发展有着十分密切的关系。控制、系统等工程技术的发展推动了虚拟仿真技术发展的脚步，计算机技术则为仿真技术的实现提供了基础的工具和表现方法。
仿真模型可以类似预测器，通过系统的运行，为用户提供系统运行的信息与资料，使用户更好的进行项目的更改与决策实施效果分析。仿真模型就是一种训练器，通过系统的操纵，实现对技术人员或者管理人员的控制。尤其应用于建筑工程领域，虚拟仿真技术能大幅度降低系统研制的成本，使系统保证安全、可靠的运行[2]。
二、建筑工程施工中虚拟仿真技术应用的意义
虚拟仿真技术应用于建筑工程施工中，可能使工程施工前对工程实际的结构位置进行了解，对多种工程施工方法进行尝试，计算出详细的工况应力，使工程设计方案进一步优化，对于工程施工来说具有重要意义。
1、优化施工方案
建筑工程施工中选择何种施工方案，如何对施工方案进一步优化，是工程施工中一直难以解决的问题，这是由于工程施工的鲜明特点决定的，工程施工具有不可重复性，所以，只是凭借工程施工经验，对施工方案的选择进行预估就具有十分明显的局限性。
2、技术革新与引进
建筑工程施工的虚拟仿真技术可以使施工的技术人员实现低成本的施工工艺试验，为新工艺的创新提供了广阔的发展空间，使工程设计人员更好的发挥设计的优势，设计出真正具有实际效果的新技术，使建筑工程施工能够对技术进行大胆的革新，对新技术更快的引进，降低由于使用新技术为工程施工带来的风险。
3、工程施工及建筑市场的管理
工程施工的虚拟仿真技术可以通过预前的模拟仿真施工，对工程施工管理中管理质量、管理安全等进行隐患的排查与预防，强化管理使工程施工质量得到进一步的提高。
建筑市场需要建立规范的标准，虚拟技术可以应用于建筑工程的招投标过程中，通过仿真施工对评标起着重要的参考作用，也可以实现评标的透明化与公正化。
4、安全与生产的培训
建筑工程施工过程中，通过虚拟仿真技术的直观显示，可以更好的应用于工程生产技术流程的培训与安全生产的培训，使施工人员更好的了解工程施工，保证施工安全。
5、虚拟仿真技术带动建筑行业的发展
建筑工程施工行业引入虚拟仿真技术，可以使建筑工程行业全面的发展与进步，使城市规划与市政规划进一步的完善，实现投资意图，更好的开展市场营销。
三、建筑工程施工中虚拟仿真技术应用的现状
虚拟仿真技术作为新兴的学科，并没有形成体系。目前为止，对虚拟仿真技术的应用与研究主要在三方面开展：
虚拟仿真技术建造理论研究，通过建造理论研究，为虚拟仿真技术提供了坚实的理论基础。为建筑工程领域实现可视化的仿真再现，使工程建筑实现更精益的建造、更敏捷的建造等研究方向。这些研究方向，组成虚拟建造核心的技术。
虚拟仿真技术应用于建筑工程中，一般应用于软件研究与系统的开发，例如：CAD技术与虚拟仿真技术的应用结合等方面如对虚拟技术于建筑的设计、建模与仿真中的研究与应用。我国对虚拟仿真技术建筑工程的应用也有了很大的发展，例如：上海正大广场，通过创建虚拟仿真系统，实现了商业建筑与城市场景的虚拟和温游，在建筑物真正建成前，就实现了建筑物建成后的环境虚拟显示。对正大广场钢结构的施工方案，也进一步的选择与优化，通过虚拟仿真技术的应用，为工程施工带来了十分重要的资料与信息经验[3]。
四、虚拟仿真技术在我国建筑工程施工中应用的展望
虚拟仿真技术可以在建筑工程行业取得重大的发展和进步，与计算机行业的发展有着重要的联系，可以说是计算机技术的发展，带动了虚拟仿真技术在工程施工中的应用。
1、虚拟仿真系统对于开发与应用的硬件要求比较高，所以，有必要建造专业的实验室进行虚拟系统的研究，这需要从国外进口设备与软件，需要投入大量资金。而且系统实验的演示效果受研究设备限制，并不适合到处移动。
2、我国对建筑工程的单项开发，也需要国外进口的VR软件平台。我国缺少建筑工程施工中的虚拟仿真系统集成软件，建筑工程施工受很多条件的限制，如果开发项目需要提高工程成本，满足建筑工程集成的软件系统，可以使单项的工程开发提供开发的平台。
3、建筑企业需要引进大量专业的软件人才，进行培养，使软件人才成长为建筑企业发展的主力，但是，专业人才的引进，需要建筑企业投入大量的资金。我国很多大型的建筑企业都有自己企业的设计研究院，这就为技术骨干的培养创造了条件。而且我国建筑工程技术人员已经掌握了一定的软件开发能力，高等院校与技术研究院也对工程中计算机设计软件进行了开发与研究，为计算机集成技术进行了深入的探索与实践，取得了重大的成果。可以说，我国的建筑工程施工行业伴随着计算机技术的发展逐渐完善，使仿真技术获得了实际推广的可行性。
虚拟技术中应用了并行计算的新方法，使仿真平台与编程技术得到更大的开发性，可以应用于更广阔的领域。
建筑企业可以和专业研究院进行合作，对高校与科研机构的专业人才进行合理利用，对虚拟仿真系统进一步的开发与应用。当前社会发展是高新技术的发展，也是信息技术的发展，建筑工程企业一定要对新信息和新技术进行吸收和利用，使工程施工技术实现更大的进步与发展，使建筑工程企业早日实现现代化的管理与施工，使建筑企业提高经济效益，获得更大的市场竞争力。
参考文献：
[1]张利,张希黔,陶全军,等.虚拟建造技术及其应用展望[J].建筑技术,2013, 34(5).
篇3
关键词：虚拟仿真技术；房建施工；应用研究
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
我国在将虚拟仿真技术应用在房建施工方面，有许多成功的案例，比如中央电视台新址、上海的环球金融中心以及广州珠江新城西塔等等。在房建施工中，应用虚拟仿真技术具有很多的优势，可以对其进行推广和应用。
1、虚拟仿真技术
虚拟仿真技术指的是人们借助于计算机技术、传感技术、仿真技术以及多媒体技术等，来研究外界环境感知模型。以往的系统仿真技术很少涉及到这个领域，因此，可以说虚拟仿真技术是一项重大的科技突破。
2、虚拟仿真技术在房建施工中的应用
虚拟施工技术的应用研究：从理论层面上来讲，依据相关的要求来将施工设计图具体的实施，是非常简单的过程，但是，在实际的施工中，这个过程却是十分困难的。因为，在具体的施工中，会遇到各种各样的地质情况，会选择各种各样的施工方法，那么在施工的过程中，必然会遇到一些突发的事情。在以往，我们遇到困难的时候，总是依靠施工经验来进行解决，优化施工方法和施工组织，但是施工经验会有一定的局限存在，那么在局限的经验下指导施工，就很可能出现一些失误。特别是随着建筑风格和结构的多样化，这种全新的建筑是没有经验可循的，如果依然走过去那种老路，就会产生很多的问题，施工的质量和施工的安全得不到保证，此外，还会增加施工成本和能源资源消耗。
在建筑施工中应用虚拟施工技术，就可以有效的解决这些问题；利用虚拟施工技术，可以依据相关的工程情况来建立几何模型，有着高度的仿真性和交互性。工作人员可以依据相关的要求来进行模拟施工，在施工中寻找最为合适的方法和手段。相对于传统的方法，这种方法可以有效的降低施工成本，缩短工期，并且还可以有效的提升施工质量。目前，很多的企业都开始应用虚拟施工技术，他们只需要建立一个三维模型，可视化模拟施工的全过程，在实际施工之前，就可以对各种构件的关系和位置进行准确的把握，这样施工安全控制参数就可以依据比对来有效地的出来。
仿真技术在建筑施工中的应用研究：在建筑施工中应用仿真技术，主要的作用就是让虚拟的建筑物更加的真实。应用仿真技术，可以让建筑物周围环境的外景十分逼真。只需要按照设计图纸的样本来进行建筑物的施工，就可以建模渲染建筑物和周围的各种元素，比如周围的建筑、场景和道路等等。在仿真场景中，任何一个物体的高度都和现实中一样，并且有静有动，有着十分强烈的真实感，让人仿佛身临其境。设计人员要想体验其中，只需要从多个角度来观察仿真环境即可。目前，在很多的建筑中都应用了这种仿真技术，并且取得了不错的效果。
虚拟仿真技术在复杂空间钢结构施工中的应用：现代建筑中钢结构施工十分常见，它非常重要，并且十分复杂；它的复杂性指的是钢结构并不是一下子完成的，需要一个部分一个部分来进行，在不同的施工阶段，会有着不同的结构形态、受力特性、边界条件和负载情况，那么下一个环节施工的时候，平衡状况可能就达不到相应的要求。并且，再接着进行下一个阶段的施工时，新的平衡又会产生。也就是说，接下来的每一个阶段都需要重新寻找平衡。要想保证这么复杂的工程质量，就需要在实施的过程中认真的把握每一个微小细节，对所有的因素进行综合的考虑。钢结构工程对建筑整体十分的重要，如果在这个工程的施工分析中出现了问题，那么就不能有效的指导具体的施工，从而增加资源浪费和施工成本，还有可能导致一些重大安全事故的发生。如果依然采用的是传统的施工方法和经验，那么就不能保证这个工程的质量，针对这种情况，就可以采用虚拟仿真技术；通过实践研究证明，在工程施工中采用虚拟仿真技术，可以全程跟踪分析复杂的空间钢结构施工，这样比较危险的阶段就可以及时的找出来，从而采取一系列的措施来进行控制和防范，降低事故发生的几率。
虚拟仿真的三维动画在施工中的应用：在以往，分析研究工程进度的时候，依据的是主观的判断和经验，这样研究出来的结果也不具备指导意义，因为它没有足够的科学性。而在建筑施工中应用了虚拟仿真技术中的三维动画，就可以科学合理的分析施工的全过程。采用虚拟仿真技术的三维动画，可以详细的表现出施工过程中的每一个细节；那么设计员、业主和专家就可以迅速的找到工程施工中的一些重难点、关键环节以及注意事项等等；并且依据具体的需要来及时的调整和修改施工方案。虚拟仿真技术不需要投入大量的资金，也没有很大的难度，因此，可以进行积极的推广和应用。
虚拟仿真技术在施工安全方面的应用：主要体现在两个方面，一是可以实现施工安全控制方案的最优化；如果采用传统的模式，很可能会遗漏一些安全隐患；而采用虚拟仿真技术就不会出现这个问题，因为它可以模拟演练各种各样的施工安全管理方案，对演练效果进行分析，采用科学的手段来综合比较施工中不安全的人、物以及可能存在的一些安全隐患等等，制定出合理的施工方案，既能够减小安全事故发生几率，又可以保证工程施工的质量。二是可以实现安全预防和演练的最优化，首先依据虚拟仿真模拟，工程师就可以及时发现一些可能存在安全隐患的环节和部位，并且，三维动态仿真模型的建立，也可以起到协助的作用，总结本次现场模拟的分析和演示结果，避免日后发生类似的事故；其次，紧急逃生可以用三维动态仿真模型来进行有效的模拟，现场人员可以依据在模型中出现的建筑物事故模型，来充分的了解并且有效的选择事故发生现场的应急措施、自救方式以及逃生路线，从而在很大程度上降低事故所造成的损失。
3、结语
通过大量的实践研究表明，在建筑施工中应用虚拟仿真技术，可以有效的控制施工成本和安全风险，提高施工质量。随着时代的发展和社会经济的进步，虚拟仿真技术的应用范围将会越来越广。本文简要分析了虚拟仿真技术在房建施工中的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。
参考文献：
[1]严勇.建筑施工中虚拟仿真技术的实践应用探究[J].建筑与文化，2012,2（3）：123-125.
[2]范振学.浅谈虚拟仿真技术在建筑施工中的应用[J].城市建设理论研究，2013,2（4）：87-89.
篇4
基于物联网的远程监控在建筑工程行业的应用还处于发展阶段，虽未完全普及，但部分施工单位已尝试应用物联网技术远程监控现场工人、设备和环境等，取得了很大成效。
一般来说，基于物联网的远程监控分为三个步骤：“前端采集”、“信号传输”以及“终端控制”。鉴于物联网的基本原理以及施工现场安全管理的特点，首先进行前端采集，采用标签等对施工现场内的人员、设备、材料等进行标识，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性由传感器实时探测。再应用射频识别技术（RFID）以及无线感应网络（WSN）对物体属性进行捕捉和获取，并将信息转换为网络传输的数据格式，采用网络通信技术传输到终端信息系统。最后，通过相关软件对接收信息进行处理和计算，并通过终端显示设备实现直观的界面展示。
基于物联网的远程监控包含以下具体应用：远程定位是实现远程监控的基础，通过该功能随时定位某个区域内人员、设备及材料的身份、数量、分布情况及活动轨迹，为终端的分析提供原始数据。人员管理是在远程定位的基础上，记录现场工人及管理人员的到岗及离岗信息，同时，在事故发生后，能够立即显示事故地点的人员信息、人员数量及具置，提高抢险效率和救援效果。模拟现场巡查是在远程定位的基础上，模拟巡查员巡查施工现场，主管部门、建设单位、施工单位、监理单位的管理人员能够在办公室、家里随时通过网络查看施工现场材料、设备等的位置及使用情况，从而分析施工进度，对重大危险源进行监控，及时了解现场的安全状态，实现远程协调、指导工作，减轻建设单位现场监督检查的工作量。报警功能是当系统监控到施工现场出现违反安全规定的行为时（如生产参数偏离正常范围），自动报警，防患于未然。
通过以上应用，可以提高施工管理的工作效率和管理水平，有效节约管理费用。
基于虚拟仿真技术的建筑施工模拟
在建筑工程行业中，施工方法及施工组织的选择和优化主要是建立在施工经验的基础上，存在一定的局限性。同时，现代建筑基本都具有鲜明的个性，建筑工程施工成为不可完全复制的过程。使用施工虚拟仿真技术可以直观、科学地展现不同施工方案的真实效果，定量地完成方案的对比，有助于施工方案的选择和优化，真正实现最优施工。
通过施工虚拟仿真技术，一方面能使广大施工技术人员低成本地试验设计思路，真切展现设计成效，方便对拟改进部位进行修改，缩短设计周期，降低设计风险；另一方面设计的仿真也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底，在评标过程中可以直观对比各投标方的设计方案，增加评标的透明度与公正性。
施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程，提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患，因而可以采取有效的预防和强化措施，提高工程施工质量和施工现场管理效果。
篇5
关键词：仿真技术；机械设计；应用
1 计算机仿真技术在机械制造行业的重要作用
计算机仿真也被称作虚拟样机技术，设计人员利用特定软件在计算机上建立模型，通过各种动态性能参数分析来优化样机方案，不需要大量制造实物样机，从而用数字化新型技术取代了传统的实验方法，并且具有节约资金、安全可靠、方便灵活以及可重复使用等优点。如今在机械工程计算中，为了解决许多复杂系统的设计、分析和实验等诸多难题，都需要在计算机中建立真实系统的仿真模型，来分析实际系统的活动特征。在研发设计的初始阶段，设计人员只需用工具软件做不同的初始设计并建立起虚拟样机，就可以对现实的或者假设的系统进行仿真研究和试验了，监测和改进系统也很便利。仿真技术的引入不仅极大地提高了机械设备研究设计的质量，而且大幅减少了零部件的开发周期和降低了制造的成本。
2 计算机仿真的实现
计算机仿真技术实现的前提是建立符合实际的电脑数学模型和仿真模型，这个过程涉及到图形学、几何造型学、数据处理技术和力学等知识的集合运用。计算机系统是无法直接识别和处理研究对象的，所以要产生一个既能被计算机接受又可以呈现研究客体实质的数学模型。
计算机处理这些将真实系统的实质抽象出来的数学模型，并输出这些模型的相关参数来展示真实系统的某些特质，这种展示也可以是具象的（如三维立体的）。三维立体模型具有更加直观清晰的特点，所以越来越多的被研究人员所采用。数学模型建立起来以后，计算机仿真的精度将由建模的精准程度来决定。综上所述，要想实现计算机仿真大体上分为三个步骤：
2.1 模型的创建
针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心――数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。
2.2 模型的变换
模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键――仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。
2.3 模型的实验
将创建的仿真模型输入电脑中，运行仿真模型会获取一系列的仿真结果，这就是模型的仿真实验。由于是按照先期设计的实验方案来运行的，所以仿真实验是一件很简单的事情。但是，仿真的结果又应该按照什么标准来衡量呢？这就需要具体辩析仿真结果的可靠性，检验仿真结果可靠性主要有两种方法（置信通道法和仿真过程的反向验证法）。
3 在机械设计制造行业中计算机仿真技术的广泛应用
3.1 在齿轮设计研究中的应用
齿轮是机械装备的主要基础零部件，研究它的计算机仿真是很有意义的。如运用Visual Lisp语言可以从几何角度研究齿轮任何端面齿形的建模和传动仿真；圆弧针齿行星传动的动力学研究也能运用电脑仿真技术；利用计算机仿真研究了影响正交面齿轮传动接触点的主要参数（包括主动齿轮与刀具齿数差、齿数比、模数等）；在齿轮泵的齿轮研发设计中也很好的应用了计算机仿真。
3.2 在机械结构件设计方面的应用
机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这些问题都需要借助计算机仿真来解决。大型的三维机械设计软件都会提供一个机构运动仿真的功能模块，在虚拟环境中设计好的装配体可以模拟演示机构的运动，是一种直观方便的工具软件。这种软件可以依据装配的关系自行主动来计算机构中的运动副，并能自动增添附加的运动发生器、铰链和弹簧；要进行运动学的仿真只需要设定主运动件就可以了，还能从任何角度来观察，软件还能对机构的运动干涉进行检查，设计人员可以很方便地进行检查验证。
3.3 在复杂数值计算分析方面的应用
随着计算机技术在机械工程中的应用越来越广泛，以往许多由于条件限制无法进行计算分析的复杂问题，都可以通过计算机仿真得到满意的解决；另外，计算机辅助使大量复杂的工程计算分析简单化、层次化，节省了大量的时间，避免了低水平的重复劳动，使计算分析更快、更准确，在新产品研发的设计、分析等方面发挥了重要的作用。机械产品开发的基本过程是概念设计初步设计详细设计试验修正设计再试验，直到满足产品的要求标准，仿真技术的引入最大限度的减少了材料的浪费和缩短了耗时。对机械产品的动力学模型进行计算机仿真技术分析，可以获得产品结构的强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形等参数，根据计算分析能得到容易导致机械出现疲劳失效的风险因素以及其它潜在的问题。
篇6
关键词：3D数字仿真技术；城市服务；应用
1 概述
3D数字仿真技术主要是通过计算机技术，为用户创造一个逼真的虚拟环境，既可以是对现实环境的虚拟，也可以是对一些想象的物体的虚拟。目前在城市建设以及工业产品等领域中的发展比较广泛。本文主要通过分析3D数字仿真技术的发展情况，探讨其在当前的城市服务中的应用情况。
2 3D数字仿真技术概述
2.1 3D数字仿真技术概念及特点
3D（三维）数字仿真，一般也称虚拟仿真，主要是通过计算机技术生成一个无限逼近现实的虚拟环境，该环境中存在视、听、触、味等多种感知，用户则通过各种传感器设备接收自身自然反应的行为、活动，从而实现与虚拟世界中的个体产生联系的一种技术。
3D数字仿真技术一般具备三个特点：（1）沉浸感。由于3D数字仿真技术创造出了一个虚拟的现实世界，单从视觉效果上来看，用户很容易产生一种置身于这种虚拟环境的感受。（2）多感知性。虽然目前的3D数字仿真技术能够实现的感知只有视觉、听觉发展的比较成熟。但是理想状态下，3D数字仿真技术还应该具备味觉、嗅觉以及触觉等在现实生活中存在的多种人类感知行为，为人类营造一个真正逼近现实的虚拟环境。（3）交互性。所谓交互性是指用户可与虚拟环境中的实体进行交流、操作等行为，而且通过这些行为可以得到实时的反馈。
2.2 3D数字仿真技术发展
进入21世纪以来，随着计算机技术的大量普及，3D数字仿真技术也随之进入了快速的发展时期。而美国作为该技术的发源地，目前在该技术领域依然处于世界领先地位，于2007年率先提出六方沉浸体验虚拟现实系统，并期望达到1亿像素的显示效果。然而目前最大的虚拟现实系统中能够提供的像素仅为4300万，且只有五方沉浸体验效果。因此，这项技术被美国业界认为是下一世纪重要竞争技术，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有对应的大型研发中心。我国虽然起步较晚，但是许多高校、企业也都在积极研制3D数字仿真技术，目前也都取得了十分显著的进步。
3 3D数字仿真技术提供的城市服务探究
3.1 城市建设领域
随着房地产行业的竞争越来越激烈，房地产厂商主要宣传的要点包括：地理位置、社区规划、户型设计等。然而目前对于户型的空间设计等方面发展已经很难再有革命性的突破，一些厂商的宣传手段还仅限于条幅、实物模型等。但是随着社会的发展，人们希望能够更加直观、快捷、方便地看到整个楼盘的详细信息。传统的手段是无法满足这些需求的，而3D数字仿真技术，这一专注于营造仿真环境的技术就得到了广泛的应用。房地产厂商通过制作一些建筑动画，直观地展现小区虚拟场景、楼盘样式、以及三维虚拟样板房等。通过使用这些3D动画作为宣传手段，能够让居民非常直观的体验、感受到住房的样子，因此取得了非常好的宣传效果。
3.2 工业领域
现如今，随着经济的快速发展，人们的生活也因为各种工业产品的快速发展而变得非常方便。像汽车、医疗器械等一些与人们生活息息相关的工业产品，一般在最终上市之前都会进行严格的检验。之前由于技术水平有限，只有等到产品研发出来之后才能进行相关的检验，一旦产品出现问题势必造成大量资源的浪费。
随着3D数字仿真技术的产生，技术人员可将设计出来的产品进行虚拟实验，既可以将设计出来的产品整体、空间构造都非常详细地展现出来，而且还可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中对，对这些产品进行安全、事故模拟实验。像汽车行业，一般会利用3D数字仿真技术进行车辆撞击事故模拟；在煤矿产业，一般利用3D数字仿真技术进行安全生产实验，确定最终的安全挖掘方案等。
3.3 事故模拟
传统的事故分析都是通过事故现场照片或者是现场遗留下来痕迹等来进行相P的判断，但是这种缺乏动态模拟过程的分析方式缺乏直观性。而事故一旦发生，通常会伴随着赔偿、处罚等后续事件，如果能够完全还原当时的情景，有助于相关负责人十分方便、快捷、准确的处理相关事故。目前已经开展的研究内容包括：桥梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤矿事故分析等。其中交通事故分析发展相对的较为成熟，而且现在已经有很多交通管理部门引进这些技术，对交通事故进行模拟还原，从而对发生当事人进行相关责任判断。
3.4 施工演示
目前国家各项基础设施建设正在如火如荼的进行中，面对这些大型的工程项目，以前只能通过工程图纸或简单的模型等形式进行展示。对于缺乏足够的空间想象能力或者项目新手来说，很难去想象到整个工程中每个实物的具体样式，而3D数字仿真技术大到整体效果，小到部件的构造等，可以非常逼真的展示工程项目实景。不仅方便进行施工演示，而且在进行工程汇报时，也可以非常具体的展示当前的具体施工状况，以及与完整项目之间的差距等。
4 结束语
3D数字仿真技术，随着计算机技术的快速发展，正处在高速发展的阶段，而且正在以其独特的方式改善人们的生活、学习和工作方式。除上述提到的一些应用领域之外，3D数字仿真技术还有许多其它的应用领域，而且随着5D时代的到来，还会产生更多的现在还无法想象的应用领域。但同时还应该意识到，由于一些技术难点，比如说在虚拟空间中实现嗅觉、味觉等技术，目前还没有攻克，3D数字仿真技术未来的发展道路还有很长。
参考文献
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篇7
为了应对工业工程在有关工业系统设计、管理及优化等综合性实验课程开发难度较大的问题，该文提出将计算机仿真技术与项目教学、案例教学相结合，实现了“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使得工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。
关键词：
计算机仿真；工业工程；实验教学
计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。
1工业工程实验课程教学现状分析
工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。
2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用
计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。
3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发
在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。
（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。
（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。
（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。
4结语
将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。
作者：赵灿灿 单位：首都经济贸易大学安全与环境工程学院
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篇8
【关键词】虚拟仿真教学；基础医学实验；应用
医学专业的实践性较高，也是具有较强的科学性，而且在医学的相关教育上所占的地位是十分重要的。在医学的实验室中有些受到一定制约，例如：试题、标本、试验试剂等等，在正常的试验内容上进行该规划，进行试验效果的预见和实验室物品的摆放，并且在过程中的还要考虑到运行的成本，这样的问题无疑是给医学院的教师们提出了一个巨大的挑战，无形之中提供了医学实践的质量要求。所以，对于医学实验来说，解放人力劳动力，提升学生们对于医学实践和理论的兴趣是促进实验成功的前提，依托互联网的资源共享是在医学教学系统中较为重要的一部分。对于现有的仿真教学平台与实践相结合进行良好的总结。
一、仿真技术的模拟
所谓的仿真技术就是创造一个提供体验的模拟社会，创建具有互动性和真实性的具有感知的计算机软件系统，对于医学的相关专业也是有辅助的功能，可以探索所有未知的领域及获得一定的计算机应用技术。对于虚拟的仿真技术要完全依靠电脑进行图形上的修正和再现，这与传统意义上的图形再现是不同的，更为高科技更能让大家所接受，例如：电影、电视等等。虚拟技术可以利用在查显示画面上，现在的计算机硬件发展的更为速度，并且也是遍及这个领域的，例如：实践上的教学和娱乐等等在操作上的预测等。但是现阶段的虚拟仿真是深受教育界的信赖的，这对于医学教育来说是质量上的改革。
二、仿真技术教学平台的建设
很多医科大学在申请了专利和科研经费，对医学院的计算机仿真技术与互联网之间的结合，是现代医学用处较为广泛的，针对每个不同的机构和低于，制定出不同的学习平台，对于医学形态学实验自主学习要在平台上设置3个实验教学方案，其中涵盖了基础教学和实验教学两个部分。大面积的提升了医学教学的深度和涉及的广度，扩展了医学教学的发展空间，加强学生自主学习的能力，形成较为有规模的实际场景医学教学体系。
（一）智能自主学习平台从1997年被研发开始，从计算机的仿真引擎到数据库的处理、虚拟的环境页面及互联网的硬件平台等等。学生和教师在实验过程中利用校园网在客户端进行真实场景的虚拟模仿，针对实验的标本进行网络上的虚拟操作。这样的系统可以不受任何的时间、场地和实验品的限制，可以在电脑上进行反复的操作，增加学生的学习兴趣和自主性的学习。这非常有利于学生进行复习和预习，并且在考试过程中的可以得到更好的补充。
（二）形态学实验在实验教学中计算机虚拟仿真技术在虚拟仿真技术被研发的过程中，利用计算机的图像处理和数据管理，通过多媒体的途径进行有形态的切片观察，还可以用标本展示的计算机系统。在没有显微镜的情况下，可以微观的进行虚拟操作，例如，三维、虚拟展示来进行具体操作，提升分倍率的技术上，还突破了纤维镜本身，与病人的病理进行充分结合，进行自我并诊断自测和考试测评。对于学生来说，进行管理端的功能模拟，例如：视频的点击量、对于虚拟环境的点播量、对于计算机的职能点读量、计算课堂的自测和自身考察的模块。
（三）人体解剖学实验在计算机虚拟仿真技术上进行自主评估人体解剖学实验通过自主学习进行互联网上的模拟测试，这是2006年经过长时间的实验性操作后，进行向许多高校进行使用。通过学生的自主学习，在考试上和正常的自主学习上都是辨识度较为高的，在题型的选择上和类型上都有较大的选择性。根据学生的等不同，提醒也会随着进行变化。系统中有加大量的标本展示和质量较高图像清晰的展示部分，这样能提高学生对于解剖学的理解，针对不同结构和自身出现的不同问题进行及时的调整和解决。
篇9
Abstract: In the actual teaching of project cost, if take the simulation technology in engineering cost course to construct the three-dimensional panoramic display of highways, bridges and tunnels in civil engineering, we can freely control the viewing angle and picture zoom, with real pictures, the effect is direct and can improve the effect of learning. This paper, taking the tunnel project as an example, talks about the applications of simulation technology in engineering cost courses.
关键词：三维空间结构；模拟仿真技术；课程教学；应用
Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application
中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0161-02
1工程造价课程的发展瓶颈
在实际的工程造价课程教学中，学生由于缺乏空间想象，对工程结构没有感性认识，无法理解抽象的理论，给教师教学及学生学习带来了瓶颈。因此，我们希望通过虚拟仿真系统来解决传统工程造价教学中存在的种种弊端。在教学中使用仿真技术，可以充分调动学习者的感觉和思维器官，使所观察的事物栩栩如生地展现在面前，任学习者正面、侧面、反面仔细观察仿真技术的发展被认为是解决传统工程造价教学瓶颈的一把利器。
本文正是从当前工程造价教学的基本情况以及教学难点出发，将仿真技术引入到开发工程造价教学软件的过程中。本研究选择隧道工程作为研究的案例，通过利用目前比较成熟的计算机模拟仿真技术，为老师和学生提供一个模型展示平台。
2模拟仿真技术的应用的效果
模拟是指用一个数据处理系统，来全部或部分地模仿某一数据处理系统，使得模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。有时也简称为仿真，是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统进行实验和研究，是产品设计和制造中的常用技术手段。
从国内外职业教育专业信息化可以看出，模拟仿真技术具有先进、便捷、安全等优点，仿真教学系统向工程类职业学校提供了培训学生的高技术工具，将专业课程和实习环节相结合，培养学生了解生产操作、熟悉生产原理的能力，提高了学生动手操作的兴趣与水平。以较少的投入满足了学生的实践需要。许多专业课程由于受到设备、场地和经费等条件的限制，可以选择采用模拟仿真技术。但模拟仿真技术应用于工程造价课程教学实践的研究很少，可参考的研究成果几乎没有。
3研究方法
3.1 文献研究法在研究中，通过对多种学习资料的阅读、分析，了解到了当前研究的发展状况，为论文的撰写奠定了必要的理论基础。
3.2 个案研究法在研究中，通过具体的案例，对工程造价教学进行研究，发现问题、解决问题、优化教学策略，设计教学软件开发方案，最终完成系统的设计与开发。（图1）
4模拟仿真技术在造价教学中的应用
重点是构建土木工程中公路、桥梁、隧道的立体全景展示。在三维仿真动画展示过程中，可自由控制观看角度及画面缩放，配合实景照片，效果直观。施工流程部分以简单的工程施工3D动画，配以实景图片及施工工艺文本说明，使学生能更直观地了解工程施工的流程步骤。公路、桥梁、隧道的分解结构模块通过点击结构图中的交互热点，显示该局部结构的名称、所在位置以及该结构的详细说明窗口，其中包含局部结构3d展示、工程量复核、定额、工程图纸。为了满足课堂教学的需要，支持文本和图纸的缩放、自由拖动功能，以增强课堂教学实际效果。人性化的人机交互界面及流程分类设计，学生在课余时间也能通过简单直观的软件操作进行学习。选题立足于公路工程造价专业，重点在于利用该模拟仿真技术将造价及工程量复核等内容更加形象地展示出来，使课程的实效性更强（表1）。
5隧道工程案例
在传统课程教学中，教师都会按照既定的教学过程来实施教学活动，那么在仿真公路系统中，学习者的学习活动应当如何开展？隧道模型概述为由以下几个部分：
5.1 用户界面呈现在工程仿真系统中，学习者必须是通过用户界面与仿真系统进行交互。因此，构建和谐友好、方便操作、逼近工程实体虚拟系统要解决的首要问题。仿真系统的真实性可以丰富学习者在虚拟情境中的体验，方便性主要表现在学习中按照学习者的进度，适时的为其提出指导性建议（图2）。
5.2 仿真情景设计仿真系统要依据学习者的经验、知识背景及需求，呈现具体的公路工程、桥梁工程、隧道工程等信息。设计工程实例，仿真场景和工程对象，通过情境设计，以激发学习者的兴趣（图3）。
5.3 工程造价数据分析通过仿真系统的现象观察，具体进行工程造价结果的分析，处理工程数据，并根据反馈信息及时调整策略，这有助于提高学习者对造价编制过程的反应能力以及对因果关系的敏感性。该过程中须关注在工程内容的一致性、工程过程的交互性等问题（图4）。
6实用价值和重要的现实意义
6.1 课件制作方法的探索使用直观的设计方法取代繁琐的传统编程式的课件制作，老师把更多精力放在课程本身的教学设计上，只需根据实际教学需求，设计课件，向学生展示工程结构；体现新一代课件的广阔应用前景。
6.2 促进学生探索性的学习现在的教学所采用的方法比较单一，学生在上课中往往很被动，面对各种各样的公路、桥梁、挡土墙，结构物感觉一片茫然，老师怎么说，学生就照着怎么做。很多时候上课只停留在不动脑的机械劳动阶段，达不到提高学生动手能力的目的，这样的知识传递过程较为单调，效果也不明显。在仿真平台上，学生可以摆脱了原有模型设备条件的约束,在更形象的知识领域内自主探索，促进了学生创新意识和创新能力的培养。
6.3 降低了各类开支费用工程仿真系统降低了科研成本，节省研究经费，并能够充分发挥现有计算机技术、,提高使用效率。
篇10
[关键词]游戏引擎；机械动力仿真；虚拟现实技术
中图分类号：TP391.9；TD672 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0225-02
一、引言
三维游戏由于引擎技术在建模技术、物理引擎技术、复杂环境的高质量实时渲染技术、动画技术、人工智能技术、对象的行为控制技术等各方面不断的完善和强大，已经极大地引起了人们的关注和重视。游戏引擎不再仅用于游戏娱乐产业的开发，更多的渗透到了教育软件开发、虚拟现实应用、动画影视（特技）制作、军事训练、实时模拟等人类生活的各个领域。极大地改变了人们的生活方式和思维方式。
游戏引擎技术尤其物理引擎技术不断的研究发展，让我们意识到仿真虚拟机械动力的可能性。利用游戏引擎虚拟机械运动，将为开发教育游戏中的虚拟物理实验、网上数字科技馆、娱乐型游戏中的机械道具和多样化游戏任务等具有重要的应用价值和研究意义。
传统的机械动力仿真技术和虚拟现实技术虽然在一定程度上也能虚拟机械的运动，但是由于那些技术不可避免的弊端对机械动力仿真技术应用在其他领域形成了瓶颈。传统的机械工业仿真技术缺乏交互性，设计复杂，表现单调。随着多媒体技术、计算机动画技术、虚拟现实技术、网络技术等技术的渗入，以VRML（Virtual Reality Modeling Language虚拟现实造型语言）或Cult3D为代表的技术给机械仿真领域带来了交互性，但是由于传统的虚拟现实技术固有的特性，如运动行为的硬编码、交互性差、画面不流畅、系统实现复杂等，使得基于游戏引擎技术虚拟机械动力的技术具有很大的优势和更大的发展前景。
本论文研究的技术充分利用了游戏平台的优势，它不仅具有传统虚拟现实系统所有的优点，而且具有3D游戏般的交互性和逼真的动力学模拟。从开发角度而言，游戏引擎的实时渲染能力、快速的计算能力、组件化、可重用性以及面向对象的编程方式等，都使得应用游戏引擎成为一种非常便捷和有效的仿真技术手段。本文描述了利用游戏引擎模拟简单的机械动力实例的核心技术。
二、机械动力仿真技术研究背景
概念设计是机械设计过程中的最初阶段，主要目的是获得产品的本质形状。[3]机械仿真技术的发展为机械工业概念设计注入了新的活力。计算机运算处理能力的提高为机械系统的仿真提供了更好的基础。
我国机械系统传统的计算机辅助工具多数是AutoCAD， Pro/E， Solid Works， Solid Edge， 3D MAX等2D和3D软件，此类建模软件含有大量的图形文件，容量较大，不利于网上传输和远程控制。同时这种方式建立的三维模型是静态的，动画是设计者事先设计好的一副副二维动画，用户只是被动的接受，而不能按照自己的意愿进行实时交互式仿真。
虚拟现实技术作为一种更为人性化的交互技术，近几年来逐渐渗透到各个应用领域。虚拟现实技术的沉浸特征、交互特征和构想特征，刚好弥补了上述传统方法的不足。因此，运用虚拟现实的方法实现机械设计系统成为必然。传统的机械仿真都是代码编写控制的运动效果，没有实现通过物体间力的作用而让物体产生运动，所以不免比较生硬，不能具有可复用性和柔性。
综上可知，机械工业虚拟仿真技术由于其复杂性、综合性决定了开发的困难，因此势必需要一些工具来辅助开发，游戏引擎由于其本身的特点，成为开发机械工业虚拟系统的有力工具。
三、游戏引擎技术
1.三维游戏引擎
一般而言，三维游戏引擎包括：引擎内核、三维图形引擎、物理引擎、人工智能系统、3D模型和图像库、网络引擎、输入系统。三维游戏引擎中各子系统关系可由（图1）表示。
2.游戏引擎技术的优势
（1）利用游戏引擎可以简化系统制作的复杂度，缩短开发时间，降低制作成本。
（2）游戏引擎中强大的物理引擎为该机械动力仿真系统提供了保障，这也是不同于其他虚拟现实技术的闪光点。
（3）该游戏引擎能快速嵌入到网页中运行，因此，极大的活跃了网页式三维虚拟现实技术，因为传统的三维网页虚拟技术在WEB中运行效果不是很好，运行缓慢，效果单调，交互性差，游戏引擎技术的支持在一定程度上可弥补这些不足。
（4）游戏引擎的最大特点是可以实时渲染，这样使得开发者可以及时浏览和调整系统。Unity3D游戏引擎甚至可以支持在程序运行时改动场景中物体的属性。这样的实时性改变，使得开发者能迅速获得最佳的设置效果值。
（5）基于游戏引擎技术开发的机械动力仿真系统，具有游戏般的交互能力，活跃了机械展示的表达方式。
（6）在游戏引擎平台上的二次编程代码被称为“脚本”，大多数脚本语言都是面向对象的编程特点，具有封装、多态、可复用性等特性。简单易学，使虚拟系统设计者易于开发应用。
四、主要结论
3D游戏引擎技术最大的特点就是它把一个程序中可以重复利用的部分，以精巧的模块组织起来，将其规格化、最佳化，以利于程序重用技术。利用引擎不仅可以开发出“景物真实、动作真实、感觉真实”的三维系统，更重要的是利用它我们可以节省大量的人员和资金，简化系统制作的复杂度，缩短开发时间，降低制作成本，并且游戏引擎普遍具有的FPS（First Person Shooting第一人称射击游戏）特性，这一特点可以巧妙的应用于交互设计中。游戏引擎的实时渲染、动态编译和可视化编辑功能有效解决了传统的虚拟现实技术中存在的渲染耗费时间和硬件成本的问题。
3D游戏引擎最吸引人的是它的强大的PhysX物理引擎和真实的图形渲染引擎。强大的功能会提升研究的成功性。从开发方面考虑，该引擎的脚本语言近似c#或javascript，使得开发轻车熟路，而且脚本是动态编译的，运行速度和汇编接近，不会因为脚本的问题而影响系统的执行效率。从方面考虑，该引擎支持跨平台，而且用该引擎开发的作品可以通过网页直接运行，是3D虚拟现实作品轻松实现网页漫游的良好解决方案。
参考文献
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