计算机仿真论文范文

导语：如何才能写好一篇计算机仿真论文，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

研究团队、制药产业及医疗服务业已经认可生命科学仿真系统的作用。在化学工程师和计算机辅助过程工程专家的帮助下，生物工程师可以运用这些手段解决诸多生理学和医学问题。

2仿真技术的研究进展

系统生物学要使用定量分析来研究生命系统。起因于处理大量数据的需要。学者通过计算机仿真技术，利用定量分析来处理临床问题，产生了名叫系统医药学的新学科。化学工程师长期参与生物学和生物医学的定量分析。Peppas和Langer认为在20世纪60年代早期化学工程师就参与生物医药工程。Bailey和同事研究出一种控制新陈代谢的手段，这种手段不仅可用于生物制造技术，也可用于其他生物问题。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了纳米级的系统工程需要解决的问题。2006年，Doyle和Stelling回顾了用计算机仿真技术去分析代谢网络的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型来分析细胞死亡。近年来，有许多论文概述了计算机工程师和化学工程师在医疗系统中的作用。对化学工程师，尤其是工艺系统工程师来说，免疫系统是一个采用仿真技术的复杂系统，化学工程师能够研究免疫系统和病毒之间的相互作用。2004-2005年，Deem开发了一种运用计算机仿真技术研究了病毒和疫苗造成的免疫反应的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技术研究了免疫系统的细胞间的通信，以及免疫反应。2006年，Joly和Pinto认为HIV-1发病机理的数学模型优化了药物治疗的方法。这种方法会导致药物设计和配方设计的改进。Yin在2007年提议把病毒当作一种产品，研究病毒生长和传播时需要考虑时空的影响。可以预见，将来人们会用生理学模型和计算机技术设计出最佳药物配方。为了有效地进行仿真，需要根据生物具体的特性建立多种生理学计算模型。几年前，学者启动生理组计划（PhysiomeProject），旨在寻找人和其他真核生物的计算模型。迄今为止，该计划主要关注使用CellML标准的细胞电生理学的数学模型。CellML标准是一种使用细胞进程模型的生物物理学模型标准。另外SBML标准是一种能够辨识生物进程的计算机可读标准。最近，一个名为虚拟生理人的项目进一步促进了欧洲学者研究生物医学的建模和仿真。学者开发了一些数据库去存储生物模型。细胞模型系统和生物模型数据库是其中两个重要的数据库，两个数据库都建议使用CellML标准和SBML标准。学者可使用这两个数据库来探索复杂的生命系统。生物模型在药物的使用方面有重要作用，这不仅是一个通用手段，而且对癌症治疗和眼病治疗也有特殊的贡献。2002年，Cstete和Doyle提出一种生物反馈系统的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顾一些生物控制模块的设计原则。

3简单系统的建模

2001年，Hangos和Cameron强调明确建立模型的目的，模型是在对现象总结的基础上，用计算机能够接受的方式反映规律，建模是下一步仿真计算的基础。对复杂系统来说建模十分必要。复杂系统不可能设计出含所有现象的实验，因为部分量不可测量，并且几个现象间很难找到相互关系。尽管学者已经在测量基因与代谢领域取得巨大进展，但仍有许多生物量无法测量，即便能够测量出一些，测量的准确性也不够高。下面的例子是伦敦大学研究得到的一种模型，该模型模拟了血流改变时动脉壁内皮细胞的反应。血流改变刺激细胞产生化学信号，而这些化学信号拉长了内皮细胞，在某些条件下，巨噬细胞在动脉壁上增加了，最后导致动脉粥样硬化。动脉粥样硬化斑块的位置与血流改变的区域息息相关。并造成影响。学者研究出两个模型来探索这种影响。模型一是细胞表面的血液模型，首先把细胞表面分解成许多不同的小三角形区域（0.4um），这个模型可以看成一个斯托克斯公式的边界积分表达式，通过该模型可以研究在血流作用下细胞的受力情况。模型二研究了力对细胞骨架的影响，细胞骨架保持细胞形状，可以使用开尔文体模型研究这个问题，它是由1个缓冲器和2个平行的弹簧构成的黏性弹性系统，开尔文体代表一种将机械力转化成生化信号的细胞成分，这种生化信号会导致Src激酶的活化，Src激酶会调节Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制细胞结构和形态。简单的展示了该过程。此模型可以解释很多现象，但仍然有一些问题解释不了，例如当涉及体内细胞间的通信时，该模型不适用。研究人员建立复杂的仿真模型，这些模型涉及化学和机械领域，可以使用这些模型来进一步研究各种生理学和临床医学现象。

4复杂系统的建模

生命系统具有很强的鲁棒性，生命系统和多反馈的鲁棒性系统相似。建模时要识别模型中的薄弱区域，在该薄弱区域模型可能不够准确，需要用模型进行预测，这要求修改模型。在复杂模型中，特别要注意内部参数不能测量的区域，当处理涉及复杂生理问题时，这些区域变得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反应器。在该反应器上，一些原料反应生成副产物B。在这个过程中，在一定范围内控制成分A的数量很重要。在反应器上，A在催化剂C的催化下生成B，B在催化剂D的催化下生成A。A的数量决定CSTR产生C或者D的数量。如果A加入很多，将会产生C催化正反应。如果A加入的很少，将产生D催化逆反应。与此同时，膜反应器过滤掉废物。这个简单的工艺流程初步反映了血液中葡萄糖调节机制。葡萄糖由肠道进入血液，并供给其它所有的器官。葡萄糖维持在一定浓度很重要，因为维持在一定浓度可以确保人类各种机能的良好反应，这种调节过程称为葡萄糖稳态。如果葡萄糖糖浓度高，胰腺产生胰岛素，指示肝脏把葡萄糖转化成糖原，如果血液中的葡萄糖浓度低，胰腺产生胰高血糖素，将糖原转化回葡萄糖。肝细胞还将血液中废品送入胆汁，并通过胆管过滤并排泄。这是一个涉及多个器官的复杂系统，探索该系统需要考虑许多器官间的联系，葡萄糖稳态系统可以用7个模型表示。

1）.胰高血糖素受体模型

通过胰高血糖素模拟肝细胞表面受体的活化，受体活化产生三磷酸肌醇。该模型由5个微分方程构成，分别描述受体的各种状态、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的产生。

2）.钙模型

模拟由三磷酸肌醇活化产生的钙信号通路。该模型由2个微分方程构成，分别涉及细胞质和内质网中钙浓度。钙模型的前提是Hill方程。

3）.环磷酸腺苷模型

模拟受体的活化和环磷酸腺苷的产生。该模型由5个微分方程构成，分别关于环磷酸腺苷的浓度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的浓度、受体的比例、不活动的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。

4）.胰岛素模型

模拟肝脏对于胰岛素的反应，该模型由1个描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程构成。

5）.血液模型

模拟葡萄糖在血液、肝脏和胰腺之间的运输，该模型由1个描述血液中葡萄糖浓度的微分方程构成。

6）.糖原分解模型

模拟控制糖原分解与合成的4个因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、钙离子的控制、环磷酸腺苷的控制、胰岛素的控制。该模型是一个模糊逻辑模型，该模型描述糖原合成酶（Sta，控制糖原合成速率）及糖原磷酸化酶（Pho，控制糖原分解速率）的活性水平。该模型由4个微分方程构成，分别关于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和细胞内的葡萄糖。

7）.胰腺模型

模拟胰高血糖素或胰岛素的释放。该模型由2个微分方程构成，分别关于胰岛素和胰高血糖素的血液浓度。每一个微分方程都要遵循Hill方程。上述7个模型共同构成葡萄糖的调控模型，需要软件管理系统来协调它们。Saffrey等人在2007年描述一种模型管理系统。该管理系统用来存储模型和数据。在该系统中，上述的7个模型互相联系，共同模拟出葡萄糖稳态系统。Hetherington等人详细描述这个葡萄糖稳态系统的模型。

5完善和应用模型

建立模型以后，需要进一步完善。可以选择各种不同的实验者，将实验者分成多个小组，分别观察和记录他们的数据，根据这些数据完善和调整模型，甚至改变模型，最终确定适合不同人的具体的模型。通过这些具体的模型可以预测未来的变化情况，为了达到某些目的也可以设计一些干预措施。在其他领域中，学者已经充分研究了基于模型工程的设计方法，利用这些设计方法可以达到一些想要的结果，虽然这些设计方法还不成熟，需要进一步完善，但值得借鉴。在生命科学中，要特别注意干预措施也可能会导致一些危害。这些干预措施包括环境干预、药理学干预或基因干预。环境干预通过物理或化学因素，药理学干预主要通过临床干预。在上一部分描述的复合模型中，广泛的使用了计算机辅助过程工程技术，和优化技术寻找最佳解决方案，如糖尿病患者的最佳胰岛素剂量；使用随机技术寻找高敏感度模型的解决方案；使用区间方法确定能够接受的最坏情况。上述方法和模型已经被用来预防一些疾病。如糖尿病患者很可能患非酒精性脂肪肝（NAFLD），利用上述方法可以提出一些措施，有效地避免Ⅱ型糖尿病患者患非酒精性脂肪肝（NAFLD）。基于模型的方法（例如优化、随机分析、间隔方法）将促进生物学和医学的发展，并且随着生物学和医学的发展，这些方法将更完善。要在生物学和医学领域中很好地使用这些方法和模型，必须要掌握生命科学的知识和计算机的知识，单个的研究者常常不具有这两个领域的知识，因此合作很重要。那些希望从事相关研究工作的学者必须合作，例如通过短期或长期项目，建立一个促进合作的机制。

6结论

篇2

现代控制理论近年来发展迅速，使得我们对各类控制对象有了更好的理解，能够很好地刻画实际对象中事件驱动的动态过程，提出了离散事件系统，它的动态行为是由一系列随机出现的事件驱动的，而且控制理论界已经给出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet图、自动机和Petri网[2,3]。而现有的计算机仿真内容主要是面向连续动态系统，虽然也涉及离散事件系统，但是对离散事件系统建模和仿真方法少有涉猎。离散事件系统的模型大部分来自计算机科学研究领域，现代控制理论和控制工程都离不开计算机，对此类建模工具的了解可以拓宽自动化专业学生的知识结构，提升他们思考和解决计算机控制工程问题的能力。为此，在计算机仿真课程内容中，我们增加了自动机和Petri网的基本概念。考虑到学生缺乏离散数学的基础，我们拟根据实际对象建模需要，结合Matlab中的stateflow工具箱，介绍离散事件系统的建模和仿真方法。具体内容包括：

(1)离散事件系统概念；

(2)自动机模型；

(3)Petri网模型；

(4)离散事件系统的自动机模型的建模方法；

(5)离散事件系统Petri网模型的建模方法；

(6)自动机的仿真模型的设计方法；

(7)Petri网的仿真模型的设计方法。

另外，现实工程领域大多数系统是混杂系统[4]，既有连续变化的特征，又有事件驱动的特征，而且连续变量子系统与事件系统之间相互作用相互影响。从20世纪60年代，学界就开始了混杂系统的研究，目前已经取得了丰富的成果，涉及混杂系统的建模、分析、控制、调度和优化等问题。其中，建模和分析方法对自动化专业知识体系的构建非常重要，事件驱动的思想能够让学生将控制理论与实际过程更好地建立联系，因此在计算机仿真课程中，我们增加了对混合自动机和混合Petri网的介绍，并结合实例阐述如何给出混杂系统的数学模型以及仿真模型和仿真程序的设计方法。具体内容包括：

(1)混杂系统概念；

(2)混合自动机；

(3)混合Petri网；

(4)混杂系统的混合自动机建模方法；

(5)混杂系统的混合Petri网建模方法；

(6)混合自动机的仿真模型的设计方法；

(7)混合Petri网的仿真模型的设计方法。

二、计算机仿真实践教学内容改革

计算机仿真是一门实践性很强的课程，利用代码将实际对象虚拟到计算机中，这就要求自动化专业的学生不仅要掌握知识概念，还要能够编写代码用计算机实现抽象的概念。如果实验课内容设计合理，可以很好地锻炼学生解决实际问题的能力。鉴于自动控制原理大量内容属于动态系统的分析方法，而仿真是分析系统不可或缺的手段，仿真实践课程可以巩固控制原理的抽象的知识。如何设计仿真课程的实验项目对自动化专业的计算机仿真课程非常重要，围绕自动化专业课程体系，我们拟设定如下实验项目：

(1)二阶电路的C程序仿真实验；

(2)单容水箱的C程序仿真实验；

(3)电机拖动控制系统的C程序仿真实验；

(4)一阶倒立摆的C程序仿真实验；

(5)立体仓库系统的自动机模型仿真实验；

(6)立体仓库系统的Petri网模型仿真实验；

(7)Bang-bang控制液位系统的混杂自动机、Petri网模型的仿真实验；

(8)反应釜复杂控制系统的Matlab仿真。

三、结束语

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1．1信息一体化平台

信息一体化平台采用一体化模式，集监控和五防功能于一体。一方面作为后台监控系统软件，模拟数据采集处理、运行监控、正常操作、事件和报警处理等，实现常规站监控系统功能，同时新增加智能变电站特有的高级应用功能:一键顺序控制、告警信息分类、智能告警等;另一方面作为五防系统软件，嵌入到信息一体化平台中，不仅保留就地间隔内电气设备的电气联锁，同时还通过以太网实现相互通信，交换设备的状态，实现智能变电站站控层、间隔层、过程层3级防误闭锁功能。

1．2智能化保护测控系统

智能化保护测控系统按照保护测控装置的物理原理建立数学模型，采用定值驱动法，当故障发生后计算的故障电流结果到达定值要求时自动启动保护测控装置，按照其工作原理进行判别，相关保护动作，报出故障信息报文，有关指示灯点亮，与变电站真实设备保持一致。

2系统功能

智能变电站高级应用功能的仿真是以智能变电站仿真系统为基础，将智能站高级应用集成于信息一体化平台中，实现了智能变电站特有的一键顺序控制、智能告警信息分类、故障综合分析决策功能的仿真。该系统从其功能上可以作为培训和测试的平台。

1)培训功能。智能变电站高级应用功能是智能站特有的新应用，对运行人员来说是全新的知识，需要进行培训学习。该系统真实再现了智能变电站场景，可以为运行人员提供一种有效的培训手段，使运行人员能够学习智能变电站中的新知识、新技术，提升专业素质。该系统已经投入培训使用，系统运行稳定，人机界面友好，培训功能完善，培训效果逼真。

2)测试平台功能。智能变电站高级应用功能的仿真还可以为高级应用功能的研究提供测试平台。由于电力系统的特殊性，不能在真实运行设备上进行任意操作，而该仿真系统通过为其他系统或软件提供开放的数据接口，可以反复进行操作和设置故障，对被测系统或软件运行情况进行测试，通过与某公司合作，能够正确地实现测试功能，为研究智能站高级应用功能提供了一种有效的测试平台。

3智能告警信息分类的仿真

通过建立故障信息的逻辑推理模型，对故障告警信息分类过滤，并对变电站运行状态进行实时在线分析推理，能够实现智能告警功能，可以自动报告站内异常状态，并根据需求提供分层分类的故障告警信息。智能变电站各种运行告警信息量非常大，包括3类:

1)提示性信息。这类信息不需要特别关注;

2)告警信号。这类信息虽然没有直接引发事故跳闸，但实际隐含着可能的故障，若不进行综合分析，消除异常，持续发展会导致事故发生，需要给予重点关注;

3)事故信息。事故信号产生一般都会有保护动作、开关跳闸，要求在尽可能短的时间判断故障原因，以便上报，并依据调度指导进行故障隔离和恢复操作。因此，需要对故障告警信息进行过滤，提供分层分类的告警信息，以方便运行人员工作。智能告警信息分类的仿真包括以下几个方面:

1)图形界面仿真。智能告警信息分类通过信息一体化平台进行展示，信息告警图形界面是信息分类结果的直观展现。在进行仿真开发时，按照智能变电站信息分类的原则，根据告警信号重要性，告警实时显示窗口由多个页面组成，包括:全部告警、严重保护事件、一般保护事件、SOE、开关刀闸动作和智能告警6类，所示同时还会根据告警信息的级别，通过声音的方式发出告警。

2)数据库仿真。智能告警信息量非常大，其仿真时所需的数据量也很多。仿真时全站采集信息采用统一的命名格式。变量命名格式包括:变量名、变量描述、变量单位、变量标识、变量数据指向。变量名是信息的代表，当变量为1时，其变量描述才有意义，该描述会在智能告警图形界面中显示出来;变量单位的作用是区分告警信息变量的间隔，是实现变量筛选分类的基础;变量标识的作用是区分告警信息变量的重要程度，以便于告警信息的分类;变量数据指向主要用于数据通信。

3)告警信息筛选分类功能。由于告警信息总量很大，为满足不同的关注需求，在告警显示窗口设置信息筛选的功能，在窗口中选择某一设备间隔，根据告警信息变量的标识，可以在告警窗口各页面中自动显示出有关该间隔的所有信息，将不关注的信息屏蔽。可以通过左上角下拉列表选择变电站间隔来显示不同间隔的告警信息，使运行人员更有针对性地查看所需的信息。

4故障综合分析决策的仿真

故障综合分析决策是指在故障情况下对事件顺序记录、保护装置动作及信号、故障录波数据等进行深入挖掘，通过多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。通常当变电站发生异常或事故时，其处理过程是运行人员按照现场情况、规程及经验进行判断处理，这种方式不仅要求值班员非常熟悉变电运行规程、规范及设备运行要求，而且需要较长的分析判断时间。故障综合分析决策功能可自动为运行人员提供一个或多个可能的事故分析报告，便于迅速确定事故原因和应采取的措施。

4．1故障仿真

故障仿真是进行故障综合分析决策仿真的基础，该仿真系统中对真实系统中可能发生的故障类型进行了分析总结，可实现真实系统中常见故障的仿真。在仿真中故障类型，分为4类，一百多个故障:

1)一次设备故障及异常，包括线路、母线、主变压器、电容器、所用变、断路器操作机构、SF6泄露等;

2)保护与测控装置故障;

3)智能组件故障，包括智能终端、合并单元、网络故障;

4)低压交直流故障。其中，一次故障可以进行故障相别、故障距离、故障性质(瞬时/永久)进行分别设置。在仿真中既可以单独设置一次、二次故障或网络故障，也可组合一次、二次故障和网络故障。故障仿真范围全面，效果逼真。通过仿真系统在培训中的应用，该系统能够在故障和异常发生时，能够真实反应故障现象和保护动作情况，故障信息详细，为故障综合分析决策提供分析依据。

4．2故障综合分析决策仿真的基本结构

故障综合分析决策仿真的基本结构，以仿真支撑系统为服务器，进行故障模拟、采集信息、建立推理知识库、故障综合分析推理，并将分析结果以可视化的形式在信息一体化平台中展示出来。信息采集是对设备实际状态信息和故障信息的采集，在仿真时通过支撑系统完成数据的采集;推理知识库存放专家提供的告警及故障分析知识，推理机完成故障信息的综合分析，给出推理结果，推理知识库和推理机以数学模型的形式存放于支撑系统中;推理结果展示是将推理结果以一条条报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中。

4．3建立推理知识库

推理知识库的知识源自变电运行规程、规范及运行人员的经验总结，通过分类归纳总结，形成一定的知识规则，在仿真过程中其规则内容包括设备名称、事件、原因、推理相关信息等。它采用统一建模方式，可以通过修改、完善知识库中的推理逻辑来提高综合分析决策的功能。

4．4推理机

推理机是利用类似专家解决问题的思维方式，通过推理机来实现知识库的价值。在故障发生后，推理机将采集到的告警信息、设备状态信息与知识库中的推理建立起关联关系，采用正向推理策略，按照推理规则进行反复匹配和判断，最终给出一个或多个合理的推理结果以供参考。

4．5推理结果展示

推理结果展示既是将推理结果以报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中，告警窗口“推理信息”页面提供简单的故障分析结果报文信息，包括故障发生时间、设备名称及简单推理结论，通过双击该报文信息调用具体故障分析报告的展示窗口，分析报告显示的内容包括故障发生的时间和间隔、动作事件、故障原因、故障相关信息分析的结果。通过推理结果展示，可以直观的看到故障综合分析决策的结果。

5结束语

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关键词：计算机仿真；教学改革；合作创新

作者简介：华民刚（1980-），男，江苏无锡人，河海大学常州校区计算机与信息学院，讲师；陈俊风（1979-），女，江苏句容人，河海大学常州校区计算机与信息学院，讲师。（江苏　常州　213022）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0082-02

计算机仿真技术的应用已经渗透到工程技术的各个领域。最近几年高校纷纷开设计算机仿真类课程，由于此类课程开设的时间尚短，名称和内容也不统一，如“计算机仿真”，“控制系统计算机仿真”，“建模与仿真”等，一般大类归属于电子信息类，小类归属于不同专业，如自动化专业、电子信息专业、测控专业和通信专业等。[1-4]因此针对不同的专业，“计算机仿真”课程的内容需有所侧重，要突出专业特点和专业知识的连贯性。该课程课时短，理论性强，且需一定前续的专业课程和高级编程语言的基础知识，在多年的教学实践中发现，计算机仿真技术入门难，学生学习热情不高，且现行的课堂教学模式制约了“计算机仿真”课程的发展。由此认识到，要适应时展的需要，从根本上提高教学质量和学生仿真设计的能力，做到学以致用，所以有必要在“计算机仿真”教学中引入合作创新。

一、现行教学模式存在的问题

“计算机仿真”课程教学的主要目标使学生了解仿真技术的发展与应用，能建立系统的仿真模型，学会用MATLAB进行系统仿真，对相关学科有进一步的认识或拓宽知识面，为从事电类不同专业技术的分析与设计和后续课程提供必要的仿真实验技能。

1.教学模式与仿真课程独特性之间的矛盾

（1）要想学好“计算机仿真”课程，学生必须具备扎实的基础知识。“计算机仿真”课程内容包括：仿真的基本概念和基本流程；仿真模型的建立以及相互之间的转换；连续系统和离散系统仿真的基本算法与方法；建模与仿真的常用计算机软件，并能联系专业特色，解决具体问题。这其中涉及应用数学、仿真高级语言（典型如C++，MATLAB）和要仿真的对象的相关专业知识等多门交叉课程。计算机仿真技术离开这些基础知识，就成了无源之水，无本之木。目前学生基础参差不齐，普遍存在偏科和厌学的现象，因此在学生一无所知的情形下，讲解“计算机仿真”课程就更是费时、费力，且效果差。

（2）学习“计算机仿真”课程需要充分发挥出计算机仿真的实践性。计算机仿真的学习过程也是应用程序使用的训练过程。仅仅以课堂讲解为主，辅以较少的实验教学，理论生涩枯燥，难以激发学生学习兴趣，更无法充分发挥学生的学习主观能动性。课堂讲解教学无法训练学生的操作动手能力，也无法使学生理论联系实际，应用课本中的理论知识来解决实际操作问题。

（3）现在的考核方式难以考核学生的学习情况。现在的考试方法偏重基本知识的测试，而忽视能力的考核，单纯以期末考试分数作为学生水平高低的评价标准，不但严重扼杀了学生的创新能力，而且不能全面反映学生的学习情况。

2.理论教学与实践教学难以协调[5，6]

目前“计算机仿真”课程基本上采用课堂教学与上机实践分开进行的模式。以课堂讲解为主，辅以较少的实验教学。教师会根据自身的具体情况先进行理论知识的讲授，而一般上机实践的机会比较少。与此同时，由于授课与上机是分开进行的，学生在课堂上学到的理论知识不能马上在上机时加以应用；此外，上机实践中一般学生多教师少，学生在上机过程中所遇到的问题，教师无法一一解答，很难保证每个学生都认真独立地完成上机任务。

因此“计算机仿真”仅通过课堂讲授是不能达到教学效果的，这样既吸引不了学生的兴趣，也无法让学生真正理解知识、掌握相关技能。“上机实践是学习“计算机仿真”课程的重要环节，如何做好两者之间的衔接，是目前急需解决的问题。

3.专业特色不突出，工程背景不足

“计算机仿真”与不同专业的典型课程都有联系，如“现代控制理论”、“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”、“通信原理”、“信号分析与处理”、“过程控制系统”、“电力系统分析”、“自动控制原理”，结合专业课程进行仿真训练，选择上述课程的一些内容作为教学例题。然而目前在讲解“计算机仿真”课程时，未能结合专业特点，没有体现出专业特色。

此外“计算机仿真”课程的实践题目绝大多数都是工程背景不是很明确，题目数量也比较少，对象多为通用的数学模型。因此，要想让学生学会用MATLAB分析和解决实际工程问题，很难实现。

二、“计算机仿真”教学改革方案

1.理论与实践相结合教学方式

（1）在“计算机仿真”课程里选用MATLAB语言。该语言简单易用，有友好的工作平台和编程环境，具有强大的科学计算机数据处理能力和出色的图形处理功能。更值得一提的是，MATLAB的应用范围非常广泛，应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等各个领域。

（2）将“计算机仿真”课程移至机房，每个学生一台计算机，边讲边练。这不但方便学生消化新知识，现场练习，也便于教师现场指导。通过对课程内容和授课地点的调整，学生更能快速地掌握计算机仿真设计的基本思想，并加深对电类学科专业知识的理解，对提高学生分析问题和解决问题的能力，进一步培养学生的科研能力，具有很好的效果。

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论文摘要：针对电子信息类专业实验教学中存在的问题，结合实际的教学条件，对实验教学提出了改革，将仿真技术应用到实验体系中，避免了实验条件的空间和时间限制，充分发挥了学生能动性，提高了实验教学质量。

实验是电子信息类专业学生课程教学的一个重要环节，是对理论教学的补充和深化，其开设方式关系到学生对理论知识的掌握和应用，直接影响着学生的操作技能、主观能动性和实际动手能力的提高，也决定着理论和实验的教学水平。因此，在教学过程中一定要加强实验这个实践性教学环节，充分利用实验资源来培养和提高学生解决问题的能力和创新能力，使学生能够更加快速地适应于将来的工作。加强实验教学环节，最大限度地利用学校的实验教学资源，对提高教学水平，培养学生的实际应用能力和综合素质具有重要的意义。

1 实验教学的传统模式和问题

在我国高校工科教育中，实验教学硬件条件普遍不足，或者是硬件实验条件的发展跟不上技术的要求，同时各高校大幅度扩大招生，实验教学硬件条件更显不足。加大对实践教学条件的投入，加强培养实践教学科技人才，强化实践教学内容和条件的改革与建设，在当前来说具有特殊重要性[1]。我国教育主管部门也在积极得进行着推进实践教学的改革与建设。例如：在全国高校本科教学水平评估中，实验室建设基地和建设经费以及实验教学改革就是一项重要的指标内容。越来越多的高校开始响应教育部的号召，实行了“双基”实验室，并在此基础上进一步建设“实验教学示范中心”。

目前，实验教学的传统模式的缺点主要表现有：

1）实验设备陈旧，实验模式单一；

2）验证性实验分量大，与设计性、综合性和创新性实验之间的比例失调；

3）先进的实验教学手段在实验教学中的引入还不够；等。

2 实验教学方法改革势在必行

随着计算机的普及和应用，在教学中也越来越多地借助计算机来辅助设计方法，同样，在实验中借助计算机仿真技术具有很大优点：减少实验中所需的耗材、降低对实验器材的破坏性、完成更复杂更高难度的设计性实验、更加全面地分析实验对象以及结果的性能指标等，具有高效、快速、直观、完整的优势。开展仿真实验作为一种新型的实验教学方法是在现有实验室设备的基础上采用计算机新型软件对实验进行模拟，大大提高了学生对本专业知识的应用能力和科研创新能力。因此，在当今的实验教学中，仿真实验的引入势在必行。

对当今高校来说，学生人数不断增加，实验室设备和资金满足不了大学中学生的试验要求，为了不断提高实验教学的质量，又进一步解决实验设备少、不好维护、建设费用高等问题。将仿真技术引入实验教学中来，学生一方面可以利用计算机实现实验方案的设计，又可以直观地验证仿真过程和结果，不受实验室条件和空间的限制，可将实验设计带入到课余生活中来进行，大大提高了学生对实验的操作兴趣。利用仿真实验由于方法的灵活性可以充分发挥学生的想像力和创造力，比起传统的实验教学更利于培养科技创新人才，且有利于降低实验成本，能够使得实验室的建设和发展进入一个良性循环中。

3 实验教学改革方案

3.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验

在实验教学中引入计算机仿真技术，一方面，充分发挥学生的主观能动性，激发学生学习兴趣，另一方面，老师可以利用计算机技术来观察学生的实验过程，采集学生的实验结果，更好地跟踪和指导学生，先进的教学理念和教学手段有助于提高实验教学效果，提高教师的教学水平。而计算机的引入可把实验设备、理论教学、教师指导和学生的思考、操作有机地融合为一体，克服了传统实验教学过程中受到课堂、课时、实验设备等的限制，使实验教学内容进一步灵活化，在时间和空间上得到延伸，也进一步激发了学生的实验热情。

在实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验，可以使得学生在进行实验的过程中培养独立思考能力，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识，同时为学生提供了更加开放灵活的实验条件。对实验内容和实验教材来说，采用仿真技术把将虚拟实验和真实的电路实验有机地整合起来，充实了实验内容，增强了实验的能动性和趣味性，有利于实现培养学生综合实践和探索创新能力[2]。目前，越来越多的高校重新对实验室建设进行了规划，利用计算机仿真技术改革实验教学是一个新的发展方向。在高校实验室中引入计算机以及相应的软件技术不仅可改善实验条件、改革实验教学方法、充实实验教学内容，还可大大提高实验效率，降低实验成本，增强学生学习的积极性和创新性，为实验教学和科研提供良好的实验平台[3]。

以单片机实验教学为例，在实验过程中我们引入proteus仿真软件，用它来模拟单片机硬件系统。由于软件的灵活性，可以克服实验箱硬件电路固定、实验内容难于改动等局限。整个实验设计都是基于计算机仿真技术的，除了计算机外不再需要任何硬件即可进行实验，这样有利于促成课程和教学改革，更有利于人才的培养。仿真技术的另一应用表现在学生的业余爱好上，比如目前的电子设计大赛，挑战杯等，学生完全可以利用计算机来进行仿真，先用计算机仿真出相应的实验模型，在计算机上进行模拟调试，最后用硬件实现。在整个过程中，学生可充分发挥自己的才能，通过大量仿真对比，达到设计目的，学生也可以大胆地反复调试，避免了损坏器件。在电子设计竞赛中，我们使用proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。 转贴于

另外，开展仿真教学对于我国的远程教学也是一种很好的尝试，有着重要的意义。

3.2 重新安排各类性质的实验，适量增加综合性、设计性实验

验证性实验是实验中最基本的，可以使学生巩固理论知识，它的实验内容相对简单，重点培养学生的基本操作、数据处理和计算技能，验证和加深对课本知识的掌握和理解。综合性实验则要求学生必须具有一定的专业基础知识和基本操作技能，能够运用某一课程或多门课程的综合知识，进而对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。目前工科高校中越来越多地提出课程设计也是为了加强学生对综合知识的运用。为充分调动学生的学习积极性和主观能动性，设计性实验也必不可少。设计性实验能加深学生对理论知识的认识，由学生自己负责计划和执行，充分提高了学生的思维能力、动手能力、分析和解决工程实际问题的能力[3]，发挥了学生的主观能动性，设计性实验的完成可以充分借助于计算机仿真技术来完成。

验证性、综合性、设计性实验相结合，培养了学生基本的实验技能和方法，同时又促进了学生的创新思维，打破了原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行的，既相对独立、又相互联系的实验教学体系。在某些应用性强的实验教学中，综合性和设计性实验的比例至少要达到60%以上，同时设计性实验最好要跟得上科学技术的发展。一方面保证基本实验技能训练，另一方面，实验内容应与当今先进技术的发展相结合，适应社会发展的需要，将科研成果转化为实验内容，提高实验的先进性和代表性。那么，工科院校中一方面加大实验器材的投入，提高实验教学条件，开设先进的实验内容，提高学生的积极性，使学生适应当今社会的发展；另一方面，要充分利用现有的条件，引进先进的仿真技术，使得实验条件进一步升华，充分发挥教师和学生的主观能动性和创新能力。

3.3 硬件软件都要抓，都要硬

计算机仿真实验虽然可以准确地反映整个实验过程， 是一种新型的应用技术，十分有效，但是仿真技术不是万能的，它毕竟不是真正的实验，在许多场合仿真只能起辅助作用。也就是说不能用仿真实验来全部代替硬件电路实验，而是将仿真试验和传统的硬件实验相互结合，根据学校的实际情况和实验的情况灵活运用，虚拟实验不是万能的，如果所有的实验都用虚拟实验替代的话，学生在虚拟环境中实验会产生或多或少的不踏实的虚拟感，实践能力也不可能得到真正的提高。

3.4 加强对实验课教师的培训，通过培训交流更多地了解新的实验技术

在实验教学改革的同时，必然对教师提出更高的要求：一是教师也应加强专业知识和技能的学习，来提高自己的业务能力和综合素质，另外，不断更新专业知识的结构，了解前沿技术的发展也是必需的；二是高校中要大力创造条件促进教师经常参加基础理论知识的培训和实验的培训以及学术研讨会，从而扩大视野，更新教学观念，及时了解嵌入式系统发展趋势和动态，促进电子类实验技术的发展；三是要大力组织专业教师去积极申报相关的创新实验和科研项目，提倡以科研资金来促进实验室的建设，用科研成果去改进实验内容，同时可以提高教师的科研能力，在科研中更好地去锻炼自己，为实验教学服务。

4 结论

随着社会对人才要求的提高，大力推进实验教学改革迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，将仿真技术应用到实验教学中可以充分调动学生的主观能动性，激发学生的创新能力，加快学生适应社会的能力，同时学习了先进的新技术。

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篇6

论文阐述了针对TDOA窄带信号时延估计的发展现状和背景，并分析了噪声对时延估计结果的影响。在互相关算法的基础上，提出了一种适用于窄带时延估计的新方法。该算法通过对互相关波形进行带阈值的平方加权重心计算，有效避免了波峰处噪声的影响，具有较好的抗扰性能。通过理论分析和计算机仿真表明了该算法的有效性，并通过与其他算法比较，验证了本文算法在达到同等计算精度的情况下，具有极少的计算量，适合工程应用。

【关键词】时延估计 窄带信号 信号重心 阈值确定

针对TDOA时延估计方法，已经由简单的互相关算法发展到广义互相关算法，从时域估计也发展到了频率估计，由非参数估计发展到参数估计[1]。其中互相关方法依旧是工程上广泛应用的方法，常用的方法有二次互相关法[2]、广义互相关法、循环相关法、谱相关法和波形比较法[3]以及Music算法[4]。在很多情况下，由于无线电系统接收到的信号多为窄带信号，系统的采样频率也很高 ，这就导致采集到的信号归一化带宽（即绝对带宽与采样频率之比）很窄[5]。

本文在研究多种相关时延估计方法的基础上，将互相关算法与信号重心计算相结合，提出了一种新的时延估计。该方法利用对主瓣波峰处的计算，有效避免的峰值点不够准确的问题，提高了时延估计的精度。并与快速Music算法等多种算法进行比较，具有较好的抗扰性能。本文对新算法进行实验、分析，并通过计算机仿真验证了该算法的有效性。

1 相关时延估计方法

3 实验结果

4 结语

论文将信号重心计算推广应用于TDOA窄带信号时延估计中，利用重心计算的稳定性有效避免了错误波峰对时延结果的影响，并且计算量大大减少。实验表明，使用该算法同样可以在低信噪比、窄带宽的情况下使用，在与Music算法、波形比较法等其他算法相比，其具有更好的工程应用价值，更利于工程实现，

参考文献

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作者简介

邓可为（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向：无线电信号监测，计算机控制与管理。

龚晓峰（1963-），男，博士，副教授，主要研究方向：无线电信号监控，计算机控制与管理。

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参考文献的写作要是真实可靠的，是随时都可以查阅到的，标准的参考文献规范格式的书写是每个论文作者都必须要有的素养。关注学术参考网查看更多优秀的论文参考文献，下面是小编整理的关于软件开发论文参考文献，欢迎大家阅读借鉴。

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关键词三维建模技术；结构优化；模型优化；层次模型

中图分类号TP301文献标识码A文章编号1000-2537（2014）02-0090-05

为了在计算机的虚拟环境中生动形象地模拟自然环境之中人的视觉、听觉、嗅觉以及运动等行为，虚拟现实技术应运而生[1].经过近几年的发展，该项技术已成为计算机领域的一个新型研究方向，获得国内外学者以及企业的广泛关注并引起浓厚的研究兴趣[2-3].在虚拟现实技术中，三维建模是该技术的一个关键步骤和核心技术，也是实现虚拟现实系统的基础[4].由于虚拟现实系统需要较高的实时性，而三维建模的优劣直接影响整个这类系统的实时性[5]，这使得三维建模成为了此项技术的研究热点，而三维建模流程的优化又成为了重中之重.

目前，关于三维建模流程的优化研究主要集中在模型阶段，其中部分研究取得了较好的实际应用效果[6-7].然而，如果在三维建模之前各模型分块不合理的话，就会导致建模过程耗时较大，从而大大降低系统的实时性.针对这种情况，论文基于过程的思想，从结构优化、模型优化两方面对整个三维建模流程进行优化.同时，论文还提出了一个新型层次模型简化算法以进一步缩减三维建模流程中模型间优化的时间间隔.

6结束语

论文对三维建模进行研究，基于过程优化思想，提出了一个新的三维建模流程优化方法.同时，针对其中的模型简化也进行了研究，提出了一个层次性模型简化算法.通过模拟联合站系统实验表明，所提三维建模流程优化方法在建模总体效果和实时性两个方面，都具有一定的优越性.

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【关键词】 突发危机事件 人员疏散仿真 Swarm 元胞自动机 多智能体

现今世界上主流的人员疏散的计算机仿真模型分为宏观仿真模型和微观仿真模型。前者相对后者模型简单，计算量小，但是由于忽略了个体的特性和个体与周围环境、其他个体的作用，所以仿真精度不高。元胞自动机具有时间、空间和状态上的离散性，并按照一定局部规则在离散的时间维上演化，很容易动态演化出复杂的现象；但是缺乏智能性和自治性。然而多智能体体系统研究多主体之间智能行为的协作、竞争等相互作用，系统中的每个主体代表了现实世界中一个自治的实体或个体。因此本文将多智能体的自治性与智能性融入到元胞自动机中，结合二者的优点进行突发危机事件下人员疏散的模型仿真研究[1]。

1 理论描述

1.1 元胞自动机

1.1.1 起源

元胞自动机（CA）的基本思想源于著名的计算机科学家Von Neumann。随着伟大科学家wolfram的名著《一种新科学》的出版，元胞自动机作为一门新的科学逐渐被认可和接受，并得到了快速发展，并被广泛地应用于物理、生物、数学、计算机等众多领域研究。

1.1.2 定义及基本组成部分

元胞自动机是定义在具有离散和有限状态的元胞组成的一定的局部规则，在离散的时间纬度上演化的动力学系统。通过系统内局部元胞的微观行为特征之间的相互作用实现系统整体宏观行为特征涌现的演化模型。元胞、元胞空间、邻居、规则是组成元胞自动机的最基本的四个组成单位。元胞分布在离散的一维、二维或多维空间的格点上或者格子中央，在演化的每一时刻，每个元胞都具有各自的状态，状态集一般是整数形式的离散集。元胞空间实际上是一个包含空间上所有元胞的集合。任意元胞A于某一时刻的状态只与本身及其邻近元胞的前一时刻的状态有关。这些邻近元胞被称为元胞A的邻居。邻居与本身的当前状态对自身下一时刻状态的决定就是规则。元胞自动机的邻居也具有多样性，其中典型的有Von Neumann型、Moore型和扩展的Moore型[2]。

1.1.3 主要特征

（1）同质性：元胞空间内所有元胞按照同一演化规则变化；（2）并行性：元胞自动机的系统演化是并行的；（3）局限性：任意一个元胞下一时刻的状态只取决于本身及其邻居当前时刻的状态；（4）离散型：大小形状相同的元胞按照同一规则整齐划分在离散空间内，按照离散的时间步演化，且元胞状态只能在有限的离散空间内取值。

1.2 多智能体系统

1.2.1 定义

多智能体系统是分布式人工智能的一个重要分支。它由多个智能体组成，涉及智能体的知识、目标、技能、规划以及如何使智能体采取协调行动解决问题等，研究目的在于解决大型、复杂的现实问题建成小的、彼此互相通信和协调的，易于管理的系统。

1.2.2 优点

多智能体系统具有自主性、分布性、协调性，具有较高的问题求解效率。主要有以下几点：

（1）独立自主性；（2）支持分布式应用；（3）异质和分布性：由于各智能体是自治的，每个智能体都有自己的进程，可以按照自己的运行方式异步地进行；作为开发人员可以采用不同的设计方法和计算机语言开发[1]。

除此之外，多智能体技术打破了人工智能领域仅仅使用一个专家系统的限制，各领域的不同专家可能协作求解某一个专家无法解决或无法很好解决的问题，提高了系统解决问题的能力[5]。

2 仿真模型建立

2.1 工具介绍

本文使用Eclipse下的Swarm库编写。Eclipse是著名的跨平台的自由集成开发环境（IDE），主要用Java语言开发，其本身只是一个框架平台，但是扩充性极好，在插件的支持下，Eclipse拥有上佳的灵活性。Swarm由Chris Langton于1994年在新墨西哥州的圣塔菲研究所启动，目的是为基于多主体仿真模型的开发提供一系列标准的计算机工具[3]。

2.2 疏散场景的设定

根据过往学者的研究，人的平均肩宽为0.4m[4]，所以本文将疏散场景设定在一个长20m，宽20m的图书馆内，图书馆有6个长12m、宽1.2m的书架，1个长2.4m、宽1.2m的借书台，一个宽度为2.4m的出口。设定单元格为0.4m*0.4m，平均划分成2500个单元格。每个单元格就是一个元胞，用坐标表示，如第i行、第j列的元胞的坐标为（i，j）。每个元胞具有两种状态：空和被占据（被其他个体占据或者被障碍物占据）。元胞的状态用布尔函数表示，当元胞为空时，其值为true；反之，其值为false。

2.3 行人模型的设定

（1）行人初始化；利用随机函数math.random（）定义区域内人口密度dens，随机分布区域内个体的数量。依据模型，设定个体的初始速度[3]，感应半径r=3m。（2）通过距离函数判断行人是否逃出危险区（当行人距离出口为0时视为逃出），程序中的体现则利用remove（）函数在space中消除该个体。

2.4 行人行为规则

（1）最短距离。即个体每一步行为的决策首先考虑的因素是候选元胞到达目的地的距离，其中距离最短的元胞为“最佳元胞”。（2）道路通畅。当执行规则（1）后，如果出现两个或者两个以上“最佳元胞”时，定义其中感应半径内包含个体最少的元胞为“最佳元胞”。（3）优先“向前”。当执行规则（2）后，若仍存在多个“最佳元胞”时，我们定义“向前”为最佳决策。

2.5 危险源（火灾）的设定

利用鼠标单击事件由人决定火灾发生的时间和地点。这样的设计便于多次仿真消除计算机本身计算带来的误差，更加灵活、有效。

3 仿真结果与分析

3.1 恐慌情绪与疏散时间的关系

一般而言，危急时刻，人会不由自主的产生恐慌，恐慌致使我们不能够冷静看待周围环境，做出不理智的行为，有碍安全疏散。本组实验研究恐慌情绪对疏散时间的影响。设定待疏散人员为200人，一个出口，出口宽度为1.6m本次实验中每种恐慌情绪实验5次，取5次平均值作为实验的统计数据，结果如图1。

由图1可知，随着恐慌情绪的增加，疏散需要的时间也不断增加。可见，心理状态对群体行为有着重要的影响作用。

3.2 专业素质与疏散时间的关系

在群体行为中，个体的自作用力也发挥着显著的作用。问卷调查的结果显示个体在具备相关专业素质的情形下，其行为表现更多的自作用的结果。本组实验通过调整群体中具备疏散相关专业知识的人员比例，来研究专业素质与疏散时间的关系。设定待疏散的人数为200人，一个出口，出口宽度为1.6m。实验中不同比例实验5次，取5次平均值作为实验的统计数据，结果如图2。

由图2可知，疏散时间随着群体中具备专业素质的人员比例的增加而下降，看来，具备一定的专业素质有助于疏散，专业素质在一定程度上影响群体行为。

4 展望

由于时间和精力有限，本论文还有些许不足，有待进一步的研究。

（1）本论文研究了影响群体行为的一些因素，如情绪、专业素质和客观环境等，总结出消极情绪对群体行为有负作用，专业素质对群体行为有积极的影响，通过改善客观环境可以引导群体行为向最大效益的方向发展。但是没能验证本论文的数学模型是否具有唯一性和通用价值，以及该数学模型是否还能通过某种修正方法，得到更完善的模型，这将是今后的研究方向。（2）本论文只针对图书馆进行了应急疏散的仿真，这只是群体行为的一种。要研究群体行为，应当仿真多种场景下的多种群体行为，这样得出的结论更具说服力。

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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．