虚拟仿真技术优点精选(九篇)

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第1篇：虚拟仿真技术优点范文

[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

[1] 杨红娟，周以齐，石柏成，陈成军.机械系统虚拟现实建模方法的研究.中国图像图形学会.642～646.

[2] 刘强，刘春全.机械动力仿真软件在抽油机运动学上的应用.装备制造技术，2008年，第12期.49～51.

[3] 石其乐.简易型虚拟现实技术的实现.宁夏工程技术，2003 年8 月，第2 卷第3期：227～245

第2篇：虚拟仿真技术优点范文

关键词：虚拟仿真；医学；实践操作

中图分类号：G642.0 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）39-0043-03

随着高等教育改革的不断深化，传统的教学模式受到场地、设备、师资等众多因素的限制，极大地制约着学生创新意识和创新能力的培养。新兴的虚拟仿真技术在高等学校教学、实验中向着网络化、智能化以及互动化等方向发展，可以发展现代教育思想、提高教学水平、改善实验环境以及优化教学过程，从而增强学生的实验动手能力。虚拟仿真化教学模式可以极大地克服传统教学模式的一些弊端，必将成为现代化高等教育的重要途径和方式之一，并在飞速发展的信息化时代日趋完善和成熟，承担起培养现代化创新人才的重任。

一、虚拟仿真教学平台

虚拟仿真（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，具有交互性、真实性以及多感知性等特点。其以计算机软件及硬件为基础，相关的技术手段为辅助，通过对己知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种先进的计算机应用技术。虚拟仿真技术可以依靠计算机的图形处理进行图像再现，与传统的图像再现手段，如电影、电视以及DV等相比，有着本质的飞跃。虚拟仿真技术对于图像的再现不仅仅局限在对实物的再现，它更多地被应用在超现实画面的再现上。随着计算机硬件技术发展的突飞猛进，虚拟仿真技术已普遍应用于各个领域，如训练、教学、仿真、娱乐、遥控操作以及模拟预测等方面。[4]现阶段，尽管虚拟仿真技术优点诸多，越来越受教育界所青睐，但是虚拟仿真教学平台在医学教育领域的应用还处于起步阶段。如果能将虚拟仿真技术成功地运用到医学教育领域，势必会具有广阔的发展前景。

二、现代医学教育引入虚拟仿真教学平台的迫切性

医学是一门实践性非常强的学科，实验室操作和临床实习贯穿着整个教学的过程。实验教学环境的优良与否直接关系到学生们能否掌握好该门课程。心理学家瑞特拉研究表明，同样的知识采用不同的教学方式呈现时，其效果有着显著的差异，采取对不同感官进行多方面的刺激，所达到的记忆效果会有所不同。因此，现代教育技术有必要把多媒体技术、虚拟仿真技术、网络技术以及控制技术等进行综合运用并引入课堂，虚拟各种实验设备和实训环境；充分发挥现代信息技术的集成性、交互性和控制性，生动形象地展示教学内容，综合处理超文本、图形、图像、动画、视频、声音等多媒体信息，展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程。现代医学教育也是如此，虚拟仿真教学平台正是在现代教育思想的指导下，使用新技术改进教学方法的尝试。在现代医学教育课程中，医学生只有通过足够的实验室训练操作才能获得必要的综合技能，并初步具备一定的临床实际工作能力。在虚拟仿真技术平台中，教师能够采用“做中学”的教学模式，多种媒介的信息同时作用于学生的各个感官，有助于提高学生的理解能力和实践能力，直到形成合适的行为模式以及行为系统。同时，循序渐进的教学过程也符合学生的认知规律。三维虚拟仿真教学平台的引入，可对现代医学教育起到很大的促进和推动作用。虚拟仿真教学平台和虚拟课堂系统相结合，能够突破课堂实验教学的制约，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。但是，由于虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。[7]同时，医学领域又有着极强的专业性，其专业技术的要求比较高；另一方面，人体是一个非常复杂的系统，即使超大型的计算机虚拟仿真系统也与医学的模拟要求有相当的差距。现阶段，虚拟仿真技术在医学教育中的应用仍处于比较早期的纯画面展示类型，仅仅是将传统的图片、图谱变成了3D动画，缺乏应有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的观看。因此，有必要在现代医学教学中引入虚拟仿真教学平台，充分发挥虚拟仿真技术的优势。

三、虚拟仿真教学平台在医学教育中的优势

医学虚拟仿真教学平台环境是虚拟仿真技术与医学教学实践高级复杂的结合，是信息化教学的高级应用。随着现代信息技术的飞速发展、软硬件性价比的大幅度提高，医学虚拟仿真技术正逐渐从科研院所、实验室走向实际的临床教学应用中，有着传统教学手段所没有的众多优势。

1.虚拟仿真教学平台运用计算机全面仿真临床中现实的世界，为医学生提供生动、逼真的学习环境，在虚拟环境中模拟给患者进行操作。例如在口腔医学实践教学中，由于口腔视野狭窄、结构复杂、与颅颌面又是一个整体，学生掌握实验操作技能比较困难。然而医学虚拟仿真技术可以充分发挥其优势，利用仿真软件进行现场模拟构建，使教学活动更加生动形象、直观易懂，以此激发学生学习的兴趣和提高教学的效率。

2.虚拟仿真教学系统能够使学生们主动成为虚拟教学环境中的一名参与者，不仅仅成为教学“教”的工具，也起到与“学”的互动作用。这对调动其学习积极性、突破教学的重点难点、培养学生的临床操作技能都将起到积极的作用。同时，虚拟仿真教学平台可以解决许多真实实验中实现不了的困难，使学生在虚拟环境中接受多感官的刺激，并进行具体操作、感受和体验，更容易调动学生的情感参与，将抽象的内容具体化、形象化，留下深刻的记忆，以提高学习效率。

3.虚拟仿真教学平台提供开放性的实验平台，能够解除课堂实验教学时间、地点的限制，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。在课堂上没能按要求通过实验的学生可以在课余时间利用网上虚拟仿真系统进行模拟实验，随时随地进行实践操作训练。

4.虚拟仿真教学平台为学生提供平等的实践操作资源。实验室操作与实践教学在整个教学过程中起着举足轻重的作用，能够促使学生将所学知识进行灵活运用，引导学生掌握规范操作的技能技巧，培养学生观察、分析和动手操作的能力。由于医学院校教学条件依然存在其多变性、复杂性等客观原因，各个学校实验环境存在一定的差异，虚拟仿真教学系统能够充分发挥网络的优势，使教学实验资源共享，以弥补实验室资源的不足。

5.虚拟仿真教学系统的应用还能在实验教学中节约相当的成本。在虚拟系统中训练可以为学生在实验室的实践操作奠定一定的基础，能在实践中收获更多，体会更加深刻。其次，虚拟仿真教学系统也可以代替传统实验条件下无法完成的实验操作，或由于实验设备昂贵而难以实现的实验训练。因此，虚拟教学和实验室相结合也是合理地利用、开发教育资源的一种途径。尽管计算机虚拟仿真系统与临床医学中的模拟要求还有相当的差距，但是也可以作为医学实验室操作训练的另一种补充。通过运用形象、直观、生动的现代教育技术手段为学生们创设学习情境，开拓教育信息交流的新渠道，使课堂教学具有交互性，其组织形式更加丰富和完善，可以充分调动学生的学习兴趣，发挥其主观能动性、独立性和创造性，让他们尽快熟练掌握临床操作技能。

四、虚拟仿真教学平台在医学教育中的前景

随着现代信息技术的发展，应用于医学实验室操作与实践教学的系统也将不断推陈出新，给教育的发展和改革带来了机遇、动力和挑战。虚拟仿真教学平台为学习者提供了一个既先进又灵活的环境，可以锻炼学生的独立构思和设计能力，激发其学习的兴趣，对提高教育技术水平、改善教学及实验实训环境、优化教学过程、提高教学效率、节约教学成本、加速培养现代化的医学专业技术人才产生深远的影响，并将推动学科研究，促进教学改革。

参考文献：

[1]陈萍，周会超，周虚.构建虚拟仿真实验平台探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2011，（28）：35-36.

[2]赵士滨.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现[J].电化教育研究，2001，（2）：30-35.

[3]熊光楞，等，协同仿真与虚拟样机技术[M].清华大学出版社，2004.

[4]王文军，李冰，安川林.虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探[J].中国医学教育技术，2008，22（3）：230-232.

[5]汪春蕾.仿真实训教学模式的探究[J].科学大众·科学教育，2012，（5）：123.

[6]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2008，22（5）：106-109.

[7]陈守满，姜建国.虚拟现实技术在教学中的应用[J].计算机应用，2002，（4）：111-112.

[8]谭珂，潘新华，高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术，2012，26（5）：535-538.

[9]万宁，黄堂红.探析实验教学中虚拟仿真系统的设计与开发[J].成都大学学报（教育科学版），2007，21（2）：56-58.

[10]何瑞，刘金浦.现代信息技术在PLC教学中的应用[J].中国现代教育装备，2009，（6）：12-14.

基金项目：重庆市教学改革研究项目：结合口腔医学专业认证标准，优化口腔正畸学PBL教学模式（1203112），重庆市研究生教育优质课程（2011-56）

第3篇：虚拟仿真技术优点范文

[关键词]虚拟仿真技术 运动生理学 实验 立体化

[中图分类号]G712 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）06-0236-02

运动生理学主要是研究人体在体育活动和运动训练影响下机体在结构和机能方面的各种变化，探索人体在运动过程中机能变化的规律，以及形成和发展运动技能的生理学规律，探讨人体运动能力发展和完善的生理学机理，论证并确立各种科学的训练制度和训练方法。人体在体育活动和运动训练影响下机体机能变化的动态数据是运动生理学研究的重点和难点。因其变化的动态性和不易感知性，使学生学习起来特别抽象，难以理解。单纯的依据课本的数据进行比对，就更加没有说服力，极大增加了学生学习和掌握的难度。在运动生理学实验课堂上开展实验教学过程是增加降低理论学习难度，提高学生学习积极性的有效措施，但在目前的运动生理学实验教学过程中，由于受实验标本的采集与存放、试剂的调配与更新、实验器材的种类限制、教师预实验的准备、场所与时间限制和一些复杂设备的影响等，很多实验课开展的效果并不理想，学生获得的实验数据较少并且缺乏说服力，后期重复实验更是无法独立操作完成。很多大型实验由于没有时间准备预实验，教师操作的效果也不理想，开设运动生理学大型实验的成本较高，耗费人力、物力较大却收效甚微，使学生深刻理解运动生理学知识受到很大限制。

为了节约成本，很多学校就只开展几个传统型的简单实验，但是最新的理论知识和科学研究，学生就难以接触，且这几个实验由于脱离高端技术使学生难以对实验印象深刻。实验知识的匮乏也影响了学生独立感知，自主研究的积极性，理论应用起来更加捉襟见肘。因此，我们迫切需要一项技术既可以节省实验成本，提高实验成功率，又能使学生自主感知，自主钻研，使学生得到专业便捷的技能训练，虚拟仿真技术应运而生。他不但简化了实验课程准备工作，而且高速的数据处理库提高了实验的精确度和动态呈现机体对刺激反应的敏感度，大大激发了学生学习的兴趣，大量数据的多角度呈现，更加激起学生探索的欲望，可以说完美解决了运动生理学实验所必须的多项技术。

一、虚拟仿真技术简介

虚拟现实技术又称虚拟现实技术或模拟技术，就是通过计算机模拟技术将一个真实的系统在另一个占用空间比较小的、制作相对容易的虚拟系统中进行模仿实现真实人机对话体验的技术。随着计算机人工智能技术的不断进步和发展，虚拟仿真技术越来越精良并逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。人投入到这种环境中，立即有“身临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互，虚拟环境还能够实时地做出相应的反应。

虚拟仿真技术，是仿真技术与虚拟现实技术结合而产生的一种更高级的仿真技术。在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。

虚拟仿真实验系统的特点：首先虚拟实验系统的仿真引擎代替了实物，实验过程不再需要反复消耗标本和试剂，且实验结束不需要废料收集和处理，完美解决了传统实验过程中所缺乏的节能和环保处理；第二，学生做实验不再受到实验器材的限制，学生没有理解的实验允许反复操作，增强了学生动手动脑的实践能力，大型实验也省去了繁琐的准备过程，节约了教师的准备工作；第三，虚拟仿真技术因其技术的成熟性，允许学生自我提升与拓展，课本之外的实验，学生也可以自主钻研，不受材料限制，大大提高学生学习与思考的积极性。此外，虚拟仿真技术平台还为学生提供在线测评功能，网络化的学习模式，为学生自我巩固与提升提供了一个良好空间，抓住了学生学习的兴趣点。

二、运动生理学实验与虚拟仿真技术相结合

以前学校进行的运动生理学实验主要是通过课本理论的教授进行理论学习，然后再通过小白鼠、青蛙等动物进行实验验证，这种探究方法单一而且让学生很难完全信服。几乎所有运动生理学实验的理论，都来自观察动物在运动过程中的机能活动并对其因果关系的分析来实现。放到人体之后的结论显得单薄而且缺乏说服力。另外，由于人力及物力资源的种种限制，实验课本身课时较短，很多实验结果本身缺乏科学性和完整系统性，所以很多实验的结果与最终需要印证的结论相关性不符，做得有名无实。

近年来虚拟仿真技术的广泛应用大大提高了运动生理学实验的应用广度和深度，很多难以实现的实验技术经过模式过程之后学生可以真切地感受到学习起来更加容易，记忆也更加深刻。将虚拟仿真技术运用到运动生理学实验教学，是传统教育手段与现代教学技术的创造性结合。虚拟仿真技术的优点主要体现在：多媒体展示的集成性、人机交互的操作性、大容量存储的丰富性、高速传输的便捷性、超时空交流的共享性等。

虚拟仿真技术应用于实验可以分为三个阶段：一是初级阶段，即学生刚开始接触系统阶段，这个时期学生对虚拟仿真系统还比较陌生，很多的功能还不熟悉，教师需要对学生加以引导，根据学生的反馈对系统加以修改和调整，尽量达到彼此合作融洽；二是模块建立阶段，当学生对系统有了初步的了解之后，就需要根据教学的进度和学生学习的侧重点对系统里面的实验加以增减和调整，做到既能满足学生知识掌握，又可以达到能力提升效果，并将最前沿的知识嵌入实验模块，让学生一起走进实验室观摩也是很好的教学方式，观摩过程中学生对知识的理解和应用会更加深刻，让学生明白科学探索的过程其实就是知识应用的过程，这个过程真正存在并不是遥不可及，培养起多思考多动脑的习惯；三是模块应用阶段，即通过所学的知识，所做的实验，探究人体运动生理学知识的运用与开发，这个过程是一个开放的过程，根据每个人理解的不同，所能探索的结果也各有千秋，没有标准的答案，探索永无止境。

例如在学习“人体安静与运动过程中心率和动脉血压变化”课程时，单纯的文字说明和表格对比虽然可以使学生直观的看到数值的变化，但是体现在人体中的动态变化却很难发现和感受。通过查阅大量文献，进行总结归纳，并通过计算机辅助教学把实验课的内容搬到理论课上，经过文本、图片、动画、视频、仿真空间体验等几步的动态体感之后，让学生直观地观察到人体从静态到运动再到运动逐步加快的过程中心率和动脉血压的直观的、动态的、连续的变化过程，把实验的结论与学生的多种感官相互关联，把知识的传授过程由被动的灌输、被迫接受转化为学生自己总结、归纳、探索，使学习过程变得快乐且学生更加容易接受。运动的方法有好多种，速跑和慢跑是两种不同的运动方式，他所牵动的器官不同，达到的效果不同，学生为此进行了一次愉快的辩论，最终大家都为自己的观点鼓掌叫好。每种运动背后都包含着大量的科学知识，合理的运动就是最好的科学。

三、现状与前景展望

实验课一定要“重视学生在教学活动中的主体地位，充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性”，一门课程的学习，结果只是一方面，重视学生在实验过程中的参与度和知识获得过程，才是我们教学的目的。对于运动生理学的掌握我们完全可以直接告诉学生结果：做扩胸训练有助于增加肺活量，做引体向上可以锻炼背阔肌，仰卧起坐可以锻炼腹肌，等等，我们单纯的教授完毕对学生有什么效果呢？他的扩胸运动很到位，肺活量大有增加；他的引体向上很到位，却导致了肌肉拉伤；他的仰卧起坐连贯而有力，却导致脊柱受损……这种风险不仅对普通人是存在的，而且对那些经常锻炼的人亦然。现代人的养生观念很强，每个人都需要运动，但是运动也需要讲究技巧与方法，我们学习运动生理学的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完备的实验设备，解放了学生的思想，相应的研究过程中碰到的问题也就越多，为了满足学生探索的需求与我们日常面临的挑战，我们的路任重而道远。

随着人们对虚拟仿真技术的逐步完善，虚拟仿真技术的应用范围越来越广，下一步我们将搜集更多的文字、图片、音频、动画等素材，组建更多的虚拟仿真实验模型，让虚拟仿真技术更好地服务于运动生理学及各个学科的实验，尤其是以后更可以丰富中小学课堂的教学课堂。通过虚拟仿真技术的应用让学生处于一种多层次、多角度、立体化的学习空间中，直观真切地感受到外部因素变化对身体的影响，改善了学生对体育运动的理解形式，提高了运动生理学课程的趣味性，提高学生学习运动生理学实验的积极性，也提高了学习效率。虚拟仿真技术的广泛应用，必将使运动生理学迎来新的生机和活力，根据教师的指导得到更加专业的技能训练，使人们更加科学的通过体育训练，改善人体技能，提高身体素质。

四、小结

体育学科是一门理论与实践完美结合的基础学科，越来越受到学生及普通民众的欢迎。运动生理学作为体育科学的辅助学科也是一门非常重要的理论课程，他主要研究人体在体育活动和运动训练影响下机体的内部结构和机能的动态变化规律，进而探讨出完善人体运动能力发展的科学机理，指导人们科学准确的完成各种训练。虚拟仿真技术作为一门理论与科学结合的科学手段，极大地提高了运动生理学实验的可操作性和趣味性，满足了当前运动生理学实验的操作需求，可以加深学生对实验的认识，使学生通过丰富多彩的教学手段，多层次、多角度、立体化、真实化的得到专业便捷的技能训练，加深学生对实验内容的理解和巩固，提高学习的效率和应用的直观性，更加深刻地理解所研究的内容和意义，从而提高运动生理学实验课的应用效果。

【参考文献】

[1]张敬南，张谬钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013（12）：101-104.

[2]柯中炉，牟惠康，杨林生.以虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性的探索――以生化制药技术专业实践教学为例[J].中国职业技术教育，2009（05）：64-66.

第4篇：虚拟仿真技术优点范文

【关键词】计算机 仿真技术 课堂教学

【中图分类号】G623 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0228-02

计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。伴随计算机技术的普及，众多学校为提高教学质量，强化校园硬件水平，现代化水平纷纷引进计算机仿真技术，并取得了显著的效果，本文主要在对计算机仿真技术的研究后权衡其优劣势并从技术上给予指导以求这项技术能更广泛的普及。

1.计算机仿真技术应用于课堂教学的价值

1.1计算机仿真技术特色

①参数的灵活性。计算机仿真技术的这一特性能确保随着课程数据加工分析、实验项目的转变其系统都能提供点对点的服务，从而在运行成本低，处理稳定的基础上实现可控的实验利用。

②数据加工效率高。有计算机运行做保障，对于数据的分析加工时间相当短。能及时提供参考模板，节约可利用的时间。

③运行稳定可靠。与人工数据处理不同之处在于只要系统程序安排在正确范围内，其运行得到的数据精确度几乎是不容质疑的。

④仿真接近实物。与实物模型不同的是计算机仿真技术下仿真的实物更接近于现实事物，且反正费用低，适合重复使用。

1.2计算机仿真技术应用于课堂教学的取得良好效果

①学生的知识掌握程度提高。传统教学中教师将实物模型展现给学生，学生大部分时间只能接受事物的外观，对于其结构原理只能通过死背硬记的方式掌握，当计算机仿真技术应用于课堂之后，学生不仅能从各个角度观察模型且能观察事物内部的构造，这样原理性质等知识将被学生以极快的速度接受，在这种情况下学生的学习效率和掌握程度迅速提高。

②学生的学习热情得到提高。仿真技术通过虚拟的方式将学生之前亲眼看过的物体通过抽象的表现形式更具体科学的呈现出来，通常情况下，学生会迅速与其建立陌生感并产生浓厚兴趣，在积极的兴趣引导下，学生通常能举一反三，有利于活跃课堂达到高于教学目标的效果。

③节约教师备课时间以及教学成本。传统教学中对于课程的进行往往需要借助由大量资金购买的模型仪器，而计算机仿真技术的介入使这一传统教学任务中不可或缺的一部分取缔了，代之的则是灵活多变且可以重复利用的虚拟设备，通过虚拟的技术使学生单独接触仪器设备的机会增加了，达到了事半功倍的效果。

④计算机仿真技术应用在课堂教学中更安全人性化。这一方面体现在便捷的学习环境上，虚拟的模型设备供所有人使用学习，使过去的狼多肉少局面消除了。另外对于一些例如电力、机械课程中应用这一技术能减少学生实际体验中出现的偶然性危险问题，使学生在安全稳定的环境中学习[1]。

2.计算机仿真技术应用于课堂的注意事宜及避免

①要具体问题具体分析，结合课程需要选择仿真系统软件切不可胡子眉毛一把抓。在系统软件数据操作过程中一定要确保数据录入的准确无误，防止因为一个数字或程序顺序的错误导致整个软件的失控甚至瘫痪。

②仿真模型等课程的课时安排应适当。对于机械、建筑等行业的课堂，其学习一方面来源于课堂的学习另一方面也是最主要的来源于实地的操作，所以合理规划二者的时间是必要的，既要保证学生对于理论知识的熟稔掌握还要确保学生在实践过程中掌握具体的操作技巧[2]。

③要严格规范操作系统。事实表明，由于计算机的普及，人们对于计算机的操作程序越来越不规范，不仅出现在随意处理硬件上，例如多规格硬件装配的现象，对于仿真系统设备一定要规范使用以延长其使用寿命，另一方面也能保证其精确度。

3.计算机仿真技术应用于课堂的利弊分析

由上述我们看到实施中取得了良好的效果，也存在需进一步克服改进的方面，这有待学校实施者本着实事求是的态度、科学的精神，在实践中不断探索不断改进，使之越来越完善。

4.计算机仿真技术应用于课堂的发展展望

①多媒体化及网络化。随着网络技术的不断提高并伴随着相应的法律法规的进步，资源的共享成为了可能。一般情况讲，仿真软件系统的开发费用是高昂的，且用于不同行业的系统软件不易通过系统设置改变而进行不同行业的使用所以，一般情况下开发商不会讲软件资源自愿分享到大众网络中，但是随着阶段付费网银等的发展，为即使的平台使用成为了可能，这对于开发商来说是一个不错的商机，对于体验用户也会相对更加方便和优惠。

②需求订制化。社会主义市场经济的发展使许多新兴行业产生，新兴行业的诞生使学校的教学科目出现了增加，尤其对于高等院校以及技术类院校。但是仿真设备及软件往往会随盲目的市场导向而生产，在市场进入需求引导阶段以后，或许会出现仿真项目开发商根据课堂内容以及性质开发个性系统软件，这不仅有利于开发商的销售，也将极大普及计算机仿真技术在课堂上的应用。

计算机技术的普及在今天来说日星月异，其承载的各项便民技术也在粉墨登场，计算机仿真技术引用于课堂就是其发展的一项成果，有调查表明仿真技术在课堂中的应用已达到百分之四十以上，相信将来数据还会攀升得更快，教育的进步需要技术，其又互为作用，在这相辅相成的作用中教育定会更进步。

参考文献：

第5篇：虚拟仿真技术优点范文

关键词：虚拟仿真 飞机 维修 实训教学

虚拟仿真技术是一个虚拟环境，它包括软件、计算机硬件和各类传感器，能够对各种环境和实物进行高度模拟，当人们进入该环境并与其进行交互时，可产生“身临其境”的感觉。

教育部从2008年起，颁发的一系列文件清晰指出职业教育要“大力推动仿真、多媒体课件等数字化教学资源开发”，“重点解决常规的教学手段技术、设施设备难以实现的实习实训问题，主要为了满足有急切需求并覆盖范围广的虚拟仿真实践教学的需求，表明了职业技术教育的实训教学方向是利用虚拟仿真技术进行深入开展。

一、虚拟仿真在职业教育实践教学中的应用现状

目前，很多职业教育的实训教学中都应用了虚拟仿真技术：

（一）旅游课程的实训教学

由于实习资源有限、现场教学成本高等问题，很大程度上制约了旅游专业的教学发展。而利用虚拟仿真技术，能够开发出各个旅游景区的虚拟场景，开发多条路线。这样教师只需在教室就能完成全国各地的景点讲解，学生也可随时进行各景点的虚拟讲解练习，大大提高了教学效果，省去了实地教学的麻烦。

（二）医学课程的实训教学

作为一个实践性很强的专业，学生的实际动手在整个教学过程中重要性不言而喻。而利用虚拟仿真技术，正好能够让学生模拟完成一些外科手术和解剖等练习，完成课程内容的学习；还可调动学生的学习兴趣，将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻印象，也给教师提供了方便，大大提高了教学质量。

（三）工科课程的实训教学

在汽车、模具、水利水电等专业的实训教学中，通过虚拟仿真技术，建立与实物一致的三维模型，从而实现产品、设备的立体展示，观察其内部结构；还可模拟实际的工作流程，模拟工作工况下工作情况。

虽然虚拟仿真在职业教育的实训教学中已经广泛应用，但在民航院校的飞机系统实训课程的教学中应用很少，因此开展基于虚拟仿真的民航职业院校实践教学培训系统，对于提高学生的技能，提升学校的教学水平和竞争力有很大的意义。

二、民航职业院校实训教学中的弊端

（一）教学内容与教学设备比较落后，不能紧跟民航机务维修发展的步伐

由于航空器材价格昂贵、技术更新也比较快，各民航高职院校受制于资金、场地等原因，不能购置成套的在役航空器提供给实训教学。只能使用一些退役的机型进行教学，例如三叉、运7等。由于实训设备的落后，实训内容也往往跟不上行业的发展，甚至远远滞后于实际工作。鉴于实训设备与实训内容的落后，学生在学校所学到的技能与实际工作有很大的差异，学生上岗后并不能立马上手，而是感觉学非所用。

（二）教学手段单一

机务维修实训课的教学主要是通过老师现场讲解，学生练习的形式进行的，是一种学徒制的教学方式。这种方法有一定的优点，但也存在一些弊端。例如，教师在现场很难直观形象地将系统的结构、原理讲解清楚，而且这种教学方法也会随着教师所面对学生人数的增加而大打折扣。因此我们还需要其他合理的辅助教学方式，才能保证授课质量。

（三）工位有限

由于院校的实践教学设备不足，实践教学中经常出现“僧多粥少”的情况，从而导致学生排队等候的情况，降低学习效率。

（四）实训教学的学时不足

目前，机务高职教育普遍存在理论与实践教学失衡的现象，很多高职院校都偏重理论课的教学，实训课程的学时往往较少。有些机务高职院校的人才培养方案中，整个实训教学所占的比重还达不到1/3，远不能满足实训教学的需要。这与高职教育培养技能型、实践型人才的目标相矛盾。相比西方职业教育发达的国家，实训课程能占整个教学任务的一半，甚至还超过理论课时，我们的实训教学量还很不足。因此在现有情况下应想办法延长实训教学的时间和空间，提升学生课堂实训的效率。

三、虚拟仿真在飞机维修实训教学中的具体应用

以《飞机起落架系统实训》课程为例，虚拟仿真在课程中的应用包括以下几方面：

（一）课程内容方面

根据课程的实训内容，设置737机轮拆装、737刹车装置拆装、737轮胎分解和737刹车组件分解等实训项目，学生可完成每个项目的虚拟拆装练习，掌握737起落架的具体结构及每一步的拆装要领。为学生将来的工作打下坚实的基础。

（二）课程安排方面

实训不再局限于课堂内完成，现有的实训练习只能在固定的时间和固定的场所，处于安全的考虑，课前课后一般都不允许学生自己进去实训场所自己练习。利用虚拟仿真平台学生可在课前预习，对拆装的结构及步骤有比较清晰的了解，能提升课堂内的学习效率，课后还可进行巩固练习，学生可不断反复练习，直到完全掌握实训内容。

（三）利用虚拟仿真平台进行实训考核

当前，飞机系统实训课程的考核缺少一个比较好的方式。可利用虚拟维修平台设置考核模块，学生在虚拟仿真平台上进行虚拟拆装，并完成相关的问题，系统记录学生的考试情况，并将结果反馈给教师，作为整个课程部分考核成绩。该考核方法能比较客观反应学生对拆装步骤的掌握情况，并检验学生对拆装过程中涉及的理论是否掌握，这种方式可与目前的考核办法结合，从而更加全面、客观地对学生做出评价。

四、虚拟仿真技术在飞机实训教学中的意义

将虚拟仿真技术应用机维修实训课程的教学中，能让学生增加新的学习途径，多方位进行学习，对于职业院校和学生本人都有较大的益处：

（一）提高效率

虚拟仿真拆装虽然不能代替真实的实物拆装练习，但它能够让学生进去实物拆装前对整个实物的结构、拆装流程、注意事项等都有比较全面的认识，这样学生再进入实物操作后能做到胸有成竹，这大大提高了课堂上教学的效率，学生花更少的时间便能掌握实训内容。

（二）降低损耗

实践教学过程中，造成设备损坏主要有两种情况，一是学生的操作失误造成的非正常损坏；二是反复拆装练习产生的正常损耗。现有的实训方式，学生进行实训前往往并不清楚拆装的要点和注意事项，易造成结构的损坏。而且为了更好地掌握实训内容，学生需要反复练习，加剧设备和耗材的使用，带来较大的损耗。而利用虚拟仿真学生可先在虚拟平台上反复练习，缩短实物练习的时间，易不容易造成实物的损坏。

（三）增加安全可靠性

学生在使用虚拟实训系统出现误操作时，不会造成设备和人身的伤害，不存在资源的浪费。通过虚拟实训后，学生可以很好地掌握各项目的操作流程及所包含的原理，日后上岗将应对自如。

（四）考评结合，提升教学效果

利用虚拟实训平台可以完成对学生进行考核，每个学生在平台上单独完成项目的虚拟拆装，并回答相关的理论知识。平台能比较客观反应学生对拆装步骤的掌握情况，并检验学生对拆装过程中涉及的理论是否掌握，这对于提升教学质量有很大的帮助。

五、结语

现有的飞机维修实训教学完全依赖实物，造成了实训教学中存在较多的弊端，虚拟仿真技术的引入，它能较好地改善现有的实训教学，提高民航类职业院校的教学质量和行业竞争力，为民航类院校的实训教学改革提供了一个方向。

参考文献：

[1]教育部.关于进一步深化中等职业教育教学改革的若干意见.教职成[2008]8号.

[2]王海，李波.虚拟仿真技术在职业教育实践性教学环节中的应用[J].中国职业技术教育，2011，（14）.

[3]冯铭.高职“机务维修”专业实训教学存在的问题及对策[J].西安航空技术高等专科学校学报，2006，（03）.

第6篇：虚拟仿真技术优点范文

关键词：虚拟仿真；森林保护学；实验教学体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0268-03

实验教学体系是与理论教学有机结合，以“拓展式实验教学”为主导，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的科学系统，虚拟仿真实验教学体系与教学内容建设是虚拟仿真实验教学中心建设的核心[1]。广西大学自2014年入选国家首批卓越农林人才教育培养计划试点高校以来，根据卓越农林人才培养计划目标，加强学生实践能力培养，强化实践教学环节。其中，广西大学林学院林学专业作为国家首批复合应用型农林人才培养模式改革试点专业，积极推进实验教学改革和实验手段创新，把虚拟仿真技术应用于实验教学，构建了虚实融合的森林保护学虚拟仿真实验教学体系，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

一、森林保护学实验的特点

森林保护学是以保障林业植物健康和森林生态安全为目标，研究病、虫、草、鼠等林业有害生物的生物学特性、发生危害与灾变规律及其防治理论和防治技术的学科。它主要由森林病理学、森林昆虫学、病原真菌学、病原细菌学、病毒学、植物化学保护、林业有害生物预测预报学和林业植物检疫学等多学科组成的综合性学科。森林保护学的功能主要是预防和持续控制林业有害生物的发生和危害，减少灾害损失，保护森林资源和生态安全，促进林业经济可持续发展。森林保护的学科性质和功能决定了森林保护学实验具有以下特点：

（一）实验对象的鲜活性

森林保护学实验的对象往往是鲜活的生物体，如昆虫发育有效积温的测定、昆虫的人工饲养、林木病原菌的分离与鉴定等实验的对象均是鲜活的生物体，实验过程需要确保这些生物体正常的生活环境。

（二）实验事件的偶然性

森林病虫害、火灾等是一种灾害，具有偶然性，也是现实中不希望发生的，当它发生的时候也只有在教学进度和时间合适、实验经费允许的条件下可以安排学生去进行防治实验。相反，当按照实验教学日历要进行森林病虫害防治实验以及森林防火等有关实验的时候却很难找到大片发生病虫害或火灾的森林进行防治和灭火实验。

（三）实验过程的危险性

森林病虫害的化学防治是森林病虫害防治的一种常规技术，但是此类实验由于需要使用具有较大毒性的化学农药，该实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁而不能开设。

（四）实验时间的季节性

森林保护学实验对象的鲜活性决定了森林保护学实验具有季节性。病虫害的发生往往具有明显的季节性，高温高湿的季节发生比较严重，冬季和春季发生比较轻，森林火灾则在干旱的秋冬季较易发生。

（五）实验场所的开放性

森林保护学的一些综合性实验（包括探索性实验、生产性实验和研究性实验），如林业有害生物普查测报、林业有害生物灾害监测预警、林业有害生物综合防治、农药药效试验、重大林业有害生物灾害的应急处置、森林火灾隐患排查、森林火灾扑救、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报等实验需要在广阔的林间进行。

二、森林保护学实验虚拟化的必要性

虚拟仿真实验教学是对传统实验教学在思想体系、实验内容、实验方法和手段等颠覆性的变革。它综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术，通过构建一个逼真可视化的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2-5]。虚拟实验具有沉浸感、模拟性、交互性、感知性和构想性等特点[6]，有利于提高实验教学的效果，培养学生创新能力和解决问题的能力。采用虚拟仿真技术于实验教学，可以为学生营造“自主实验”的氛围，具有实验成本低、无污染、突破现实实验中时空的限制等优点[7，8]。

因此，将森林保护学实验中一些由于受到场地、时间季节、实验成本、危险性以及不可再重现等方面的限制，难以在传统实验教学中实施的实验开发成虚拟仿真实验是非常必要的。虚拟仿真实验作为真实实验的补充和扩展，具有仿真性、参与感、安全性等特点，与传统实物实验结合，可以使学生获得全面的训练，对培养学生动手能力、观察能力、独立思考能力和创新能力具有重要意义。

三、森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建

广西大学林业科学与工程虚拟仿真实验教学中心根据“虚实结合，能实不虚，以虚扩实”的建设原则，建了“模块化、层次化、多元化”的虚拟仿真实验教学体系（如图1所示），即“森林昆虫、森林病理、化学保护和森林防火”4个模块，每个模块包含“基础实验、专业技能和综合创新”3个层次。形成了虚实融合，以综合创新为特色，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系。

（一）虚拟仿真实验的四模块

1.森林昆虫虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林昆虫的个体发育、行为习性、危害调查与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如在森林昆虫多样性调查虚拟仿真实验中，采用虚拟仿真技术虚拟仿真实验背景，制作调查样线及3D化的智能昆虫模型，每种模型昆虫的数量参照当地森林中的丰富度来设定。开展多样性调查时，可将各种昆虫在树林中出现的限制因子设定为季节，以便在不同季节进行多样性调查时得出的结果与自然界相吻合。对调查到的每一种昆虫，配以真实照片，以便学生进行鉴定，做到虚实结合。

2.森林病理虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林病原物的分离鉴定、病害发生发展与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如桉树青枯病菌主要通过根部和根颈部伤口入侵，在植物体内繁殖，沿着维管束蔓延全株发病，植株失水萎蔫枯死。但这一过程无法在常规的实验课中让学生观察到，也难以让学生理解和掌握。通过虚拟仿真技术，把桉树青枯病症状诊断、发病规律、侵染循环以及防控技术直观呈现，提高学生对桉树青枯病的诊断和防控技术水平。

3.化学保护虚拟仿真实验模块。化学保护的核心是如何科学地使用农药，根据农药、有害生物与环境之间的关系合理使用农药。农药往往具有较大毒性，实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁。本模块主要包括农药的毒力测定、药剂室内药效筛选、林间小区药效试验、农药对植物的药害作用、除草剂的选择作用及防除效果、农药残留分析等仿真实验。

4.森林防火虚拟仿真实验模块。真实森林火灾发生与控制实验具有极其危险性与不可重复性。通过虚拟仿真技术，可以模拟森林火灾场景，通过调整参数输入设置不同火灾发生发展过程，针对不同火灾发展阶段调用不同控制火灾策略和技术，直观展示火灾控制效果。本模块主要包括火灾发生过程的仿真演示、森林火灾隐患排查、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报、森林火灾发生与控制技术等仿真实验。

（二）虚拟仿真实验的三层次

1.基础实验层次。该层次主要是演示性试验，让学生了解掌握森林保护学的基础知识和基础技能。

2.专业技能层次。该层次主要是专业技能实验，让学生了解掌握森林有害生物的调查与防治、森林植物检疫、物理防治、生物防治、森林火灾隐患的排查与扑救、农药的配制与使用等专业技能。

3.综合创新层次。该层次主要面向学科前沿和林业生产第一线，让学生参与教师的科研项目，将科研项目研究成果转化为虚拟仿真实验教学资源。此外，森林保护学是一门应用性很强的学科，常常需要解决林业生产上有害生物防治的实际问题。如天敌昆虫的人工饲养及其应用仿真实验可以结合生产实践开展花绒寄甲人工饲养并用于防治松褐天牛。

四、结语

虚拟仿真技术在实验教学中的应用，极大地拓展了实验教学的内容和时空，一些在传统实验条件下难以安排的实验得以全面的开展[9]。但是虚拟仿真实验不能完全代替真实实验，只能作为真实实验的补充和扩展，虚拟仿真实验必须与传统实验相结合，使学生获得全面的实验训练。

多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系把各种森林保护学实验有机串联起来，注重纵向知识体系和横向知识的相互浸透，注重森林保护的基础知识、专业技能和综合创新各个方面的衔接。该体系把实验教学、专业能力培养和科研综合创新有机结合，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

参考文献：

[1]陈国辉，刘有才，刘士军.虚拟仿真实验教学中心实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2015，34（8）：169-172.

[2]张敬南，张H钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013，30（12）：101-104.

[3]刘亚丰，吴元喜，苏莉，等.生命科学与技术虚拟仿真实验教学体系的构建[J].实验技术与管理，2015，32（9）：120-123.

[4]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[5]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[6]谭珂，潘新华，高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术，2012，26（5）：535-538.

[7]张红宾，赵二刚，张颖.虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探讨[J].实验室科学，2015，18（3）：44-46.

第7篇：虚拟仿真技术优点范文

关键词：仿真技术；土木工程；施工实训；教学改革

土木工程专业是一个实践性较强的理论型与实践型相结合的专业，土木工程施工实习实训教学环节的质量将直接关系到本专业的人才培养质量。目前，我国拥有土木工程专业的高校在实验实训教学上与发达国家的教育理念和方法还存在较大差异，因此，施工实验实训教学的改革是一项任重而道远的工作。将仿真技术引入到土木工程施工实验实训教学中，应从教学内容、教学方法、教学环境等方面改革，对激发学生的工程兴趣、培养学生的动手技能、提高学生的综合专业技能和创新能力具有重要意义。

一、仿真技术在施工实习实训教学中的基本思想

仿真技术在航天航空、军事领域的应用中具有悠久的历史，是设计的基本方法。随着现代科学技术的进步，尤其是计算机虚拟技术的发展，使用仿真技术的应用领域和范围得到了迅速扩大，涵盖了社会的各个方面。随着现代化教育技术的发展，仿真技术被引入到了实验（实训）教学中，称为仿真实验[1]。《土木工程施工》课程是土木工程专业课程体系中最重要的组成部分，其实践性和综合性都很强的施工课程有别于其他类别的课程。然而，由于施工现场环境差、不安全因素多，一旦发生意外安全事故会造成法律责任纠纷，影响实训单位声誉，因此，多数施工单位不愿接受高校学生在工地实习实训，这是目前我国《土木工程施工》课程教学普遍存在的问题。

根据土木工程专业培养方案的需要，《土木工程施工》课程主要讲述建筑施工技术和组织中的施工工艺原理和操作要点，剖析影响工程质量和安全的因素及对策。这些分部工程中的基坑支护与降水、土方开挖、高大模板、起重吊装工程等属于危险性较大的工程，安全隐患多，而施工实习实训又是施工课的重要组成部分，必须进行实践。从目前就业情况看，土木工程专业绝大部分学生是到施工单位、监理单位以及与此课程密切相关的单位。因此，如何使学生尽快适应建设工作岗位，学以致用，培养学生的动手能力，提高学生的综合专业技能和创新能力是《土木工程施工》课程的目标[2]。

若要利用计算机创造虚拟环境来模拟各种真实环境，并根据真实环境和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行，把仿真技术与《土木工程施工》教学完美地结合起来，需要将土木工程施工中各个研究对象共性的规律提炼出来，归纳为各个单元操作，并将这些单元操作按施工工艺过程整合。例如，钢筋工程实训中，把钢筋施工工艺分为钢筋调直、下料、弯曲、接长（焊接）、绑扎安装、验收一条主线，开发出基于施工企业的虚拟仿真场景的实践教学软件或技能操作平台。不仅可以节省学校购买钢筋调直机、钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机及钢材等材料设备资金的投入，而且学生实训安全也得到保证，并能快速而高效率地提高学生技能实践的质量和安全。还可以实现施工技能实训中与仿真设备的交互，能够像玩电子游戏一样无限制地使用和复制，减少人为损坏设备的可能性，学生实训的安全也得到保障；也可通过修改实训模型有效增加新设备的功能，优化资源库；充分利用网络实现施工技术应用技能合作性训练、协同性训练以及远程训练等，达到资源共享目的。从学生的角度，让学生根据所学的内容在相应仿真环境中进行施工实训操作，可以自由改变各个施工工艺的参数，自由控制各个节点实训内容，观察其施工工艺过程，从而进行施工生产实践中质量与安全的控制，掌握施工工艺操作技术，建造出符合《建筑工程质量验收标准》的合格建筑产品[3]。

二、工程施工实习实训教学的现状

工程施工实习实训主要包括施工技术的模板工程、钢筋工程、混凝土工程、砌体工程的操作性实训和现场管理的单位工程施工组织设计两大部分，它是土木工程专业培养方案中的专业关键必修课，是实践性、综合性都很强的课程，有别于其他选修类别的课程。然而，目前我国土木工程施工类课程教学普遍存在着较大的困难和问题，主要表现为如下几方面。

1.教学内容滞后于现行规范、工程实践。土木工程施工教材内容陈旧，技术落后，没有与时俱进，紧跟现行法律和规范，贴近工程实践，没有形成较好的课内课外相结合的有层次的互动式的施工类课程教学体系。例如，2009年国家出台了《建筑施工组织设计规范》（GB/T50502-2009），尽管是推荐性规范，但是在《土木工程施工》教材中讲述的仍然是50年代施工组织设计内容。

2.在课堂教学方法和教学手段方面。由于土木工程施工课程的实践性、综合性和理论跨度大等特点。施工课基本是采用课堂教学方式，以教师讲授为主，这样传统的教学模式非常陈旧，没有调动起学生的学习积极性，教学效果一般较差。尽管有的教师运用多媒体教学手段，收集大量的图片、动画资料，然而，由于时间与空间的限制，学生也很难观察到施工的全过程。

3.施工生产管理实训方法和手段方面。土木工程专业是一个实践性很强的工科类专业，实践教学环节效果的好坏对毕业后学生适应社会工作及动手操作能力尤为重要。现在全国高校土木类院校的培养方案实习分为施工生产实习3周，毕业实习3周，条件好的学校有3周的实训，以老师根据教学安排事先联系好实习单位，在规定时间内集中组织学生到工地去参观、见习，由现场技术人员和老师对工程概况及施工技术进行讲解，然后由学生自己去寻找实习单位，这种放羊式的教学方法，使得实践环节流于形式，效果极差。

4.在实习实训教学环境方面。实习实训教学资源的不足是长期困绕《土木工程施工》实践教学质量提高的难题。时代的发展和科技的进步对实验教学提出越来越高的要求，对学生创新思维和实践能力的培养需要一种趋于个性化的教学，需要占用更多的实验、实习实训教学资源。而这种矛盾可通过仿真技术的应用得以缓解，运用计算机仿真技术软件，可模拟环境情境，学生通过仿真实习实训后，对实训的整体到局部建立起直观感性认识，学生可不受实际实训条件和时间限制进行实验、实习实训方案设计。虚拟仿真技术和实际情境实验结合的模式可合理有效配置教学资源，解决实践课时少的问题，改善教学条件，形成多元化的教学环境[4]。

三、土木工程施工实习实训教学内容和方法

第8篇：虚拟仿真技术优点范文

关键词： EWB 电子技术 虚拟实验 应用

1.引言

虚拟电子平台实验是利用计算机构造一个实验模拟环境，通过建立模拟电路并对模拟电路的数据和功能进行分析而达到实验效果和目的一种新的实验方法。EWB软件可以在计算机上建立电子元件型号及参数库，通过选择实验所需的电子元件型号、参数和虚拟测试仪器就可进行模拟电路的连接和仿真运行和测试，并在模拟仪器上读出测试结果，特别易于学生学习和使用。作为传统电子技术实验的补充，EWB使学生掌握仿真软件技术，间接地了解电子元件设计和制造的发展动向。它既继承了实物实验可操作性、参与性强的优点，又利用了计算机的优势，发挥其直观、动态模拟、迅速准确、资源共享、资金投入量少等特点。

2.EWB的主要功能

EWB具有齐全的虚拟电子设备，在虚拟电子平台上操作这些设备如同操作真实的设备一样，非常真实，而且操作起来更加容易。EWB提供了相当广泛的元器件，还提供了较宽的选择余地，学生也可以根据元器件生产厂商的产品使用手册中的元器件参数添加新的元件或扩充已有的元器件库。同时EWB提供的图形操作界面，学生可单击鼠标,托放虚拟元器件或测试仪器,可以轻松地完成原理图的输入和连线，同时也允许用户调整电路连线和元件的位置及自动排列连线的功能,它具有如下特点。

（1）功能完善，实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以做各种类型实验。

（2）实验不消耗器材，实验所需器材种类和数量不限制，实验成本低。

（3）实验速度快，效率高，容易开展各种设计性实验、提高了电路设计和实验效率。

3.使用EWB进行虚拟实验的基本方法

学生可以根据教学内容和要求创建一个线路图，按下电源开关后，就可以从示波器等测试仪器上读得电路中被测数据。整个运行过程可分成以下几个步骤。

（1）数据输入：将已创建的电路图结构、元器件数据读入，选择分析方法。

（2）参数设置：程序会检查输入数据的结构和性质，以及电路中的阐述内容，对参数进行设置。

（3）电路分析：对输入信号进行分析，它将占据CPU工作者的大部分时间，是电路进行仿真和分析的关键。它将形成电路的数值解，并将所得数据送至输出级。

（4）数据输出：从测试仪器如示波器或万用表上获得仿真运行的结果，也可以从“分析”栏中的“分析显示图”中看到测量、分析的波形图。

4.实例分析

（1）在EWB上先创建需进行分析的电路图如图1所示。

（2）选定“选项/参数”栏中的“电路选项（Schematic Options）”，选定“显示节点名（Show Nodes Name）”，把电路的节点标志（ID）显示在电路图2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”栏内选定“直流工作点（DC Operating Point）”，如图2所示。设置要仿真的节点，然后运行仿真（Simulate），EWB会自动把电路中所选节点的电压数值和电源支路的电流数值显示在“分析图（Analysis Graph）”如图3所示中。

由此可见，一台计算机加一套EWB软件，就相当于拥有一个设备先进的虚拟电子实验室。

5.充分发挥虚拟电子平台仿真技术在教学中的作用

现代教育的职能是为学习者服务、为用人单位服务。人才需求的变化，技术发展之快更是需要有人才培养的超前意识。这就需要我们思维创新，教学手段创新。学校实验教学就应该以技术为突破口，引入计算机辅助教学手段，将虚拟电子平台仿真技术技术引入到各专业的教学中，利用计算加软件功能，完善原始的教学设备，提高教学的质量，解决部分实践性环节教学难题，从而加快高素质人才培养的速度。

综上所述，由于虚拟电子平台仿真技术在教学中的广泛应用，因此它必将引领今后的实验教学的发展方向，对实验教学方法和手段的改革起到推动作用。

参考文献：

［1］秦曾煌.电工学［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］冯春杨等.谈高职教育中的多媒体教学［J］.辽宁高职学报，2004，（4）：155-156.

［3］孙怀东.开展电子技术虚拟实验的做法与体会［J］.实验室研究与探索，2006.10，Vol25,（10）.

第9篇：虚拟仿真技术优点范文

[关键词]数字样机，开发，关键技术

中图分类号：P631.4+24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0045-01

一、前言

数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。

二、数字样机的概念

数字样机（DigitalPrototype）是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外形、装配性、可加工性以及功能能特性的三维数字模型。而数字化样机（DigitalPrototyping）是开发和应用数字样机的过程，是在产品开发的数字阶段，使用数字样机进行设计、优化、分析、模拟、数据管理乃至市场宣传的技术解决方案。可以说，由于数字信息化的技术和手段在产品生命周期的各个环节中应用地越来越广泛，数字化样机所带来的价值已经远远超出了原本的产品设计、测试阶段，其影响力已经逐渐扩散到了产品生命周期的各个环节。

数字化样机强调将产品整个生命周期的模型实现数字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机贯穿了从产品的概念设计（工业设计）、工程设计（基于三维CAD和二维CAD的双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广（动画和3D广告制作）的全过程。基于实物物理样机的传统设计开发试验研制方法，将在很大程度上被基于数字计算机的三维数字化虚拟样机技术所取代。

目前，关于数字样机尚无统一定义，以下描述仅供参考。

狭义数字样机：从计算机图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与设计，在虚拟环境中逼真地分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。

广义数字样机：从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于数字计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。

我国航空制造业对数字样机作了如下较为完整的描述：

数字样机是对产品的真实化、集成化的虚拟仿真，用于工程设计、干涉检查、机构仿真、产品拆装、加工制造和维护检测等模拟环境，它需要具备集成化造型、可视化、功能检测、产品结构和配置管理等完整的功能，并为数据管理、信息传递和决策过程等三大领域提供方案。它覆盖了产品从概念设计到售后服务的全生命周期，是支持产品设计和工作流程控制、信息传递与共享、决策制定的公共数据平台。

三、数字样机技术特点

1、真实性

数字样机的根本目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能和内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。

2、面向产品全生命周期

数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。

3、多学科交叉性

复杂产品设计通常涉及机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。

4、全面实现数字化

数字样机强调将产品整个生命周期的各个研发环节实现数字化，而不仅仅是最终产品模型的数字化。

5、不需要制造成本

数字样机是根据产品开发过程中所有的技术数据制作完成的，其特点是不需要制造成本，不仅能一直保持最新版本的设计方案，而且所有数据都可以进行保存、回溯和跟踪。利用先进的虚拟仿真技术，可以使用数字样机取代物理样机来进行空气动力学分析、人机工程学研究、碰撞测试与市场调研等工作。

6、绿色环保

由于数字样机不需要用实体材料进行加工制造，所以不会污染环境，自然是“绿色”的了。

四、基于虚拟样机的机械设计方法研究

1、建模技术

虚拟样机建模技术一般分为三个步骤：首先，要建立三维模型。建立三维实体模型是虚拟样机技术得以实现的基础和前提，任何仿真技术都要从三维模型开始。在建立三维模型的过程中，一般会遇到两个难题，一是齿轮、扇叶等机械零件的外形结构复杂，二是约束关系较为复杂，这就要求设计虚拟样机需要依靠专业的三维CAD软件。其次，要为三维模型添加约束。建立三维模型后，需要依靠约束副把它们相互连接起来，从而定义物体间的相对运动。目前比较常用的CAD软件一般都有动力或运动学插件，以实现约束关系与装配关系的映射。此外，还要为三维模型施加驱动。施加驱动的目的是为了让虚拟样机能够按照一定的运动规律来进行运动。

2、协同仿真技术

仿真技术指的是在缺乏实际系统的情况下，实现活动或系统本质的一种技术，是一种以模型为基础的活动，它的基本框架是先建模，然后进行实验，最后再进行分析。而协同仿真技术就是指在复杂产品的仿真过程中，采用多种仿真软件来建立不同的模型，通过各种通讯方法来实现信息的交流，并利用求解器来进行求解，最终完成整个系统的仿真。

当前的仿真技术一般侧重于电子、机械或控制等的单个领域，相互间的联系非常少甚至是根本没有联系，这就很难满足机械设计的要求。现今大多数的机械研发过程需要涉及到机械、电子、液压、控制、以及计算机软件或硬件等多种学科领域，再加上产品本身是由多个子系统和零部件组合而成的，相互之间有着或多或少的联系，单一的仿真技术不能实现对复杂产品的准确完整分析，因此必须采用协同仿真技术来实现对机械设计全过程的分析和评估。

3、协同设计技术

协同设计技术是设计领域的一项新型设计技术，是指在计算机技术的支持和辅助下，所有设计成员对同一个设计项目，各自承担一部分设计任务，并交互进行设计工作，从而得到一个最为符合设计要求的设计方法。协同工作的主要目标就是尽可能地缩短机械产品的研发周期、降低产品成本、提高产品质量，从而提高企业的经济和社会效益，增强企业的竞争力，促进企业实现更好的发展。协同设计一般需要做到以下几点：首先，需要认知同步，建立共享的知识和语义；其次，要共同协商设计方法和策略，一般协同策略分为提案型、层次型、型、以及对等伙伴型四种类型；最后还要规划设计的任务和方法。

4、有限元分析

有限元是一种现代化的设计方法，可以比较准确地分析机械结构件的强度和动态特征。它的主要优点是通用性，可以求解边界条件和结构形状都较为随意的有关力学的问题，是一种比较值得信赖的计算方法，特别是对于虚拟样机而言，是一种必不可少的工具。当前市场上有限元分析的软件多种多样，比较简单方便的例如Cosmos/Works软件。

五、结束语

数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。

参考文献

[1] 吴菌.数字样机真的是老生常谈吗[J].中国制造业信息化，2010.

[2] 杨欣，冯晓静，刘俊峰.农业机械化及其自动化专业CAD教学研究[J].农机化研，，2011.