虚拟仿真现实技术精选(九篇)

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第1篇：虚拟仿真现实技术范文

【关键词】虚拟现实技术 建筑装饰 微课教学

【Abstract】With the development of virtual reality technology， virtual reality technology is increasingly integrated into the teaching， the virtual reality technology in architectural design of micro teaching with traditional production methods elusive advantage； modern interior design education and curriculum integration of theory and the practice is a great supplement.

【Keyword】Virtual reality technology；Building Decoration；Micro Teaching

近年来微课形式的出现吸引了不少教育研究者和一线教师。微课作为传统教育的辅工具，为师生提供了一种全新教学模式。在装饰设计教学中微课的运用丰富了教学手段，有助于提高装饰设计教学质量，但是传统的微课拍摄方式存在不少问题，比如：拍摄出来的微课视频清晰度不高，视频的画面单一不生动、录制的过程让老师感到拘束等问题。由于各种现实条件限制，导致装饰设计微课质量不高。但是近年来虚拟现实技术迅猛发展，在很多领域得到运用，虚拟现实技术也以极快的速度融入教育教学中，同时也在建筑装饰设计教育教学中得到了一定的运用，虚拟现实技术能将三维空间的环境清晰的再现出来，能使学习者直接与虚拟装饰环境中的各种对象进行交互作用，从而使虚拟现实技术在装饰设计微课中的运用成为一种选择，在微课中结合虚拟现实技术并通过多种形式参与到教学的过程中去，从而能够较好的把控整个教学过程。

首先，虚拟现实技术和装饰设计微课具有互补性。虚拟现实技术和装饰设计微课可以相互渗透、相互融合，可以提高装饰设计微课的质量。装饰设计微课以视频为主要载体，核心组成内容是课堂教学视频，课堂教学视频包含教师讲授视频、演示视频，装饰设计中很多课程内容环节需要对建筑空间重构演示，这些重构演示效果是课堂讲授永远无法达到的，而采用装饰空间施工现场拍摄视频往往周期比较长，有些工地施工工期长达几年，花费大量时间而且拍摄效果也不近人意；虚拟现实技术利用计算机建立虚拟的建筑装饰结构模型并生成逼真的三维空间，结构构件可以进行拆分，利用动画漫游可以清晰再现装饰空间，所以利用虚拟现实技术进行建筑空间重构可以较好的解决讲授课程中难以说明的知识点。

其次，虚拟现实技术和装饰设计微课情景化的互通。装饰设计微课资源组成的“情景化”与虚拟现实技术强调的“临场感”具有相似性，虚拟现实技术的“临场感”在装饰设计微课中的运用更具有“情景化”的感受。装饰设计微课营造真实的、具体的、典型案例化的教与学情景中，虚拟现实技术用计算机建立虚拟的建筑装饰模型并生成逼真的三维视、听空间，通过虚拟现实设备，对虚拟建筑装饰世界进行互动。使用者进行位置变换和移动时，电脑能够及时进行复杂的运算，将精确的三维影像反馈，制作成漫游视频，使之产生身临其境的感受。学生在这种仿真的、比较具体的、典型案例化的教学情景中可易于实现“隐性知识”、“默会知识”等高阶思维能力的学习，进一步提高学生学业水平。

第三，虚拟现实技术和装饰设计微课共通性。虚拟现实技术与装饰设计微课在使用时间上有共通性。装饰设计微课教学时间不长，一般5-10分钟左右；虚拟现实在建筑装饰设计教学中的应用不仅仅是一个设计工具，而且还是一个演示媒体，它用计算机建立虚拟的建筑装饰模型并生成逼真的三维视、听等效果，微课制作者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的空间，并可以任意变换主体在房间中的位置，进行漫游技术处理，生成漫游动画，其效果逼真，具有较强的临场感，而且制作5-10分钟相对来说比较经济，费时不多而且简便实用。

第四，虚拟现实技术和装饰设计微课经典示范案例性。“微课”选取的教学内容一般要求主题突出，追求真实、具体、典型案例化的教与学情景。虚拟现实技术在装饰设计工程技术中的运用，往往可以用来构建经典示范案例；在装饰设计微课教学中，往往有大量的装饰施工案例，这种案例如果使用拍摄视频的形式来制作，具有很长的周期，有些项目施工周期达到四、五年，甚至更久，而且装饰施工项目中的结构构造不容易通过拍摄体现；而虚拟现实技术在装饰工程中的运用可以打破空间、时间的限制，利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到建筑群，小到装饰面板、螺丝钉，都可以进入其内部进行结构构建和观察。一些需要长时间的装饰施工过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现出来。例如，装饰装修一个大型酒店，其施工过程往往需要几年，而虚拟现实技术在短时间内就可以实现。所以在装饰设计微课中通过虚拟现实技术具有较大的优势。

总之基于装饰设计微课的特征，综合运用虚拟现实技术，可以构成了一个主题鲜明、形象逼真、具有临场感、结构紧凑的装饰设计微课“主题单元资源包”，营造了一个真实的“微教学资源环境”。教师和学生在这种具体的、典型案例化的教与学情景中可易于实现装饰工程“隐性知识”、“默会知识”等高阶思维设计能力的学习并实现装饰技能、风格的模仿和提升，从而迅速提升教师的课堂教学水平、促进教师的专业成长，提高学生学业水平。

参考文献：

[1]崔善君 谈敦铭 赵罡 虚拟现实航天仿真技术研究《图学学报》2012年01期

[2]胡铁生 微课―区域教育信息资源发展的新趋势《电化教育研究》（2011年10期）

[3]许秀文 郝勇 周矛欣 浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J] 中国教育信息化2011年06期

第2篇：虚拟仿真现实技术范文

关键词：虚拟仿真技术；实践教学；学习场景；教学训练

一、概述

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人――计算机接口技术，其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境，同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科，它是通过建立真实系统的数学模型，利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前，虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域，虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟，具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势，已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示，对传统的教学活动产生了强烈冲击，引发了教学领域产生一系列深刻的变化。

虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义：利用虚拟仿真技术可以构建一个虚拟的实训场地和教学场景，在没有实际设备的情况下可以有效提高教学效果。并且可以减少高职院校因设备不足的高额开支。通过仿真技术可以进一步整合教学资源，提高实训设备的利用率，提高学生知识和技能。在教学中对仿真技术感兴趣的学生可以做再次开发，这样能更好的提高实践教学效果和学生的实践应用能力。

二、虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容

传统设计是设计者根据产品用户的需要，将所设计产品的结构通过图纸表现出来，经过计算或者经验认证后，再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面：

1. 利用虚拟现实仿真技术开展三维模块实践教学的应用研究

Solidworks作为一款三维设计软件，功能强大，组件繁多。Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，学生能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的设计应用到虚拟设备中。

在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

（1）全动感用户界面：

①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。

②崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。

③用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。

④特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。

⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。

（2）装配设计：

①在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。

②SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。

③用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。

④镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。

2. 利用虚拟现实仿真技术开展三维动画交互实践教学的应用研究

虚拟现实系统的目的是为了开发虚拟现实应用，所以任何一个完整的细腻显示系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能的图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或者虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟显示应用软件开发平台。VRP（Virtual Reality Platform，简称VR-Platform或VRP）即虚拟现实平台，VRP是一款由中视典数字科技有限公司独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款虚拟现实软件。VRP可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害等众多领域，为其提供切实可行的解决方案。

三、虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题

1. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。

2. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。

3. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。

四、结束语

随着科学技术的不断进步，虚拟现实仿真技术也进入了一个充满活力和具有广阔市场前景的高新技术领域，它的出现也渐渐取代了传统模式中许多教学的新方法与新手段。目前，利用我院现有和二次开发虚拟现实仿真实训软件系统，进一步完善学院虚拟仿真实训室的硬件和软件设施，构建虚拟实训室崭新的教学与学习场景，实施机电产品虚拟仿真设计、制造、装配等模块实践教学的应用与研究。对提高我院课堂教学改革实践效果，具有深远的意义。

参考文献

[1] 尹湛华，朱海洋. 虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J]. 南昌高专学报，2008（08）

[2] 王岚等. 虚拟实现EON Studio应用教程[M]. 天津：南开大学出版社，2007

第3篇：虚拟仿真现实技术范文

【关键词】虚拟现实适度仿真低成本化

虚拟现实技术(简称VR技术)是基于计算机技术及数据处理技术的沉浸式交互技术，也就是基于计算机技术等现代科技，人为产生的可以综合感知以模拟特定环境的虚拟交互技术。用户可以借助相应的设备以人类自然的方式与虚拟环境对象进行交互影响，从而产生类似真实环境的体验。

一、虚拟现实系统的构成

虚拟现实系统的设计开发须涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制等多个学科，一般来说完整的虚拟现实系统由以下几部分构成：

1.传感器模块：是用户与虚拟环境的接口，一方面接受用户的操作并将其作用于虚拟环境；另一方面将操作结果以综合形式反馈给用户，使用户形成对虚拟环境的感知。

2.检测模块：用于检测分析由传感器模块接收到的用户操作，并将其转换为系统操作指令传输给控制模块操控虚拟环境。

控制模块：是仿真系统的核心部分，既可以仿真控制虚拟环境以应对用户操作，又可以将虚拟环境的反馈通过反馈模块控制传感器使用户获得仿真体验。

3.反馈模块：接收来自控制模块的处理信息为用户提供实时反馈。

4.建模模块：获得现实世界的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。

二、虚拟现实系统的关键技术及成本构成

虚拟现实系统的关键技术及成本构成主要包括以下几个方面：

1.动态环境建模技术：虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。这里的开发成本主要表现为环境三维模型和贴图带来的系统空间及时间占用，如果不能较好的优化模型和贴图将会严重影响整个系统的视觉效果及运行速度，大量浪费计算机系统资源，甚至导致复杂场景环境无法实现。

2.实时三维图形生成技术：三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒，最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。随着新一代高性能图形处理器三维渲染技术的实用化，经过适当优化模型贴图的虚拟环境实时生成已不再是系统设计的成本瓶颈了—大多数主流图形处理器已可以轻松胜任此项任务，不必再增加额外的开发成本。

3.立体显示和传感器技术：虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的传感器技术还远远不能满足系统的需要。例如，数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点；虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。由此可见，现有的立体显示和传感器技术还远远不能满足高仿真度虚拟环境的构建要求，并且由于技术的不成熟性还极大的提高了系统开发的成本。据统计系统开发成本的40%以上将消耗在该方面，因此是低成本虚拟现实系统开发必须解决的问题。

3.仿真控制技术：自然环境中的各物体之间是有相互作用的，简单的说就是各种力场的存在特性。几乎所有的运动和交互动作都要涉及到约束力学，这意味着仿真环境及身处其中的用户应该在合理的作用力影响下活动。因此虚拟现实系统需要模拟环境中出现的大量物体的材料及物理力学特性，单从需要仿真的数量及类型上看就会极大地增加系统实际的工作量及成本，更何况虚拟环境中物体之间纷繁复杂的相互影响关系了。事实上针对这些问题现代工程物理学也没有一种简单有效的解决方法，故而要想找到合理简单的数学模型并最终形成算法是虚拟现实技术的重要研究方向。就目前的情况来看仿真度要求越高算法的实现就越困难，系统开发成本就越巨大。

4.系统集成技术：由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。目前的虚拟现实系统开发通常都是单独开发相关的部分，致使系统存在开发难度及工作量巨大、可重复利用率低、通用性差等缺陷，这也是系统开发中成本高昂的重要原因之一。

三、低成本化虚拟现实系统解决方案分析

使虚拟现实系统在工业产品设计生产方面无法大规模应用的高昂开发成本，主要来源于高精度三维环境模拟，高度真实的动力学仿真设计及高度沉浸感的交互式感觉器及三维显示技术等几个方面。综合来看，虚拟现实系统对虚拟环境及虚拟交互的仿真度要求越高则系统的开发成本就越大，因此有必要提出适度仿真的概念，以解决当前高成本阻碍应用的问题，至于完善的问题尽可以在应用扩展的同时，随着技术的发展逐渐解决。

首先，合理的选择虚拟三维环境模型的建模方式和优化方法就可以大大节省对系统资源的消耗，如手工建模方式中的可编辑多边形建模，就可以在环境或物体尺寸精度要求不高的情况下，以少量的多边形网格和极少的代价获得非常精致的视觉效果，而使用有效的优化方法还可以进一步提高网格的效率。同时选择通用化成熟的商品建模工具也可以大大提高建模的效率，使原来用编辑手段实现的效果开发变得简单、快捷，这就大大降低了相应的成本消耗。

其次，在工业产品的大多数虚拟现实应用中，降低对传感器及立体显示的似真度要求也可以在降低成本的前提下保持相对较好的环境沉浸感，比如，技术比较成熟的环幕显示技术，虚拟洞穴显示技术虽然还不是立体显示技术，但其视觉效果已可以满足大多数的沉浸交互应用了，而使用传统的鼠标指点设备代替复杂的数据手套等高技术传感器，虽然对用户的沉浸体验有很大的影响，但依然可以满足大多数的低成本系统的要求，而开发成本却可以极大下降。

第4篇：虚拟仿真现实技术范文

[关键词]PE管焊接；技能培训；虚拟仿真；PE管焊接技能培训虚拟仿真

中图分类号：TG457.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0231-02

PE管是目前国际上应用最为成熟的塑料压力管道之一。PE管的应用发展在欧美能够保持长期稳定的高速发展，而据分析，我国PE管应用有十分广阔的前景，在塑料管应用的各个领域，PE管材管件都将得到广泛应用。并且随着一系列相关技术性能的国家标准陆续颁布， 其生产规模更是不断扩大。原料国产化的发展，使得PE管材价格将逐渐降低，其经济性也大大提高。对于焊接技术，许多公司机构都设有专门的设备场地进行培训训练，不仅国家有关部门专门为此设立焊接工技术考试，设置专门的技术证明，而且在一些高校更是让同学在实习期间接触学习焊接技术，进而培养具备多种高素质技能人才。

一、虚拟仿真技术与PE管焊接技能培训结合的必要性

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》内容提及教育信息化改革的具体措施及发展规划，着重强调了关于增强开发虚拟仿真实训教学软件、虚拟仿真实训实验系统以及建立虚拟仿真实训基地的力度。虚拟现实，是近年来兴起的技术，通过对现实环境的虚拟数字化，给人一种身临其境的感觉。虚拟现实是多种技术的融合，包括计算机图形学技术、视觉反馈技术、广角立体显示技术等。虚拟仿真是基于虚拟现实发展起来的，在传统的计算机图形技术中，主要是通过对真实环境的三维建模，操作鼠标和键盘来实现与虚拟场景的交互，从而给使用者一种完全的沉浸式体验。

将这种体验与技能培训相结合，可以解决现在实际技能培训的多种问题，具体问题如下：（1）实际焊接培训成本较高，虚拟仿真软件则不需原材料和机器进行操作训练；（2）实际焊接技能学习效率较低，学生完成一次焊接操作花费时间较长，用虚拟仿真软件则可以短时间多次重复操作，提高焊接学习效率；（3）实际焊接具有一定的安全问题，使用虚拟软件则学习人员无需承担任何安全风险。

二、虚拟仿真技术的应用

1.虚拟仿真技术

虚拟现实技术能逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉的感受，并做出对应的交互行为。虚拟现实技术有以下三个特征：沉浸性：通过虚拟设备进入到虚拟环境之后，原有的视觉和听觉感受被虚拟环境中的感受所替代，所做出的反应也能被检测装置检测到，虚拟环境给人一种完全真实的感觉。交互性：虚拟环境并不是一个封闭静止的世界，用户进入虚拟环境后，不仅可以通过传感器得到周围的信息，还能对虚拟的物体做出操作，在操作的过程中获得“真实”的体验。比如搬动虚拟环境中的一个虚拟椅子，甚至还可以在搬动过程中感受到椅子的重量。构想性。虚拟环境的沉浸性和可交互性，使用户产生丰富的联想。构想性是虚拟现实的高级表现形式，是基于沉浸性和交互性而得到的抽象性思维。虚拟现实的实现形式多种多样，只要符合上述三个特征，都可以称之为虚拟现实。虚拟现实技术在视觉感受和操作体验上提供了新思路，因而在不同行业领域都有广泛的应用。主要表现在以下几个方面：（1）娱乐方面；（2）军事航天领域；（3）室内设计领域；（4）工业仿真领域。

2.PE管焊接仿真系统的技能培训

（1）软件介绍

PE管焊接仿真培训软件主要采用3DSMax软件进行建模，Microsoft Visual Studio 2010开发平台下的C++开发语言进行脚本编辑，Unity3D平台进行开发。3DSMax功能强大，在建筑设计和游戏模型制作方面应用广泛。本文选择，主要考虑该软件成熟，软件有中文版和英文版，操作简单，是国内使用最广的三维建模平台。Unity3D具有高度优化的图形渲染管道，展示形式无论是2D还是3D，都可达到美轮美奂的画面效果。它操作简单，移植性好，插件丰富，实现的功能强大。它内建NVIDIA Physx物理引擎，能够轻松的实现现实中生动的互动效果。

通过虚拟仿真系统，可以创建一个与施工现场相似的虚拟场景，通过鼠标、键盘等能查看或操作各种设备。软件分别几个模块，主要设备、操作流程等，通过这些模块的学习，可以让学习人员有充分的理论知识基础，以及对操作流程较好的掌握。虚拟仿真系统中，通过点击鼠标实现设备的开启、夹取、信息的录入情况等。可设置不同的工艺流程参数，准确地模拟出现场不同的管材设备，可能出现的不同施工环境，清晰地显示出实地操作中会出现的各种状况。因此，学习人员不仅会轻松掌握一般PE管焊接的相关操作步骤，更会全面的让学习人员处理各种不同条件状况下的实际情况。

（2）焊接操作培训

对学习人员进行操作培训时，首先是根据焊接方法的不同，设置了电熔焊接和热熔焊接不同的工艺流程。在应用之前，先让学习人员首先大致了解不同焊接方法的步骤。例如电源电压的范围，机架管材的放置，铣刀夹具的开启取下等。其后就是针对各个小步骤的工艺，如拖动压力等进行更为详细的讲解。

工艺流程基本熟悉之后，学习人员需要对各种工具设备进行熟悉。进入PE管仿真实训系统，点击主要设备菜单，学习人员可以看到各种焊接设备的简介、内部结构详解以及工作原理模拟。通过全方位无死角浏览各个单体设备结构以及详细学习设备工作原理，提高了学习人员对设备构造、工作原理的认知度，为学习人员将来实际操作工艺设备奠定了扎实的理论基础。

培训方可以利用PE管虚拟仿真实训系统中的各工艺单元操作流程进行具体的操作培训。例如，PE管热熔焊接的焊接单元操作流程，可以分为以下几个部分介绍：检查管材并清理管端操作流程、紧固管材、铣刀铣削管端操作流程、检查管端错位和间隙、加热管材并观察卷边操作流程、管材熔接和冷却操作流程、取出管材操作流程。学习人员进入模拟操作流程后，系统会依据操作规范给出详细的操作步骤，学习人员再根据当前提示（设备编号、操作类型等）进行反复的模拟操作练习。

在PE管焊接虚拟仿真软件中有题库和成绩评判模块，以便培训方对学习人员的学习效果进行检验或者学习人员的自我检测。当进入考试模式时，电脑被锁定，只能在考试系统里进行操作，没有任何操作提示，同时会计时，随机生成施工环境。考试人员需要根据具体情况具体操作，不能生搬硬套。当考试人员操作有误时，系统根据相应标准自动扣分。同时还配有错题库，方便学习人员纠正错误。

（3）结合施工环境因素进行软件焊接操作

在风雨和寒冷天气进行焊接时，防护措施不到位，施工工艺没有作相应的调整，造成焊接质量不稳定；PE管材和管件存放场地环境温度和现场环境温度不一致，而不注意把管材和管件在施工现场放置一段时间，待其温度接近施工现场温度，而直接进行施焊连接，这样也会影响焊接质量。

本系统内建了影响PE管焊接质量的外部环境因素，可以最大程度模拟实际施工中的环境，使学员在不同的温度，湿度的环境因素中练习调整不同的焊接参数，达到最佳的练习效果。

（4）焊接操作规范

热熔焊接时的温度、时间、压力三个重要因素要严格控制，认真做好焊口端面的铣削、端口的清洁、最终焊口的冷却等方面细节工作；严格执行PE管焊接质量检查制度，通过对PE管的焊接外观成型检查，可以及时发现问题，有助操作人员及时调整焊接工艺；对焊缝的缝隙、错边、翻边宽度和单边宽度的检查，可及时发现管材轴线是否与机架轴线保持在同一条直接上，发现焊接设备运行是否正常，工人操作是否熟练，焊接设备开闭时间是否超标；在热熔焊接之后，冷却期间要注意切忌移动焊接件或对焊接件施加外力。因为焊接压力稍高于规定值时，会造成熔融区高温材质被挤出，形成低温结合，接头强度明显下降。

三、虚拟仿真技能培训系统的意义

虚拟仿真焊接训练系统是提高PE管焊工技能水平的有效途径，能够促进PE焊工培训质量的不断提高，以更好的适应我国逐渐大规模使用PE管材的新形式。利用虚拟仿真教学系统，可以改变传统的教育格局。现在的传统教学只是把知识从教师的头脑中落实到学生的笔记本中，如果充分利用虚拟现实技术，就可以利用建构主义来构建情境化教学，所谓的建构主义内容很丰富，但其核心用一句话概述就是：以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统就是该思想的完美体现，是真正实现集“教”、“学”、“练”、“考”于一身的教学系统。虚拟仿真教学系统具有开发灵活、可无限复制、摆脱时间与空间的各种限制及价格低、易开发等优点。利用基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统，不仅可以实现学生自主搭建实验环境，还可自主控制学习进度。在实验过程中不仅可以直观地观察液压油真实的流动效果及方向，还可实现真实实验中无法实现的观察内部元件的工作原理的功能，将被动的课堂教学转变为主动的自主学习、探索学习。虚拟仿真教学系统能够全面提高学生的创新能力、探索精神和实践动手能力，能够做到共享优质实验教学资源，建立信息化实验教学资源，推进实验教学信息化建设和实验教学资源的开放共享，进而推动高等学校实验教学改革与创新，形成在虚拟仿真教学领域可持续发展的现代服务业支撑体系，解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾，克服实验资源不均衡、创新能力不足的问题，有效的提高人才培养的质量。

参考文献

[1] 吴晓南.虚拟仿真在城市燃气教学中的应用与实践[J].石油教育， 2013，（5）：44-48.

[2] 胡卫红.虚拟现实技术在教育教学中的应用和研究[J].山东省青年管理干部学院学报，2007，（6）：139-140.

[3] 李敏，韩丰.虚拟现实技术综述[J].软件导刊，2010，9（6）：142-144.

[4] 李志文，韩晓玲.虚拟现实技术研究现状及未来发展[J].信息技术与信息化，2005，（3）：94-96.

第5篇：虚拟仿真现实技术范文

G122-4；G642.4

一、虚拟仿真实验室的内涵和价值

1.虚拟仿真实验室的内涵

虚拟实验一般是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。主要是利用虚拟现实数据、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等工具，帮助学生判别虚拟仿真实验的主要指标。在一个虚拟的仿真实验环境之上，实现实验操作的模拟性和实验结果的仿真性。随着虚拟实验技术的成熟，虚拟仿真实验室在高校教育中的应用价值日益凸显，它不仅可以辅助高校的科研工作，同时在模拟实验课教学方面也具有突出的作用。虚拟仿真实验室教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物，目前大多数高校都开设了模拟仿真实验课，在计算机系统中采用虚拟模拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，让学生感受真实实验环境，完成各种预定的实验项目，所取得的教学效果近似于在真实环境中所取得的效果，提高实际动手能力，增强了就业竞争力。

2.虚拟仿真实验室的作用

（1）虚拟仿真实验室适度降低教学成本。虚拟仿真实验室主要采用桌面虚拟仿真实验室，这种教学能够突破传统实验对“地域、时间、空间”的限制，虚拟仿真实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体，有效减轻学校在实训经费、实训基地、实训人员等的投入成本；同时也可以辅助高校的科研工作的投入成本。

（2）虚拟仿真实验生动形象，提高学习效率。模拟化学实验室的教学实践可以生动形象，超越设备、环境、地域和空间限制的新的实验教学方式，可以得到良好的教学效果和投资效益，从而提高学生实际感知和动手能力。

（3）虚拟仿真实验室融合多样教学手段。虚拟仿真实验室融合媒体课件，人机配合、仿真环境、仿真数据、仿真案例把把理论知识更形象、客观、生动、模拟出来，增强实践教学的互动性和真实感受性，让学生深刻体会理论与知识相结合的学习手段，提高学习效率，达到理论联系实际最佳的教学效果。

二、独立学院虚拟仿真实验室的存在的问题分析

1.虚拟仿真实验室建设的经费短缺，教育经费是独立学院发展教育和提高教学质量的一个重要条件，建立一个独立学院虚拟仿真实验室是有效进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要解决的是购买和建设的用的经费。

2.虚拟仿真实验室建设不统一，实验室使用效率低。由于在独立学院发展的过程中，各二级学院以本学院的实验室发展为主要发展，通过本学院的专业课题的申报，建立适合本学院教学规模的实验室，所以在实验室的建设缺乏协调性，各自以自己的专业为主，存在重复建设，单独使用，实验室使用效率低

3.拟仿真实验室建设，没有提供全方位虚拟教学辅助功能。由于独立学院经费、教务管理和技术问题的制约，没有能力建立虚拟仿真实验室的综合管理中心，很难实现对仿真实验室的统一管理和整合教学资源，影响了实验室的使用功能。

4.缺乏专业的教师。虚拟仿真实验室教学中需要教师既要有丰富的理论知识又要有实际的操作经验，因为独立学院的教师大多数属于年轻的教师，所以在仿真案例教学和实际操作等方面的教学缺乏经验，可能出现严谨性不够合流于形式的问题。

三、独立学院虚拟仿真实验室改进的思考

1.加强对独立学院的高校经费投入。财政部、教育部应加强对独立学院的高校经费投入，同时应为独立学院适度提供更多的实验室项目，给独立学院的教务、科研、规划等职能部门有足够的资金从事教学改革的支出，有足够的经费进行虚拟仿真实验室的建设支出。

2.建设虚拟仿真实验中心，设立专门的部门管理。整合各个学院的虚拟仿真实验室的资源，由学校统一建设虚拟仿真实验中心，统一管理，实现“共建、共享、共A”，降低投入成本，提高使用效率和使用功能。

3.建设仿真实验教学管理和共享平台。借鉴其他学校的经验平台建设具体包括虚拟实验中心门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、数字化资源管理、师生互动交流和系统管理等子系统建设一个开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台，然后再陆续把相关虚拟实验课程的资源统一放到该平台来进行管理，从而面向各个学科的相关课程开展虚拟实验教学。

4.加强虚拟仿真实验室教师的培训。学校需提供各种专业理论和实训的机会和平台，帮助教师在后续的教育培训过程中不断更新教育观念，不断提高自身实作能力，不断发现和解决问题，不断变革教学方式，调整自己的教学方法，实现专业教学水平的提高。

参考文献：

[1]张红霞，杨渊，王向前. 高校经管类学科虚拟仿真实验教学中心的建设[J].《高教学刊》， 2015（18）.

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第6篇：虚拟仿真现实技术范文

关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计

文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02

作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计

随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。

1虚拟机械制造技术

以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。

2虚拟制造技术的关键

虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：

2.1虚拟技术中的建模技术

虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。

2.2虚拟制造技术中的仿真技术

仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。

2.3虚拟制造中的虚拟现实技术

虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。

3机械虚拟样机技术介绍

虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计

中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。

4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势

4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力

虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。

4.2为机械系统建模带来便利

传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。

4.3强大的后期处理能力

在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。

5结语

虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。

参考文献

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[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，（2）．

第7篇：虚拟仿真现实技术范文

关键词：输电线路；运行与检修；虚拟现实；仿真培训

输电线路运检工作的业务范围涵盖了超特高压交、直流所有电网的运行维护和检修，具有高智力、高技能、高风险等特点，对工作人员的理论素质和操作技能都有很高的要求，但是目前针对运检工作的各种培训方式都存在一定的缺陷，极大地限制了培训效果。为弥补传统培训的不足，本文提出了基于虚拟现实技术的输电线路运检的三维仿真培训系统。

近年来，虚拟现实技术逐步应用在电力培训中，如文献[1]提出了一种变电站仿真培训系统，文献[2]设计开发了有关电力安全的仿真培训系统，但是这些系统仅限于仿真软件的开发，交互性不强且培训模式单一，使得培训效果没有得到较大的提升。本文提出的培训系统既具有虚拟现实技术的全部特点，又提出了完整的培训模式。在实际培训中由理论知识到实际操作，由学习到考核，建立了完整的培训体系。培训人员可在循序渐进的学习过程中全面提升自身的理论素质和技能水平，大大增强了培训的效果。

一、系统特征及功能

1.系统特征

虚拟现实的应用范围非常广泛，包括科学可视化、设计与规划、教育与培训、遥感操作、艺术与娱乐等领域。[3]在输电线路运行与检修的培训中采用虚拟现实技术能为培训人员提供的视觉、听觉和触觉反馈，得到几近真实的感受，与现实教育培训基地或设施相比，输电线路运检三维仿真培训系统具有仿真性、可操作性、对应性的特征，能够在保证培训人员安全的前提下提升培训效果。具体特征如下：

（1）仿真性。仿真性是指培训系统实现了对输电线路运检的工作现场、工作流程及操作动作的全仿真。受训者在构造的输电线路虚拟场景中，通过自由变换虚拟场景的视角，可以浏览到输电线路的所有元件以及虚拟人物的动作细节，仿真了整个作业现场；通过体感设备，培训者可以做出动作与虚拟设备发生交互，从而仿真了作业中的实际操作。系统的培训效果与仿真性有直接关系，只有在如同真实的环境中进行实际操作才会使培训人员尽可能学习到作业的关键技术、危险点等。

（2）可操作性。可操作性是指仿真培训系统采用与实际工作中相对应的操作设备，这些设备为培训人员提供了接近真实的操作方式。[4]如受训者在培训系统中正在进行某项停电检修作业，作业中需要工器具时培训人员能够抓取虚拟的工器具，并使用工器具对虚拟设备进行操作。可操作性是虚拟培训系统实际运用的必备特性，培训人员可以主动地在虚拟的输电线路工作环境中进行作业，通过对感受到的信息进行思考和分析，形成自己想要的动作或策略，通过操作设备反馈给系统，实现与系统的交互和控制。[5]

（3）对应性。对应性是指培训系统是有针对性的培训：一是培训方式对应实际工作，现在输电线路运检三维仿真培训系统中按照不同的电压等级、不同的作业项目进行输电线路运检工作的讲解，具体作业项目如运行工作中的线路定期巡视、测量工作中接地电阻测量、停电检修工作中500kV停电清扫污秽绝缘子、带电作业中500kV带电更换单片绝缘子。二是培训对象对应不同人员的自身状况，对不同基础、能力和培训状况的学员开展针对性的培训。

2.系统功能

输电线路运行与检修三维仿真培训系统的主要功能模块的划分如图1所示。主要包括基础分析、仿真训练、考核评价、培训管理。培训是一种由理论知识到实际操作、从学习到考核的循序渐进的过程。

（1）基础分析。基础分析借助输电线路的三维仿真场景，将典型500kV线路的组成包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置等进行一一展现及介绍，让学员在进实操培训前，学习掌握到输电线路基础知识。

（2）仿真训练。仿真训练主要帮助培训人员提升操作技能，是通过具体的作业项目进行培训的，如测量工作中接地电阻测量。培训人员通过控制设备与虚拟场景进行交互，掌握作业流程、作业关键点以及危险点等。此时可进行单人操作练习，也可以利用网络技术进行多人的协同作业，在仿真作业的同时，培训人员可以随时进行资料查询，包含作业指导书、各项规程标准等资料。

（3）考核评价。考核评价的目的是在阶段性培训后对学员的学习情况进行评定，包括理论考试和实操考试。理论考试主要包含作业指导书、电力安全作业规程、工器具使用等基本内容；实操考试是在仿真训练的基础上开发的考试模式，对学员的各项操作进行考核，评估学员的实操水平。

（4）培训管理。培训管理的目的是保证仿真培训工作的有序开展，贯穿于整个培训过程。培训管理主要功能包括：账号管理、考核评定和资料管理。各项功能由管理员控制，主要用于建立学员学习档案，管理学员信息和成绩，方便教师设置考试科目、考试内容，管理员也可以随时编辑，补充资料查询功能模块的内容。

二、系统开发与实现的关键技术

虚拟场景是构建输电线路运检三维仿真培训系统的基础，一个逼真的三维模型场景能对使用者构成强大的视觉冲击，所建立的场景越真实培训效果愈好。本系统利用 3ds MAX 平台进行输电线路各元件模型的构造，主要采用层次建模法，即先设计出模型的各种零部件，然后进行整体装配。同时，通过 3ds MAX 的材质和贴图系统、灯光系统等提高三维模型的真实度。

虚拟场景要想引人注目，必须是动态可交互的。[6]本文基于Quest 3D搭建整个仿真系统的底层平台，将所建立的三维模型导入到Quest 3D中，利用Quest 3D开发各项功能模块实现培训系统的交互功能。在功能模块的开发中需要解决各项具体问题，如碰撞检测问题就是检测不同模型是否发生了碰撞，就像现实中两实体之间是不会发生交叉重叠的一样，在虚拟场景中两三维模型之间也不能发生穿透的现象。[7]在平台中采用层次包围盒方法进行实时碰撞检测，其基本思想是通过建立对象的包围盒层次来逐渐逼近对象的几何模型，从而用体积略大而形状简单的包围盒代替复杂的几何对象参加碰撞检测，通过包围盒间的相交测试快速地排除不相交的基本几何元素，以减少相交测试的次数。[8]利用Quest 3D进行实时检测的精确性及响应速度完全满足于本系统。通过解决碰撞问题系统将大大增加真实感。最终表现如图2所示，图中展现的是在500kV带电更换单片绝缘子的作业项目中，等电位电工进入等电位的动作。

三、结语

将虚拟现实技术应用到输电线路运检的三维仿真培训方法突破了传统教学方法的局限，具有实用性、互动性、娱乐性等特点，是虚拟现实技术在电力培训上的具体应用。通过完成对三维模型建模、场景搭建、碰撞检测等等问题的处理，建立输电线路运检三维培训系统，其高度仿真性、操作性以及对应性的特点提高了培训的效果，但是目前限于计算机软、硬件技术水平，虚拟现实系统还只能达到部分真实感的程度。随着技术的不断发展以及电力行业对安全的重视程度，虚拟现实技术在该领域的应用会将更加深入，仿真培训方式也将逐步成为输电线路运检三维仿真培训的重要手段。

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第8篇：虚拟仿真现实技术范文

虚拟现实(VR一Virtualreality)，又称为灵境，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统，虚拟世界是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的沉浸感、交互感。虚拟现实技术实际上是包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语言处理与响应技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统的集合。由于“需求推动”和“技术推动”的原因，虚拟现实技术在农业脱粒机械的开发与研究中有广泛的应用，其前景十分诱人。虚拟现实技术发展较快，而且是十分活跃的技术领域之一美国、日本、英国等国的政府机构和许多大公司特别重视这方面的研究工作。

2虚拟现实技术

2.1虚拟现实技术的概念

什么是虚拟现实技术?至今为止，还没有一个确切的定义。从本质上来讲，虚拟现实技术是一种先进的以用户为核心的计算机接口。通过给用户提供诸如视、听、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，实现用户与环境直接地进行自然交互，从而达到身临其境的感知。这里所谓环境就是由计算机生成的虚拟世界。虚拟现实技术有助于减少人与计算机的隔阂，有助于人在认识问题的认识空间与计算机的处理空间趋向一致.

2.2虚拟现实技术的特征虚拟现实技术有三个最突出的特征:交互性(Interaetivity)、沉浸感(Immersion)和想象(Imagi-nation)。即所谓的三I特征。

2.2.1交互性

指用户与虚拟场景中的各种对象相互作用的能力，它是人机和谐的关键性因素。交互性包括对象的一可操作程序及用户从环境中反馈的自然程度。虚拟场景中对象依据物理定律运动。VR是自主参考系，以用户的视点变化进行虚拟交换，这个过程最重要的因素是实时性。

2.2.2沉浸感

这是VR系统的核心，使用户投人到计算机生成的虚拟场景中去，用户成为系统的一部分，有“身临其境”之感。

2.2.3想像

VR不仅仅是一个用户终端接口，而且可使用户沉浸其中获得新知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构想。这种想像结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时的显示或由传感器装置反馈给用户，如此反复，这是一个学习—创造—再学习—再创造的过程，因而可以说，VR是启发人的创造性思维的活动。

2.3虚拟现实的硬件与软件

VR系统实际就是一个计算机系统，它必需有硬件与软件的支持才能正常工作。计算机硬件包括PC、工作站和超级计算机以及各种实现视、听、触、嗅、力觉效果的输人输出设备。而软件集成了开发虚拟现实所需的模拟管理、实时描绘，目标管理，动画插人、传感器输人、纹理映射、图形显示等各种功能，提高了虚拟现实系统的开发效率。以下介绍一些常用的输人输出设备和虚拟现实开发软件。

2.3.1常用的输人设备

二维鼠标器。二维鼠标器是一个二自由度的输人设备。浮动鼠标器.浮动鼠标器在桌面上类似于上述的二维鼠标器，但当它离开桌面后，就成为一个六自由度的鼠标器。手持式操纵器。手持式操纵器包含一个位置跟踪探测器和几个按钮，专门放在手中使用。力矩球。力矩球安装在一个小型的固定平台上，可以提供六自由度的功能。数据手套.数据手套可以探测手指间的相对运动。当手运动时，手套检测这些活动，并向计算机送出电信号，这些电信号可转化为虚拟手的动作，你可以看到虚拟手随着你的真手在虚拟环境中活动。数据手套允许手去抓或推动虚拟物体。数据衣。数据衣是一种穿在参与者身上，把他的整个身体中各部位的数据输人到计算机的装置。它可以使虚拟环境的虚拟人，随参与者一起活动。语音识别。语音识别是一种很有发展前途的虚拟现实输人技术.它允许参与者对着连接计算机的拾音器说话，而不需要键盘和其他手工操作的设备输人数据。

2.3.2常用的输出设备

立体声耳机。声音可以大大增强虚拟环境中的真实程度，立体声耳机使得参与者在虚拟现实环境中有一种身临其境的感觉。立体眼镜。人的视觉在虚拟环境中起着重要的作用。为了增强虚拟环境的现实感，参与者在虚拟环境中所看到的物体和景物必须具有立体感。立体眼镜可以为参与者提供立体图像。头盔式显示器。这是一种当前比较高级的虚拟现实设备。它由一个立体图像显示器，一副立体声耳机和一个位置跟踪设备组成。位置跟踪设备用于将参与者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机据此调整该参与者的图像，从而使得呈现的图像更富于真实感。

2.3.3虚拟现实常用的开发软件

虚拟现实常用的图形建模软件有OPENGL、CAD、3DS一MAX等等。典型的虚拟现实软件包有MR、WTK、PROvision系统等。MR(minimalreality)是由美国Alberta大学的MarkGreen教授和他领导的开发队伍开发的用于虚拟现实环境的工具包，对于那些希望进行虚拟现实研究的机构而言，MR可以被免费使用。WTK(WorldToolKit)是由SensensCorpora-tion开发，用于虚拟环境的应用开发环境。WTK与硬件无关，可以在PC到SGI工作站上运行。而PROVision系统是由SGI公司开发的。

3虚拟现实技术在农业脱粒机械开发研究中的应用

虚拟现实技术在农业脱粒机械开发研究中主要应用于以下几个领域:

3.1虚拟制造与设计

虚拟制造系统其本质是以计算机支撑的仿真技术为前提的一个交流信息化的计算机系统，是现实制造系统在虚拟环境下的映射。把虚拟的模板显示在正加工的工件上，工人根据此模板控制代加工过程。传统生产方法是先做样机、实验、然后投人正式生产，而在虚拟现实条件下，计算机生成全部工件原形，然后对虚拟原形进行预装配，在预装配同时还能进行碰撞检测、阶段性的性能检测等，若对测试结果不满意，还可对工件设计图进行实时修改。在制造过程中，所有步骤预先在计算机上设计完成，大大减少了设计更改、错误和返工等浪费。“虚拟原形”代替“真实零部件”进行预装配提高了可靠性，节约了大量原材料。

3.2农业脱粒机械的实验仿真研究

脱粒装置是脱粒机械的核心部分，它在很大程度上决定了机器的脱粒质量与生产率，而且对分离清选也有很大影响。在就喂人量、滚筒速度、凹板栅栏间距、脱粒间隙等因素对脱尽率、破损率、夹损失率、含杂率与单位功耗等脱粒性能指标进行研究时，由于脱粒过程的复杂性、非线性，实验费用大，开发周期长，往往都先作计算机仿真实验。传统的数值仿真，其结果都是以数值、曲线表示，不直观，而且有些信息表达不出来。而采用虚拟现实技术，将其复杂的数据计算和数据处理推向后台，用户与图形打交道，通过交互方式的方法可获取仿真过程，可千预和引导计算机并最终获得计算机结果的图形、颜色、静态和动态画面，使研究者了解仿真过程和发展的趋势，理解计算机数值仿真难以“体验”的过程。同时可以提高仿真精度和仿真效率，降低对用户的操作水平.

第9篇：虚拟仿真现实技术范文

关键词：计算机硬件；虚拟现实技术；虚拟仿真

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0210-02

随着计算机技术的快速发展，计算机虚拟仿真技术在各领域得到了广泛的应用。计算机虚拟现实技术主要是指通过计算机技术，对现实中的一些实验或者操作进行仿真处理，使现实中的一些难度大或成本高的操作或者实验通过虚拟计算机实验平台来完成。如对计算机硬件的测试、开发以及相关知识学习等等，通过虚拟技术，能有效地将计算机硬件的相关功能、特性以及实验测试直观地展现在人们面前，从而有效提升计算机硬件的实验和操作效率。

1 虚拟计算机硬件实验平台概述

虚拟计算机技术又称为计算机虚拟现实技术和计算机虚拟仿真技术，主要通过计算机技术，将一些难度大或者成本高的操作和实验利用现代科技置于计算机中进行完成。从而制造出一些直观的集视觉、听觉以及触觉的虚拟环境，让用户身临其境地进行感受与操作。虚拟计算机硬件实验平台，主要是对对计算机硬件的测试、开发以及相关知识学习等等，通过虚拟技术，能有效地将计算机硬件的相关功能、特性以及实验测试直观地展现在人们面前，从而有效提升计算机硬件的实验和操作效率。通过虚拟计算机硬件实验平台，将计算机中一些复杂的在现实环境中不能直观操作或者操作繁复的过程置于虚拟环境进行操作，并实现现实仿真的效果。

2 虚拟计算机硬件实验平台的构建

虚拟计算机硬件实验平台的构建首先必须构建一个完整的虚拟现实系统。虚拟显示系统主要包括以下一个方面，具体如下图1所示：

2.1 虚拟现实开发平台

虚拟计算机硬件实验平台的构建，离不开虚拟现实开发平台，计算机硬件开发平台具有一套高性能的图象生成和处理系统。硬件虚拟开发平台是整个虚拟实验平台的核心。其主要负责整个VR场景的开发、运算、生成，是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其他各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。

2.2 虚拟仿真交互系统

多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自由度虚拟交互系统，比如：力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等。

2.3 虚拟三维显示系统

在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些所有的显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。

3 虚拟计算机硬件实验平台的应用

3.1 虚拟计算机硬件实验平台在计算机硬件教学中的应用

在计算机硬件相关的教学中，可以通过计算机硬件实验平台，将硬件的一些特性、功能、组装过程等等各种内容设计成各种图形、动画、声音等信息，从而将这些信息在多媒体等工具中进行展现，让学生们在直观的画面下对计算机硬件进行认识和学习。计算机硬件虚拟实验平台对于计算机硬件教学有着很大的作用，主要体现在共享性、交互性、表现性等方面。共享性主要是指在制作好的计算机硬件教学课件可以进行多元的传递和共享，交互性主要是指在课堂上能促使学生进行现场互动，让学生们在计算机硬件知识学习的过程中，身临其境地对硬件相关功能、特性以及组装过程进行全面的了解和操作。表现性主要是指在硬件教学过程中，通过虚拟计算机平台，将计算机硬件及其构件以及组装过程直观地展现在学生面前，让学生产生即时的想象性和沉浸感，能有效提升学生学习计算机硬件的积极性。在计算机硬件教学中，虚拟计算机实验平台主要应用在三维课件的制作、硬件组装的实践操作、虚拟实验室等方面。

3.2 虚拟计算机硬件实验平台在计算机硬件设计和组装中的应用

计算机硬件虚拟实验平台在计算机硬件的设计和组装中应用是比较常见的，计算机的各硬件在开发设计中不可能重复地进行现实实验操作，这样的话将浪费大量的成本，而通过虚拟计算机硬件实验平台，将计算机硬件在计算机中进行展示、设计和测试，从而大大降低计算机硬件开发设计的成本。比如计算机硬件的组装，其操作性以及直^性非常强，组装过程中所涉及的计算机硬件非常多，并且计算机一些部件的更新速度比较快，而且相应的设备跟进有点滞后性，所以对计算机进行操作实验往往存在着一定的难度。因此，通过计算机硬件虚拟仿真技术，将计算机各硬件在相关系统或者软件中进行仿真模拟，以构建一个虚拟计算机硬件实验平台，如利用VRML技术，使用户通过人机界面，对计算机各硬件在虚拟环境中展开组装操作。

其实，虚拟计算机硬件实验平台对于计算机硬件的设计和组装主要体现在以下几个方面，首先体现在对计算机硬件及其各部件的直观浏览上，通过虚拟仿真平台，让用户直观的观看和了解计算机各硬件及部件。其次，体现在计算机各硬件及其部件的组装过程的演示上，通过计算机组装的演示，让应用者能清楚地了解整个组装过程，对整个组装过程有一个整体的把握。最后，对各硬件的功能和特性及其效果进行监测。通过虚拟计算机硬件实验平台，对计算机各硬件的功能和特性在虚拟现实环境中进行实验，这对于新开发和设计出来的硬件性能检测有着巨大的帮助作用。

3.3 虚拟计算机硬件实验平台在计算机硬件维护中的应用

计算机技术并不是一层不变的，而是不断发展的。新技术的出现势必会产生计算机硬件设备性能的改变，这一定程度上也促使了计算机硬件维护方法的改变。因此，用户在计算机使用过程中，随着计算机技术的不断更新，其也需要不断增进计算机硬件的维护常识和技能。比如在计算机各硬件设备出现一些故障时，用户应该形成一种维护常识。同时，用户应该对计算机的各硬件及应用状况等知识进行一定的了解，用户应该根据硬件设备的技术更新，而实时地改进其维护方法和知识。而针对这些知识的获得，通过虚拟计算机硬件实验平台是最有效的方法。

综上所述，虚拟计算机硬件实验平台开发将计算机中一些复杂的在现实环境中不能直观操作或者操作繁复的过程置于虚拟环境进行操作，并实现现实仿真的效果。其在计算机硬件教学、计算机硬件设计和组装、计算机硬件维护中得到更为广泛的应用。

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