虚拟现实与仿真技术精选(九篇)
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第1篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词：虚拟现实技术；虚拟仿真生活体验馆；荷叶鲫鱼；3ds Max；VRP
中图分类号：TP319
文献标识码：A
文章编号：16727800（2017）004010303
0引言
随着计算机技术和三维图形软件的发展，利用数字化手段对真实场景仿真的虚拟技术成为计算机应用领域热点。虚拟仿真生活体验馆不受时空限制，与传统会展结合，能更好更快地传递信息。将虚拟仿真交互技术应用到水产业中，根据养殖基地真实场景和产品情况生成逼真的三维场景，用户通过鼠标或键盘点击拖拽，身临其境地漫游在体验馆中，与环境和产品交互，得到全新的体验。该技术极大地提高了农业水产品资源利用率，有效促进了农业信息化发展。
1虚拟现实技术及系统开发工具
1.1虚拟现实技术
虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或幻真技术。虚拟现实是用现代高科技手段虚构出来的一种人工模拟现实环境，它能模仿人的视觉、听觉、触觉等感知功能。虚拟现实技术的最终目的是提高人的认知能力，促进人与环境交流，更深入开发人类智慧[1]。虚拟现实技术通过计算机控制系统形成三维图形空间，利用跟踪技术、人机接口技术、传感技术、人工智能技术等产生逼真的“虚拟环境”，使用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。
1.2系统开发工具
本文运用虚拟现实技术及建模软件进行设计，使用的软件有： 3ds Max，即3D Studio Max，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，是目前应用最广泛的三维动画制作软件，具有强大的建模、动画、材质和渲染功能。 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一款虚拟现实软件，可以较好地进行三维场景模型导入、后期编辑、交互操作、特效操作、界面设计及打包等。 Photoshop：处理或绘制三维贴图，为模型制作精良贴图。
2设计思路
新乡市卫滨区荷叶鲫鱼农民专业合作社是一家集水产养殖、休闲垂钓、品牌化运营、无公害水产品专卖、农超对接于一体的专业合作经济组织[2]，由一个体验中心和3个养殖鱼塘组成。合作社主养鱼类品种为淇河鲫鱼和彭泽鲫鱼，严格按照国家无公害俗冀行生态养殖。模拟荷叶鲫鱼农民合作社养殖基地的虚拟仿真生活体验馆，辅助人们感受水产虚拟环境，供消费者和相关技术人员参观学习，指导鲫鱼养殖技术推广，推动农产品销售。 开发流程：前期结合数码相机和Photoshop获得虚拟现实模型的纹理贴图；中期使用3ds Max搭建虚拟模型；后期将构建模型导入虚拟交互平台软件VRP中进行场景驱动，并设置漫游和交互，如图1所示。
3设计与实现
3.1前期分析
建模开始之前要进行场景分析，即分析场景建筑、场景环境、场景布局、基础设施等。主要数据资料有：①纹理数据采集。前期使用数码相机现场拍摄，后期利用Photoshop进行处理，制作成三维模型的材质贴图，使整体效果更贴近真实场景；②建筑物尺寸。合作社提供房屋、鱼塘等大型建筑的相关数据，按照实物建筑1：1建模；③其它数据资料。场景中其它细小模型相关数据来源于实地测量。
3.2模型构建
3.2.1模型建立 模型是整个虚拟仿真生活体验馆设计的基础，它的好坏及逼真度直接影响整个虚拟环境的真实性，常规建模方式主要有两种：①采用标准几何体建模，该建模方式较为简便并且便于后期贴图；②采用标准几何体模型组合方法建模，通过纹理添加使模型逼真，既简化建模过程，缩小文件容量，又不影响模型整体效果。此外，在建模中应遵循一个原则：在保证视觉对象不失真的前提下，尽量采用最简单的模型[3]。 根据以上要求，荷叶鲫鱼虚拟仿真生活体验馆的场景模型设计为3个部分： （1）房屋及鱼塘模型。场景模型中有一个荷叶鲫鱼体验中心和3个养殖鱼塘。体验中心建模主要根据相关数据制作相应的标准几何体模型，将标准几何体模型组合成完整的体验中心模型；鱼塘及鱼塘周围的土壤建模主要使用“线”绘制出基本轮廓，再通过挤压操作形成面片效果。 （2）场景中栏杆及其它模型。场景中的栏杆虽然不是重点模型，但比例相当大，也是整个场景中不可或缺的部分。栏杆模型的构建与房屋及鱼塘方法不同，必须使用圆柱体构建模型。一个圆柱体模型至少需要14个侧面才能保证其轮廓完整，本文大面积的栏杆建模需要将近1 500根大小长短不一的圆柱体，栏杆模型中至少有24 000个面数，建模工作量大。结合场景及栏杆特点，采取建立高精度模型方案，对其渲染并保存为PNG图片，如图2所示。再新建一个平面模型，将保存的PNG图片赋给平面，即通过贴图平面来表现栏杆模型，如图3所示。这样，经过高精度建模后只需要一个面就可以达到完全相同的效果。通过该表现手法制作出来的栏杆虽然提高了渲染速度及系统实时性，但视觉对象缺少一定的真实性，即在顶视图中模型缺乏立体感。因此，栏杆模型顶部的圆柱依然采用标准圆柱体来表现。 荷叶鲫鱼农民专业合作社中除了荷叶鲫鱼体验中心、鱼塘和栏杆外，还有如自动投料机、门亭、马路等。这些模型的构建主要使用基本几何体表现出轮廓即可。
3.2.2场景贴图及烘焙 建模贴图效果好坏决定场景的逼真性及渲染的好坏，本虚拟仿真生活体验馆的重点建筑物为体验中心及鱼塘，遵循不重复使用贴图和一个建筑物一张贴图的原则进行贴图。为了保证场景渲染及后期交互的流畅性，非重点建筑物贴图遵循不必非常清晰的原则进行贴图。此外，整个场景中均将贴图的背景色改成和贴图本身色调类似的颜色，以减少在UVW展开时出现匹配不准或有明显白边和黑边的现象。 建模完成后，对整个场景添加灯光效果，并按照常规烘焙操作进行场景烘焙，最终荷叶鲫鱼虚拟仿真生活体验馆三维模型如图4所示。
3.3交互驱动
3.3.1模型导入VRP 考虑到3ds Max与VRP的兼容性，在使用3ds Max创建的模型导入到VRP编辑器之前，需要安装VRPformax插件，利用该插件将烘焙好的场景通过插件导入到VRP中。3.3.2交互动画设计 在虚拟仿真生活体验馆中实现实时漫游以及逼真效果，〖HJ*3〗需要在VRP系统中创建行走、飞行、动画相机，添加天空盒、太阳光晕，并要对场景中的建筑物和植物等设置物体碰撞规则。 （1）交互动画。荷叶鲫鱼虚拟仿真生活体验馆设计的游览模式为两种：漫游模式和游客模式，漫游模式为不需要引导的自动游览模式，而该馆设计的最终目的是能够实现在场景中通过人物游走浏览各个部分，即游客模式。游客模式主要利用VRP设置行走相机，通过鼠标或键盘操作控制游览方向，实现交互。实现交互首先要创建骨骼动画作为目标人物，调整骨骼的身高比例并放到适当位置，通过动作库为骨骼添加“休闲站立”、“原地行走”等动作，最后添加角色控制相机绑定目标人物。这样，在浏览过程中就可以通过鼠标或键盘操作控制目标人物，在场景中自由行走，以游览者身份观察整个场馆。另外，场景中若只有一个目标人物，画面过于单调，为了使场景丰富，添加了多个骨骼动画，效果如图5所示。
（2）特效设计。在设置好浏览模式后，为了模拟室外场景，选择适合场景的天空盒效果，并对其角度进行旋转，使光线的摄入方向与场景中的投影方向一致，再适当添加光晕效果。光晕效果角度和高度与天空盒光线方向、太阳光照方向相融合。这样添加特效后，场景更加美观逼真。 （3）交互按钮设计。虚拟仿真生活体验馆的另一特点是通过鼠标触发事件控制相应内容，如浏览模式切换、音乐开关设置，以及通过添加文字、图片、动画，甚至链接数据库、网页或加载视频等功能，向使用者介绍场馆情况。主要使用VRP的初级界面和高级界面，在场景中添加控制按钮，再结合相应的脚本程序，实现按钮控制。 （4）浏览模式按钮设计。在该体验馆中，主要通过触发事件即按钮来控制相机的转换和交替，场景中设计了两个动画相机漫游，分别为行走动画即游客模式和环绕动画即漫游模式实现生活馆的虚拟展示，如图6所示。
（5）荷叶鲫鱼种类介B设计。荷叶鲫鱼种类介绍通过服务控制平台实现，采用添加文字、图片及Flas的形式制作相应介绍，再通过按钮触发，结合相应的脚本程序进行控制，如图7所示。 （6）背景音乐设计。为了给使用者视听觉双重感受，增强场景的真实感染力，在该虚拟仿真生活体验馆中添加了背景音乐，并对背景音乐进行了相关属性设置，可自动循环播放。同时使用音乐开关触发控制按钮，通过该按钮可以暂停和播放音乐。此外，添加了音乐大小控制滑杆，结合脚本语言精致控制音乐音量大小。
3.3.3系统输出与 动画设计完成后，可将其为单独的可执行文件EXE演示DEMO，也可输出为网络的VRPIE文件。综合考虑多方面因素，选择将作品为可执行的EXE文件，不过在使用时要注意相应的环境配置，如显示器屏幕尺寸、显卡性能等，否则可能影响展示效果。
4结语
本文通过3ds Max、VRP及Photoshop软件构建了荷叶鲫鱼虚拟仿真生活体验馆。随着硬件、软件技术的不断成熟，虚拟现实技术在农业中的应用极大地加快了农业技术的现代化进程，场景的逼真性和实时交互性受到广大用户喜爱，在农业领域的应用前景越来越广阔。采用虚拟现实技术设计的荷叶鲫鱼虚拟仿真生活体验馆具有真实性、交互性、易实现性等特点，较好地满足了消费者的使用需求，促进了水产品与现代科技结合，为农业信息化提供了可靠手段。
参考文献：[1]马贺清，陈建平.VRP虚拟校园建设及其关键技术[J].计算机系统应用，2012，21（5）：153157.
[2]李好琴.新乡市水产行业的产业带头兵――记发展中的新乡市卫滨区荷叶鲫鱼农民专业合作社[J].渔业致富指南，2013 （16）：2728.
[3]祖先锋.矩阵继电器在多路数据采集系统中的应用[J].煤矿机械，2005，2（24）：106108.
[4]冯少云.基于Web的虚拟展馆的设计与实现[D].北京：北方工业大学，2012.
[5]刘科文.虚拟现实技术的应用与发展[J].数字技术与应用，2012 （10）：123125.
[6]罗子明.消费者心理学[M].北京：清华大学出版社，2007：7390.
第2篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键字：虚拟仿真技术；建筑施工；应用
中途分类号：TU7 文献标识码：A
系统仿真是以多种学科理论为基础，以计算机及其软件为工具进行试验研究的理论和方法论体系。仿真技术顾名思义，是把自然界中的物理现象通过一定的物理和数学模型在计算机上模拟来得到实际场变量的分析，有助于预知关心的物理现象。简单的说，仿真技术是对系统模型的一种试验技术(是对系统动态模型的一种实验手段)，在安全性和经济性方面有较大的优越性。
一、虚拟仿真技术的应用现状
目前，虚拟现实技术在国际上是一个热门研究课题，其应用已取得引人注目的成效，在国内也引起了广泛的重视。当人们需要构造当前不存在的环境、人类不可能到达的环境或构造虚拟环境以代替耗资巨大的现实环境时，虚拟现实技术是必不可少的。随着计算机硬件、软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟仿真技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。军事领域、航天技术、建筑设计、工业设计、教育培训、医学领域、石油化工等等，虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”，无一不是虚拟技术的应用。虚拟仿真技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。虚拟仿真技术在建筑方面的应用主要有：大型建筑先期演示和论证；建筑设计领域；结构工程领域(工程结构分析、岩土工程分析)；房地产展示领域(全方位的数字化沙盘、数字化投标领域、房地产展示、施工流程的数字化模拟)。本文主要阐述虚拟仿真技术在建筑施工中的应用。
二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用方式
（一）用当前流行的三维动画软件3DS MAX、虚拟现实软件3DVRI、多媒体编排软件NeoBook、编程工具C#来实现模拟施工和虚拟建筑场景漫游。
3DVRI制作出来的虚拟仿真系统主要功能有：全方位互动漫游功能；即时输出功能；数据实时查询及修改功能；语音定位功能；导航图功能。
事先用3DSMAX软件做好建筑场景及主体的3D模型以及各施工模块的3D模型，然后用3DVRI虚拟现实软件对动画场景进行处理转换为3DVRI实时三维系统，最后用NeoBook软件在3DVRI实时三维系统中按照需求写入不同的指令，为实时三维系统添加交互功能，可以利用专业编程工具如C#等软件对实时三维系统中的模型及动画进行精确控制，并可编写更复杂的交互功能程序，最终为可独立运行的3DVRI施工模拟虚拟现实系统。此方案对于多种施工方案的展示、施工工序的编排比较有用，但无法对于施工方案进行预见性的模拟。
（二）用专业的建筑虚拟现实软件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，结合部分编程技术，实现具有较强人机交互能力、模拟建筑施工过程，以选择合理的设计方案以及合理的施工方案。
本方案更为专业和智能，能预见性地发现施工方案中的不足，便于指导施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隐患、防止施工事故、减少施工成本与时间。此方案的软件购置费用比较高。
比较著名的是英国Bentley建筑工程系列软件公司提供的系列建筑仿真软件，目前已经在中国建筑、工程以及建造领域得到一些应用，主要在各建筑设计院使用，在施工中企业的应用还属于起步阶段。Bentley工程软件系统公司首席执行官Greg Bentley宣布了两项新的中国计划，以支持中国的大规模基建投资。首先，Bentley亚洲总部将进驻北京，为中国的基建领域提供全面配套的软件产品；其次，即将启动的Bentley Power计划，使中国用户可在初期免费注册专业的计算机辅助制图／设计(CADD)软件服务。
三、建筑施工中应用虚拟仿真系统的意义
（一）建筑工程施工方案的选择和优化。
建筑工程施工的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重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果，可以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。
（二）施工技术革新和新技术引入。
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施工新工艺和革新思路，有助于创造性的充分发挥，同时能真切展示新技术的成效，缩短建筑业新技术的引入期和推广期，降低新技术、新工艺的实验风险。
（三）施工管理
施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程，能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。
（四）安全、生产培训
施工虚拟仿真技术能实时、直观地显示施工过程的实际情况，有助于操作人员全面了解操作流程，优质安全地完成施工任务。
（五）大型工程设计
施工虚拟仿真技术可以考察建筑设计是否合理，可以方便地对拟改进部位进行修改，从而得到满意的设计结果。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。
（六）建筑市场管理
施工虚拟技术在招投标过程中能直观对比各方的施工方法和成效，增加评标的透明度和公正性，有利于建筑市场的规范管理。
（七）其它方面
开发施工虚拟仿真技术必然带动虚拟现实技术广泛地应用于建筑业其它方面，带动以下几方面的进步：城市和市政规划的优化；投资者的投资意图及市场推销；建筑机械设计；仿真和虚拟现实技术。
四、总结：
总而言之，随着信息技术的高速发展，各种新型技术都已经开始投入实践。建筑业也必须敢于创新，勇于尝试，这是建筑行业发展自身、壮大自身并适应时展的唯一途径。
参考文献：
第3篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词：仿真技术 系统模仿
1、概念介绍
人们对仿真技术的期望也越来越高，过去，人们只用仿真技术来模拟某个物理现象、设备或简单系统；今天，人们要求能用仿真技术来描述复杂系统，甚至由众多不同系统组成的系统体系。这就要求仿真技术需要进一步发展，并吸纳、融合其他相关技术。
虚拟现实（Virtual Reality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。
VR技术主要有三方面的含义：第一，是借助于计算机生成的环境是虚幻的；第二，人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的；第三，人可以通过自然的方法（手动、眼动、口说、其他肢体动作等）与这个环境进行交互，虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。
虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、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，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。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。
2、基本特性
虚拟仿真技术具有以下四个基本特性：
（1）沉浸性（Immersion）
虚拟仿真系统中，使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，从而获得身临其境的感受。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。
（2）交互性（Interaction）
虚拟仿真系统中，不仅环境能够作用于人，人也可以对环境进行控制，而且人是以近乎自然的行为（自身的语言、肢体的动作等）进行控制的，虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如，当飞行员按动导弹发射按钮时，会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标；当导弹碰到目标时会发生爆炸，能够看到爆炸的碎片和火光。
（3） 虚幻性（Imagination）
即系统中的环境是虚幻的，是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境，也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境，还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。
（4）逼真性（reality）
虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面：一方面，虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像，一切感觉都是那么逼真，如同在真实世界一样；另一方面，当人以自然的行为作用于虚拟环境时，环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力，该物体的运动就会符合力学定律，会沿着力的方向产生相应的加速度；当它遇到障碍物时，会被阻挡。
3、结语
由于采用电子虚拟仿真技术设计电子产品具有安全系数高、投入设备少、周期短、性能高，所以新世纪设计电子产品的新理念是：构思电路――虚拟仿真――绘制电路板――焊接调试――出产品。
参考文献：
第4篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词： 城市规划；城市仿真技术；虚拟现实
Abstract: In this paper, from the change of city planning under the background of the digital city, introduces the characteristics and the key technology of city simulation technology, describes its plays in the city planning work in the role and significance of.
Key words: city planning; city simulation technology; virtual reality
中图分类号：TU984文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 引言
随着城市社会科技的迅猛发展，社会对城市规划、建设和管理要求越来越高，这是由城市规划在城市发展中的战略地位所决定的。然而过去传统的城市规划中，主要以感性规划为主，存在自上而下命令式、强制控制等级式的管理体制，缺乏相应的客观性、独立性和权威性，公众参与的缺失，也影响了规划设计方案的科学性、前瞻性，影响了政府决策的宏观和全局性的把握。
随着计算机及网络技术的飞速发展和数字化潮流的掀起，基于数字城市平台上的虚拟学校、虚拟影院等应运而生。如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、公众所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为了当前各个领域所研究的热点。
2 数字城市背景下城市规划的变化
2.1城市规划设计理念的转变
随着数字化、信息化概念的不断深入，数字城市建设的不断发展，传统的城市规划理念也受到了强烈的冲击。传统老式的静态规划面临着向多阶段过程转化为一系列单阶段问题逐个求解的动态规划转变，从简单考虑资源配置的物质规划向全面考虑社会经济文化发展需要的精神规划转变，从集中式的由规划设计专家评审到规划设计人员、决策者和社会大众三者共同参与的协作式规划模式转变，从行政管理到法制化管理的转变。
数字城市的建立为城市规划提供了数字平台与技术基础。它一方面使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来，城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息，从更大和更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。另 一 方面，通过数字城市提供的多种分析手段和模型，对城市现象进行更多的定量分析，从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。规划和管理工作者的观念和逻辑思维也随之发生重大变化，从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式，思维从单一化转向了多元化。
2.2城市规划技术方法的转变
（1）获取信息的手段发生转变。数字城市具备了海量数据存储设备，高速宽带的信息传输系统和高效智能的处理系统，规划设计所需的大量数据也由传统的现场踏勘方式转变为室内数据处理方式，实现了城市规划的现代化。
（2）规划设计方案决策和表现方式发生转变。数字城市的建立，使得规划设计及规划成果的表现由原来的二维平面转变为可视化、动态化、形象化，使规划人员可以利用多种分析手段和模型对城市发展现象、过程、趋势进行量化分析和预测，使得规划方案更加科学、合理、准确。
（3）公众参与度发生转变。对于城市规划成果，利用可视化技术，通过网络展现虚拟城市景观，公众可以实时、在线参与城市规划，提出自己的意见和设想，在充分展现群众的参与权和监督权的同时，充分体现出了规划工作的公平、公正和客观性。
3 城市仿真技术
3.1 概念及特征
通俗地讲，城市仿真(Urban Simulation)就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。而“虚拟现实”（Virtual Reality）又称为灵境技术，是一种用来构建和体验虚拟世界的计算机技术。它具有实时的三维空间表现能力，自然的人机交互式操作系统并能给人类带来身临其境的感受。虚拟现实技术广泛应用在军事模拟、视景仿真、虚拟制造等方面。
城市仿真具备三个特点：（1）良好的交互性。提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的建筑；（2）形象直观，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；（3）利用数字化的手段，使得数据更新和维护变得非常容易。
3.2 关键技术
（1）3D建模技术
为了实现基于Web的三维虚拟城市，必须建立大量相应的3D模型和2D纹理素材。常用的建模方式有：常规的语言编写3D模型、3DS建模输出3D模型、规划成果经过格式转换生成3D模型、根据2D信息进行3D模型重建等等。
（2）真实感图形的实时绘制技术
场景造型是构造虚拟现实系统的第一步，不同于传统真实感图形绘制算法，它追求的是图形的真实感和高质量，我们往往需要通过一些算法在“真实”和“实时”之间寻求一种平衡，常用的包括光亮度计算、纹理映射技术和实时消隐技术等，以满足我们的需要。
（3）立体声合成和立体显示技术
在虚拟现实系统中，如何消除声音的方向与用户头部运动的相关性已成为声学专家们研究的热点；同时，虽然三维图形生成和立体图形生成技术已经较为成熟，但复杂场景的实时显示一直是计算机图形学的重要研究内容。
（4）交互技术
交互性能的高低是衡量虚拟现实技术水平的重要标志。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，三维交互技术、触觉反馈是虚拟现实技术的难点。此外，语音识别与语音输入也是虚拟现实系统的一种重要人机交互手段。
4 城市仿真技术在城市规划中的应用
城市仿真技术应用于城市规划，可以为城市规划提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段。人们可以将城市设计方案放入虚拟世界，考虑这些规划方案对现实环境的影响，观察方案是否合理、与周边环境是否和谐，实现设计方案的推敲对比、评审，甚至实时地进行方案修改，同时结合城市规划、城市建设进程，通过进行方案评审和成果入库，动态更新城市模型，从而避免实际建造所消耗的资本和时间，对提高城市规划和生态环境，降低城市合理规划的成本，缩短城市合理规划的时间有着非常重要的意义。
（1）规划审批工作更具科学性。虚拟现实可视化，结合3D、GIS技术，具备了规划方案的多方案比较、对照分析、通视分析、空间信息分析服务，地下管网及城市网线布局控制显示功能，实现城市多维、多源、多尺度时态和动态数据的维护与更新管理，能解决规划审批工作中的诸多难题。
（2）多部门协同工作更具共享性。城市仿真应用系统可实现三维数据库动态应用与一体化管理，能为多部门提供便捷的城市立体空间数据信息共享，在根本上实现城市数字一体化管理进度。
（3）领导决策更具可依性。通过将具体项目在真实场景中进行多方案比较分析，提高了项目的可行性，也为领导层提供了直观、真实、科学的空间综合数据决策依据，提高了项目方案配比合理化水平。
（4） 规划建设更具民主性。虚拟现实可视化，能够实现网络与市民公示。市民通过在线浏览共享和查询分析，参与评论和投票，从而增加项目的民意性参与，树立良好的市政形象。
（5）城市在线宣传更具推广性。虚拟现实可视化，可以对特定场所进行高精度渲染，可以预设待开发项目的规划效果，为今后城市的在线宣传与投资政策起到了巨大的直观推动作用。
5 结束语
城市仿真技术作为信息技术中的一种新兴技术，正在逐渐成为帮助城市规划和管理的重要手段，它对于城市规划的影响不仅表现在对城市规划所需信息的采集、处理和利用方面，更为重要的是它改变了城市规划内部信息流程和规划部门与社会的信息交流与反馈机制，进而对城市规划管理体制产生深远的影响。随着网络技术和计算机软硬件的发展，城市仿真技术在城市规划管理中的应用将会更加广泛，同时，城市仿真技术还可以拓展到如市政管理、公共交通、环境保护、地产开发、公安消防等其他领域的应用，可以实现各种道路系统设计的三维立体仿真，包括高速公路线路选择、立交体系的仿真、城市交通仿真等，前景令人期待。
参考文献：
[1] 黄丽娜，庞前聪，费立凡.基于GIS的城市规划仿真系统开发与实现[J]. 国土资源科技管理，2006.
[2] 姜峰.数字规划中的虚拟现实技术[J]. 武汉大学学报（工学版），2004，37（6）.
第5篇：虚拟现实与仿真技术范文
[关键词]虚拟现实技术；分子；生物学；实验教学
虚拟现实技术的产生为生活带来了无数便捷，在虚拟现实技术中是以人为主体，人类从中获得从未有过的体验。该研究所说的虚拟的分子生物学实验是通过计算机软件开发以及网络的技术相结合形成的系统软件。它应用了Flash编写课件，汇集了图片、视频、音频、动画，创造了一个虚拟中的实验室。通过操作计算机就能够进行生物实验。具有多重特点。虚拟现实技术这种新型的仿真技术与分子生物学的教学实验相互结合，完善了老师教授实验教学模式，弥补了生物教学实验中产生的不足之处，把虚拟现实技术的特点发挥出最好的效果。为学生教学提供了更多的途径。目前，虚拟现实技术已应用在分子生物实验教学之中，提高了学生的学习兴趣，增强了学生独立思考的能力以及创造力，取得了不错的成果。针对这一技术，该研究作出了深刻具体的分析，现报道如下。
1虚拟现实技术
1.1虚拟现实技术的含义
所谓虚拟现实技术，是指人类利用计算机根据真实的环境设计并构造的模拟世界的一项技术。它是一种多种信息组合交集成为三维立体视图以及有真实能动性的仿真系统。它几乎和真实世界一模一样，人们仿佛置身其中。虚拟现实技术（VR）[1]是开启这一类技术大门的钥匙，是仿真技术的指路标，是多种多媒体技术以及网络技术的组合。虚拟现实技术走在多种网络技术的最前端，是值得更多的网络人深入研究的课题。虚拟现实技术包含有：模拟环境、行为能力、感觉、感应设备。所谓模拟环境，它是电脑设计出来的具有3D真实效果的场景。行为能力是说场景中的人物有自己的行为能力，和现实中的人物是一样的，身体的各部位都可以活动，电脑进行操控他们的行为能力。当电脑发出某个指令时，他们会根据指令做出相应的反应，我们就可以看到他们的动作。感觉，众所周知，是场景中的人物拥有五官的感受，比如，嗅觉、味觉、听觉等等。感应设备是指使三维立体视图交汇在一起的设备。
1.2虚拟现实技术的特点
作为新发展起来的仿真技术，虚拟现实技术有很多特点，如下所示。①与现实交集。虚拟现实技术可以说是一个仿真世界，它拥有着真实世界所拥有的一些事物，包括人类在内。仿真世界里的人物和我们一样有着感官以及能动性，唯一不同的是，它们需要我们用计算机来操作它们的行为[2]。②很安全。安全是说可以利用虚拟现实技术进行场景模拟演练，比如，演练各种火灾场景、各种地震场景等等。这样有助于在现实生活中遇到这些情况时能够冷静处理，及时躲避，能够自救以及救助别人，确保我们人类的人身安全。③感觉置身其中。当我们操作电脑时，就会觉得仿真世界里面的人物就是自己，仿佛置身其中，体验不同的世界。仿真世界的真实程度会让你觉得和现实没有任何区别。④拥有感知能力。虚拟现实技术其中包含有感觉，这是说里面人物的感觉，他们有听觉，味觉，嗅觉，以及它们还有运动能力。⑤有针对的处理问题。在虚拟演练中，我们可以根据自身的弱点进行有针对性的练习，比如，当自己无法处理火灾事故时，我们可以利用虚拟现实技术进行演练，提高自己的应对能力。
2分子生物学
2.1分子生物学概念
分子生物学是指以分子为单位来探究生命活动规律的一门科学。分子生物学主要是研究蛋白质、蛋白质-核酸这一类分子的构造以及合成[3]。探究其生命活动主要包括了人类的癌症的病变，植物的光合作用生命活动中神经的原理等等。分子生物学是需要通过不断试验，不断用实践证明理论的学科。它也是一门开放性学科，要求学生通过动手设计实验、进行实验、分析探究实验，最后得出结论。所以又说分子生物学的实践性很强。
2.2研究分子生物学的意义
所有生命现象的活动都是有规律的。就像生物都是由蛋白质还有核酸组成的。分子生物学的研究为人类带来了了解生命活动规律的机会，人们可以进一步改变生物构造作进一步的研究，为人类造福。
2.3相关应用
①克隆技术。分子生物学作为一门新兴边缘的学科，它的研究成果能够为人类造福。虽然目前我们仍处在克隆技术的最初级阶段，随着科学家不断探究以及实验，未来定会看到克隆技术所带给我们的福音。②DNA鉴定。随着分子生物技术的不断深入探索，科学家对基因的研究也有了很大的成果。DNA鉴定也为侦破案件提供了重要的证据。同时亲子鉴定也可以通过DNA检测获得帮助。③转基因。转基因（GMF）[4]是通过转换物种之间的基因而得到的另一个物种。转基因食品拥有了其它食品所没有的能力，例如，转基因食品防虫蛀，延长了保质期，而且是大批量生产，使生产成本减到最低，转基因食品不分季节，可以随时供应，满足人类的需要。但由于转基因食品的好坏尚不明确，还有待进一步研究实验。
3虚拟现实技术在实验教学中的特点
虚拟实验是虚拟现实技术与生物教学实验相结合的产物，是利用操作计算机让学生体验模拟的生物实验，实质上他就是计算机利用Flash技术开发的软件系统，为学生提供环境、设备，就像在真实的实验室一样。正是如此，虚拟实验有着真实实验室不可比拟的特点：①共同的系统。众所周知，计算机系统中的资源都是可以通过网络共享的。也就是说，人人都可以看到、用到。而虚拟实验证正是有这一特点，它可以通过计算机目录检索，学生所需要的相关数据、文件、电子图书，甚至是以前操作的实验都能找到。学生通过共享资源，节省了时间，提高了学习效率。②交流信息。资源可以在计算机上共享，同样的，在虚拟的实验环境中，学生可以尽情的交流，交换意见。③学生自由操作。虚拟实验是由计算机操作完成，学生通过操作计算机完成实验成果。所以学生拥有操作的权利，可以对虚拟仪器的使用进行操作。还可以随时上传相关数据，保存数据等等。④软件升级。随着社会发展迅速，信息步伐加快。虚拟实验也需要更新换代，软件需要升级。各种环境都需要被改变。我们也要跟上时代的脚步，随时准备虚拟实验进行扩充。⑤设备先进。虚拟现实技术是新兴的一种技术，所以在设备上都是采用最先进的。当然，虚拟实验的仪器也是最好的。
4虚拟现实技术在分子生物学实验教学中存在的问题
经过多次总结，虚拟现实技术在分子生物学实验教学中有以下几个问题。
4.1两者发展不健全
在分子生物学的实验教学中，分子生物学实验教学内容一直都很盲目注重实验的结果，对于实验的设计方面设想的偏少。教学中更注重实验，而忽略了学生的综合能力的培养。学生没有设计过程，就不会了解整个实验的设计思路，及时得到了实验结论，也只是匆匆记住结果而已。老师的这种教学模式，严重阻碍了学生的能力发展。学生并没有从教学中学到任何技能。学生应该全面掌握实验教学过程，从设计实验、进行实验、分析探究实验，最后得出结论。这样才能与现代信息技术进行衔接。而虚拟现实技术也是目前新兴的仿真技术，还需要不断的完善。对于生物实验教学这一模块没有进行标准化，使用起来会很困难。在使用计算机操作虚拟现实技术上，老师和学生应提高使用计算机的能力。
4.2虚拟现实技术在分子生物学实验教学软件设计和上机操作问题
在设计软件时，设计者要和相关实验人员进行沟通，使设计出来的软件能够方便使用。让老师能够教会学生应用软件，同时能够让学生操作实验并得出相应的实验结论。老师与学生共同学习，不仅有生物实验，还有计算机软件操作的问题。
4.3现实与虚拟的空间问题
使用了虚拟现实技术，学生就进入到了另一个世界，在其中体验生物实验教学。两者的感受是截然不同的，学生不能沉浸在虚拟的世界中而忘记了教学的重点[5]。
5虚拟现实技术在分子生物学实验教学中应用的对策
5.1加强对计算机软件的学习
首先，学生要进行计算机培训，以保证学生都能够达到操作计算机的能力。其次，统一由软件人员进行虚拟现实技术开发的生物实验的软件的培训课程。教会学生操作软件，并能灵活掌握。以便学生能顺利操作实验，并得出正确结论。
5.2完善分子生物教学实验的教学
进行生物实验教学是学生教育中必行之路，而且教学目标中明确提出要求学生自主完成实验的设计与操作。有助于培养学生的综合能力，提高学生的专业知识水平。
5.3加强两者合作交流
软件设计者与生物实验人员要多沟通，使两者的结合得到更好地发展。同时也促进虚拟现实技术的应用在教育中有更好的发展前景。
5.4课前对学生进行教学指导
要让学生充分了解软件操作的目的是为了更好地、更加逼真地进行实验操作，分清现实与虚拟。学生在软件操作中学习知识，理解知识，充分了解实验的设计过程与操作过程及最后得出的结论。提高了分子生物学实验教学质量。
6结语
虚拟现实技术作为一种新兴的仿真技术，它为人类的生活带来了便捷，解决了人类对危险环境的及时应对问题。虚拟现实技术已经深入教学作为一种模式值得被重视。它解决了学校教育中教学过程的不完善，硬件设施的缺乏，教学环境等问题。从更开阔的视野以及多重的角度参透教育的特点，并对其开展一系列问题的分析研究。学生可以在过程当中进行深入探索和自主学习，为学生学习知识增加了乐趣，提高了学习的积极性。同时对计算机的操作，也提高了学生的综合能力，独立思考能力以及主观能动性。使学生更加积极向上，提高教学的质量和效果。不过，虚拟现实技术的发展尚处于起步阶段，还存在很多问题没有得到解决，还需要进一步研究[6]。
[参考文献]
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[2]徐辉，马秀峰.虚拟现实教育应用探析[J].山西师范大学学报:自然科学版,2013,24(6):95-97.
[3]张璇.虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨[J].邢台职业技术学院学报,2014,26(3):6-8.
[4]BrentGWilson.MetaphorsforInstruction:WhyWeTalkAboutLearningEnvironmentsEducationalTechnology[J].2013.
[5]陈晓欢，王颖颖，左云飞．虚拟实验室在分子诊断学中的应用[J]．实验室建设与管理，2015，14（1）：126－128.
第6篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词 虚拟制造技术；信息化；仿真技术
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0010-02
当今随着科技进步和人类生活水平的提高，消费市场已经逐步进入需求个性化、多样化、快速响应的时代。在竞争日趋激烈的全球市场环境下，消费产品企业必须能够更好地满足市场快速反应的需求，即要以更短的产品开发周期，个性化的产品服务，更高的产品质量，更低廉的制造成本和更好的售后服务来赢得客户市场。为应对快速变化的产品变更，制造企业的生产加工活动必须与时俱进，具备柔性的生产加工能力。随着近年来计算机软硬件技术的快速发展和生产管理理念升级，20世纪90年代以来产生了很多创新的概念和方法，虚拟制造（Virtual Manufacture，VR）就是其中一种全新的制造体系和模式创新方法。在虚拟制造系统中，充分利用信息技术、三维仿真技术、计算机技术对制造系统进行系统化组织与分析，在基础上采采集相关的数据进行系统建模，从而不断优化整个设计过程。整个过程采用虚拟制造技术，并没有制造实物产品，而是利用计算机进行模拟整个制造过程。从而可以做出更为准确的决策与优化方案，大大提高了企业的快速响应和市场开拓能力，降低企业决策风险。
1 虚拟制造技术简介
1.1 虚拟制造技术简介
目前，信息技术技术发展日新月异，信息技术的迅猛发展给制造业的发展提供了巨大支持。从世界制造业发展潮流来看，信息技术与制造业的不断融合是必然的趋势。在这个领域产生了很多新概念，其中虚拟制造技术引起了广泛的关注。所谓虚拟制造技术是采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及软件技术的支持下，实现产品设计工艺规划、制造流程、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制。从这个概念我们可以看出，虚拟生产技术并没有生产出实物产品，这是与传统的制造加工过程最明显的不同。虚拟生产技术将传统的设计加工过程在计算机上进行虚拟演示，在计算机整个模拟过程中，设计师可以清楚看到产品虚拟加工的整个过程，设计人员可以随时在虚拟的空间中根据市场需要和用户需求对产品设计进行不断的修改和完善。虚拟制造技术的出现只有几年的时间，但对制造业的影响是巨大的，虚拟技术摆脱了传统制造业设计、生产的不可逆性，优化了产品的设计流程，提高了产品的设计质量，缩短了产品的研发周期，在极短的时间内迎合市场需求，生产出用户受欢迎的产品，占领市场，赢得竞争优势。
1.2 虚拟制造的关键技术
虚拟制造技术是制造技术的一大突破，也是未来制造技术发展的潮流。事实上，虚拟生产技术涉及范围很广，应用也比较广泛，其核心技术分别是信息技术、仿真技术以及虚拟现实技术。
1.2.1 信息技术
在现代制造技术中的信息技术主要包括管理信息系统（MIS）技术、生产排程系统、仓储管理系统（WMS）、配送优化系统等。通过虚拟制造系统应用，可以模拟这些系统运行情况，设计合理的系统功能和数据库结构。
1.2.2 仿真技术
计算机仿真技术是以计算机系统为基础，根据用户的要求建立实际系统的数学模型，并使之转换为仿真模型，在不同的工况下在计算机系统中运行演示，从而真实地展现实际系统运行状态的过程。仿真技术主要优点有：
1）减少方案设计与开发时间。
2）减少运营瓶颈的风险。
3）降低方案改善成本。
1.2.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学及时而发展起来的计算机领域的新技术。
它包括以下关键技术：
1）动态环境建模技术。
2）三维显示和传感器技术。
3）实时三维图形生成技术。
4）系统集成技术。
2 虚拟制造技术在家电制造业中的应用
家电是制造业中竞争最为激烈的领域之一，我国的家电企业经过短短几十年的发展，通过人性化的产品设计、敏捷的市场反应能力和低廉的制作成本，目前已经在以高科技为依托的家电市场上找到了立足点，特别是以电视、空调、冰箱为代表的大家电在国内市场占有率超过70%。家电业为了提高产品的市场竞争力，对产品的制造技术的应用力度明显加大，随着CAD，CAM等技术的广泛应用，家电产品在产品设计和质量标准上得到了大大改善，产品更新换代速度加大，市场竞争力不断加强，其中虚拟制造技术的使用更使得家电产品设计与制造发生了根本性的改变。下面本文分别对虚拟制造技术在家电制造业中的虚拟设计、虚拟产品制造来阐述虚拟制造技术在家电制造业的应用。
2.1 虚拟设计在家电产品设计中的应用
设计阶段是家电产品走入市场的最重要阶段，这个阶段对产品的质量和成本具有重要影响。在家电产品设计阶段利用虚拟技术是家电设计领域的一大突破，家电设计师们利用虚拟技术对家电产品这个过程进行计算机模拟，与以往的实物模型设计不同，采用虚拟技术后，设计师们对虚拟的家电产品进行零部件装配，大大提高了设计效率和质量。还可以通过动画演示来展示家电产品的性能和结构，发现问题及时进行修改和补充，尤其是对家电产品的零部件进行有限元分析，来对家电产品的可加工性、可采购性、可装配性等因素进行分析，并参考客户反馈的意见进行优化综合优化设计，必要时用快速成型样机予以验证。
虚拟产品设计主要包含以下两类。
1）增强的可视化系统。
利用先行的CAD系统进行建模，在对数据格式进行转换后输入虚拟环境系统进行进一步的设计；目前的虚拟设计系统大都属于这种类型。
2）基于虚拟现实的CAD系统。
CAD技术最早的应用就是在设计中，将虚拟技术用于CAD系统中，创建虚拟现实的集成化CAD系统，这种系统不再是传统的二维交互手段进行建模，而直接是进行三维设计，用户可以在这种虚拟环境中进行设计活动，大大提高设计效率。另外，这种系统也支持其它的输入方法，如语音识别、手势和眼神跟踪等。整个系统操作方便、简单易懂，设计人员经过简单了解后就可以进行操作，不需要进行专门的培训，因而拥有广阔的应用市场。
2.2 虚拟产品制造在家电生产中的应用
虚拟产品制造在家电生产中的应用主要是虚拟家电产品生产线制造流程。利用计算机仿真技术，模拟产品生产整体流程，对生产线规划方案进行评估，择优选择设计方案，大大降低产品生产风险，降低后期生产线改造成本，并对部分难以通过手工分析的复杂控制逻辑模块进行仿真分析，验证优化生产线控制逻辑，以实现设备、人员、物料、生产计划的最优化运作。图1为虚拟制造分析流程。
图1 虚拟制造分析流程
进行生产系统仿真分析主要包含以下步骤：系统分析收集数据抽象系统模型建立仿真模型运行仿真模型仿真实验输出结果并分析。图2为仿真技术在生产线规划中的应用。
2.3 应用虚拟制造技术可以给家电企业带来的好处
1）为家电制造企业提供高质量的设计产品，虚拟制造技术在家电生产领域的应用，改变了家电产品设计模式，降低了设计成本，设计师们可以在计算机虚拟环境中正确处理家电产品生产成本与效率之间的关系，帮助管理者做出正确的决策，获取最大利润。
2）家电产品开发中使用虚拟制造技术，可以在建模方法、虚拟运动仿真中的运动链简化和等价转换的精度评价等技术或应用上有所创新，
3）家电制造企业采用虚拟制造技术，可以迅速根据市场的发展以及用户的要求来修改产品设计，实现了家电产品的定制化设计和生产，为家电产品迅速占据市场形成竞争优势提供了巨大帮助。
图2 虚拟制造中的生产系统仿真技术
3 总结
结合本文所述和相关文献知识，虚拟制造技术是制造技术的一大突破，虚拟制造技术在制造行业的使用可以大大提高制造业的生产效率，降低成本。对家电制造行业而言，随着家电市场竞争的日益白热化，传统的家电生产方式已经滞后于家电市场的发展以及用户的实际需要，急需创造新的制造技术突破口。在这方面，虚拟制造技术的使用更使得家电产品设计与制造发生了根本性的改变，帮助家电企业迅速的适应市场需求、形成竞争优势。当然，虚拟制造技术在我国发展不过短短几年，还处于理论研究阶段，对于我国制造行业而言，要积极借鉴国外成熟的虚拟制造技术理论，与我国实际相结合，在生产实践中不断完善和强化，最终进行大规模的推广和应用。
参考文献
[1]王爱云.虚拟制造技术研究现状及展望[J].矿山机械，2007（12）.
[2]（德）施普尔，等.虚拟产品开发技术[M].机械工业出版社，2000.
[3]张阿维，雷晓凤.虚拟产品设计技术研究[J].纺织器材，2002（7）.
[4]周祖德，陈幼平.虚拟现实与虚拟制造[M].武汉：湖北科学技术出版社，2005.
第7篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词：仿真技术；电力技能培训；电力企业
作者简介：朱晶婷（1987-），女，福建莆田人，福建省电力有限公司培训中心，助理讲师。（福建?福州?350009）
中图分类号：G726?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）24-0026-02一、仿真技术
仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以专用设备和计算机为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。将仿真技术引入技能培训，可以充分调动人的感觉、动觉和思维的学习能力，最大限度提高学员接受知识技能的效率。在专业技能培训中，通过仿真技术模拟生产和操作过程，学员可动手完成对生产装置的实际操作，巩固所学知识，锻炼独立工作能力，实现理论与实践的有机结合。
二、电力企业传统培训的特点
1.培训模式、培训方法单一
电力企业传统培训基本运用“老师讲、学员听、考试测”模式授课，从而产生培训效果不好的弊病，使员工失去对培训的兴趣。
2.技能培训大多“纸上谈兵”
电力行业属于高危行业，且对技能操作的要求较高。因此，技能培训的质量显得尤为重要，如何确保安全性是重中之重。由于安全、经济等多方面因素，导致很多技能培训都是“纸上谈兵”，针对性和实效性不强。
3.培训学员普遍缺乏学习兴趣
培训学员更多只是把培训作为一项任务或只是想混个持证上岗证书，至于通过培训能对自己工作有多少帮助并不关心。为了考试合格通过，学员通常采用死记硬背复习资料、加强考前技能练习的应试模式，对学习的兴趣较差、自主学习的意识较淡薄。
三、仿真技术应用于电力企业培训的实例
在提倡教育手段现代化的今天，传统教学模式已不能满足信息化时代教育的发展趋向，尤其针对技能培训，很多内容和技术需要情境化、实时化的教学手段来完成，且通过亲身经历才能保障技能的掌握和巩固所传授的知识。现阶段的多媒体教学模式只能被看作是传统教学模式的附庸，交互性较差，限制了学员潜能的开发。
将现代仿真技术引入电力企业技能教学，弥补了传统课堂教学与多媒体教学的不足，为高危技能培训提供新的空间、平台和可能性，丰富教学的实践形式和多样性，充分调动学员感观、动觉和思维的学习机能，激发了学员自主学习的兴趣，大幅度提高培训效果。
1.专用设备仿真的应用
专用设备仿真是仿真技术的一种，具体以专用设备为主，计算机为辅，采用控制技术模拟实际的生产和操作过程，其特点是直接、形象、易信，但其硬件因多次反复操作易破坏、难以重用。
10kV典型客户配电实训室就是专用设备仿真的典型实例。该实训室以真实的10kV高压柜作为载体，通过通信控制技术来控制电压\电流源的升降、故障模拟器的设置，模拟仿真现场10kV高压柜的各种运行状态，实现了10kV断路器合分闸等技能操作培训零的突破。不仅如此，由于以二次380V电压来模拟真实的一次10kV电压，降低了电压等级，降低了安全风险。同时又加装了漏电保护设备，进一步保证了学员的人身安全。10kV典型客户配电实训室通过应用仿真技术，在培训效果上取得了显著成果。
2.操作软件仿真的应用
操作软件仿真属于计算机仿真，主要是通过软件开发虚拟客观事物的状态、运动方式及过程，使得学员更容易摆脱枯燥的课本说教和计算机屏幕冷冰冰的界面，活生生地处在一个可以由自己控制的环境里。在学习活动中，学员通过虚拟实践将知识转化为技能，使其满足人的好奇心理。
操作软件仿真的主要特点是可及时升级软件，更新模拟现场的动态，且可以重复演示与操作，大大节约了培训经费和时间成本，但因为局限于计算机操作，与真实的动手操作还有一定的距离，因此仅能作为现实技能培训的补充和扩展。
220kV仿真变电站应用操作软件仿真技术，开展变电站值班巡视检查及故障分析处理等培训项目，由以下两部分构成：（1）前端学员操作系统，模拟真实变电站的运行环境。在虚拟环境下，学员通过操作软件，模拟现场对一次设备（主用变压器、互感器、开关刀闸）的巡视操作、保护小室的设备检查和操作、倒合闸操作等技能操作。（2）后台教师主控系统，包括网络服务器、教师主控机，用于设置相间短路、单相接地等线路故障及监控学员的操作情况。运用这种仿真技术开展培训项目方便，维护简单。
3.三维虚拟仿真的应用
三维虚拟仿真采用虚拟现实（virtualreality）技术，由计算机生成，可以使学习者在一种如临其境、栩栩如生的人机和谐的信息环境下工作、学习与创造，用自己的感官感觉、接受和处理各种信息，并加工成为对客观事物的认识。
这种仿真技术灵活性强，应用广泛，不受时间、空间等因素限制。每位学员都是整个模拟教学过程的主体。培训师不仅是“场外教练”，更是整个学习过程的“指导者”和“监督者”，必须从全局上把握整个模拟教学过程。因此，这种培训的效果在很大程度上取决于培训师的指导。培训师不仅必须有较高的网络理论和实践水平，而且还必须有较高的教学指导能力。
在配电安全实训项目中，学员通过鼠标键盘，扮演“操作角色”融入到虚拟环境中，执行更换高压电线绝缘子等高危技能操练。学员在模拟互动中，潜移默化地形成安全意识，自然而然地养成操作前对风险点进行预控分析的好习惯。同时，学员与虚拟环境之间可以有多维（听觉、触觉、运动感知等）信息交互，来获得对操作项目的感性和理性认识。
四、仿真技术应用于电力企业培训的优越性
借助仿真技术手段深化教学改革，实现教学训练模拟仿真化，是一场创新教学手段和方法的变革，而这场变革的核心就是模拟和仿真。仿真技术作为一项新技术，正在蓬勃发展，借助虚拟现实的技术手段，为电力技能培训打造一个全新的仿真演练平台，无疑是电力生产安全管理工作上的一次全新而又有效的改革。
1.安全性
作为电力培训中重中之重的安全性，虚拟的演练环境远比现实中安全。采用虚拟仿真技术，不会对演练对象如设备、仪表、元件等造成实质性损害，更不会因演练失误对学员造成人身危害。在确保人身安全万无一失的情况下，学员可以卸去事故隐患的包袱进行演练，从而大幅度的提高自身的技能水平，确保在今后实际操作中的人身与事故安全。
2.逼真性
仿真技术构建的演练环境是以现实操作环境为基础进行搭建的，演练规则同样立足于现实中实际的演练规范，理想的虚拟环境甚至可以达到难辨真假的程度。
3.针对性
与现实中的真实演练相比，通过采用仿真技术开展培训活动，可以将学员自身置于各种复杂、突发环境中去，从而进行针对性训练，提高其应变能力与相关处理技能。
4.趣味性
仿真技术创设形象、生动的场景，激发人的学习兴趣，使人在轻松愉快的情绪下，保持旺盛的学习热情。
5.自主性
利用仿真技术培训摒弃了传统“满堂灌”的旧观念，将传统培训转换为启发式培训，充分调动学员的积极性和主动性，构建平等、合作的师生关系网，引导学生自觉、积极地参与培训。
6.经济性
一个电力运行环境的构建至少耗资百万以上，采用仿真技术模拟实际场景，大大降低了培训基地建设和维护的费用。仿真技术实现了大范围实际操作活动操作集中在实训室内，甚至是电脑系统操作中，节约了很多时间成本。
五、结语
仿真技术应用于电力技能培训中去，为学习者提供了一个安全、自主、交互和直观的学习环境，为培训教学的创新提供了新的空间、平台和可能性，丰富了教学的实践形式和多样性。
参考文献：
[1]汪成为,高文,王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[M].北京:清华大学出版社;南宁:广西科学技术出版社,1996.
第8篇：虚拟现实与仿真技术范文
关键词：虚拟现实技术；城市规划；设计；应用
城市规划是一项综合性工作，其保护的工作内容很多，而且需要利用多项技术，其对美化城市有着重要的促进作用。在城市规划中应用虚拟现实技术，是一项创新的行为，而且具有一定的进步性，其利用多媒体技术可以给人一种身临其境的感觉，使人感受到更加逼真的城市规划效果。在体验的过程中，不单是视觉效果，人们还可以从听觉与触觉方面进行全方位的体验，而且这项技术还具有互动的功能。虚拟现实技术可以更加直观的展示城市规划中的建筑，也可以得到更加真实的信息反馈，促进城市规划质量的提高。
1 虚拟现实技术简介
虚拟现实技术体现了科技的进步，这项技术可以为使用者提供更加真实的体验环境，所以，也称作灵境技术。这项技术需要借助计算机实现人机互动的界面，其在城市规划的应用中，可以提高城市规划的质量。虚拟现实技术涉及多项学科，其综合了计算机图形技术、仿真技术、传感技术、互联网技术以及多媒体技术等等，而且还涉及到了心理学、认知学科以及信息科学等多项新兴知识。这项技术可以为用户带来视觉、听觉以及触觉的感受，使人进入多媒体虚拟环境，并与人机界面进行互动，实现人机交流与沟通，其创造出了一个多维的信息环境，而且应用的范围比较广泛。虚拟现实技术在城市规划中的应用，可以有效的提高这一行业的发展速度，还可以为美化城市作出重大的贡献。
虚拟现实技术不同与多媒体技术以及可视化技术，其可以给人带来身临其境的体验，而且更加真实，体现者在计算机营造出的虚拟环境中，可以有立体三维的视觉体验，还有着听觉的体验效果以及真实的触感，这种效果比起模型观摩有着较大的进步，而且为城市规划人员提供了更大的发挥空间，也创建出了虚拟的思维空间，体现了数字化、智能化的科技技术，这也给体验者带来了全方位感受环境。另外，传感技术对构建虚拟仿真环境有着重要的贡献，传感网技术也是虚拟现实技术的重要组成，可以人更好的投入到模拟的环境中，并利用人机界面更加的真实的记录体验者的逼真反映。
2 虚拟现实技术的应用领域
虚拟现实技术的兴起引起了各领域的广泛关注，其应用前景与科学价值也逐步得到认可，其中涉及军事、教育、工程、建筑、医学等各个领域。虚拟现实技术的早期实验起源于MIT，最早是开发军事作战的虚拟环境，用于模拟战场的各种突发状况的变化等。随着这项技术的逐步成熟，开始由军事领域向民用领域逐步转变，应用范围不断扩大，著名的飞机制造商波音公司就曾经用虚拟现实技术成功的设计了波音747的座舱。此外，研制基于虚拟现实技术的解剖模拟器，可供外科医生进行模拟解剖练习。而对于我们日常生活中所接触到的，莫过于各类科幻电影中的应用，例如“侏罗纪公园”就大胆的应用了该项技术，给人们耳目一新的视觉冲击感。在建筑领域中，人们可以通过逼真的行走方式，徜徉在虚拟的建筑中，感受环境、街道，甚至是进入建筑内部，对其内部结构进行观察等。
3 虚拟现实技术在城市规划中的应用
随着社会的发展与进步，人们对城市规划的要求也越来越高，在城市规划中，设计者加入了很多生态环保理念，这也有利于构建出绿色、和谐的城市环境。将虚拟现实技术应用在城市规划中，可以使设计人员更加真实的体验到设计效果，这项技术具有综合性，其不但综合了计算机技术、还利用多媒体技术、仿真技术以及人工智能技术，其对城市规划的发展有着一定促进作用。
3.1 虚拟城市规划与建筑设计
现代化的城市规划必须符合可持续发展的原则，所以，设计人员一定要在城市规划设计中加入环保的理念，并优化城市建筑的布局，使街道设计以及景观设计更加合理与和谐，为居民创造更加健康的环境。传统的城市规划需要反复验证，这样才能达到城市建设发展的要求，而利用虚拟现实技术，可以对旧城区进行合理的改造，还能通过真实的体验，客观的评价城市规划设计的合理性。此外，街道绿化的景观效果，四季的植物色彩变化和搭配等等，都可以通过虚拟现实技术来给出重要的参考依据。在建筑设计方面，建筑空间的合理性也同样可以依靠虚拟现实技术来反应出来，从用户身临其境的反映可以得出最直接的反馈，对建筑的功能与空间布局给出合理的结论。在城市整体规划的大背景下，建筑的空间感与周围景观的结合程度，都可以依靠虚拟现实技术给出的反馈来得到解决。
3.2 街区重建与小区规划
城市是由多个细化的街区与居民生活的小区构成的，因此，城市规划既是全局行为也是局部行为。虚拟现实技术可以将街区改造设计进行模拟，显示该地区内的街道重建结构与道路的功能性，该项技术特别是在一些地震重建城市将得到更有价值的应用。修复损毁道路、重建街区功能使城市的街区与城市整体结构紧密契合，将是虚拟现实技术在城市规划中的典型应用。对于居民小区规划不仅要考虑到周边的交通，同时也要充分考虑到自然环境的影响，小区与周边的协调性等等，将拟建的小区虚拟模型放置在完成的周边环境中进行综合评价，将大大提高小区公共设施的利用价值与绿化的景观价值与整体布局的合理性。应用虚拟现实技术，可以将街区改造与小区建设的效率性进行提升，从而构成城市规划的整体布局的完整性。
结束语
虚拟现实技术是一项新型的技术，是科技不断发展的产物，这项技术在城市规划的应用中，提高了工作人员的效率以及规划设计的质量。虚拟现实技术具有较强的体验性，可以为用户带来更加真实的体验，其利用传感器技术，不但提供了视觉效果，还具有较强的听觉以及较真实的触感。在计算机营造出的虚拟环境中，技术人员还可以利用人机界面与用户更好的交流，更加及时的受到信息的反馈，从而改进城市规划方案。通过仿真技术，使用者可以更加真实的感受到城市建筑的布局，通过效果的对比，设计人员也可以选择出更加优质的城市规划方案。
参考文献
[1]朱卫军，邹峥嵘，邹杰.虚拟现实技术在城市规划中的应用研究与实践[J].测绘与空间地理信息，2006（02）.
第9篇：虚拟现实与仿真技术范文
Abstract： For the problems of high cost and poor training effect of traditional safety training methods in oil production plant， this paper designs and realizes the virtual simulation platform of safety training in oil production plant by using 3D simulation technology. The virtual human simulation modeling， static and dynamic objects three dimensional scene modeling method are mainly introduced， and the level of detail and collision detection key technologies are solved in this virtual simulation platform. The results of practice show that the interactive operation drill and the highly reduced accident case obviously enhanced the security training effects， reduced the cost of oil field training and improved staff safety awareness and operational level.
关键词： 三维模拟；虚拟仿真；场景建模；交互式控制
Key words： 3D simulation；virtual simulation；scene modeling；interactive control
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）11-0078-03
0 引言
随着油田的深入开发，采油厂在石油开采过程中的各种作业工艺变得越来越复杂，安全生产过程中的隐患问题日益突出，安全事故经常发生[1]。因此急需对石油生产一线的作业人员进行切实有效的、系统的安全操作技术培训，特别是一些危险作业的操作方法的培训。提高油田工作人员安全技术水平和预防、处理事故的能力，对于石油的安全生产至关重要，其中向油田职工展示以往的错误操作致使石油生产过程中发生的事故案例非常必要，以此达到警示的作用。
魍秤吞锇踩操作培训大部分是以文字资料和多媒体课件为主、实物操作训练为辅的方式进行集中培训[2]。这种形式的培训存在很多问题，例如通过书本学习的培训方式枯燥无味，实物操作训练的成本很高，设备和培训人员的数量都受到限制，难以控制设备的操作时间，由于无法还原事故案例现场，很多事故无法真正再现给培训人员，如果在实际生产操作中遇到了紧急情况，员工依然是手足无措、容易发生事故，培训效果不理想，无法实现实时交互式操作训练功能[3，4]。
因此，针对传统培训方法的不足，本文借鉴现代化油田安全培训方法，将虚拟现实技术应用于采油厂的安全培训中，使用三维模拟仿真技术，再现采油厂发生过的事故案例现场，描述每个案例的经过和预防措施，以人机交互的方式展现在员工面前，实现三维的高度仿真效果，使培训者如亲临生产或事故现场。将三维模拟仿真技术应用到油田培训工作中，让培训者在这个过程中既能学习到正确的操作步骤，又能起到防范的作用，很大程度上解决了油田培训中的困难， 对油田的安全生产与管理起到积极的推进作用。
1 系统设计
采油厂事故案例虚拟仿真平台主要利用虚拟现实技术，将采油生产事故案例和安全防范措施进行仿真，仿真平台主要应用3DS Max进行建模、贴图和渲染，通过Virtools工具将各个三维模型按照一定的结构进行集成，用来组建完整的场景，仿真平台可以通过接口如鼠标、键盘、控制手柄、操纵台等输入设备实现设备操作、故障处理等来实现人机交互。
本文的虚拟仿真平台根据系统的分层结构进行划分，可以分为数据服务层，仿真管理层、用户界面层三个层次。操作者与系统进行交互时，通过界面显示层输入数据的访问请求，通过仿真层中的各种服务，转换为对数据服务层的访问请求，数据服务处理请求后，将结果通过中间层，返回给界面层输出。该系统的体系结构如图1所示。
采油厂事故案例虚拟仿真平台由模拟仿真训练、事故案例再现、应急救援措施三个部分组成。模拟仿真训练主要实现采油工、电力变电、抽油机等安全操作的三维仿真，同时可以自由漫游于井厂配电间等；事故案例再现主要通过三维技术再现采油厂近些年发生的典型安全事故案例，并且分析事故原因；事故应急救援主要针对采油厂易发生的配电失误、油气泄露导致爆炸等事故，制作完整的事故应急救援三维仿真。系统组成结构如图2所示。
2 场景建模
在三维仿真系统中最重要的是场景数据库的管理与三维模型的建立，整个场景三维建模过程也就是场景数据库的建立和管理过程[5]。建立场景数据库首先要做好前期准备工作，收集和处理数据，并且确定场景数据库的层次结构，其次是建立三维实体模型，最后对模型进行集成优化并测试，场景数据库建立流程图如图3所示。
采油厂事故案例虚拟仿真平台中的物体模型分为三大类：虚拟人、静态物体模型和动态物体模型。虚拟人为供操作人员控制的替身或是与操作人员控制的替身合作完成任务的助手或监护人等；静态物体模型为场景中静止不动的实体模型，例如房屋、树木、道路等地形、地物；动态物体模型指的是具有运动属性的各种仿真实体模型，如按钮、开关、阀门等[6]。
2.1 虚拟人建模
虚拟人是整个虚拟仿真平台的主体，其中人物模型的建立、人和动态物体间的行为描述对虚拟仿真平台的质量起决定性作用。由于虚拟人具有运动的特性，为了使虚拟人的动作看起来更加流畅、更加合理，本平台采用曲面细分建模技术来构建虚拟人的外形，其特点是虚拟人在运动过程中产生的皮肤拉伸和挤压不会失真，并且运用正向运动与反向运动学技术对人物骨骼的运动进行虚拟仿真，然后通过蒙皮技术将人物的外形与骨骼模型进行连接最终构建了完整的虚拟人。虚拟人的动作表现、行为控制、人与物体的交互也是虚拟仿真平台的关键问题[7]。
通过对油田作业中常见操作活动的分析，将油田工人的一个操作活动分解成几个基本行为，而每个基本行为是由几个基本动作的不同组合完成，现将这些基本动作进行分类，建立人物幼骺猓库中的动作包含了操作活动的所有基本动作，每个动作在语义上是独立的，并且具有可重用性和通用性，这样一个操作活动就可以通过基本动作的组合来实现。
2.2 静态物体建模
静态建模大部分是通过几何建模技术，利用建模工具从形状以及外观上对实体进行模拟，并且通过使用纹理映射等方式来降低模型的复杂度[8]。根据井场内实体的位置和重要程度确定建模顺序，然后分别对其进行建模，最后进行集成。3DS Max建模工具为用户提供了优秀的树状层次结构来组织管理模型，并且3DS Max中的图形操作非常灵活，因为可以从最基本的元单位点、线、面等开始建立自己的三维模型，而且建立的所有三维模型都是通过树形结构组织在一起的。
2.3 动态物体建模
在虚拟仿真平台中，阀门的开关，分离液的流动等都属于动态物体建模。对运动部件进行动态建模时，首要任务就是建立运动对象，其方法是在已经建好的模型文件中添加自由度节点，设立其相应的局部坐标，并进行定位[9]。在本文中通过粒子系统制作分离液和气体流动的动态效果，来实现液体、气体等不规则物体的模拟仿真。在不规则物体的建模方法中，相对来说粒子系统是一种比较好的方法，该方法的特点是能够用很小的计算代价达到真实感很强的模拟效果，能充分体现不规则物体的动态性和随机性[10，11]。本文中把分离液和被分离出的气体都定义为粒子，这些粒子是具有生命周期并且是随机运动的，而且粒子的运动状态能够被改变，通过动态控制粒子的运动轨迹来实现液体和气体沿着管道内壁流动的效果。分液的流动效果如图4所示。
3 关键技术
3.1 层次细节技术
在本平台中采用层次细节技术进行场景优化，使用一组复杂程度逐渐增加的层次细节模型描述相同的对象，在场景漫游时，根据虚拟人视点距离目标实体模型的远近来选择不同层次的细节模型，当视点和目标实体的距离较大时，选用细节程度较低的模型，反之则选用细节程度高的模型，动态调节虚拟场景中模型的复杂度，这种技术使系统在不影响整体视觉效果的同时又提高了场景的运行效率，实现不同视点观看到复杂程度不同的模型，建立的四合一罐效果如图5（a）、（b）所示。
3.2 碰撞检测技术
本文中虚拟平台的交互控制主要有系统漫游，控制阀门、开关等操作，而实现交互控制的重点就是碰撞检测。为了避免平台中两个不可穿透的物体彼此穿透，所以在虚拟现实的建模中经常会用到碰撞检测技术。
本文中的碰撞检测是根据两个物体的相对位置计算它们之间的距离，例如现在进行更换法兰垫片操作，虚拟人需要行走到设备前，系统实时检测虚拟人与设备的相对位置，当人与设备的距离L超过系统设定的距离Ls时，则不会发生碰撞，人继续朝着设备行进，当L
4 结论
本文建立了采油厂安全培训虚拟仿真平台，通过三维模拟仿真技术模拟了采油生产过程与典型事故案例的再现事故应急。由于在生产岗位中的各种关键设备，在正常生产情况下是无法看见其内部结构和它们的运转情况的，培训时为了能使学员们了解设备的内部结构，本文在三维软件中按比例建立了四合一罐实物的整体和分部模型，建立场景数据库，然后进行整体效果渲染，模拟设备的运行，使学员有身临其境之感。
本文中的虚拟仿真平台融入了采油厂安全培训的知识，并且其平台的交互性与可操作性极大地增强了培训人员的学习效果，提高了操作人员的应急处理能力与操作水平，并在很大程度上减小了油田培训的成本，对于油田的数字化发展有很大的意义。
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