虚拟仿真技术的优点精选(九篇)

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第1篇：虚拟仿真技术的优点范文

【关键词】虚拟仿真技术；建筑工程；施工

近年来随着社会经济的不断发展，计算机技术也开始普及，并在建筑工程中得到广泛应用，促进了管理水平与施工技术的提高，对施工科学的进步与发展也起到了非常重要的作用。现阶段建筑施工中主要应用的软件系统有CAD辅助系统、智能管理系统以及办公自动化系统等等，这些计算机技术的广泛应用对传统施工理论是一种改造与发展，同时也为传统的施工方法带来了新的理念，目前在建筑施工过程中应用虚拟技术已经成为可能，通过虚拟技术的应用，建筑施工将会创造更大的经济效益与社会效益。

一、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

虚拟现实技术主要结合了计算机方针技术、计算机图形技术以及现实技术等多种学科的优势于一身，使人机交互对话成为了可能，为其提供了更加真实、直接的三维界面，同时还在多维的信息空间中搭建虚拟的信息环境，用户在使用时会产生一种身临其境的感觉。虚拟现实技术一方面结合了仿真技术的优点，另一方面为用户提供更加真实的环境效果，在很多领域中都有非常广泛的应用。

仿真技术是基于系统动态模型的一种实验方式，具有经济性与安全性的优势，在很多领域中都有广泛的应用，例如航空航天、电力、交通等等，此外，在煤炭、化工等领域中也有很好的应用。

二、虚拟仿真系统在建筑施工中应用的意义

虚拟现实技术主要指在工程施工过程中对施工进行模拟，首先需要在施工之前掌握各种构建在结构中的相互关系即相对位置，在实验中通过多种方法，对工况应力进行计算，使方案得到优化，其产生的意义主要可以从以下几方面进行探讨。

（一）优化施工方案

在建筑工程施工过程中，施工组织、施工方法的选择都要建立在一定的施工经验基础上，从这一方面来说具有一定的局限性。与此同时，现代建筑都具有鲜明的个性，所以施工就不能完全重复，虚拟仿真技术的使用可以在方案中将施工组织与施工方法科学、直观的展示出来，并将方案的对比定量完成，这对于方案的优化是非常有利的，促进了最有施工的真正实现。

（二）引入新的施工技术

虚拟仿真技术在工程施工中的应用可以最大限度的降低技术人员对施工工艺进行试验的成本，帮助施工人员革新思路，同时还可以将新技术的成效完美的展示出来，大大缩短新技术的引入与推广时间。

（三）施工管理更加便利

施工仿真技术可以对施工全过程进行事先的模拟，在模拟的过程中就可以将施工管理中容易出现的安全、质量等隐患及时找出来，并采取相应的措施对这些隐患区域进行强化，使施工现场的管理效果及施工质量得到明显提高。

（四）便于进行安全生产培训

施工虚拟仿真技术可以将施工过程情况直观的显示出来，有了这种技术的帮助，操作人员就可以更加全面的来哦接操作流程，做到优质的完成工程施工任务。

（五）大型工程设计

施工虚拟仿真技术可以对设计是否合理进行考察，从而可以更好的修改拟改进部位，获得的设计效果将会更加令人满意。同时，设计的方针对设计单位与施工单位以及业主之间进行设计交底也是非常有利的。

（六）建筑市场管理

在招标过程中，施工虚拟技术可以直观的对比各方的成效，评标的公正性与透明度因此得到增加，这对建筑市场的规范性管理是非常重要的。

（七）其它方面

施工虚拟仿真技术的开发一定会带动虚拟现实技术的广泛应用，应用到建筑业的其它方面，并充分带动城市规划的优化和虚拟现实技术的发展。

三、建筑施工中虚拟仿真系统的研究与应用前景展望

（一）应用现状

现阶段虚拟现实始终作为一门新兴科学而存在，虚拟建造直到现在也没有得到一个十分明确的提法，现阶段的研究主要集中的理论、研究以及系统的层面上。

（二）应用展望

仿真技术是否可以在建筑施工领域中得到广泛引用，主要取决于仿真软件及计算机硬件的发展，现在虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题主要有：1）虚拟仿真系统的开发及应用对硬件的要求比较高，而且要在专用的实验室或工作站中进行，进行系统开发时需要投入大量的人力和资金，同时演示过程中还会受到设备的限制，移动起来也不是很方便。2）在开发单项工程时，需要用到从国外进口的VR软件平台。因为现在工程施工中几乎没有成型的虚拟仿真系统软件，所以需要开发一个新项目，这需要较高的成本，开发出的系统应该是专用的集成型的软件系统，从而为单项工程的开发奠定坚实的基础。3）现阶段我国的一些建筑集团已经建立了属于自己的设计研究院，这无疑为施工企业技术人才的培养创造了有利条件。

目前我国一些施工企业洪的技术人员已经具有非常高的技术研发能力，很多建筑施工集团已经成为施工软件研发的主力军。另外，一些高校和科研机构也开始极力开发工程施工中涉及的技术软件，在工程实践等方面对集成控制等技术进行积极的探索与引用。真个工程施工领域中的计算机辅助软件正在逐步形成，并为人工智能理论与方法的推广奠定了基础。

随着仿真技术应用的领域越来越广泛，相关软件也取得了突飞猛进的发展，同时新的仿真平平台、计算方法以及编程技术将会体现出更好的可扩展性，并在多种领域中得到应用。此外，对仿真系统进行的微机化探索在在不断发展之中，并已经取得了一定的成效，这为虚拟现实在微机上的应用成为了可能。通过对集成型、通用性施工软件的开发，一定会加快软件的普及速度，并使单项工程的开发成本得到降低。

结语：

综上所述，目前高新技术已经开始日益发展，建筑也一定要勇于创造，积极吸纳新技术，从而促进工程施工技术的不断发展，为现代化的实现创造条件，这成为建筑工程施工企业适应激烈的市场竞争的重要途径。

参考文献：

[1]杜晓刚. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J]. 中华民居，2011，（6）.

[2]郑亚文. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J]. 施工技术，2009，（12）.

第2篇：虚拟仿真技术的优点范文

（北京理工大学软件学院，北京100081）

摘要：在信息时代，网络交流无论在深度还是在广度上都颠覆了传统意义上的交流，成为人们生活的重要组成部分，它不但满足了人们的内在需要，扩大了人们的社交范围，而且改变了人们的生活方式。计算机仿真技术作为一门专门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，为促进网络社会的交流提供了较好的技术基础。本文通过对计算机仿真技术和网络虚拟交流平台的研究，对仿真技术在促进网络交流方面的技术突破点进行了详细的介绍。

关键词 ：仿真技术；网络交流；虚拟；关键突破

DOI：10.16083/j.cnki.-1296/G4.2015.02.066

中图分类号：O245文献标识码：A文章编号：1671—1580（2015）02—0151—02

本文受国家科技支撑计划项目（2012BAH38F01-05）资助。

收稿日期：2014—09—12

作者简介：张福泉（1975— ），男，福建福州人。北京理工大学软件学院在读博士，闽江学院计算机科学系，副教授，研究方向：流媒体智能存取技术，智能化数字表演与仿真技术。

一、虚拟网络交流的重要平台及其发展趋势

随着网络技术的发展，人们的交流方式发生了巨大的变化，低效率的传统交流方式逐渐被网络交流方式所取代。网络交流以网络作为信息的载体，将互联网作为交流分享的平台，极大地提升了交流的即时性和效率。

当前，网络交流平台主要包括即时通信交流平台、信息互动平台、网络商品交易平台和在线交流平台。无论人们在哪一个平台进行网络交流，对交流过程的快速、真实、便利的追求都永无止境，这极大地推动了仿真技术等计算机网络技术的进一步发展，也为仿真技术的发展指明了方向。首先，虽然网络交流平台的种类越来越多，网络交流的方式越来越繁杂，但是，单一的网络交流平台无法满足人们的需要，未来网络交流平台不仅能实现“现实人”与“虚拟人”的交流，还将实现“现实人”、“虚拟人”以及“虚拟物”之间的交流。其次，网络交流平台毕竟都是虚拟环境下的交流，无法满足人们相互之间真实的精神情感交流的需要。随着计算机网络技术的发展，网络交流的可视化、智慧化以及无障碍交流必将成为新的发展趋势，追求虚拟现实世界成为计算机仿真技术的发展方向。

二、可视化仿真技术在虚拟网络交流中的技术突破

可视化仿真技术指的是将仿真中的数字信息变为直观的、以图形图像形式表示的、随时间和空间变化的仿真过程呈现的技术手段。可视化仿真技术是仿真领域的重要研究分支，包括了可视化算法、实时绘制、图像生成、多通道及多视点显示、人机交互、分布式与并行计算、软件工程学、效果评估等理论技术以及各行业相关的建模技术，等等。

（一）可视化仿真软件的智能化、自动化。随着网络交流的不断深化和发展，实体动态、智能视点选取成为可视化软件的发展潮流。1.实体动态生成。在仿真开始前先在想定仿真节点编制好态势变化的想定文件，在仿真过程中通过节点的仿真软件对想定文件进行动态解析，从而实现对不同仿真节点的动态匹配。实体动态生成技术的优点在于将网络交流的不同需求进行分散化建模，简化了仿真建模的复杂性。2.视点智能选取。Vega是可视化视点选取使用较为广泛的工具，带有静止、运动模式等多种视点方式，但是，Vega等工具的固定观看模式无法充分体现复杂系统仿真过程中各个实体、事件、环境、场景、系统的实时运动变化情况，要实现对虚拟环境的实时、动态的视点管理，就需要全局漫游、俯视以及智能眼视点等模式。

（二）可视化仿真建模的三维实体柔性技术。智能视点实现了对具有固定实体的动态实时仿真，对于没有固定形状，并且随着时间和过程不断变化的实体，例如云、风、烟雾弹等柔性体，则需要采用柔性仿真技术，通过对物体的运动特性、机理以及作用建立起这些柔性体特殊的动力学和运动学模型，进行可视化绘制，实现对柔性体的三维仿真。

（三）可视化仿真实时性和逼真度的技术实现。实时和逼真是虚拟网络交流追求的两个重点，在技术进步的基础上实现两者的最大突破成为可视化仿真技术不断进步的动力。在硬件方面，通过提升计算机运行芯片的计算性能和处理模式来实现快速绘制；在软件方面，借助网络技术以及网格技术的并行计算、分布式计算，可以逐步优化软件结构和代码，减少计算量，从而提升绘制速度。

（四）非视觉物理量的可视化技术。在现实社会中不仅存在看得见、摸得到的实体，还存在不可见的非视觉物理量

（例如磁场、温度场、水声场、电场等）

。要实现虚拟社会交流的真实性，非视觉物理量的可视化技术也是非常重要的突破。非视觉物理量可视化仿真的关键技术是三维数据场仿真，一般通过两个途径来实现：1.对三维数据生成的等值面进行绘制，这是基于面的可视化，主要方法有切片技术、几何变形曲面法以及网格划分法等。2.将三维数据投影到计算机，再通过体绘制技术进行绘制，这是基于投影的可视化。

三、虚拟现实技术在促进虚拟网络交流中的关键突破

虚拟现实（VR）技术通过虚拟的“现实人”体验来表达、获取信息，集合了多种计算机技术，例如人工智能、控制论、数据库、计算机图形学、实时计算技术、人机接口技术、电子传感技术、机器人、多媒体以及遥现技术，等等，是一种最有效模拟“现实人”在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。通过VR技术，创造出一个“现实人”可以与虚拟世界进行对话、虚拟世界对“现实人”的行为作出反应的人机交互环境，同时，表现出虚拟世界的自律、临场感，使得“现实人”具有身临其境的感觉，这也正是人们在进行虚拟网络社会交流时所极力追求的体验。

（一）VR的视觉表现技术。真实感以及图形图像实时绘制是实现VR视觉感知的重要手段之一，也是构造虚拟环境的核心，更高、更强的真实感和实时性不但保证了VR系统的沉浸感和交互性，而且也是VR视觉表现技术所追逐的重要目标。图形图像绘制是VR视觉表现的基础，一般可以分为：1.图形绘制技术，主要研究真实感光照计算、自然景物绘制以及纹理映射等；2.场景绘制技术，包括全光函数、光场计算、同心拼图、全景拼图等研究内容；3.图像与图像相结合的绘制技术，包括几何一致性以及光照一致性等方面的内容。

（二）VR的听觉表现技术。听觉是人类感知世界的重要信息来源，虚拟社会中的每一个发声体都是“现实人”感知虚拟社会信息的一个重要来源。事实上，我们在网络上感知的声音素材大部分都是数字化音频，由于不具有空间信息，无法体现虚拟社会听觉空间的真实感和立体感，而通过描述人的听觉系统对不同方位声音的不同频谱特性（头部相关传输函数：HRTF），例如双耳时间差、声级差等，可以建立起虚拟听觉空间（VAS），其中的声音定位技术是实现三维逼真音效的关键技术。

（三）VR的力/触觉表现技术。VR通过力/触觉设备对力/触觉信息（主要包括碰撞检测和碰撞响应）进行高效处理，在客户操作力/触觉设备时，碰撞检测算法对“现实人”与虚拟对象的碰撞情况进行检测，并在发生碰撞后运行碰撞响应策略。

（四）VR的嗅/味觉表现技术。在现实社会，人的嗅觉是由化学刺激产生的，而且气味间细微的差别都会引发不同人的不同反应，显然，要对虚拟社会的嗅/味觉进行高仿真，现在还存在一定的困难，这也将成为未来VR技术研究的重要方向，现阶段有许多科学家进行了有益的探索。例如：Amoore J.E就曾想用基本的七种气味来进行合成，但真实度不高。

虽然仿真技术为促进虚拟网络交流进行了各种关键技术的突破，实现了虚拟社会的可视化和可交流，但离现实社会中人与人的真实交往还存在一定的差距，而且虚拟社会中“现实人”、“虚拟人”以及“虚拟物”的相互交流还存在一定的障碍，需要进行进一步的仿真技术研究才能更好地实现。

［

参考文献］

［1］穆雪.可视化交互性虚拟电梯的设计与实现［J］.黑龙江科技信息，2013（18）.

［2］王平，陈智刚，郭光全，孙玉振，李益强.基于Vega的爆炸毁伤视景仿真技术研究［J］.爆破器材，2013（4）.

［3］王涛.基于UDK的数字校园虚拟现实引擎关键技术的研究［J］.软件工程师，2014（4）.

第3篇：虚拟仿真技术的优点范文

关键词：优化；多细节层次；遮挡属性

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）20-0184-02

目前虚拟仿真技术的应用越来越广泛，比如虚拟仿真技术在煤矿安全培训中的应用、虚拟仿真技术在医学教育领域的应用等。在这些应用中，高品质画面效果与系统流畅地运行总是两个相悖的需求。要做到画面精细美观，就很难做到数据量很小，数据量庞大又会导致系统运行不流畅。这时候就需要考虑优化的问题，只有对系统进行优化才能很好地调和这两个矛盾。在实际开发中，不但要在虚拟仿真环节使用优化技术还要对模型进行优化处理。由于篇幅所限，在此主要阐述虚拟仿真环节的优化。

一、LOD技术应用

1.LOD技术综述。虚拟现实技术作为一种新型的人机交互技术具有沉浸、交互、构想三个基本特性，其中沉浸性是指使用户投入到计算机生成的虚拟环境中的能力，是虚拟现实系统的核心。为了使用户在使用虚拟现实系统时拥有沉浸感，必须实现图形的实时绘制。实时绘制就是要求图形显示速度必须跟上视点移动速度，消除迟滞现象。当场景很简单，例如仅有几百个多边形，要实现实时绘制并不困难，但是，为了得到逼真的显示效果，场景中往往有上万个多边形，有时多达几百万个多边形，这就对图形实时绘制提出了很高的要求[1]。虚拟现实和交互式可视化等交互式图形应用系统要求图形生成速度达到实时，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景的实时绘制要求，因而研究人员提出多种图形生成加速方法，LOD模型则是其中一种主要方法。1976年，Clark提出了细节层次（Levels of Detail，简称LOD）模型的概念，认为当物体覆盖屏幕较小区域时，可以使用该物体描述较粗的模型，并给出了一个用于可见面判定算法的几何层次模型，以便对复杂场景进行快速绘制。LOD技术在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。由于LOD的诸多优点和它很好地解决了虚拟仿真技术中流畅运行和界面精美的矛盾，成为虚拟仿真领域的研究热门，并且取得了不少的成果。而Virtools中LOD属性添加就是应用之一。

2.LOD优化系统的实现。首先在3D MAX中，将所建模型转化为可编辑面片。Virtools中，在Level Manager下的三维物体上右键，选择右键菜单命令Add Attributes（添加属性），弹出Add Attribute Type的设置窗口，选择该窗口中的LOD Object，然后单击Add Selected按钮即可添加LOD属性。第二步则是设置LOD属性面板的参数。给物体添加LOD属性需要设置其参数，参数面板如图1所示主要包括所选用的算法和LOD模型的选择标准。通过LOD参数可以设置物体根据所占画面比例进行面数增减，通俗地说就是越近越精细，越远越粗糙。在Level Manager（层管理器）下的三维物体上双击打开3D Object Setup面板，双击Value参数的值，弹出如图1所示的参数设置窗口。设置当对象在屏幕中的显示占总面积的80%以上时完整显示，随着所占面积的缩小，剔除的面数逐渐增加，直到对象在屏幕中显示面积为1%时，将剔除面数的98%，仅保留2%，这将极大优化系统。

二、其他优化技术

1.减少渲染数量。虚拟漫游系统的实时渲染，被遮挡的物体也会被渲染，如果将被遮挡物隐藏，当视角发生改变后，物体又不能正常显示；在Virtools中解决这一问题的方案是给遮挡物增加遮挡属性，那么被遮挡的物体就不会被渲染，当视角发生改变后，被遮挡的物体也能正常显示出来。具体操作和增加LOD属性相似，在添加属性窗口选择Optimizations（优化）/Ocdluder（遮挡），然后单击Add Selected按钮即可添加遮挡属性。

2.减少渲染范围。影响渲染进程的除了场景中对象的复杂程度和数量等因素，视域范围和深度也会对渲染有所影响。如果漫游的每一帧都显示和处理所有场景数据是效率很低而且不必要的。将场景进行分块处理，在漫游中，只渲染摄像机能观察到的场景分块，对没有进入视角的场景分块不做调用和处理，这样可以极大地加快系统的渲染效率。其中的优化包括了两个方面：一方面是在建模阶段对场景进行分块处理，另一方面是在交互设计阶段对不同的场景进行调用及摄像机的视野范围进行设置即视锥体裁剪技术的运用，通过缩小渲染深度，达到减少渲染对象的数量，从而实现系统的优化。视锥体裁剪技术来优化系统的原理如图2所示，摄像机的视野范围可以看作是一个四棱锥，为了方便理解作者把立体空间平面化为实线所包围的区域，渲染的范围就是实线三角形，将摄像机的Far clip（远裁切）参数减小，将下边线推进到虚线的位置，渲染的范围就缩小了，从而实现了系统的优化。如果能配合雾效，将远景模糊处理，效果更自然。

虚拟仿真系统的优化途径有很多，具体的系统开发中一般不会都用。根据系统开发的规模常用的有LOD技术，再结合遮挡属性设置，如果还要进一步优化则通过减少渲染范围配合雾效的障眼法来处理了。

参考文献：

[1]张剑利.基于Web的交互式产品虚拟展示平台关键技术研究[D].江苏科技大学，2009.

[2]刘林涛.建筑场景虚拟漫游关键技术的研究和实现[D].苏州大学，2008.

第4篇：虚拟仿真技术的优点范文

关键词：虚拟样机技术 机械设计 方法研究

随着经济全球化趋势的不断深化，国内外的竞争越来越激烈，为了在激烈的国际和国内竞争中占据一席之地，获取长远的发展，各个企业都在积极采取有效措施来提高自身的核心竞争力。对机械制造企业而言，如何在短时间内设计出质量高性能好的机械设备成为企业制胜的关键。由于虚拟样机技术大大减少了机械设计所需的时间，因此高效利用虚拟样机技术提高企业机械设计的效率和效果成为机械企业设计工作的重点。

一、对虚拟样机技术的基本认识

1. 虚拟样机技术的含义

当前世界范围内对于虚拟样机技术还没有一个统一的概念，总的来讲虚拟样机技术就是以依靠计算机技术而产生的数字模型来代替物理机械产品的一种新型技术。它可以如具体的物理模型那样，对机械产品的设计、制造、使用等全过程进行比较准确的分析和测试，从而对其中存在的不足及时修正，达到机械设计的最终目的。

2. 虚拟样机技术的出现

经济全球化的快速发展和生活水平的不断提高，使得人们对产品的需求越来越多，对产品的性能和质量也有了更高的要求。但是在产品设计中，为了设计出成功的产品需要多次的实验，而物理样机制造所需的时间较长，这就直接延长了产品的开发周期。在二十世纪九十年代，计算机技术的发展使虚拟样机技术成为可能，逐渐弥补了这一缺陷。

3. 虚拟样机技术的作用

在机械设计中，传统的物理样机制造不仅消耗较多的人力、物力和财力，而且对于其中存在的问题也需要花费较多的时间来进行修复。而虚拟样机的制造成本较低、周期较多、且问题修复较为简便，对于节约设计成本、提高设计质量、缩短机械产品的研发周期具有积极的作用，有利于提高企业的核心竞争力，促进企业的健康长远发展。

二、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。

总结：

在激烈的市场竞争中，企业要想继续生存和发展就必须要不断进行创新，提高生产效率。对于机械制造企业来说，机械设计是非常重要的一个部分，设计工作的好坏直接影响企业的经济效益。因此在计算机技术高速发展的今天，进行机械设计时需要充分利用虚拟样机技术，以适应时代和社会发展的需要，促进企业的发展。

参考文献：

[1]王建军,张洪.虚拟样机技术在机械设计中的应用[J]. 大众科技. 2009(03)

[2]赵志平,李新勇.虚拟样机技术及其应用和发展[J]. 机械研究与应用. 2006(01)

第5篇：虚拟仿真技术的优点范文

计算机仿真技术是指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、培训系统的重要工具。水利工程是一项施工周期长，施工复杂的系统工程。它包含了工程主体施工、临时挡泄水工程施工以及水位变化和潮汐的影响等,水利工程的施工质量受自然原因和人为原因的双重影响，所以为保障工程的质量，在施工过程中必须对各种因素的不确定性和周密性予以严格的控制。传统的多采用设计蓝图对施工进行把握，然而二维图形不够直观,对施工的全过程很难从整体上加以把握。随着科学技术的不断发展完善，计算机仿真技术开始在水利工程施工领域加以运用。主要分析了计算机仿真技术在水利施工中的应用，希望对计算机仿真技术的应用有所帮助。

2计算机仿真技术的优点及实现过程

2.1计算机仿真技术的优点

第一，节省时间。计算机仿真技术以其智能化的手段可以对多种施工方案进行快速的比较，可以准确快速的选择出最优施工方案。通过施工方案的选择，可以就施工的不同阶段所做的准备工作加以分析研究，针对一些潜在的问题，可以提前采取措施加以规避。第二，成本低。计算机模拟是一种虚拟的模拟技术，不需要通过真实的原型试验只需要通过相关模拟软件的开发与应用便可以对就相关的数据得出结论，而且可以反复的进行试验，对不同的方案加以论证。与原型试验投入成本相比，计算机仿真技术软件开发与使用的费用要低得多。第三，可靠性高。与人工排块不同，计算机仿真技术的应用以系统模型的正确以及软件编制的正确性为前提,计算机施工仿真模拟通过软件进行模拟，减少了人工排块过程中因人为因素所造成的失误。第四，实用性强。计算机仿真技术的应用面比较广，一般情况模型只要是采用数学加以描述的，其系统的行为就可以通过运用计算机来模拟，并可以准确的把握系统未来的发展趋势,估计剩余使用寿命等,随着科技的不断发展，计算机仿真技术将被运用到更多的领域。

2.2计算机仿真技术的实现

计算机仿真技术是在数学理论的基础之上发展起来的一门试验科学。作为一项实用技术，并不能对客观具体事物进行直接处理，计算机模拟技术的应用需要以数学模型的建立才能作为能反映研究对象本质的关键技术。计算机仿真技术的实现是确定研究对象后，针对研究对象建立数学模型，并通过计算机对数学模型的仿真计算最终得到仿真结果的。第一步，建立模型。在进行仿真前要根据研究对象和研究目的的不同，抽象出一个确定的系统,并就系统的边界和约束条件加以限定，采用力学、数学和其它相关知识将抽象出来的系统用数学表达式描述出来，形成“数学建模”。系统的数学模型，在研究目的不同的情况下可以划分为：静态模型、动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型。模型准确与否影响着仿真结果是否能反映实际。第二步，输入模型。模型的输入即是对上一步所建立的数学表达式结合软件不同特点输入为计算机能够处理的形式,这种形式所表现的内容,即是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。当然实现这一过程,也可以自行开发一个新的软件。第三步，模型的仿真计算。所谓模型的仿真计算是指在计算机中载入上一步获得的仿真模型，在事先设计的实验方案内进行仿真计算。第四步，评估仿真结果。对一个系统的状况从整体上加以把握是仿真的目的所在。系统运行信息是仿真的结果，仿真的研究目的在于对所获取的信息进行分析进行评估和认识，并将仿真结果运用到施工实践当中。

3计算机仿真技术在水利施工中的应用实例

3.1工程概况

某大型水电站混凝土拱坝坝高178m,混凝土浇筑量可达485万m3,混凝土浇筑施工工艺复杂、施工难度高。如何有效、高质量、快速地组织大坝混凝土施工,合理安排浇筑顺序,对于整个工程的进度和质量都有至关重要的影响。为了直观反映该工程进度,借助于三维建模技术,对该工程施工过程进行仿真研究。

3.2三维建模

根据设计结果,提取混凝土拱坝的相关数据,首先用Auto-CAD工具建立三维网格模型,尽量真实地体现图形实体对象与仿真变量间的对应关系。利用系统实体CAD图形建模,目的是为了定义系统实体的形状、结构及其他相关信息。仿真的目的是观察大坝的浇筑施工状态随时间的动态变化,以便于及时掌握系统模型的基本特性,找出仿真系统的最佳设计参数,据此对真实大坝的设计结果进行改善或优化。可通过对数据库中工程各浇筑块数据的统计、计算,在已建的三维模型中描绘出各控制阶段的筑坝进度面貌,直观地再现大坝的概貌。

3.3施工过程模拟

模拟工作的主要思路就是安排各台缆机所负责的浇筑块的日程计划。在坝型,尺寸及分缝一定的情况下,在某个给定的机械配置方案条件下,可根据各种限制及约束条件,找到某种适宜的分块浇筑顺序和最紧凑的工期。因此,在模拟中采取在给定的浇筑方案和机械配置情况下,按照满足施工中各种约束限制条件的要求安排坝块的浇筑顺序,算出各坝块浇筑施工进程,从而计算出所需的大坝工期。如果改变浇筑方案,可进行类似的模拟和计算,从而得到各种不同浇筑方案的结果。然后通过综合比较,选出较优的方案。本文对4台缆机和三台缆机方案进行比较,实施仿真中考虑了以下约束条件:每一注块能否浇筑的时间约束、相邻注块的允许高差、相邻注块的拆模限制、缆机工作范围的限制、相邻缆机工作干扰限制、气温条件对浇筑的影响、突发事件对浇筑的影响限值和其他可能的约束限制等约束条件。如对于分坝段而且分仓浇筑的重力坝,在其下游仓快达到坝顶时,可能存在并峰问题,这时可能同一坝段的两个仓位在到达并峰高程后,要相互等待。或者对于混凝土拱坝,有的跨坝段孔洞需要安装钢衬,同样存在需要相互等待到达同一高程的问题等等。

第6篇：虚拟仿真技术的优点范文

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7篇：虚拟仿真技术的优点范文

关键词：未来市场上最具潜力新工艺、新材料、新技术发展方向

中图分类号：TU74文献标识码： A

建筑业10大项新技术中有108项新技术，今天我们对土建工程进行分析各类的潜力及未来市场中施用最为广泛的几项技术：

1、虚拟仿真施工技术：虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面：①施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析；②施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞。③施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置，④施工机械的开行、安装过程；⑤施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析；⑥施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析；⑦施工过程动态演示和回放。

1.1、虚拟仿真施工主要包含以下技术体系:

1.1.1、三维建模技术

运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。

1.1.2、仿真技术

计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统收集数据建立系统模型确定仿真算法建立仿真模型运行仿真模型输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。

1.1.3、优化技术

优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。

1.1.4、虚拟现实技术

虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。

2、逆作法施工技术：施工原理：逆作法是建筑基坑支护的一种施工技术，它通过合理利用建（构）筑物地下结构自身的抗力，达到支护基坑的目的。逆作法是将地下结构的外墙作为基坑支护的挡墙（地下连续墙）、将结构的梁板作为挡墙的水平支撑、将结构的框架柱作为挡墙支撑立柱的自上而下作业的基坑支护施工方法。根据基坑支撑方式，逆作法可分为全逆作法、半逆作法和部分逆作法三种。逆作法设计施工的关键是节点问题，即墙与梁板的连接，柱与梁板的连接，它关系到结构体系能否协调工作，建筑功能能否实现。优点：节地、节材、环保、施工效率高，施工总工期短。缺点：目前市场使用该技术较少，安全可靠性小。

预制混凝土装配整体式接受施工技术：预制混凝土装配整体式结构施工，指采用工业化生产方式，将工厂生产的主体构配件（梁、板、柱、墙以及楼梯、阳台等）运到现场，使用起重机械将构配件吊装到设计指定的位置，再用预留插筋孔压力注浆、键槽后浇混凝土或后浇叠合层混凝土等方式将构配件及节点连成整体的施工方法。优点：速度快、质量易于控制、节省材料、降低工程造价、构件外观质量好、耐久性好以及减少现场湿作业，低碳环保等诸多优点。

3、预制混凝土装配整体式结构施工技术：预制混凝土装配整体式结构施工，指采用工业化生产方式，将工厂生产的主体构配件（梁、板、柱、墙以及楼梯、阳台等）运到现场，使用起重机械将构配件吊装到设计指定的位置，再用预留插筋孔压力注浆、键槽后浇混凝土或后浇叠合层混凝土等方式将构配件及节点连成整体的施工方法。具有建造速度快、质量易于控制、节省材料、降低工程造价、构件外观质量好、耐久性好以及减少现场湿作业，低碳环保等诸多优点。尤其预应力叠合梁、叠合板组成的楼盖结构，更具有承载力大、整体性好、抗裂度高、减少构件截面、减轻结构自重和节省钢筋等特点，完全符合“四节一环保”的绿色施工标准。其主要结构形式有：预制预应力混凝土装配整体式框架结构；预制预应力混凝土装配整体式剪力墙结构；预制预应力混凝土叠合梁、板、楼盖结构；预制钢筋混凝土框架结构；预制钢筋混凝土剪力墙结构等。优点：安拆方便、节约人工、质量高等优点。

4、自密实混凝土技术：混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋并能够保持不离析和均匀性,达到充分密实和获得最佳的性能的混凝土,属于高性能混凝土的一种。自密实混凝土技术主要包括自密实混凝土流动性、填充性、保塑性控制技术；自密实混凝土配合比设计；自密实混凝土早期收缩控制技术。优点：减少气泡、蜂窝麻面，浇筑量大，浇筑深度、高度大的工程结构；配筋密实、结构复杂、薄壁、钢管混凝土等施工空间受限制的工程结构；工程进度紧、环境噪声受限制、或普通混凝土不能实现的工程结构。

5、早拆模板施工技术：早拆模板施工技术是指利用早拆支撑头、钢支撑或钢支架、主次梁等组成的支撑系统，在底模拆除时的混凝土强度要求符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204表4.3.1规定时，保留一部分狭窄底模板、早拆支撑头和养护支撑后拆，使拆除部分的构件跨度在规范允许范围内，实现大部分底模和支撑系统早拆的模板施工技术。优点：早拆模板成套技术可以大量节省模板一次投入量，减少模板配置量的1/3～1/2；可以缩短施工工期50%左右，加快施工速度，提高工效30%以上；可以延长模板使用寿命，节省施工费用20%以上。缺点：装拆不方便，标程标高调整不方便。

6、预拌砂浆技术：预拌砂浆是指由专业生产厂生产的，用于建设工程中的各类砂浆拌合物，预拌砂浆分为干拌砂浆和湿拌砂浆两种。优点：施工方便，不需要现场人工手动预拌，专业公司预拌可保证建筑质量。

7、外墙体自保温体系施工技术：墙体自保温体系是指以蒸压加气混凝土、陶粒增强加气砌块和硅藻土保温砌块（砖）等制成的蒸压粉煤灰砖、蒸压加气混凝土砌块和陶粒砌块等为墙体材料，辅以节点保温构造措施的自保温体系。即可满足夏热冬冷地区和夏热冬暖地区节能50％的设计标准。优点：节省造价成本，减少工程进度等优点。

8、绿色环保施工技术应用：基坑施工降水回收利用技术、工业废渣及（空心）砌块应用技术、硬泡聚氨酯外墙喷涂保温施工技术、建筑外遮阳技术、植生混凝土、透水混凝土。

第8篇：虚拟仿真技术的优点范文

一、农学专业实验教学中存在的问题

1.重理论轻实践

许多高校长期以来视实验教学为整个教学活动的从属部分，在农业院校也存在这种教学倾向，过于看重理论教学，轻视实验教学，教师在理论教学和绩效考核等重重压力下疲于应付实验教学，学生上实验课仅仅是为了完成学习任务，影响了学生将所学理论应用于实践的能力，不利于培养复合型人才和创新性人才。

2.实验课程分散，缺少思考和创造空间

大多数农业高校设置的实验课依附于理论课，实验项目围绕具体教学内容量身设计，与实验相关联的是分散的、缺乏联系的知识点或知识单元，实验课程结构缺乏连贯性和系统性。验证性的实验多，综合性、设计性、研究性的实验少。[1]学生面对和解决问题的过程就是验证一个个知识点或知识单元的过程，缺少思考、缺乏创造。

3.师资力量不够

一方面是实验指导教师的数量不够，实验教学中大量的操作技巧需要详细的讲解和演示，全方位的观察体会尤为重要，以班级教学制为教学组织形式的普通农业高校难以实现，更不能要求指导教师在逐步进行的实验环节中实时掌握每个学生的情况。另一方面是实验仪器设备的缺乏，有些农业类专业的实验要进行长期不断的观察和研究，仪器设备使用更为频繁。实验室大型仪器、部分精密仪器套数较少，往往要很多学生合用一台仪器做实验，在有限的时间内，部分学生根本上不了手操作。[2]

4.教学方法缺乏灵活性

许多实验教学由指导教师主导开展，整个实验过程按部就班进行，在实验之间的准备环节，指导教师包办了实验仪器的调试。实验开始首先讲解基本原理和操作步骤，再做完整的操作演示，学生按照罗列出来的实验步骤逐步逐项地操作，如此进行的实验过程可以保证顺利完成知识的传授，但缺少了尝试和试验的意义，学生实验前缺少主动探究，实验中缺乏独立的见解，更不会尝试其它的实验步骤、探索更好的实验方法，整个实验是简单的模仿行为。这种实验做得越多，学生思考问题的能力就会越差，思维长久地处于被抑制的状态，更加不愿意查阅资料解决问题，形成恶性循环。

二、物联网虚拟仿真平台与农学类教学实验的契合点

当前，云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术逐步广泛应用，教育部《教育信息化“十三五”规划》明确提出：“ 积极利用云计算、大数据等新技术，创新资源平台、管理平台的建设、应用模式……深化信息技术与教育教学的融合发展。”[3]结合多年教学改革的实践经验，我们认为：应充分依托信息技术构建网络教学平台，以解决现行教学体制下学生人数多、教师数量少、学时受限、动手操作不够等实验教学问题。近年来异军突起的物联网虚拟仿真技术，是应用信息技术解决农业高校实验教学存在问题的可行途径。

虚拟仿真技术包括虚拟现实技术和仿真技术，是用一个虚拟系统模仿一个真实系统的技术，是融合了多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术与网络通信技术的综合性信息技术。是利用计算机创建一个可视化实验操作环境，通过操作虚拟实验仪器或设备进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学目的和要求。[4]

物联网是伴随着互联网、传感器等信息技术发展而逐渐成熟的科技产物。其工作原理是通过各种信息传感设备，按照约定的通信协议，将物与物、人与物之间连接起来，接入各种网络或者互联网进行信息交换，从而实现智能化识别、定位、监控和管理的一种信息网络。作为感知、传输和应用信息的技术，在农业类专业的实验课程中有充分的施展空间。物联网虚拟仿真平台，是基于物联网技术的虚拟仿真系统，是在农业生产、运输、销售过程中实现物物相连，按照物联网通信协议交换信息，在整个产供链中实现信息的采集、传输和应用，利用仿真技术和虚拟现实技术创建虚拟的实验仪器和实验环境，学生通过人机交互的界面操作虚拟的仪器设备，充当真实的实验工具，而实验能关联真实的农业场景，用以帮助学生获得身临其境的体验，从而达到与真实实验相一致的目标。

物联网虚拟仿真教学与传统的实验教学相比，具有鲜明的技术优势。主要包括多媒体技术、人机交互技术、可视化技术、仿真技术、虚拟仿真技术。多媒体技术采用形象、直观、生动的操作界面，对图形、图像、文字、音频、视频等媒体对象进行处理，可以通过动画剖析难以说明的原理，有助于原理演示和辅助操作训练。人机交互技术提供?O置场景、操作仪器设备的接口，帮助教师和学生完成操作过程。可视化技术可将大量的数据或者场景以图形、图表或者动画的方式展示出来，比如揭示农田场景中各环境变量间的关系。仿真技术采用了虚拟的外壳和虚拟的环境，易于在多个计算机终端上进行教学。[5]物联网技术弥补了虚拟仿真技术的不足，使学生在观察、操作、总结等实验过程中感受真实存在的农业场景，获得亲身经历的经验，避免理想实验条件下所导致的实验结果差异，又能支持实验的在线批改、智能指导，实现线上学习。

三、农业院校开展物联网虚拟仿真实验教学的实践案例分析

1.智能农业实验教学

该实验主要结合农田场景、温室大棚场景、仓库场景，借助于智能传感器，对各种场景进行相关数据的采集、传输、查询和控制。传感器所采集的信息主要有四类。农业传感信息，如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体特征等；农业物品属性信息，如物品名称、型号、价格等；农业工作状态信息，如仪器、设备的工作参数等；农业地理位置信息，如作物、物品所处的地理位置等。学生在该仿真系统需要设置三维场景，主要根据系统提供的接口，通过上位机程序的编制来控制智能农业的各个设备，调节场景中的环境参数，为农作物的生长发育调整最优化的环境。学生通过对智能农业的认识和对作物成长规律的熟悉，结合现实中对智能农业产供链的理解，能更好地掌握系统的核心原理，也培养了学生的实际应用和创新能力。当操作结束离开实验室，可以通过发送手机短信到相应场景的服务器，请求返回相应监控场景的信息，也可以通过浏览器访问服务器，从而远程实时查看各个监控点的相关信息。

2.智能花园实验教学

该实验是物联网技术、传感器技术、无线传感器技术、嵌入式系统设计等相关课程的综合实验，仿真平台的智能传感器采集到的数据通过ZigBee技术组建的局域网传输到服务器端，设计出智能花园实时监测系统。该实验与温室大棚花卉养种植场景相结合，采用互联网技术、移动互联网技术、云计算技术和物联网技术，由实时监测单元、智能管理单元和信息网络单元构成，学生在试验中可以完成对花园的实时监测和智能控制，监测传感器采集的温度、湿度、光照强度、土壤水分和PH值等信息，当学生离开实验室环境后，还可以远程登录服务器网站查看花园的实时监测数据，并能进行远程控制。

3.食品溯源实验教学

近些年食品安全问题受到了广泛的社会关注，食品溯源的重要性日益突出。食品生产过程环节众多，各个环节的实践地点相距很远，难以组织学生全程参与到企业及相关研究机构的食品溯源中。食品安全溯源实验针对这种情形而设计，实验模拟农产品在生产、运输、销售过程中的信息采集、传送、读取和查询，综合应用了传感器技术、嵌入式开发技术、智能终端技术、二维码技术、射频识别技术、数据库技术等。仿真平台模拟了两条企业网――生猪溯源模拟系统和蔬菜溯源模拟系统。生猪溯源模拟以猪耳标作为生猪的身份标识，模拟仿真生猪从生产、养殖、运输到销售的整个过程，学生实验后能掌握生猪溯源过程和信息采集读取的关键技术。蔬菜溯源系统模拟企业生产管理和蔬菜种植加工的流程，该仿真平台系统分为企业服务器信息模拟、蔬菜种植过程信息采集、蔬菜运输过程信息采集和蔬菜分装销售过程信息采集四个模块。实验将农产品身份编码与生产信息关联起来，在整个产供链中实现各环节的可视化表达，学生即可从农产品养种植加工、运输到零售终端信息进行正向跟踪，也可实现从食品零售终端到食品养种植相关信息的逆向溯源。实验中学生只有动手操作才能模拟食品信息采集与查询，直观掌握食品安全溯源系统的整个流程与工作原理。

四、基于物联网的虚拟仿真在实验教学中的作用分析

1.丰富实验资源

传统的实验教学耗费资源与设备，存在实验经费的制约。虚拟仿真技术的运用，使实验仪器和设备投入使用后不产生实际的实验损耗，边际成本趋近于零，是降低实验室建设和管理成本的重要途径。虚拟仿真平台是现代信息化技术与教学内容深度融合的产物，[6]物联网虚拟仿真平台介入模拟仪器设备的功能和作用，丰富了实验教学资源，实验中学生能够感受实际工作，有相当多的动手操作机会。另一方面，传统的实验教学要控制实验变量和仪器参数的复杂程度，以保证整体实验项目能够开展，而仿真系统则允许学生以较为自由的尺度改变系统参数，再通过交互式和可视化的显示，评估这些改变对系统的影响，有助于反思自己的实验过程，形成元认知。

2.节约时间投入

农业类课程的实验与教学实践基地密不可分，实践教学基地一般为涉农业企业，大多情况下分布在离城市较远的地区，学校、教师和学生常常要面对安全、经费、时间等一系列问题。一些实验需要长期不断地观察监测作物的生长和发育，奔波在学校和实践基地之间的师生疲惫不堪而效果甚微。物联网虚拟仿真平台的介入，使相关实验的实施变得更加可行，以智能农业虚拟实验为例，教师引导学生完成实验环境的创设，采取实地布置和操控传感器节点、设置实验数据回送的方式，之后采集数据、观察监测就不需要前往田间地头测量记录，而是从系统获取实时的检测结果。由此来看，物联网虚拟仿真平台一方面节省了实验经费，长期观测的实验数据更全面，研究更充分；另一方面节省教师和学生野外采集数据的时间，降低活动的危险性，也有助于解决校外研究性学习和校内课堂教学的矛盾。

3.促进学习方式转变

仿真实验能打破时间和地域的限制，无论在校内还是校外，实验支持学生通过手机、平板等移动设备访问全面开放的虚拟实验室，充分利用有限的教?W资源，适应了移动互联网环境下“碎片化”的移动学习。移动学习更强调学生的自主学习行为以及学习地点的可移动性，因此自主学习和移动学习状态在该类学习中体现得更为突出一些。[7]通过移动学习进行探索和研究，学生锻炼了解决问题的能力，提升了创新能力，个性得到发展。学生在课堂教学中理解相关理论知识后，先在虚拟实验教学中认识元器件，练习仿真仪器设备的使用和操作，再进入真实的实验室环境，实验操作就更加明白自如，花费的时间更少。用虚拟的实验仪器，学生不必谨小慎微地担心实验安全和设备损耗等问题，可以大胆尝试自拟、自选实验题目，自行组织实验，系统支持自动批改，智能指导、实验报告的在线批改等，也可方便地进行实验的过程管理和实验统计，将教师的灌输转变为自主学习与课堂学习相结合的混合式学习。

第9篇：虚拟仿真技术的优点范文

关键词 编程；软件；matlab；仿真技术；测控系统

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-092-01

现在全世界范围内都在大力发展工业、服务业、航天航空及计算机产业，这些产业和领域也在不断的发展和壮大，但是检测和控制也就显得越来越困难，需要有更加先进的测控系统和测控系统设计。测控系统的设计通常是一个模拟和仿真的过程，通过电子计算机技术及软件编程，提供一个模拟和仿真测控系统工作的平台。20世纪80年代以来，我国测控系统设计开始走上正轨，并且不断学习和吸收国外先进的测控技术，但是随着电子技术和数字信息技术的发展以前的测控系统逐渐不能够适应时代的需求。在测控系统设计过程中需要不断的对系统工作过程进行仿真模拟，不断的进行各种参数的修改和运算，以前测控系统模拟和仿真技术不能够很好的适应设计需求，所以需要有更加先进的仿真平台。

1 matlab及matlab仿真技术

Matlab是一个起源于美国的数学软件，它能够完成各种复杂的运算，还能够用于数据的开发、数据的可视化、数据分析等，这款软件一经开发就迅速被人们所关注并且投入使用，尤其是在测控系统中。Matlab有两个重要部分所组成即，matlab与Simulink，其中matlab主要用于数据的运算和开发等方面，它的原理和基础是矩阵，用矩阵解决各种复杂的数学计算问题，matlab要比C语言和fortran简单和快捷的多，并且吸收了C、C++、JAVA等软件的优点，更为普及。Simulink则为模型建造、数据分析和仿真提供一个环境，Simulink不需要进行许多步骤的书写，使用非常简单和快捷，而且仿真细节到位，能够模仿真实的情况，现在许都领域已经用Simulink软件进行系统仿真和模拟。

matlab仿真技术是基于matlab与Simulink的仿真技术，它能够通过对复杂数据的运算、处理和分析，对模拟对象的工作和工作环境进行仿真，这种技术能够非常精致的模拟每一个细节。matlab仿真技术操作简单、工作效率高，除了有同类别软件一些功能（运算符号），还有矩阵和向量运算方法进行数据处理和分析。matlab仿真技术的可视化功能也是非常强大的，在仿真过程中还能够对图像进行处理，进行动画制作等高级指令。matlab仿真技术的可操作性也非常强，它软件的数据源是可以根据用户自身需要而改变的，对源文件进行替换和修改，在仿真过程中能够更加灵活和便捷。

2 matlab仿真技术在测控系统中的应用

测控系统可以是单一的检测系统或者是控制系统，但是一般情况下检测与控制是相互联系，紧密不分的两部分，文章所指的测控系统包括检测与控制两方面。测控系统自产生以来大致有集中测控系统、DCS测控系统和网络分布式测控系统，无论每一种测控系统，都是为了适应时代的需求而产生与完善的，测控系统在设计过程中需要不断的对各种参数和设备进行调控和更改，这就需要对测控系统进行模拟运转和仿真。

现在的测控系统工作量较大，而且运算复杂、困难，在设计和投入使用前期需要有严格的仿真过程，在计算机技术和软件编程技术快速发展的今天，仿真技术也在不断的创新和突破。matlab仿真技术就是用matlab软件对测控系统的运作进行建模，对其现实中的工作进行仿真，把各方面的数据和设备调配到最佳的工作状态，使整个测控系统的工作效率达到最高，然后系统才能够投入使用。

matlab仿真技术能够通过Simulink预定义库模块即，建造测控系统的库模块，然后通过交互式的图形编辑器组合和管理较为直观的模块视图，再通过软件的一些功能进行代码和程序的生成，就能够达到模型建立的效果。在Simulink测控系统仿真模型库中整个测控系统仿真的流程是：信号的产生与输出、编码、解码、调试、解调，而且可以通过仿真模式对整个测控系统的运转进行仿真。在matlab仿真技术中能够使测控系统在虚拟的工作环境中运转，并且能够对系统各项数据和配置进行无限次的修改，直到满足测控要求之后。matlab仿真技术是基于matlab与Simulink的，通过一些代码和数据的处理、运算，发出一定的指令进行建模，而且它的可视性非常强，能够很直观的进行仿真过程，为测控系统的设计打下坚实的基础。

matlab仿真技术在测控系统中的应用，能够为测控系统的设计提供较为真实的模型和运作环境，并且不断的进行各种数据的调控，为测控系统投入使用高效运作提供依据。

3 结束语

测控系统的发展从简单到复杂，从低效到高效已经有了一定的发展历史和基础，matlab仿真技术在测控系统中的应用更加丰富了仿真系统的设计方案。matlab仿真技术能够为测控系统提供一定的依据，在matlab仿真系统的辅助下，测控系统能够进行不断的优化和创新，使其能够更加实用复杂的工作和工作环境。

参考文献

[1]张德丰，杨文茵.matlab仿真技术与应用[M].清华大学出版社，2012.

[2]孙传友.测控系统原理与设计（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2007.

[3]钟麟，王峰.MATLAB仿真技术与应用教程[M].国防工业出版社，2004.