分布式交互仿真技术精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的分布式交互仿真技术主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：分布式交互仿真技术范文

[关键词] HLA；OPNET；Simulink；光电着舰引导；仿真；数据链

概述

与陆基飞机的着陆相比，舰载机在航空母舰飞行甲板上着舰更为困难。在航空母舰上配置着舰引导系统是保障舰载机安全、高效使用的前提。基于多种光电传感器的着舰引导系统是一种有效途径，并在美、法等国成功实现了研制和装备。光电着舰引导设备是以高精度激光测距/跟踪仪、高分辨率电视CCD和高灵敏度双波段红外热像仪为基础设计的多传感器一体化光电引导技术。该技术使用激光测距/跟踪仪完成着舰飞机的距离、方位角、高低角的精密测量。

航空母舰全天候着舰引导控制系统原理结构如图1-1所示。

本论文利用HLA思想结合matlab和opnet仿真平台对光电着舰引导系统及引导数据链进行仿真，设计光电着舰引导仿真系统，并与已有的航母甲板运动仿真系统和飞行仿真系统交联，构建光电着舰引导飞行控制仿真验证系统。

1.光电着舰引导仿真系统设计

光电着舰引导仿真系统设计采用分布式仿真体系HLA构建。HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统并划分仿真成员，构建仿真联邦。

根据仿真需求，将本文仿真系统的任务想定为如下情景：

舰载机到达离航母8n mile处，光电着舰引导系统测得飞机的方位角、仰角以及距航母距离，通过引导数据链送至舰载机任务系统，由飞机飞行控制系统引导飞机至离航空母舰0.75n mile处，使飞机进入光波束助降的人工着舰引导区。

根据想定，仿真系统主要由四个联邦成员组成：光电着舰引导仿真分系统、引导数据链仿真分系统、航母甲板运动仿真系统、飞行仿真系统。具体的联邦结构图如图2所示：

其中，光电着舰仿真分系统采用matlab simulink平台仿真设计，采用RTW工具箱构成实时仿真系统，并采用matlab_HLA工具箱与HLA RTI交互。

引导数据链仿真分系统采用opnet平台仿真设计，采用opnet_HLA接口与HLA交互。

2.光电着舰引导仿真模块设计

光电着舰仿真系统主要完成如下功能：

（1）能够通过以太网与航母运动仿真系统以及舰载机运动仿真系统配合使用，接收和处理来自航母运动（包括纵摇角、横摇角、艏向角等信息）和舰载机运动仿真系统（包括相对舰船距离、运动速度等信息）的数据；

（2）仿真激光测角、测距性能，形成着舰引导方位偏差信号、下滑偏差信号、距离信号；

光电着舰仿真系统主要包括两个单元：外部数据接收与处理模块、 激光设备模拟模块。外部数据接收和处理模块不断接收由××型舰航母运动仿真系统传递的舰体运动信号（包括航母的纵摇角、横摇角、艏向角等信息），对影响舰载机着舰的相关信息进行汇总和处理，再将处理后的信息直接传输至激光设备模拟模式，信号处理模块对舰体运动信号及制导信号进行分析处理,得出舰面设备发送过来的数据,通过坐标转换等运算，计算得到飞机着舰所需要的各个数据，包括当前下滑飞行的方位偏差、仰角等信息，形成着舰引导方位偏差信号、下滑偏差信号，最后将相关信号信息通过905数据链仿真系统传输至飞控计算机或在显示屏上显示。

光电着舰仿真系统采用Matlab/Simulink工具箱开发，并利用MATLAB的实时工具箱RTW（Real-Time Workshop）实现控制任务， RTW采用专用的实时内核代替WINDOWS操作系统接管实时控制任务，可将Intel 80x86/Pentium计算机或PC兼容机转变为一个实时系统，内核任务换行的最小周期是1ms，可以满足仿真的实时性要求。RTW使用外部模式用于实现Simulink模型框图与外部实时程序通讯。使用外部模式，用户可以通过Simulink模型框图对外部程序进行实时参数调整，或通过Simulink提供和各种显示模块对外部程序进行实时监视。

光电着舰仿真系统与其它系统的数据交互采用matlab_HLA工具箱与HLA交互。

3.引导数据链仿真分系统设计

引导数据链仿真分系统采用opnet平台仿真设计，采用opnet_HLA接口与其它模块交互。

3.1引导数据链opnet仿真实现

OPNET 网络仿真工具采用离散事件驱动的仿真机制，允许用户使用有限状态机（FSM,Finite State Machine）开发自己的协议。用户建模时采用进程、节点、网络三层建模机制。其中最底层为进程模型，它以有限状态机来描述协议，用于模拟单个对象的行为；其次为节点模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性，通过它可将进程模型中的对象互联成设备；最上层为网络模型，用于将设备互联组成网络。

引导数据链仿真节点模型包括数据发送节点和数据接收节点，其中数据发送节点如图3所示。其中tx-gen模块产生数据链数据包，radio-tx为无线发射机，ant-proc为天线控制模块，ant-tx为天线模块。

3.2 HLA接口

为了最大限度地减少用户利用OPNET进行基于HLA分布式仿真的工作量，OPNET提供了一个 HLA接口，用户只需要在仿真场景中加入该接口就可以将OPNET作为一个联邦成员加入到HL A联邦中。如图4所示为OPNET HLA仿真接口在数据链仿真中的作用

4.结束语

本文基于分布式交互体系HLA结构，利用matlab simulink工具箱、matlab RTW工具箱、matlab HLA接口工具箱以及opnet仿真平台，对光电着舰引导仿真系统进行了设计，可用于激励已有机载飞行仿真系统，构成人在环的半物理仿真试验系统，满足进行着舰飞行仿真试验的相关要求。

参考文献：

[1]刘强,匡镜明,王华. 基于HLA的分布式军事通信网仿真[J].计算机工程,2006,32(12).

[2]OPNET Technology lnc．HLA User Guide [Z].OPNET Modeler Document , 2003-04.

第2篇：分布式交互仿真技术范文

[关键词]计算机仿真电子商务仿真

电子商务作为一个新兴领域,各个院校在电子商务专业建设中,培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重,不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动,突出学生的动手能力,培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。

随着互联网的全面普及，基于互联网的电子商务也应运而生，并在近年来获得了巨大的发展，成为一种全新的商务模式，被许多经济专家认为是新的经济增长点。这种电子商务模式对管理水平、信息传递技术都提出了更高的要求，其中安全体系的构建又显得尤为重要。如何建立一个安全、便捷的电于商务应用环境，对信息提供足够的保护，是商家和用户都十分关注的话题。

一、概述

计算机仿真技术可以为学生提供虚拟的仿真情境,为学生创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境,发展学生的高级思维能力和问题解决能力,从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。计算机仿真可以在很大程度上激发学生的高水平思维活动,让学生通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识,近几年,计算机模拟教学在国内外的电子商务课程中屡见不鲜,但仿真教学在计算机教学中的应用、尤其是在计算机网络课程中的应用还处于探索研究的阶段,将计算机模拟应用于教学活动中,往往能够收到事半功倍的效果。

电子商务引起人们的普遍关注，细说起来也不过是最近几年的事情。电子商务网络仿真实验室可以提供一个真实的环境,在这个环境中,学生可以模拟电子商务的各种活动。因此,电子商务网络仿真实验室具有可操作性、仿真性及适应性强的特点。可操作性,是指电子商务网络仿真实验室中的计算机所需软件;仿真性,是指学生在电子商网络实验室的计算机上安装了相关软件后,能够模拟IT环境,进行各种电子商务活动等;适应性强,是指电子商务网络仿真实验室能够成为与电子商务相关的多门课程的实习实训基地。在电子商务网络仿真实验室,学生可以学习基本的电子商务网站的建设流程。

二、计算机仿真技术

计算机仿真技术(computer?simulation?technology)是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，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。计算机仿真，是在研究系统过程中，根据形式性原理，利用计算机来逼真模仿研究对象。研究对象可以是真实的系统，也可以是设想中的系统。传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的，这种方法的优点是直接、形象、易信，但模型受限、容易破坏、难以重用。而计算机仿真是将研究对象进行数学描述，建模编程，且在计算机上运行实现。它不怕破坏、容易修改、可重用。因此在现代化生产建设中得到了广泛的采用。并取得了丰硕的成果，带来了可观的经济效益。

计算机仿真技术的核心是按系统工程原理建立真实系统的计算机仿真模型，然后利用模型代替真实系统在计算机上进行实验和研究。由于近年来信息技术的发展特别是高性能海量并行处理技术，可视化技术，分布处理技术，多媒体技术，虚拟现实技术的发展，使得建立人——机——环境一体化的分布的多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，从而使仿真方法有了一些新的发展，形成了一些新的研究仿真方法热点，如：定性仿真方法；面向对象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人——机和谐仿真环境建立方法学。

三、电子商务网络仿真实验室

利用仿真技术可以构建电子商务仿真实验室，通用的通信网络硬件实验平台《计算机网络》或《计算机网络与通信》是计算机专业的必修专业课程。它的实验主要是从以下几个方面进行设计的:网络技术做实验:它包括网络布线与制作,计算机操作系统的安装与配置,局域网的设计与实现,广域网的设计与实现。其目的主要是让学生了解常用网络的设备的连接、安装与配置。通过设计、连线和配置,完成网络数据通信实验。计算机网络原理的模拟与仿真:计算机网络模型,有许多协议支持实现,每种协议实现都有些算法。原理的模拟与仿真就是解决其中的一些算法实验,这种实验通常用软件加以实现,但同时也需一些硬件配合完成。其目的主要是使学生通过实验对算法应用理解更深刻。如:数据链路层的连续ARQ,网络安全中的加密算法等。网页虚拟实现交互指导实验:有些网络设备费用很高,也没有必要全部实做,设计一些虚拟网页,通过网络的操作达到实验的目的。如:网络的测试仪的使用,高端网络设备的使用和配置等。

在教学应用中，通过仿真技术不但可以节约教学成本，而且能取得良好的教学效果。

四、结束语

第3篇：分布式交互仿真技术范文

【关键词】高层体系结构；联邦开发；想定推演

1.引言

当前，计算机仿真凭借其可控性、安全性、无破坏性、可重复性和经济性等特点，已广泛应用于国防、交通、经济、天气预报等诸多行业的重要领域，进行大型系统分析、评估、测试、研究、研制和技术训练等工作。由于需要仿真系统解决的问题越来越复杂，靠单个仿真系统已无法解决，所以需要依靠多个仿真系统联合起来进行协同仿真。

高层体系结构HLA（High Level Architec-ture）是最新发展的先进分布仿真技术（Advanced Distributed Simulation，ADS），用来构建仿真通用技术框架，支持不同仿真应用间的互操作和仿真部件的可重用。它的特点是通过支撑环境（Run Time Infrastructure，RTI）提供通用的、相互独立的支撑服务程序，将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开，隐蔽各自的实现细节。实现各种类型的仿真系统间的互操作、仿真系统及其部件的重用，从而将构造仿真、虚拟仿真和实况仿真集成到一个综合环境中，以满足各种类型仿真的需要[1]。

2.高层体系结构HLA分析

HLA是以标准化、规范化的对像模型模板OMT（Object Model Template）的形式定义和描述仿真实体的对象信息和交互信息，为完成复杂的不同类型特征的综合仿真应用任务，提供了比较好的互操作性和资源的可重用性。

HLA通过支撑环境RTI提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信传输三者分离，从而实现仿真应用同底层的支撑环境分开，隐藏各自的实现细节，使各部分可以相对独立地进行开发，并能充分利用各自领域的先进技术实现标准的功能和服务，适应新技术的发展[2]。同时，HLA可实现应用系统的即插即用，有利于新的仿真系统的集成和管理，并能根据不同的用户需求和应用目的，实现联邦的快速组合和重新配置，为联邦范围内的互操作和重用提供了保障。

联邦（Federation）是指用于达到某一特定仿真目的的分布式仿真系统，它由若干相互作用的联邦成员（简称成员）构成。联邦成员是指所有参与联邦运行的应用程序都可以称为联邦成员。联邦中的成员有多种类型，如用于联邦数据采集的数据记录器，用于和实物接口的实物仿真成员，用于管理联邦的联邦管理器等等[3]。

2.1 HLA的对象模型模板功能

HLA采用对象模型（OM Object Model）来描述联邦及联邦中的每一个联邦成员，它描述了联邦在运行过程中需要交换的各种数据及相关信息。对象模型模版（OMT）采用一种统一的表格来规范对象模型的描述。

在HLA OMT中定义了两类对象模型：一类是描述仿真联邦的联邦对象模型（FOM，Federation Object Model）；另一类是描述联邦成员的成员对象模型（SOM，Simulation Object Model）。这两种对象模型的主要目的都是促进仿真系统间的互操作和仿真部件的重用。

联邦对象模型FOM主要提供联邦成员之间用公共的、标准的格式进行数据交换的规范，它描述了在仿真运行过程中将参与联邦成员信息交换的对象类、对象类属性、交互类、交互类参数的特性。HLA FOM的所有部件共同建立了一个实现联邦成员间互操作所必须的“信息模型协议”。

成员对象模型SOM是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以对外或需要定购的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性，这些特性反映了成员在参与联邦运行时所具有的能力。基于OMT的SOM开发是一种规范的建模技术和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于对已开发的仿真资源的再利用，能够促使建模走向标准化[4]。

2.2 HLA的对象模型模板组成

HLA对象模型是由一组以表的形式进行规范化描述的部件组成的。HLA OMT由对象模型标识表、对象类结构表等九个表组成。其中：（1）对象模型标识表：记录与HLA对象模型相关的重要标识信息；（2）对象类结构表：记录所有联邦或联邦成员对象类的名称，并且描述了类与子类的关系；（3）交互类结构表：记录所有联邦或联邦成员交互类的名称，描述了类与子类的关系；（4）属性表：记录联邦或联邦成员中对象属性特性；（5）参数表：记录联邦或联邦成员中交互参数的特性；（6）枚举数据类型表：用来对出现在属性表/参数表中枚举数据类型进行说明；（7）复杂数据类型表：用来对出现在属性表/参数表中的复杂数据类型进行说明；（8）路径空间表：用来指定联邦中对象类属性和交互类的路径空间；（9）FOM/SOM术语词典：用来记录上述各表中使用的所有术语的定义[5]。

3.基于HLA的想定推演仿真系统分析与设计

3.1 想定推演模型分析

想定推演就是通过计算机提供直观逼真的任务环境，模拟在一定任务背景下，针对未来可能发生的情况进行模拟应对。使指挥人员能够熟悉任务环境，检验和完善想定预案，并对预案进行论证评估和补充完善，从而不断启发新的应对指挥思想，通过仿真训练，进一步提高应对实际突况的能力。

在整个仿真系统的开发中涉及到多种模型，其中想定推演的建模过程如图1所示。

概念模型是对真实世界的第一次抽象，其目的主要是为本领域专家和仿真开发技术人员提供一个沟通的桥梁。借助概念模型，仿真开发技术人员可以获取所仿真的真实世界系统的细节信息。

仿真模型和具体的仿真应用有关，是联邦运行的基本元素，负责仿真的运行管理、实体的处理以及对外信息交换等。按照一定原则，从仿真想定中抽取想定推演所需要的信息并加以规范化的描述，就形成了想定推演模型。

想定推演模型是对仿真模型某种程度上的简化。从集合的观点来看，想定推演模型包含的信息是仿真模型中包含信息的子集。

3.2 系统体系结构设计

系统体系结构提供和支援想定推演仿真系统各个功能模块的互联，目的是描述系统的内部结构关系与运行机制。基于HLA的想定推演仿真系统主要由数据层、功能层、用户层以及底层通信系统组成，如图2所示。

数据层：此系统主要用到MapX地图数据，想定数据库，仿真运行数据库以及推演模型库。

功能层：

想定生成模块：根据用户的实际需求生成多个想定方案，供用户选择使用。

想定管理模块：将生成的想定方案存入数据库中，生成管理列表对想定方案进行管理，方便用户操作使用。

想定加载模块：从想定数据库里取出想定编辑的具体内容。

想定推演模块：根据仿真想定选择推演模型，对态势进行推算演绎。

数据采集与回放模块：按一定的步长抽取存储态势的中间状态，并支持推演态势的回放演播。

联邦管理模块：实现对RTI支撑下的分布式运行联邦成员的管理。

视图层：视图层直接面向用户，本系统包括想定编辑界面，二维态势显示界面和联邦管理界面。

系统整体结构如图3所示。

其中想定生成系统负责想定的生成与管理，将想定数据存储在数据库中。想定推演成员主要是负责加载已有想定方案，进行推演仿真，态势数据；数据采集成员按一定的步长抽取存储推演态势的中间状态，并支持推演态势的回放演播；态势显示成员负责订购态势数据，反射对象属性值，更新状态，将最新态势通过二维地图显示出来。

3.3 联邦设计

根据总体结构设计，该仿真系统的联邦主要有想定推演邦员、数据采集邦员、态势显示邦员等组成，参与想定推演者为想定推演成员，数据采集模块为数据采集成员，二维显示模块为态势显示成员。当联邦成员之间需要交流时，将会发送通信交互，因此想定推演成员需要和订购这个交互类；数据采集成员同样在推演时订购，在回放时此类；move机动交互是想定推演的一种，想定推演成员必须要这个交互，其他成员为了接收到这个交互需要订购此类，不同的想定推演成员间也需要订购此类。

4.基于HLA的想定推演系统联邦开发

本系统是在VC++6.0环境下基于MAKRTI支撑平台编程实现联邦及联邦成员的交互。

4.1 联邦执行文件的设计

联邦执行文件（FED文件）是联邦对象模型（FOM）开发的结果，是为实现所有联邦成员间交互目的而达成的“协议”。FED文件记录了联邦执行期间所有参加联邦交互的对象类＼交互类及其属性＼参数、传输的类型、传输顺序以及路径空间信息[6]。本仿真系统的FED文件重点内容如下所示：

（FED

（Federation FederationName）

（FEDversion v1.3）

（spaces）

（objects

（class ObjectRoot

（attribute privilege To Delete reliable timestamp）

（class RTIprivate）

（class Member_RP

（attribute id reliable receive）

（attribute name reliable receive）

（attribute respect reliable receive）

（attribute isin reliable receive）

）

（class Forces

（attribute department_id reliable receive）

（attribute forces_status reliable receive）

（attribute number reliable receive）

（attribute equipment reliable receive）

（attribute attachment reliable receive）

（attribute memberships reliable receive）

（attribute location reliable receive）

）

（class Environment

（attribute ET_id reliable receive）

（attribute Weather reliable receive）

（attribute DayorNight reliable receive）

（attribute Traffic reliable receive）

（attribute Temperature reliable receive）

）

……

）

）

4.2 系统的实现

在系统开发中，软硬件优化配置是建立并实现仿真系统的重要环节。

基于HLA的想定推演仿真系统的基本硬件配置为PC终端机、电子显示屏、100Mb/s自适应以太网络等；软件配置：采用WindowsXP操作系统、VC++.NET开发平台、SQLSever2000数据库开发工具、MAKRTI支撑环境。基于HLA的想定推演仿真系统的网络拓扑结构如图4所示。

5.结束语

HLA是分布交互仿真的高层体系结构，它采用面向对象的思想和方法建立对象模型并分析系统，它所具有的良好的重用性和互操作能力，满足了用户多方面的需求，作为一门在计算机技术、仿真技术和网络技术基础上发展起来的新技术，一直受到仿真研究的广泛重视。

参考文献

[1]付正军，王永红.计算机仿真中的HLA技术[M].国防工业出版社，2003，6：32-41.

[2]冯润明，黄柯棣.HLA联邦成员软件开发环境研究[J].系统仿真学报，2001（3）：1-4.

[3]魏明.基于HLA的城市道路交通仿真系统研究[D].中国农业大学，2004，5.

[4]周龙龙，姜鹏飞.韩文超.基于仿真想定的推演技术研究[J].计算机仿真，2006（2）：18-22.

[5]刘利浦.HLA在扩频通信仿真系统中关键技术的研究[D].沈阳理工大学，2010.

第4篇：分布式交互仿真技术范文

Abstract: The virtual reality technology is one has the potential extremely the front research direction, faces one of the 21st century's important technical. The virtual reality technology application's domain is also getting more and more broad, the typical application domain has the education to apply, the project to apply, the entertainment application and the commercial use, but in the commercial use domain appears gradually the 3D network hypothesized commercial city is a virtual reality technology model application, the virtual reality technology has brought the infinite vitality in the hypothesized commercial city's application for the entire electronic commerce.

关键词:虚拟现实 3D虚拟商城 分布式虚拟现实

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

随着Internet的发展,人们的商务行为已经从传统商务转变为电子商务。在各种各样的电子商务中,最为重要的一种就是网上商店。人们可以足不出户,在家里的电脑上就可以买到几乎所有的商品。目前除了2D网页式的实现方式以外,分布式虚拟环境是网上商店的一种更新、更好、更合适的实现方式。

二、虚拟现实技术

虚拟现实(VR, Virtual Reality)也被称为虚拟环境 (Virtual Environment. VE)、人工现实((Artificial Reality),电脑空间((Cyberspace).是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是作为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技术而发展起来的计算机领域的新技术,目前所涉及的研究应用领域已经包括军事、 医学、心理学、教育、科研、商业、影视等,VR技术已经被公认为是 21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。

虚拟现实的研究开发工作可追溯到80年代初。如1983年美国国防部(DOD)制定了SIMENT的研究计划;1985年SGI公司开发成功了网络VR游戏DogFlight。到90年代初,美国率先将虚拟现实技术用于军事领域,主要用于以下四个方面:虚拟战场环境;进行单兵模拟训练;实施诸军兵种联合演习;进行指挥员训练。一些著名大学和研究所的研究人员也开展了对分布式虚拟现实系统的研究工作,并陆续推出了多个实验性DVR系统或开发环境,典型的例子有美国NPS开发的NPSNET(1990)、瑞典计算机科学研究所的DIVE(1993)及英国Nottingham大学的AVIARY(1994)。

目前虚拟现实系统主要划分为四个层次:一是桌面虚拟现实系统,也称窗口中的VR。它可以通过桌上型机实现,所以成本较低,功能也最简单,主要用于CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)建筑设计、桌面游戏等领域。二是增强现实性虚拟现实系统,又称为混合虚拟现实系统,它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。三是沉浸虚拟现实系统,如各种用途的体验器,使人有身临其境的感觉,各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。四是网络分布式虚拟现实系统(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特网环境下,充分利用分布于各地的资源,协同开发各种虚拟现实的利用。网络分布式虚拟现实将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络连接起来,采用协调一致的结构、标准、协议和数据库,形成一个在实践和空间上互相耦合的虚拟/合成环境,参与者可自由地进行交互作用。目前,分布式虚拟交互仿真已经成为国际上的研究热点,相继推出了 DIS、MA等相关标准。网络分布式虚拟现实在航天中极具应用价值,例如,国际空间站的参与国分布在世界不同区域,分布式虚拟现实训练环境不需要在各国重建仿真系统,这样不仅减少了研制费设备费用,而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展,也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统通过因特网连接起来,共同实现某种用途。

分布式虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。典型的应用领域有:(1)教育应用:把分布式虚拟现实系统用于建造人体模型、电脑太空旅游、化合物分子结构显示等领域,由于数据更加逼真,大大提高了人们的想象力、激发了受教育者的学习兴趣,效果十分显著。同时,随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的相互结合、促进和发展,系统因此能够提供更加协调的人机对话方式。(2)工程应用:当前的工程很大程度上要依赖于图形工具,以便直观地显示各种产品,目前,CAD/CAM已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。分布式虚拟现实系统的应用将使人员能通过全球网或局域网按协作方式进行三维模型的设计、交流和,从而进一步提高生产效率并削减成本.(3)商业应用:对于那些期望与顾客建立直接联系的公司,尤其是那些在他们的主页上向客户发送电子广告的公司,Internet具有特别的吸引力。分布式虚拟系统的应用有可能大幅度改善顾客购买商品的经历。(4)娱乐应用:娱乐领域是分布式虚拟现实系统的一个重要应用领域。它能够提供更为逼真的虚拟环境,从而使人们能够享受其中的乐趣,带来更好的娱乐感觉。

三、3D虚拟商城

目前,电子商务潮流充斥着整个社会,给整个经济社会带来了无限商机,随之出现在网络世界中的在线虚拟商城也拥有很多好处,比如可以每周七天每天24小时不间断营业,用户可以很方便地通过搜索来找到他所需要的项目和产品,还有很重要的是不用实体店面可以节省很多的成本。但是,在线虚拟商城中,用户总会觉得产品太少,而且觉得只你一个人在购物,很孤单。在这种环境下,用户不愿意像在实体店中那样逗留很久。最终,在网上虚拟商城中的消费也大打折扣。为了满足人们的更高需求,突破2D网页界面的网页的3D虚拟商城等正在逐步走入并将逐渐占领整个商业市场。

3D虚拟商城是一种基于Internet的虚拟购物环境,它采用C2C的电子商务模式,让用户在3D虚拟环境中漫游,能进行交互式的操作,全面虚拟了购物的浏览、挑选、支付的过程,使用户有身临其境的感受;同时还会提供数字化的管理,商品分类清楚,搜索方便,具有完备的财务系统和可靠的安全系统,确保购物的有效性,完整性和机密性。3D虚拟的商城中3D语音和图像功能为顾客提供身临其境的、互动以及网络一体化的虚拟世界。顾客可以通过创建个人化的“虚拟替身”(avatar),在3D虚拟商店中浏览商品和购物,同时与来自世界各地的其他顾客和销售人员互动交流;其次,顾客也可以参加由虚拟商店职员提供的商品演示或使用指导;第三,顾客可以通过组建社会化或虚拟的购物群组,与他们的朋友、家人和同事共同举办网上购物聚会,共同分享购物的乐趣与经验,开创全新的辅助式电子商务或社交性购物的概念;第四,网上客户服务将变得尽善尽美,客户将不再需要通过电子邮件、点击通话或浏览数百页的网上论坛来寻找所需的答案。一旦有任何疑问,便可立即登录,向客户服务代表寻求帮助、或者询问另一位信用评级较高的顾客;第五,企业更可以利用网上商店,在虚拟环境中测试新的店面设计和构思。因此建立并发展3D虚拟商店具有实际意义。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虚拟商城中的应用

虚拟现实(VR)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。而虚拟现实技术的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域;为智能工程的应用提供了新的界面工具;为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。它充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术,提供了一种实时、三维的虚拟环境(VirtualEnvironment),使用者完全可以进入虚拟环境中,观看计算机产生的虚拟世界,听到逼真的声音,在虚拟环境中交互操作,有真实感,可以讲话,并且能够嗅到气味。DVR技术的发展始终围绕它的三个特征而前进,即沉浸感、交互性和构想。这三个重要特征与其相邻近的技术(如多媒体技术,计算机可视化技术等)相区别,沉浸感是指计算机生成的虚拟世界能给人一种身临其境的感觉,如同进入了一个真实的客观世界; 交互性是指人能够很自然地跟虚拟世界中的对象进行交互,操作或者交流;构想是指虚拟环境可使人沉浸其中并且获取新的知识,提高感性和理性认识,从而深化概念并萌发新意。因而可以说虚拟现实可以启发人的创造性思维。这些特点均为三维虚拟商城的建立和发展提供了良好的技术支持,基于DVR平台的三维虚拟商城将是电子商务网络商城发展的必然趋势。

其中三维虚拟商店的系统结构和模型的研究、三维虚拟商店的碰撞检测方法、三维虚拟商店的动态交互等都是基于DVR的技术支持。三维虚拟商店的系统结构和模型的研究是为了提高系统的安全性和综合性能,方便以后对系统功能进行完善和扩张进行的,系统采用MVC三层结构。对系统的关键信息进行了封装,而且大部分业务逻辑处理都集中在服务器上,提高系统安全性和性能。三维场景的碰撞检测对于提高虚拟系统的真实性、增强虚拟环境的沉浸感有至关重要的作用;三维虚拟商店的动态交互主要研究三维虚拟场景中物体的动态添加、三维场景中物体的材质的更新、三维场景与数据库的关联等问题。

虚拟商城的展示在国外发达国家得到了广泛的应用,成为实物展示的重要互补。我国在虚拟商店展示领域的研究比较落后,对虚拟展示系统的开发技术没有形成完整的理论和方法,特别在商店的设计与制作方面,缺乏有效的开发平台。而网络虚拟技术的发展为商家与客户进行信息交流开辟了一条新途径,特别是虚拟现实技术的发展,为网上最终实现网上虚拟展示的“真实化”提供了可能。

参考文献:

[1] 杨孟洲.分布式虚拟环境中一些关键技术的研究[D].中国知网:浙江大学. 2000.5

[2] 苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术[J].计算机仿真, 2004年1月,第21卷第1期,18-21.

[3] 张峰美,戴军.分布式多用户三维虚拟校园系统[J].广东技术师范学院学报,2007年第12期,86-89.

第5篇：分布式交互仿真技术范文

1关于复杂系统主要内容的概述

关于系统一词，著名科学家钱学森是这样对其定义的：相互依赖、相互作用的多种组成部分之间的相互结合所形成的具有特殊功能的一个整体即为系统。根据其定义可以得出系统的三个要素：一是系统是多种元素的相互结合形成的；二是元素之间相互依赖、相互作用；三是具有特殊功能的一个整体。在系统的复杂性演化过程中主要有三个方面的发展变化。首先是组成系统的元素数量的变化，从最初的少量变为大量，再变成多数量，最后变成无限量；其次是元素之间相互依赖、相互作用的变化，是从线性变化到非线性，最后变成了随机性；最后是某种特殊功能的变化，是从元素直接功能的描述变为组织性的间接描述，最后演变成没有任何形式组织的不可描述形态。对于复杂系统的描述没有明确的规范标准，而组成系统元素数量的庞大，元素之间依赖作用关系的非线性、随机性以及特殊功能不能用部分特性来实现具体化描述等这些特性构成了所谓的复杂系统[1]。

2关于复杂系统计算机分布智能仿真平台的分析

2.1关于自适应Agent仿真平台的分析

自适应Agent仿真平台Swarm是美国研究复杂系统的桑培菲所提出的。这种仿真平台中有着多种单机中的多数进程或者线程组成的具有不同功能的智能主体Agent，这其中主要包含有人与计算机交互所显示控制的Agent、在网络之间实现交互的交互Agent、合理控制时间变化和元素管理以及通信交流的全部或部分Agent，还有就是具备自我适应调节能力的反应Agent。关于具备自我适应调节能力的反应Agent的结构模型，主要是由信息缓冲MB、行为输出MO、信息接口MI、反应体所构成。这其中MB和MI主要是对周边的环境进行良好感知，而反应体主要是在获取感知之后，做出适合的决策。比如，一般金融投资者的证券交易原则，其过程极为简便：他们如果发现证券价格在逐渐上升时，就会将具有上升趋势的多数证券出手；而如果他们发现证券价格在迅速下降时，就会把具有下降趋势的多数证劵买进[2]。

2.2关于智能仿真（DSI）的分析

在经过一段时间的发展之后，分布计算机以及人工智能技术也较为成熟，在这个时候美国桑培菲提出的Swarm自适应仿真平台就显得跟不上时代的发展，再加上智能思维和仿真规范的约束，使得其自适应仿真平台发展相对滞后。在新时期发展下，计算机分布智能仿真平台的设计能够更好的发展进步。计算机分布智能仿真平台中的Agent支撑库主要是对Agent创建结构的支撑，从而有效统计分析仿真结果；对于复杂系统时间的同步以及信息消息的传播技术是通过仿真支撑软件来实现的，面向全局服务化的Agent在整个计算机分布智能仿真平台中只有一个，而且它的存在是为了给各个Agent提供唯一的全局Agent标识，这样便于有效的创建和取消Agent，而且能够对Agent的具置以及具体特征做到准确定位查询。对于Agent的部分控制是在结点机上存在的，而且每个结点机上都有一个，它主要是负责复杂系统时间的变化、做到元素的有效管理、而且负责权限的变革和结点之间的相互信息交流。

3复杂系统的智能主体和HLA/RTI功能

3.1关于复杂系统的智能主体

创建社会系统以及自然描述的基本模型，从而构造智能化主体是分布人工智能的主要研究目的。这种研究为复杂计算机仿真研究提供了基础保障。关于分布式人工智能可以从两个方面来分析，分别是多主体系统和分布问题求解。分布式问题求解系统仅仅是问题的求解，主要把问题作为任务来有效分开完成，这种系统是自上而下的模式。而对于多主体系统而言也是自上而下的模式，实际研究时，需要将自主主体分别定义，而且主体之间的相互作用可能是交流、争论还有可能是敌对关系。面对上述这种情况，智能主体就自然而然的成为复杂系统计算机仿真研究的主要方向。

3.2关于复杂系统的HLA/RTI功能

复杂系统中HLA框架中最为核心的部分就是RTI，它主要是实现仿真系统应用、特定功能、基础通信之间的有效分离。仿真过程中的，复杂系统中的智能主体以HLA所规范的方式实现与RTI数据之间的交换，从而确保主体之间的相互交流。关于RTI的综合管理主要有六个部分功能，分别是主体管理、全局管理、属性管理、数据分发管理、声明管理、时间管理。主体管理是实现主体间的有效控制；全局管理主要是实现全局化的服务，主要内容有动态控制、创建、主体变更等；属性管理是主体属性权限的控制、变化；数据分发管理则是在网络上控制流量，而且利用组播技术有效交流；声明管理是通过声明智能主体，从而实现交互信息的接收；时间管理是在复杂系统中运用合理的方式使其时间变化。

3.3HLA/RTI协议下的多Agent计算机分布仿真平台

HLA框架中的RTI服务能够提供复杂系统仿真环境下的多种特定功能，其中主要包括数据信息传递、信息事件处理、时间控制、控制主体，RTI服务能够为事件处理以及具体状态变革提供良好的依据，而且便于时间的管理。MAE环境利用HLA/RTI作为支撑，能有效发挥HLA模型和RTI的多种服务，更加利于仿真环境的形成。从Agent方面来看，多Agent仿真平台中采用HLA/RTI还不能够使其完善，主要是缺乏Agent之间的交流支持，通过对Agent远程状态进行分析才能对其应用，而且Agent也需要特定通信的支持。在Agent的决策中，最为主要的就是Agent之间的交互通信，而HLA/RTI这一框架并不能满足相关要求。为了能够有效的解决这一问题，需要添加中间层，这个中间层处于RTI和Agent之间。它所起的作用是将作为HLA仿真元素加入到多Agent之间通信进行封装解释，这样有效增加了Agent之间的通信交流，并且为其提供支持保障。在中间层的封装消息，Agent之间数据流也会变多，通过RTI路由空间的限制从而控制数据信息分发数量，这样做到合理约束数据信息，从而保证元素只得到应该获取的信息。通过上述的分析，了解到HLA/RTI比较适用于多Agent仿真环境，随着HLA/RTI的不断扩展壮大，能够更多的构建多Agent计算机分布仿真平台。

4结论

第6篇：分布式交互仿真技术范文

关键词：虚拟现实技术；体育；应用；新元素；多元化；娱乐化

1.虚拟现实技术的概念

虚拟现实（ Virtual reality， VR ）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技术综合发展起来的计算机领域的最新技术， 也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。虚拟环境通常是由计算机生成并控制的， 使用户身临其境地感知虚拟环境中的物体， 通过虚拟现实的三维设备与物体接触，从而真正地实现人机交互，可以说人处在虚拟环境之跟现实环境是没有差别的。

2.虚拟现实技术的分类

现阶段虚拟现实技术主要分为桌面虚拟现实、沉浸的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实、分布式虚拟现实。

桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实QuickTime VR、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实、MUD等。

沉浸的虚拟现实提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。

增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。

分布式虚拟现实是指多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习。

3.虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 计算机生成的虚拟世界给人一种身临其境的感觉。2） 交互性（ Interaction） ： 人能够以很自然的方式跟虚拟世界中的对象进行交互操作或者交流， 着重强调使用手势、体势等身体动作（ 主要是通过头盔、数据手套 、数据衣等来采集信号） 和自然语言等自然方式的交流。3） 构想（ Imagination）： 虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识， 提高感性和理性认识， 从而使用户深化概念和萌发新意。因而可以说 ， 虚拟现实可以启发人的创造性思维 。

4.现阶段中国体育领域大环境

4.1政策红利覆盖全国

2015年，在利好政策不断出台的情况下，体育产业进入高速发展时期。据国家体育总局统计，《意见》一年来，包括体育总局在内的有关部门已经出台了15份配套文件，另有 8套文件已经形成初稿。文件制定涉及发改委、公安部、新闻出版广电总局、旅游局等多个部门。这些文件的制定和出台，使广受社会关注的赛事审批、赛事转播、安保服务和大型体育场馆等问题取得了阶段性的进展。

在地方贯彻方面，截至目前，已有31个省区市出台了本地区的实施意见。2015年10月，国家体育总局局长刘鹏在全国体育产业工作会上透露，据不完全统计，各省（市、区）上报的2025年体育产业总规模总和已经达到7亿。

4.2资本抢夺核心资源

2015年8月27日，万达集团王健林以6.5亿美元收购了美国世界铁人公司100%的股权。阿里巴巴获得世俱杯冠名权的消息在2015年12月引起各方关注，而相同级别的爆炸性消息在年内频繁出现。过去一年，体育产业投资大幅增加，国内、国际体育赛事核心资源成为哄抢的对象。

4.3体育方式多元化，娱乐化

随着全民体育概念的提出，体育逐渐走向民间，体育的多元化，娱乐化也因此而加深。提高国民身体素质是当前的中国体育的根本目标，为了使体育更加亲民，越来越多的科技元素，娱乐元素加入原本一板一眼，枯燥无味的体育运动中。近年来，越来越多的体感设备与体育相结合，受到了广大体育爱好者额欢迎，特别是一些由于场地限制的体育运动项目，如高尔夫，网球，在体感虚拟的环境中，都可以尽情的体验体育带来的快乐。

5.虚拟现实技术应用于体育增加其娱乐性

5.1为体育观赛带来娱乐体验

体育赛事最需要的莫过于身临其境的现场感，通过自由切换，实时流畅的虚拟现实动态直播，观众可以排除周边的干扰，全身心、近距离地感受到图像带来的震撼感和冲击力，观赛体验比之收看传统转播大为提升。大大增加了观赛的娱乐体验感。

5.2为体育训练娱乐训练方法

根据虚拟现实技术， 通过相应的三维图形图像库构架模拟训练环境， 包括训练场背景、比赛的场景、各种赛场装置和相关人员等， 为受训者营造一种逼真、生动的立体训练环境。利用虚拟系统设计出“有生命”的草坪，以增强临场感觉， 达到模拟训练的效果， 提高训练质量。于此同时，因为虚拟现实技术有沉浸感这一特性，运动员可以完全进去虚拟现实设定的环境中，在这种环境可以增加体育训练的娱乐性，使原本枯燥的体育训练变得有趣起来，以此来提升运动员的练积极性。

很多国家训练队都已经在教学、训练中采用虚拟现实技术，如用Be-yondSport的VR技术对足球训练进行实时的沙盘演练、视频分析、战术复盘以帮助足球队提升教学水平，且以后还计划在更多球队、赛事中推进。通过大数据整合等为体育活动提供战术辅助训练，VR目前已经在棒球、赛马、橄榄球等多个项目得到广泛应用。由此可见，在不久的将来，VR设备有望成为各赛事职业俱乐部和球队的刚需产品。

5.3为全民健身带来新的娱乐方式

全民健康是国家综合实力的重要体现，是经济社会发展进步的重要标志。全民健身是实现全民健康的重要途径和手段，是全体人民增强体魄、幸福生活的基础保障。实施全民健身计划是国家的重要发展战略。运用虚拟现实技术构想性这一特点，可以为参加大众健身的用户营造一个有趣，娱乐的虚拟健身场景，在愉快的心情下完成健身。

目前基于虚拟现实技术的健身应用层出不穷，Sanzaru开发的《VR体育挑战》是这类体育游戏的一大代表。在该游戏中，借助Oculus Rift的动作感应手柄，玩家可以以第一人称视角畅玩橄榄球、篮球、曲棍球和棒球等美国四大主流运动，游戏气氛不亚于风靡全球的《NBA嘉年华》。无独有偶，美国公司Vir Zoom也推出了一套将健身单车、VR设备与小游戏结合起来的健身设备，创造出戴着VR眼镜骑着单车开F1的奇效

6.总结

随着虚拟现实产业的发展，技术将不断渗入体育产业链条的各个环节，越来越多的公司开始渗入虚拟现实产业链各个环节，体育产业与虚拟现实的结合会越来越密切，特别是虚拟现实的三大特性会完全颠覆传统体育产业，为体育产业增加更多的娱乐性，推动体育产业的发展。目前虚拟现实技术还处于技术红利阶段，只有未来过渡到内容红利阶段，才算真正的站稳了脚跟。希望虚拟现实能够为体育产业创造更大的商业娱乐价值和社会价值。

参考文献

[1]Cannon Smash. CSmash[ OL] . http ：// ww w.utmc.or.jp/ ～nan/ csmash/ ， 2002.

[2]Pan Zhigeng ， XuWeiwei ， Huang Jin ， et al.EasyBow ling ：Asmall bow ling machine based on vi rtualsimulat ion [J].Computers&Graphics ， 2003 ， 27（2）：231 ～ 238.

[3]张占龙，罗辞勇，何为.虚拟现实技术概述.2005年系统仿真技术及其应用学术会议.

[4]陈健，姚颂平.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[J]，体育科学，2006（9）：34-40.

[5]宋丽.应用虚拟现实技术对竞技体育进行仿真训练的探讨[J]，西安邮电学院学报2007，12（6）.

[6]李艳波，张菁.网球比赛仿真系统的研究与实现.[D]：2008.

第7篇：分布式交互仿真技术范文

在教学效果保障方面，作为现代远程教育的重要组成部分，虚拟实验发挥着不可替代的重要作用，并且其已经被越来越多的人所关注。随着计算机技术以及虚拟现实技术的快速发展，虚拟实验逐渐将可视化、多传感交互以及3D数字等现代化技术应用其中，从而实现了用户与逼真虚拟场景的实时交互，并对其虚拟对象进行感知和操作，最终使得虚拟实验达到更加优良的性能。

1 虚拟现实以及虚拟实验概述

1.1 虚拟现实技术简介

作为计算机研究的一个新领域，虚拟现实技术的特点是利用人的感知行为，如视觉、听觉以及触觉等为用户户提供一个虚拟的场景，并基于模拟的方式让用户沉浸于虚拟环境之中，然后与之进行相互作用，而虚拟环境也会由此发生变化。目前，该项技术已经汇聚了多种高新关键技术，如计算机图形学、传感器技术、仿真技术、多媒体技术、网络技术、图形图像实时生成技术、人工智能技术、人机接口技术以及人类行为学等。因此，虚拟现实技术可以定义为：一种对人在自然环境中的各种行为，如听、看以及运动等进行逼真模拟的人机接口技术。该项技术主要是利用高分辨显示的可视化技术以及3D数字和传感器交互技术，通过特定的设备，来生成一种逼真的虚拟环境，从而使得人能够与虚拟环境进行互动，并成为虚拟环境的一员，最终达到对虚拟对象进行感知和操控的目的。

1.2 虚拟实验

实际实验存在一个有形的实验室、实验工具和实验对象。而相对于实际实验来说，虚拟实验指的是其实验室以及实验对象都是无形的，并且主要是通过操作虚拟仪器来实现对实验过程的具体操作。与传统实验相比，作为信息化时代的产物，虚拟实验有着更为优越的性能和应用前景：首先，虚拟实验具有透明性，其具有标准的统一命令，能够对软硬件、数据库以及人员形成统一管理；其次，虚拟实验能够共享资源，同时这也是虚拟实验的构筑宗旨。在虚拟实验中，用户能够通过数据库、检索系统以及应用软件或者电子图书馆等工具，实现信息、软件以及设备等资源的共享，从而缩减了投资，提高了用户的效率；再次，虚拟实验在操作上能够实现互动。不仅用户之间能够实现相关信息的沟通和交流，而且远程用户也能够对实验环境加以操作。另外，虚拟实验还具有扩展性、用户自主性以及性能优势显著的优点。

2 虚拟实验的构建

2.1 分布式虚拟实验的构建分析

分布式虚拟实验是在物理设备分布式的基础上构建的，其指的是将网络与物理设备相连接，以计算机网络为核心，实现数据采集、远程操作以及分析的虚拟实验系统。因此可以看出，分布式虚拟实验中，用户并不拥有物理设备，其只需要利用网络进行操作就可以实现虚拟实验，并获得所需数据。

作为一个系统工程，分布式虚拟实验的建设主要包括以下几个系统：虚拟仪器、数据分析、虚拟实验管理以及计算机网络等系统。

（1）利用个人主机，用户能够直接登入Internet，进而通过浏览器来实现虚拟实验站点的访问，并进入虚拟实验系统；

（2）根据用户需求选择相应的实验项目进入虚拟仪器控制台；

（3）用户根据具体实验的操作指令，来实现对实验参数的输入；

（4）虚拟仪器根据接收到的指令，来向物理仪器进行参数传输，进而实现物理仪器对参数和指令的操作，最终完成实验内容；

（5）当实验完成之后，通过虚拟仪器和网络，虚拟实验系统能够将所得数据反馈给远程用户，而用户则可以将这些数据进行自由处理。

分布式虚拟实验能够使得仪器使用率大大提升。同时，其也有一定的缺陷，如它的系统开发较为复杂，且对于物理实验设备的依赖性很高，具有较高的维护成本。另外，它无法让用户感受到实验场景和过程，也就是其没有直观性和形象性。

2.2 基于虚拟现实的虚拟实验的构建分析

基于虚拟现实的虚拟实验具有较强的交互性，并能够为用户提供高级仿真的实验场景，真实感较强。因此，据此可以将基于虚拟现实的虚拟实验分为六个子模块，并形成一个统一的工程，具体的系统模块如图1所示。

2.2.1 用户管理子系统

该模块分为三级，即管理员、教师和学生。该子系统能够实现对各类用户信息的管理，并且可以对信息和用户记录进行添加、修改和删除。

2.2.2 教务管理子系统

该模块主要是用来管理班级以及课程等这方面的基本教学信息，而且对这一模块的使用，只有系统管理员才能实现。这一子系统主要分为课程实验管理以及班级信息管理两个子模块。

2.2.3 虚拟实验子系统

作为虚拟实验的核心模块，该子系统主要包括具体实验库、教学材料管理以及添加或者删除实验功能这三个部分。

2.2.4 实验报告子系统

对于这一模块的使用，教师和学生都能够实现，且能够完成不同的任务。如学生利用该子系统能够实现预习报告的提交以及修改，而教师利用该子系统则能够实现对学生报告的检查和退回。另外，该模块还能够实现对报告提交的期限管理。

2.2.5 成绩管理子系统

该模块主要是用来评价学生实验成绩的。

2.2.6 在线讨论子系统

通过BBS方式，该模块能够实现学生和教师之间的交流和沟通，从而加强学生对知识点的理解。

3 结语

综上所述，由于虚拟实验具有透明性，能够共享资源，在操作上能够实现互动，而且还具有扩展性、用户自主性以及性能优势显著的优点。因此，今天的研究中必须加大对基于虚拟现实的虚拟实验的探索，从而为技术的不断更新提供有利条件。

参考文献

[1]黄荣怀，郑兰琴，程薇.虚拟实验及其学习者可信度认知[J].开放教育研究，2012（12）.

[2]张学军，唐久磊，魏江明.基于Flash3D的中学化学虚拟实验平台的设计与实现[J].电化教育研究，2014（01）.

第8篇：分布式交互仿真技术范文

关键词:虚拟现实;教学实践;三个基本;点面结合

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。

二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。

2课程的特点

北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:

2.1学科交叉性、综合性强

国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。

2.2数理基础要求高

虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。

2.3创新思维丰富

虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。

2.4工程应用突出

虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。

2.5课程内容多课时紧

本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。

3教学内容安排

我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:

第一章:概论(2h)

问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。

第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)

虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。

第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)

视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。

第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)

IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。

第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)

人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。

第六章:虚拟人技术(2h)

人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。

第七章:分布式虚拟现实技术(2h)

DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。

教学实践与课外教学安排:(18h)

课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。

4教学实践与思考

针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。

4.1突出三个基本,注重融会贯通

在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。

4.2点面结合,各有侧重

虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。

4.3结合实例,促进创新思维

虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。

5结论与展望

“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。

参考文献:

[1] 赵沁平. DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具[M]. 北京:科学出版社,2004.

第9篇：分布式交互仿真技术范文

关键词：建环专业;实验教学;虚拟仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0106-02

引言

虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的信息技术，能够模拟真实设备或系统的工作过程，具有信息量大、生动形象、身临其境、实时交流等特征。虚拟仿真实验教学是虚拟仿真技术在教育领域的应用，是高等教育信息化建设的重要内容[1]，促进当前教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。

建筑环境与能源应用工程是一个典型工科类的专业，在人才培养中普遍存在“重设计、轻实践”等问题，强化专业实验教学内容，培养应用型、复合型和创新型的实用人才，是社会对建环专业教学改革的迫切要求。将虚拟仿真技术的引入到建环专业实验教学中，解决目前实验教学中的存在问题，提高建环专业人才培养质量，是值得研究和探索的课题。

一、建环专业实验的教学现状

目前，建环专业实验教学基本上是传统模式[2]，存在实验课时少、教学内容陈旧、实验教学方法和手段单一等诸多问题。实验类型多以验证性、演示型为主，学生学习被动，往往敷衍了事。为了改进实验教学效果，很多学校做出积极探索和改革[3-4]，如独立设置专业实验课程、改革实验考核模式、开设创新实验、增加生产实习等。虽然这些努力对提高实验教学质量起到了一定作用，但是，建环专业实验教学改革发展中存在瓶颈：

1.受实验室条件限制，很难开设交叉性专业实验。

暖通空调系统形式多样、构成复杂、设备庞大、维护费用高，受实验室空间和资金的限制，很难建设较为综合的暖通空调实验平台，使学生对系统整体性和在工程中的实际运行缺少全面性认识。

2.受生产与安全条件限制，生产实习教学效果很难达到预期要求。

为了弥补交叉性专业实验的不足，很多学校加强了生产实习环节。但是，由于实际工程环境复杂、危险大、操作安全要求高，企业出于经济效益和安全考虑，不可能同意把在工程现场进行实验教学，只能是走马观花的参观式教学，实际教学效果不佳。

3.受师资力量和实验设备限制，实验教学质量大打折扣。

大多数学校建环专业每年招生2个班以上，有的学校甚至达到4个班。当学生人数多时，而师资力量有限、实验设备数量有限时，如何安排好学生进行实验，并且能够激发学生主动性、积极性是一件非常困难的事情。

二、建环专业虚拟仿真实验教学的必要性

虚拟仿真技可以生动形象地复现各类复杂的暖通空调系统，有效解决建环专业实验改革的瓶颈问题。虚拟仿真实验不受实验室条件的限制、生产与安全条件的限制、师资与实验设备的限制，可以实现在课堂和实验室中无法实现的教学过程，拓展实验类型，开展丰富多样的专业交叉性、创新性实验。

建环专业开展虚拟仿真实验教学，将带来如下优势：①能营造出一种仿真式与交互式的实验环境，不用考虑实验室面积、投资、运行、维护费用，使得实验经费大大降低。②能展现建环专业的最前沿技术，扩展实验项目。③扩展实验内容和深度，突破课堂教学难点。④去除了繁杂的实验准备工作，节省去人力、物力，更有效利用师资力量。⑤可以反复训练，为学生自主学习提供平台，提高学习兴趣，促进主动思考。

对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统来实现。

三、建环专业领域的常用仿真技术

仿真技术以低成本、高开放性和广泛适用性等优势，已经在建环专业相关的科研领域有了广泛应用和研究，很多仿真软件被用于暖通空调的仿真建模，主要分为以下三个方面：

1.建筑室内环境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等软件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，能够准确模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象。Airpak则是专门面向HVAC领域的室内环境仿真软件，在功能上没有Fluent全面，但是比Fluent更易于建环专业人员使用。

2.建筑或空调系统能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等软件，其中EnergyPlus和DeST在我国应用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的优点，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。DeST基于状态空间法理论，利用多区热质平衡算法和三维动态传热算法模拟建筑能耗。

3.暖通空调系统性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等软件。TRNSYS模块化结构的动态系统模拟软件，内置了200多个功能性子程序，目前应用最为普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系统模拟软件，能够很好解决因果类仿真平台的代数循环问题，而且具备将建模和数值方法的理想解耦，适用于开发复杂的空调系统仿真模型。

可见，仿真技术已经在建环专业科研领域有广泛应用，可以模拟建筑室内复杂的热环境，仿真各种复杂的空调系统，为暖通空调虚拟仿真实验的开发奠定了技术基础。

四、建环专业虚拟仿真实验教学的发展状况

仿真技术是用来构建仿真系统的物理模型，真实反映出实际系统的特性。对于虚拟仿真实验来说，必须有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等软件平台开发，使学生可直接参与，探索仿真对象的变化过程。目前，虽然建环专业领域的仿真研究很多，但主要应用于科研领域;建环专业的虚拟仿真实验研究相对很少，尚处于初步探索阶段。

美国可持续建筑性能研究所开发了LearnHVAC软件，如图1所示。学生可以对空调系统进行模拟操作，包括短期控制模拟，长期能耗模拟，分析系统故障。教师可以自定义暖通空调系统的模拟场景，对学生的实验进行管理。目前，LearnHVAC只是可发了变风量系统一项实验内容。

在国内，山东建筑大学开发了太阳能系统、地源热泵系统等虚拟仿真实验软件，只侧重于对原理的认识和体验，实验功能简单;合肥工业大学杨善林教授将组件技术应用于中央空调的计算机仿真培训系统研发过程中，其开发方法能够对虚拟仿真软件有一个很好的参考作用[5];湖北工业大学以BIM技术、信息技术为支撑，组建了绿色建筑全生命周期虚拟仿真实验教学中心[6]。

目前，虚拟仿真实验教学已经逐渐得到重视，很多大学已经开展了相关调研，建设虚拟仿真实验室、开发虚拟仿真实验项目、研究虚拟仿真教学方法等工作已经逐步开展。

五、结束语

虚拟仿真技术是当前高等教育的重要教学手段，虚拟仿真实验建设必将推动建环专业实验教学发展，如何与传统实验项目有机结合，设置合理的实践教学计划，开发创新性虚拟仿真实验项目，提高人才培养质量，将是近年来建环专业实验教学改革的重点内容。

参考文献：

[1]李平，毛昌杰.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.

[2]赵丽娜，贾永明.建筑环境与能源应用工程专业实验考核模式和方法的研究与探索[J].化工时刊，2015，29（3）：56-58.

[3]熊军，刘泽华，罗清海，等.工程应用能力的实验教学改革研究――以建筑环境与设备工程专业为例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.

[4]陈世强，张登春，于琦，等.建环专业测试技术实践教学环节研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.