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虚拟仿真解决方案范文第1篇
关键词：船舶；虚拟仿真技术；建造评估；应用
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0084-02
1 船舶虚拟仿真技术研究及应用现状
在船舶工业里面对虚拟仿真技术加以应用，能使敏捷造船、并行工程以及数字化造船得以实现，同时它也是我国传统造船模式转向现代化的重要环节之一。对虚拟仿真技术加以运用，在建造船舶之前，工程师可在虚拟环境下对船舶的建造过程进行仿真，从而改进和评价船舶的工艺与设计，这样便于指导船厂进行现场生产作业。在船舶行业里运用虚拟仿真技术，能使生产效率得到提升，降低生产成本，使建筑周期缩短，从而为我国船舶行业的发展奠定良好的基础。
船舶的建造评估和设计可以使先前工艺或前期设计导致的工程修改得以消除，进而对船舶企业的成本、质量以及生产效率产生直接的影响。现如今，许多国家正在开展以虚拟仿真评估和数字化描述相结合的船舶虚拟制造、设计仿真技术的应用研究，并且在船舶建造中也应用了多种仿真评估软件，而且其研制水平和效率还在近年来得到了大幅提升，包括我国在内的许多国家都正在寻求提升研制质量、节省研制费用、缩短研制时间的新方式。
挪威UD公司作为船舶设计的佼佼者，现如今，他们在对新船型进行设计时，全都会对三维模型加以利用，然后在虚拟环境下综合评价钻井船的设备布局、布置、外观等，分析虚拟船舶水动力，对虚拟评估进行分段划分，并仿真船舶的作业过程。
自20世纪90年代一来，我国开始对各种先进的仿真技术加以研究，并开展大规模系统仿真。但将虚拟仿真技术应用在海洋和船舶领域的起步还比较晚，现如今，其工作最主要集中在初步实施和理论研究的应用阶段，此外，国内的船舶研究所也开发有虚拟仿真的软件系统和硬件平台。
2 将虚拟仿真技术应用在船舶的建造评估中
此项技术通过对虚拟实体模型加以利用，来实现评估船舶建造过程的目的，包含船舶生产工艺规划、操作顺序验证、生产系统创建。它能支持船舶生产管理、机器人仿真、人机功效分析、作业时间测定、工艺规划与验证等的内容。
2.1 在建造前期的论证评估中运用
船舶建造的内容之一便是根据企业生产力布局要求以及实际能力，对船舶企业的经济、技术和发展条件加以研究，对船舶企业的发展方向和规模进行预测和论证，将企业建设技术经济指标拟定出来。在建造船舶的前期对生产规划进行论证评估是一项综合性非常强的工作，这个过程需要对企业多方面信息进行分析。此项技术可用于对当前企业环境、生产规模以及结构分布进行虚拟，并由设计人员在虚拟中模拟各种设想，经由分析信息数据库对各种设想利弊进行分析，同时对其可行性加以论证，这就包括环境影响、船型选择、生态保护、现状分析等工作。此项技术为船舶的建造前期论证提供了论证方式和技术手段。
2.2 在建造方案的设计评估中运用
船舶建造方案通过设计人员将各种想法不断形象法和概念法，同时用相应生产手段加以表达出来，这个过程需要对前后进行参照，在设计方案时，要求方案的初步设计和深入设计必须具有交互性。对虚拟仿真技术所具备的交互性和真实性特征加以利用，可用于对三维空间进行虚拟，从而使设计人员可以对他们的设计思想进行更精确的表达。例如，由中国船舶工业集团研究所开发出来的虚拟仿真评估系统。通过对不同总组方案的比较，将船舶的建造设计思维在虚拟环境里展现出来，让设计人员可直观的对其进行评析，通过对方案生产环境、结构布局的协调性进行观测并比较，可对设计思维进行修改完善。对虚拟三维空间加以利用，进而为生产方案在场地位置设计、动态调整、生产布局选择、结构调整等方面提供依据，从而使后续生产过程可以更为合理。
2.3 在生产方案的比较中运用
此技术所创建的环境为三维虚拟环境，它可对构建环境进行全方位展示，并且通过虚拟现状，让建造方案可以更加真实。此技术可以让建造方案在表现上突破原有平面、静态的模式，让建造人员的思想可以更形象和直观的呈现在操作者面前，使规划方案与操作者之间能有更强的交互性，从而对多人员多层次协调参与船舶的建造有利。
可通过许多途径来实现方案设计需要达到的目标，而这当中必不可少的一环便是方案比较。虚拟仿真技术为方案比较提供了一个更为有效和方便的应用工具。在进行方案比较时，可在船舶建造的虚拟系统中对生产方案加以直接使用，让设计方案可以在虚拟三维空间里得到体现。对试用不同的方案，并考察其对生产环境所形成的影响，对各生产要素不同的设想进行评价比较，并进行不同方案的实时切换，然后在同一建造序列和生产项目中感受不同的生产效果，从而对设计合理性加以判断。与此同时，还可运用技术手段量化分析比较方案中的具体指标，从而使船舶生产方案能更加合理。例如，运用SPD-V3.2设计软件虚拟布置机舱管路的结构方案。在评估方案的基础上，对机舱管路设计合理性以及工艺合理性进行验证，进而将设计中存在的缺陷找出，从而使生产现场返工率得以降低。
2.4 在建造过程中运用
在建造船舶时，对虚拟仿真评估技术加以利用，可以实现对船舶建造方案实施效果进行先期检验，也就是看其能否达到环境、生产的最佳综合效益，并在实施中不断选择和修改，最终帮助决策者来决定后续的生产方案。比如，可通过虚拟仿真技术将某虚拟方案和船舶生产实际相结合，进而将建造方案实施状况予以真实展现，从而使由于方案欠缺而造成的效益损失状况得以减少。此外，此技术还能对温度、噪音等不可见现象进行模拟，从而达到检测影响船舶生产各因素的目的。
3 船舶虚拟仿真的评估应用实现现存问题
①虚拟仿真技术标准化应用。作为船舶建造领域极为重要的技术，虚拟仿真技术一定要与建造技术规范、规定等相符。但由当前情况可知，因为船舶建造标准化问题尚未解决，为保障虚拟软件商的软件独立性，使得软件系统之间存在较差的兼容性，要想使仿真成果的协调和共享得以实现，就必须对仿真技术应用标准化问题加以研究。通过对同一设计平台的开发，使协同平台集成效率得到提升，从而在更大范围上实现信息的共享和设计的协同。
②改进建造设计技术。在传统船舶的设计中绝大部分平面结构图的表达方式为二维表达，最近几年开始引进三维技术，从而形成了三维与二维相结合的建造技术模式。但在我国，由于虚拟仿真技术欠缺完善化和标准化的仿真软件作为载体，假如能将生产技术改为规范化的三维表达和设计模式，将会对此技术在生产设计中的进一步应用有利。
③生产设计习惯与传统观念问题。因为此项技术尚且处在推广使用期，现如今设计人员对此技术的认识尚且不足，并且传统观念并未随着技术进步而有所改进。绝大部分船舶企业在此项技术上尚且停留在演示层次，并未认识到此项技术的深层效用。此外，由于传统设计习惯对新方法的使用形成了一定制约作用，要想在短时间内改变此种设计习惯还有一定难度。对此技术进行及时的开发利用，对此技术的三维平台设计平台加以搭建，将对培养设计人员普及性有利。
④虚拟仿真技术有待完善。因为此项技术自身存在一定局限性，使得此技术在船舶设计某些场合中的应用尚且存在一定难度。比如，对建造方案在构思期的表达模糊性问题以及修改实时性问题，建立标准化的指标评价体系统、建立预测分析模型等问题上依旧存在一定的技术障碍。
⑤船舶行业中虚拟仿真技术应用效果不显著。此项技术的开发需要投入大量资金和尖端设备。尽管此项技术在研究船舶生产作业形式和建造方案上属于高科技手段，但由于开发此项软件产品的价格确实相当昂贵，并且其系统兼容性也比较差，现如今，国内对此系统的应用还多半依赖于进口提供，因为目前我国的科研院无法对相关设备进行全面配置，在各高校也无法运用多系统来实现学员的全面培训，导致此项技术在船舶行业中并不能取得很好的应用效果，这也是实现此项技术在船舶设计中应用的一个难点。
要想使上述问题得到解决，极为重要的一点便是全面应用此项技术，在软件开发公司的作用下，开发具有普及型的仿真技术软件是非常必要的，同时需要科研院和相关院校合作，对此项技术进行大规模的培训。
4 结 语
因为在国内的船舶生产评估过程中应用虚拟仿真评估技术尚属起步阶段，并且在国外也并无标准应用模式可供借鉴，再加上国内造船现状有别于国外，此外，由于船舶虚拟仿真的评估技术是伴随船舶制造工艺以及技术的发展而发展起来的，所以，它的研究工作、虚拟维修、新工艺等许多方面还有待完善和改进。现如今，集成化仿真已经成为船舶制造的发展方向，此项技术的应用也已经成为船舶制造模式最为关键性的技术，并且已经变成船舶制造能力得到提升的手段之一，此外，在船舶企业中应用此项技术，将会为企业进一步的发展提供技术支撑。
参考文献：
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[4] 杨润党，范秀敏，王文荣.虚拟仿真技术在船舶建造过程中的研究与应用[J].舰船科学技术，2008，（1）.
虚拟仿真解决方案范文第2篇
关键词:实践教学;虚拟仿真;平台建设
1虚实结合的实践教学的需求
实习实训在过程装备与控制工程专业教学体系中是一个非常重要的教学环节。通过认识实习可以使学生更加全面的了解专业是什么能做什么，从而激发学生对专业的学习热情。生产实习则可以培养学生理论联系实践，从问题的界定、分析和解决的能力的综合素养。然而，传统的实践教学仅仅是安排学生到企业进行实习，是一种相对单一的认知过程［1］。过程装备与控制工程专业(以下简称过控专业)的实践教学一直在提倡到实际生产线上去进行。然而，现代过程企业多是系统集成化程度高，工位操作复杂且安全责任相对较大。同时，现在的在校大学生的实际经验欠缺、操作不够熟练，这就导致了在实际生产的接触过程中具有较大的安全隐患的。即使通过专业和企业的努力可以顶岗实习，往往也是"师傅带、学生看、动手看天气"基础性工作［2］。因此，在传统的实践教学活动的开展过程变成了走过场的教学活动。随着计算机数字模拟信息技术、无线互联网技术和物联网技术的推广和逐步走入人们的日常生活，半实物沙盘和数字化全息模拟技术已可以将传统过程装置包括外观、功能及工控在内的大部分硬件功能实现了数字化和虚拟化，并可以深度整合一个综合的实践教学平台。这为教学水平的提高，实践教学安全性的提升、工作效率充分利用带来可能，并使合作企业更易于接受学生进行“真正”的顶岗实习。
2虚实结合的实践教学平台的建设与教学开展
虚实结合的实践教学平台并不是替代传统实践教学模式，而是将传统实践教学模式中一些无法直接进行的教学知识点以虚拟现实的形式展现为教学创造条件从而丰富实践教学内容，实现更深层次的教学体验。
2．1虚实结合的实践教学平台的建设
以郑州轻工业大学能源与动力工程学院过程装备与控制工程的四塔精制工艺及装备仿真实训平台建设为例。过控专业与某甲醇生产企业合作共同进行虚拟化建设，依据实习企业真实的工艺过程，运用灵境仿真技术，结合现场生产装置、阀门仪表及DCS控制系统进行数字化重组构建高度真实的生产工艺过程，形成了“半实物沙盘”、“3D计算机仿真”、“线上实习实践”等几个虚拟仿真教学模块，为“半实物仿真沙盘－3D计算机仿真－线上实习实践－企业顶岗实习”的虚实结合实践教学的开展提供了坚实的物质基础。(1)半实物仿真沙盘:半实物仿真沙盘采用比例缩小的实物工厂模型，使学生初步了解四塔精制厂区布置及装备安置情况，对相关知识点有感性认识。(2)3D人工环境系统:3D人工环境系统为学生提供3D漫游动画和厂区3D空间的虚拟世界。3D漫游动画以第一人称为视角介绍整个厂区，以生产物料的流动为线索来展现工段的工艺，使学生对于厂区的工艺进行更加深入的了解。厂区3D空间的虚拟世界则提供了类似于游戏的3D操作界面，它以游戏关卡的形式制造出一种“打怪升级”的自主学习环境，使学习者通过与人工环境之间的互动在不知不觉中获取知识、技能的一种学习方式。(3)仿真控制系统:虚拟仿真系统提供了DCS控制系统和SIS控制系统相结合人机交互界面，通过对界面上的DCS控制系统和SIS控制系统进行操作，可以对虚拟仿真系统的工况进行干预。(4)化工单元操作系统:虚拟仿真系统提供了与过程工艺相关的化工原理虚拟实现来帮助学生理解每一部分工艺流程的原理和熟悉化工单元基本操作，这些工况包括:精馏塔单元实验操作、填料塔吸收单元实验操作和离子泵串并联实验操作等。(5)装备知识库:装备知识库包含了流程内动静设备的结构解析、设备工作原理以及安全操作和管理的相关知识和化工安全设施的相关知识。学生查阅可以通过虚拟仿真系统内超链接的形式与虚拟仿真系统相关联，它也可以在半仿真沙盘中扫描相应的二维码查阅相关动静设备知识。(6)量化考核系统:仿真考核系统分为学习时长、操作正确性、工程问题的解决方案等几种分别从不同角度考核学生对相关知识点、设备控制要点和事故处理程度的理解掌握情况。
2．2虚实结合的实践教学开展
实践教学的开展通过课前自主预习、问题导向教学、量化考核和企业实践等四个环节完成。
2．2．1课前自主预习课前自主预习是实训开始之前的重要环节，在此环节，学生通过学习实习大纲教学要求中相关实习知识点、相关基础背景知识、半实物仿真沙盘以及线上学习，能够具像地熟悉和了解精制工艺流程及原理和工作参数，了解相关操作要点重点难点，对实习实训要求既有宏观认知又有对具体单元步骤有较清晰的了解和认识，以期提高后续环节的学习效率和效果;预习环节提出有相关要求，完成预习的相关实习报告等材料，考核合格后进行课堂教学和实践环节。
2．2．2问题导向教学问题导向教学过程中通过采取提出问题、解决问题、讨论解决方案和完成工况练习等手段，让学生获得系统的综合的演练，加强其对基本理论和工艺流程的认识和理解，建立过程的概念，加深对过程规律理解，促进对实际问题的界定、分析和解决的能力的培养。教学过程中，学生根据自愿形成若干小组，以问题为导向，学生进行分组式或独立式的研究、讨论、交流，通过查阅相关书籍、素材、资料等自行进行反复分析研究，教师启发学生逐步深入地研究、讨论相关问题并利用相关知识、方法探索解决一些问题并形成解决方案，促使其思考相关较深层次的实际复杂工程问题。并在反复讨论和研究过程中，学生更好的掌握相关实习知识点、相关基础和背景知识，理解相关操作要点重点难点。
2．2．3量化考核完成前两步学习活动后，需要对知识和技能的掌握情况进行考核。这也是促进学生再次进行自主查缺补漏的一种教学手段。量化考核主要围绕实验预习完成情况及问题回答等内容和仿真系统工况控制进行量化考核。
2．2．4企业实践在量化考核合格后，学生进入相关合作企业，在企业导师带领下进行现场实习。同时，结合自由和开放的线上学习促使学生查缺补漏并理解和掌握相关知识点。
虚拟仿真解决方案范文第3篇
1虚拟仿真项目教学模式制定
船舶修造类岗位虚拟仿真项目教学模式如图1所示。安全教育培训教学模式分成项目导入、任务分解、体验训练、指导评价、优化改进五个阶段，将培训内容项目化。培训教师对学员进行分组并将培训项目引入教学环节。学员通过自主学习做出任务计划，在计算机模拟虚拟仿真环境或安全实训场地中进行体验训练完成项目。教师对学员项目实施过程进行指导和评估，提出改进意见。学员再根据教师的指导加以改进训练，将“教、学、做”融合为一体，形成PDCA循环并持续改进，最终完成培训教学任务。虚拟仿真项目教学模式从船舶修造类企业职业岗位安全培训需求出发，根据岗位工作任务和工作过程设置培训项目，使学员将专业知识和生产实际相结合，在虚拟仿真环境中切实参与到培训活动过程中，提高学员学习兴趣和动手、动脑的能力，在训练过程中锻炼分析问题、解决问题的能力。将学放在教之前体现了以学员为主体、教师为主导的教育思想。
2虚拟仿真项目教学模式实施
2．1项目导入
在项目导入阶段体现教师主导地位，对培训教师的要求较高。培训教师要在对学员培训需求分析的基础上导入培训项目，针对船舶修造类岗位通过三维动画设置虚拟事故案例场景，依据相关安全生产法律、法规、标准、规范的要求提出项目总体目标和要解决的问题，介绍解决问题的方法步骤和所用知识点，指出体验训练时应注意的问题和项目完成评价标准。根据培训人数将培训学员进行分组，以5－8人为一组，小组成员讨论分工合作完成培训项目，以小组为单位提交培训项目完成结果。
2．2任务分解
在任务分解阶段以学员为主体，根据培训教师的分组成立项目小组。小组可自行设置项目负责人将整个项目进行任务分解。小组成员通过自主学习获取项目所需知识并分工协作。每位学员发挥“头脑风暴”参与讨论解决方案，为体验训练做好准备。
2．3体验训练
体验训练阶段是整个项目的关键阶段。学员在虚拟仿真环境中模拟完成船舶修造类岗位工作任务。虚拟仿真环境通过3DMAX建立作业人员、船舶设备和作业环境物理模型，在Unity3D开发平台上模拟船舶修造过程，让培训学员在虚拟船厂系统中能够身临其境漫游并与场景互动，按照工作安全性分析(JSA)方法合理安排工作步骤，辨识出作业过程中的危险有害因素，分析出人的不安全行为和设备的不安全状态，针对作业危险性提出有效的安全管理措施。在体验训练过程中培训教师对学员提出的问题给予指导。体验训练虚拟仿真场景如图2所示。
2．4指导评价
在指导评价阶段培训学员进行小组完成结果展示，并与各小组完成情况进行比较进行自评，培训教师根据评价标准对项目各小组完成情况进行评分，指出各小组项目完成过程中存在的问题，提出改进意见，指导学员进一步训练优化培训效果。
2．5优化改进
在优化改进阶段培训学员根据评价结果，在虚拟仿真环境中继续完善体验训练步骤和方法，将理论知识和工作实际相结合，掌握培训内容、熟练工作流程，不断提高培训效果并持续改进。
3虚拟仿真项目教学模式应用特点
虚拟仿真项目教学模式利用虚拟仿真技术建立虚拟仿真环境，通过项目导入、任务分解、体验训练、指导评价、优化改进五个阶段实现教、学、做一体化，完成安全教育培训任务，在实际应用中具有以下特点:虚拟仿真项目教学模式实现了教、学、做一体化。与传统培训模式相比，学员参与培训的程度更高，体现了培训学员的主体地位，激发学员学习兴趣。学员通过自主学习获取解决问题的方法来完成培训任务，通过岗位体验训练增强动脑思考和动手操作能力，获取岗位安全知识、提高岗位安全技能。虚拟仿真项目教学模式安全性更高。与实操训练和工作现场相比较，学员在虚拟仿真环境下完成岗位训练任务可以避免事故发生，也可避免因现场存在的危险有害因素的干扰而发生操作失误，在保证安全的前提下集中精力完成训练。虚拟仿真项目教学模式可节约教学成本、灵活高效。虚拟仿真环境开发后可根据训练内容增加训练场景，不受场地限制并可重复训练，无需购置大量实训教学设备，大大节约教学成本。
4虚拟仿真项目教学模式对培训教师的主导地位要求更高
在安全教育培训中培训教师要对培训项目有总体把握，导入培训项目并引导学生自主学习，在体验训练阶段给予指导，对学员训练结果进行评估并提出改进措施。利用3DMAX和Unity3D开发虚拟仿真教学环境进行虚拟仿真项目教学需要培训教师编写相应的培训教材和培训课件，对培训内容进行任务化和项目化，然后根据虚拟仿真训练项目的内容和预计完成时间来编写培训计划和培训大纲，并在实施过程中进行适当调整。培训学员可在单机版的虚拟仿真环境中进行交互训练，大大提高培训效率，可在短时间内达到预期的培训效果，从而缩短整个培训时间。采用虚拟仿真项目教学模式进行安全教育培训在技术上是可行的。虚拟仿真项目教学模式使岗位安全理论知识和实际工作相结合体现了岗位安全教育培训的特点，通过教、学、做一体化的训练模式提高学员安全技能和安全培训效果。但不能否定实操训练和现场体验训练在安全教育培训中的优势，在实际安全教育培训工作中要注意虚实结合，发挥各自的优势提高培训效果。
5结论
虚拟仿真解决方案范文第4篇
【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。
虚拟仿真解决方案范文第5篇
【关键词】虚拟现实;虚拟教学系统;建模
一、引言
虚拟现实技术（VR）是一门快速崛起的新型技术，它的出现对教育产生了深远的影响，改变了以往的一些教学观念和教学模式，开拓了现行教学手段的发展空间，为教学的创新提供了广阔的空间[1]。使我们教学工作和科研可以遵循“低成本、高性能”的原则，从软件、硬件上展开，逐步实现教学系统的动态环境建模技术、实时三维图形生成和显示技术以及三维交互系统的研制。
二、虚拟现实技术应用于教学科研的实现方法
首先利用现有的软硬件、网络环境和教学资源，包括各种相关技术专家和开发人员。本着自主研发和合作相结合的方向，完成各类医学和生物学教学场景虚拟实现和模型建立，从而完成相应的模型数据库的建设，根据不同的教学目标、科研方向和需求，逐步完善各学科教学课件的整合工作，包括医学诊治方案和试验场景再现的制作和标准化工作[2]。以期达到最佳的教学效果和目的。医学与其它学科不同，针对的对像是复杂的人体。因此其操作回馈，除去视觉之外，目前还没有太好的解决方案。即使在国外，亦没有多少可以借鉴的案例，要摸索的东西多。针对这些问题，最好的解决的方案是立足现有条件，从实际使用的可能性出发，制作不必求全求大，针对教学中的问题，用VR系统实现作精、作透。对于能够模拟的，尽量模拟，无法模拟的，则想办法模仿。虚拟教学系统应遵循合理整合现有软硬件资源，本着实用性，高效性，前瞻性的原则进行开发和研究。
1.利用虚拟现实技术，对学生进行技能训练。
虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，并全身心地投入到该学习环境中去，以达到动作技能类教学目标要求。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，如手术仿真，影像系统仿真，电子病历模拟等各种职业技能的训练[3]。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。如学生利用虚拟教学系统做实验，先阅读实验指导书的实验说明和操作步骤，然后观察虚拟教学系统中的演示实验，再与模拟实验的多媒体课件进行交互“操作”，控制实验条件，采集实验数据，论证实验原理和规律，写出实验报告，分析实验结果。学生在实验过程中或实验结束后，随时可以由网上老师或计算机智能系统进行跟踪与纠错。
2.借助网络的虚拟化实现辅助教学。
随着虚拟现实技术以及网络技术的日益发展，借助于网络的虚拟化进行辅助教学，将是未来教育占据主导地位的一种全新教学方法、方式。建构主义主张学习情境和实际情境相结合，因为实际情境具有丰富性和生动性等特点，这对于学生高级认知能力的发展有促进作用。然而计算机教学的内容，特别是实践教学因场所等限制不是每时每刻都可以进行，它有空间和时间等因素的限制。而虚拟现实技术可以打破时空的限制，为学生提供一种可在课堂和实验室中就能找到的虚拟实现，还可以再现特定的环境。
3.构建虚拟现实的教学平台。
本研究结合虚拟现实和互联网技术，利用计算机教研室现有600台微机和6台服务器、创建.NET平台，在B/S架构上逐步开发出适合进行智能型的、交互式、分布式、图文并茂的教学软件，并通过互联网传输逼真的教学和学习环境。
4.虚拟现实技术在远程教学中的应用
在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行[4]。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。
图1 模块框架
三、虚拟教学系统实现的重点和难点
虚拟现实应用于教学中具有“减少实验经费开销”、“突破时空限制”等优点。在此基础上比较当前实现虚拟现实的几种解决方案，本项目并最终选择基于Flex的虚拟现实技术这一解决方案：利用3DS MAX进行建模、通过MXML+Action Script语言实现旋转、放缩等，并对该解决方案中的技术特性、方案可行性及应用于教学中的优势进行剖析;最后，借助软件工程的开发思想（准备阶段、分析阶段、设计阶段、开发阶段和实施阶段），设计出一个虚拟教学系统，并结合结构学的应用案例对该系统的部分功能进行开发，为虚拟教学系统建设提供一个新的开发途径和模式[5]。如对研究实体，通过3D MAX完成场景建模，再由VRML创建的三维虚拟现实场景，使学生通过网络就可以直接浏览并交互。模块框架如图1所示。
具体技术路线为：
1.在.NET环境和B/S架构上建立教学虚拟现实系统平台。
2.从计算机虚拟教学课件着手，到逐步实现不同学科的虚拟实现的过度。其中包括国家精品课程教学课件的声、图和影像的多维虚拟实现（其中包括医学影像，电子病历，LIS，HIS，RIS等。
3.逐步实现临床诊疗（虚拟手术，仿真影响神经元信号传导的因素等）的网络虚拟教学和远程仿真实现。
4.整合人工智能、仿真技术、图形技术、显示技术、传感技术、网络等多种技术于一体[6]。通过硬件设备，计算机和网络技术的运用，实现听觉、视觉、嗅觉等多维信息通道获取信息的高级用户界面，从而为数字化教学的构想提供保证，填补一些国内在虚拟教学领域的空白，培养教研室科研队伍。
四、小结
虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。而借助于虚拟现实技术，创建一个与现实社会逼真的虚拟学习环境，在这个学习环境中，知识以可视化的方式呈现，学习者可以进行自主学习，以自然的方式与学习内容交互，就是本研究的目的。
参考文献
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