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虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】虛擬操作；數(shù)控車床；Virtools

一、引言

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已在煤礦[1-2]、石油等領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用。虛擬機(jī)床是隨著虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展而提出的一個(gè)新研究領(lǐng)域，運(yùn)用三維虛擬交互技術(shù)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆裝與仿真是虛擬機(jī)床系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它能全方位表達(dá)和展示機(jī)床結(jié)構(gòu)及其工作原理。本文首先對(duì)虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)流程進(jìn)行了闡述，給出了系統(tǒng)的技術(shù)路線和開發(fā)環(huán)境，從構(gòu)建機(jī)床三維模型和管理模型數(shù)據(jù)、人機(jī)交互原理與實(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制與實(shí)現(xiàn)、碰撞檢測(cè)等方面對(duì)拆裝與仿真系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)研究。最后在Virtools環(huán)境下完成了數(shù)控車床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的虛擬拆裝與仿真系統(tǒng)，效果良好。

二、系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)與技術(shù)流程

系統(tǒng)開發(fā)在WindowsXP平臺(tái)下進(jìn)行，運(yùn)用三維交互圖形軟件Virtools進(jìn)行虛擬拆裝的交互設(shè)計(jì)與仿真，利用VisualStudioC++編程工具進(jìn)行軟件系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)。系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

Virtools是法國(guó)達(dá)索公司開發(fā)的一套虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件[3]，該軟件具備豐富的互動(dòng)行為模塊，可以開發(fā)出許多不同用途的3D產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)游戲、多媒體、建筑設(shè)計(jì)、交互式電視、教育訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)品展示等。

仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程是：

（1）運(yùn)用三維建模軟件對(duì)機(jī)床內(nèi)部各結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模，然后通過數(shù)據(jù)優(yōu)化軟件對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行約減，將模型轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格的格式，再導(dǎo)入虛擬交互軟件Virtools中進(jìn)行交互拆裝開發(fā)。

（2）導(dǎo)入Virtools以后，需要對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，設(shè)置機(jī)床各部件的層次關(guān)系，將各個(gè)模塊分類進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)光照、材質(zhì)、紋理、行為模塊等數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類管理。為后續(xù)的程序開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)車床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拆裝腳本和順序，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制行為模塊對(duì)各部件進(jìn)行人機(jī)交互控制開發(fā)。在開發(fā)過程中，主要涉及運(yùn)動(dòng)控制、模型顯隱、動(dòng)畫控制、實(shí)時(shí)渲染等。

三、數(shù)控車床拆裝系統(tǒng)開發(fā)過程

1.三維模型的構(gòu)建與管理

數(shù)控車床三維模型的構(gòu)建是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，采用Pro/e三維建模軟件對(duì)CK6140數(shù)控車床進(jìn)行三維建模。將機(jī)床分為：X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)、六工位刀架、四工位刀架、尾座等幾個(gè)大部分。對(duì)這幾部分的各個(gè)零部件進(jìn)行詳細(xì)測(cè)繪與建模，形成裝配體。最后匯總進(jìn)行裝配，形成整裝配體。裝配體如圖2所示。為了提高渲染速度，降低模型數(shù)據(jù)量，需要對(duì)模型幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理[4]。

為了便于虛擬場(chǎng)景的管理和模型運(yùn)動(dòng)控制，需要對(duì)三維模型數(shù)據(jù)型層次管理，對(duì)機(jī)床各部件進(jìn)行父子級(jí)關(guān)系設(shè)置，對(duì)燈光位置、材質(zhì)和紋理映射、交互傳感器等資源進(jìn)行分類管理。如圖3所示。

2.人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)

在Virtools環(huán)境下，人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)過程是通過鼠標(biāo)、鍵盤或其他輸入設(shè)備首先發(fā)起一個(gè)交互事件，虛擬環(huán)境中的虛擬傳感器監(jiān)聽到事件后響應(yīng)的對(duì)應(yīng)事件，控制響應(yīng)的行為模塊動(dòng)作來響應(yīng)輸入事件，直到事件完成后再返回。在人機(jī)交互編程中，可以采用Virtools自帶的BB進(jìn)行行為編程，也可以用Script腳本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程，考慮交互過程中各個(gè)動(dòng)作之間是一個(gè)有序的緊密的銜接過程，在這里采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制來鏈接每個(gè)行為模塊。

任何一個(gè)模塊設(shè)計(jì)都需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在每個(gè)行為模塊中，模塊參數(shù)由名字（pName）、類型（pType）和數(shù)值（pvalue）三部分組成。輸入?yún)?shù)通過BB、BG或者paramOp頂部的小三角來表示。參數(shù)輸入特別是本地參數(shù)有一個(gè)源點(diǎn)，作為它的pValue。輸出參數(shù)通過BB，BG，或一個(gè)paramOp底部的小三角來表示。參數(shù)輸出能夠有一個(gè)或者更多個(gè)目的地，目的地在參數(shù)值改變時(shí)立即被更新。

行為模塊之間動(dòng)作的輸出和輸入端用直線相連接，這條連線稱之為bLink，bLink表達(dá)了模塊間的運(yùn)行順序。當(dāng)行為模塊被觸發(fā)激活時(shí)，就會(huì)執(zhí)行它的功能，顯示它的效果。行為模塊的輸入端接收以事件為基礎(chǔ)的訊號(hào)，負(fù)責(zé)觸發(fā)該行為模塊。當(dāng)行為模塊完成它所負(fù)責(zé)的任務(wù)后，就會(huì)輸出一個(gè)事件訊號(hào)，再作為另外一個(gè)行為模塊的輸入，觸發(fā)下一行為模塊進(jìn)行動(dòng)作，直到整個(gè)事件完成為止。圖4為鍵盤控制事件的行為模塊圖。

3.運(yùn)動(dòng)的控制

三維虛擬模型的實(shí)時(shí)控制是通過對(duì)機(jī)床部件的無干涉運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行分析后，確定各運(yùn)動(dòng)部件的自由度，再運(yùn)用位置控制模塊對(duì)三維虛擬模型的六個(gè)自由度來進(jìn)行控制。在虛擬環(huán)境中，將模型定義為X、Y、Z、H、P、R六個(gè)運(yùn)動(dòng)類型。其中XYZ分別表示選著XYZ移動(dòng)，HPR表示繞XYZ轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于模型之間存在關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的部件，系統(tǒng)采用矩陣換算和基于旋轉(zhuǎn)角度的方法來進(jìn)行求解運(yùn)算。系統(tǒng)采用Translate、Rotate、Script等行為模塊來進(jìn)行聯(lián)合編程開發(fā)。實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬零部件的拆裝控制。

在Virtools軟件平臺(tái)中，對(duì)物理進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的行為模塊BB主要有TranslateBB和RotateBB。其中TranslateBB有四個(gè)輸入?yún)?shù)，第一個(gè)參數(shù)Targete是目標(biāo)參數(shù)，用來指定該BB所要控制的物體，參數(shù)的類型是三維實(shí)體；第二個(gè)參數(shù)TranslateVector是三維向量參數(shù)，該參數(shù)有三個(gè)值，分別是X、Y、Z，三個(gè)值分別用來控制三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)矢量；第三個(gè)參數(shù)Referential是一個(gè)參考值，即在移動(dòng)時(shí)所參考的物體，因此也是一個(gè)三維實(shí)體類型的參數(shù)，第四個(gè)參數(shù)是一個(gè)用來設(shè)置是否在移動(dòng)時(shí)影響該物體的子級(jí)物體。

RotateBB有五個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)Targate為目標(biāo)參數(shù)用法與TranslateBB中的該參數(shù)相同；第二個(gè)參數(shù)AxisofRotation是一個(gè)三維向量參數(shù)，因此也有三個(gè)參數(shù)需要設(shè)置，分別是X、Y、Z，它們的作用是來控制物體將要繞著哪個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第三個(gè)參數(shù)是AngleOfRotation是一個(gè)角度參數(shù)，用來設(shè)置旋轉(zhuǎn)的角度，其他參數(shù)跟TranslateBB中的參數(shù)用法相同。

4.碰撞檢測(cè)

在虛擬環(huán)境中，由于人機(jī)交互和物體的運(yùn)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床各部件間經(jīng)常發(fā)生碰撞反應(yīng)。碰撞檢測(cè)是數(shù)控行為仿真中的一個(gè)難點(diǎn)，它需要具有實(shí)時(shí)性和精確性兩個(gè)特點(diǎn)。

本系統(tǒng)采用基于層次包圍盒的方法對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行碰撞檢測(cè)。借助一個(gè)耗費(fèi)函數(shù)來分析碰撞檢測(cè)算法的合理性[5]。

其中T是碰撞檢測(cè)的總耗費(fèi)時(shí)間。Nv是參與重疊測(cè)試的包圍盒的對(duì)數(shù)，Cv是為一對(duì)包圍盒做重疊測(cè)試的耗費(fèi)，Np是參與求交測(cè)試的幾何元的對(duì)數(shù)，Cp是為一對(duì)幾何元做求交測(cè)試的耗費(fèi)，Nu是物體運(yùn)動(dòng)后其包圍盒層次中需要修改的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Cu是修改一個(gè)結(jié)點(diǎn)的耗費(fèi)。

在Virtools軟件中，碰撞檢測(cè)模塊有三個(gè)模式：Automatic、BoudingBox和Faces。每個(gè)模式的碰撞檢測(cè)的精度不同，其中Automatic模式在碰撞檢測(cè)中各物體采用自身的精度；BoudingBox模式采用六面體的包圍盒；Face模式是在面與面之間進(jìn)行的碰撞檢測(cè)，這種精度最大。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

采用Pro/e進(jìn)行三維幾何建模和整體模型裝配，然后通過RightHemisphere進(jìn)行三維模型數(shù)據(jù)的分類管理，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過Virtools控件將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬環(huán)境中，運(yùn)用行為模塊對(duì)交互事件進(jìn)行編程開發(fā)，最后用VC++打包完成系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)界面如圖5所示，圖6為數(shù)控車床中四工位刀架的拆裝圖。

五、結(jié)束語

從機(jī)床三維建模與模型數(shù)據(jù)管理、人機(jī)交互與運(yùn)動(dòng)控制、碰撞檢測(cè)等方面對(duì)機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了闡述?；赩irtools開發(fā)的虛擬機(jī)床拆裝可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)，因此，也適合在網(wǎng)絡(luò)上傳播，系統(tǒng)可以全方位任意視角對(duì)機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示，可以人工進(jìn)行虛擬拆裝，非常適合于數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1]王長(zhǎng)平，張志強(qiáng)，張曉強(qiáng).基于Virtools 以及WinCC的采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)建[J].煤礦機(jī)械，2009，30（12）：202-204.

[2]張文磊，鄭曉雯，陳寶峰等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的液壓支架工作狀態(tài)研究[J].煤礦機(jī)械，2012，33（10）：72-74.

[3]徐英欣，楊建文，張安鵬.Virtools虛擬互動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)例解析[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文第2篇

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)仿真技術(shù)

所謂仿真就是建立系統(tǒng)的模型（數(shù)學(xué)模型、物理效應(yīng)模型或數(shù)學(xué)-物理效應(yīng)模型），并在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。這里的系統(tǒng)包括技術(shù)系統(tǒng)，如土木、機(jī)械、電子、水力、聲學(xué)、熱學(xué)等，也包括社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物和管理系統(tǒng)等非技術(shù)系統(tǒng)。仿真技術(shù)的實(shí)質(zhì)也就是進(jìn)行建模、實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)的。控制工程和系統(tǒng)工程的發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)出現(xiàn)及計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，則為仿真提供了強(qiáng)有力的手段和工具。因此，計(jì)算機(jī)仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

仿真技術(shù)得以發(fā)展的主要原因是它帶來了重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)仿真的應(yīng)用大致可分為：對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)采用仿真技術(shù)；對(duì)尚未有的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用仿真技術(shù)；在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用仿真模型作為觀測(cè)器，給用戶提供有關(guān)系統(tǒng)過去的、現(xiàn)在的、甚至是未來的信息，以便用戶實(shí)時(shí)作出正確的決策；

在系統(tǒng)運(yùn)行前，利用仿真模型作為預(yù)測(cè)器，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行起來后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計(jì)劃或決策；利用仿真模型作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練系統(tǒng)操縱人員或管理人員。在工程領(lǐng)域仿真技術(shù)可以降低系統(tǒng)的研制成本，可以提高系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和訓(xùn)練過程的安全。

一般認(rèn)為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統(tǒng)仿真技術(shù)中，一個(gè)仿真系統(tǒng)要首先建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計(jì)算機(jī)處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統(tǒng)二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應(yīng)的程序。

仿真基本上是一種通過實(shí)驗(yàn)來求解的技術(shù)。通過仿真實(shí)驗(yàn)要了解系統(tǒng)中各變量之間的關(guān)系，要觀察系統(tǒng)模型變量變化的全過程，此外，為了對(duì)仿真模型進(jìn)行深入研究和結(jié)果優(yōu)化，還必須進(jìn)行多次運(yùn)行，系統(tǒng)優(yōu)化等工作，因此，良好的人機(jī)交互性是系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要特性。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境--虛擬環(huán)境，用戶投入這種環(huán)境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支，從而也大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在建筑、教育培訓(xùn)、醫(yī)療、軍事模擬、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，漸已成為21世紀(jì)廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托學(xué)科的高度綜合化；

（2）人的臨場(chǎng)化；

（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；

（4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對(duì)感官的刺激，對(duì)所需解決的問題有了清晰和直觀的認(rèn)識(shí)，從而，也使模型的建立和驗(yàn)證更加方便。

三、系統(tǒng)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

傳統(tǒng)的系統(tǒng)仿真技術(shù)很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對(duì)外界環(huán)境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、傳感技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬外界環(huán)境對(duì)人的感官刺激開始成為可能。事實(shí)證明，人類對(duì)于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真模型的建立和實(shí)驗(yàn)的模擬，使仿真的過程和結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)圖象化、可視化，使仿真的系統(tǒng)具有了三維、實(shí)時(shí)交互、屬性提取等特征，極大地促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更加具有生命力。

四、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來在機(jī)械、電子、水利、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

在結(jié)構(gòu)工程中，仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于如下幾個(gè)方面：

1．在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的反應(yīng)，其破壞特征和極限承載力是人們所關(guān)心的。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊，荷載及材料特性復(fù)雜時(shí)，人們往往求助于模型試驗(yàn)來測(cè)定其受力性能，但模型試驗(yàn)往往受到場(chǎng)地和設(shè)備的限制，只能做小比例模型試驗(yàn)，難以完全反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。若用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則可以進(jìn)行足尺寸的試驗(yàn)，還可以很方便地修改參數(shù)。此外，有些結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行直接試驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如建筑物及構(gòu)筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗(yàn)試驗(yàn)等只有采用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，分析才能大量進(jìn)行。又如在高速荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)很快，人們?cè)谡鎸?shí)試驗(yàn)中只能觀察到最終結(jié)果，而不能觀察試驗(yàn)的全過程。如果采用計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機(jī)理的研究。對(duì)于長(zhǎng)期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程，讓人們清楚地看到其過程。在運(yùn)用傳統(tǒng)的有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力的結(jié)果通常采用內(nèi)力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點(diǎn)力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點(diǎn)去觀察。還可以利用VR的交互性能，實(shí)時(shí)修改各種數(shù)據(jù)，以便對(duì)各種方案及結(jié)果進(jìn)行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。

2．在巖土工程中的應(yīng)用

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可把內(nèi)部過程展現(xiàn)出來，有很大實(shí)用價(jià)值。例如，地下工程開挖經(jīng)常會(huì)塌方冒項(xiàng)。根據(jù)地質(zhì)勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節(jié)理的走向密度，通過小型試驗(yàn)，可以確定巖體本身的力學(xué)性能及巖體夾層界面的力學(xué)特性、強(qiáng)度條件，并存入計(jì)算機(jī)中。

在數(shù)值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態(tài)下的性能與有限元相仿，而當(dāng)它失去平衡時(shí)，則在外力和重力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定等問題時(shí)，可以把節(jié)理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區(qū)域及范圍，這就為支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

3.防災(zāi)工程中的應(yīng)用

長(zhǎng)期以來，人類一直與洪水、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害進(jìn)行著堅(jiān)持不懈的斗爭(zhēng)。由于自然災(zāi)害的原型重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義。目前已有不少抗災(zāi)、防災(zāi)的模擬仿真系統(tǒng)制作成功，例如洪水泛濫淹沒區(qū)的洪水發(fā)展過程演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)先存儲(chǔ)了泛濫區(qū)的地形地貌和地物，有高程數(shù)據(jù)可確定等高線，只要輸入洪水標(biāo)準(zhǔn)(如百年一遇的洪水)及預(yù)定河堤決口位置，計(jì)算機(jī)就可根據(jù)水量、流速區(qū)域面積及高程數(shù)據(jù)算出不同時(shí)刻的淹沒地區(qū)，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢(shì)從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對(duì)防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時(shí)指導(dǎo)人員疏散是很有作用的。又如在火災(zāi)方面，對(duì)森林火災(zāi)的蔓延，建筑物中火災(zāi)的傳播均已開發(fā)出相應(yīng)的模擬仿真系統(tǒng)，這對(duì)消防工程起到了很好的指導(dǎo)作用。

4．在模擬施工過程中的應(yīng)用

建筑施工是復(fù)雜的大型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題，這就需要對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關(guān)系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的模擬?，F(xiàn)有的模擬只是對(duì)進(jìn)度計(jì)劃起到了一定作用，并沒有對(duì)施工過程起到真正的作用?；谝陨显?，需對(duì)施工過程建立合適的模型，以達(dá)到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運(yùn)輸澆筑系統(tǒng)的模擬仿真模型，是由運(yùn)輸子系統(tǒng)和澆注子系統(tǒng)構(gòu)成的，模型是按進(jìn)程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。

另外，仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域內(nèi)，還可應(yīng)用在建筑系統(tǒng)工程管理、建筑信息管理、建筑物及構(gòu)筑物的空氣流場(chǎng)、空氣品質(zhì)分析等方面。

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，有著大量繁重的基本建設(shè)任務(wù)，特別是在十五計(jì)劃綱要中，提出進(jìn)一步加強(qiáng)水利交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和西部大開發(fā)戰(zhàn)略。這一大好形勢(shì)，為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)的信息化和集成化，為結(jié)構(gòu)工程學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)之一，開創(chuàng)了結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的新紀(jì)元，其技術(shù)潛力巨大、應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

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（2）陳清來.建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想和發(fā)展.工程設(shè)計(jì)CAD及自動(dòng)化，1996年，（4）

（3）張躍、張叢哲。土木工程中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與展望，計(jì)算機(jī)世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.從可視化到視算一體化.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，1996（5）

（5）張叢哲、張躍.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù).計(jì)算機(jī)世界,1998，（5）D版：5。

虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文第3篇

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真技術(shù)；治安教學(xué)訓(xùn)練

應(yīng)用型人才是公安院校人才培養(yǎng)工作的目標(biāo)，而實(shí)踐能力是人才培養(yǎng)工作的重要內(nèi)容，治安課程是建立在治安專業(yè)理論基礎(chǔ)上的應(yīng)用性課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，治安專業(yè)在實(shí)踐能力訓(xùn)練中卻大量存在實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練中的高度危險(xiǎn)性以及不可及、不可逆的訓(xùn)練環(huán)境條件和內(nèi)容（比如處置、事故現(xiàn)場(chǎng)處置和暴力犯罪的處置、巡邏盤查等），這為發(fā)展治安學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了需求和空間。虛擬仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)、智能、傳感、圖像處理與模式識(shí)別、音響與語音處理、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)領(lǐng)域技術(shù)的綜合性技術(shù)。迅速發(fā)展的現(xiàn)代教育訓(xùn)練技術(shù)把虛擬仿真技術(shù)引入到了實(shí)踐性的教育訓(xùn)練中，使傳統(tǒng)的教育模式進(jìn)一步得到改變，也使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要用于公安院校治安專業(yè)學(xué)員和公安干警崗位能力訓(xùn)練，為公安院校創(chuàng)新開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供有效支持?；谔摂M仿真技術(shù)內(nèi)涵分析，探討治安課程虛擬仿真訓(xùn)練環(huán)境設(shè)計(jì)以及在治安教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)及相關(guān)技術(shù)

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)概念及特點(diǎn)解析

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，又稱靈境），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成融視覺、聽覺、觸覺等多位一體的虛擬環(huán)境，使用者利用匹配的設(shè)備以現(xiàn)實(shí)的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行自然交互，從而讓使用者會(huì)形成親臨真實(shí)環(huán)境的體驗(yàn)。虛擬環(huán)境指利用計(jì)算機(jī)建構(gòu)的有逼真色彩的立體幾何圖像，它既可以是某特定的真實(shí)環(huán)境，也可以是能夠滿足使用者需求的虛構(gòu)虛擬環(huán)境。匹配的設(shè)備指穿戴于使用者身上或置于使用環(huán)境中的傳感裝置。比如：頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備。自然交互是指用現(xiàn)實(shí)活動(dòng)方式對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的對(duì)象進(jìn)行互動(dòng)并得到實(shí)時(shí)反饋，如使用者運(yùn)動(dòng)等。虛擬現(xiàn)實(shí)具有的三個(gè)特點(diǎn)。

一是沉浸性。虛擬仿真技術(shù)的沉浸性是其在訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)最突出的特點(diǎn)，運(yùn)用該技術(shù)使受訓(xùn)者能全身心進(jìn)入到建構(gòu)的虛擬環(huán)境中，調(diào)動(dòng)其感覺器官達(dá)到同真實(shí)環(huán)境相似或相同的逼真程度，成為知識(shí)掌握、能力訓(xùn)練直接w驗(yàn)化的工具。這種逼真體驗(yàn)不是獲得的間接經(jīng)驗(yàn)，而是受訓(xùn)者在逼真模擬情境中通過自身的體驗(yàn)獲得的直接經(jīng)驗(yàn)，因此，利用虛擬仿真技術(shù)使受訓(xùn)者獲得的知識(shí)和能力效果最好的。

二是交互性。交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不同于其它媒體技術(shù)的重要特征，體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)的是一個(gè)開放的互動(dòng)性人機(jī)環(huán)境，利用先進(jìn)的人機(jī)接口，通過多樣受訓(xùn)者感覺通道的實(shí)時(shí)模擬交互，當(dāng)使用者做出如手控、語言命令等相應(yīng)的操作時(shí)，創(chuàng)設(shè)的情景里能具有相應(yīng)的回應(yīng)。因此，交互性是指使用者對(duì)創(chuàng)設(shè)的情景的可操作度和從情景里獲得到回應(yīng)的實(shí)時(shí)性。

三是構(gòu)想性。構(gòu)想性特征反映了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用具有無限寬廣的想象范圍，可拓展人的認(rèn)知廣度與深度，可任意構(gòu)想現(xiàn)實(shí)不存在或是發(fā)生可能性小的情景。

隨著虛擬仿真技術(shù)的在教育訓(xùn)練中的運(yùn)用，虛擬仿真技術(shù)的沉浸感、交互性、構(gòu)想性三屬性，提高了受訓(xùn)者的綜合能力培養(yǎng)效率。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建虛擬訓(xùn)練環(huán)境。三維建模技術(shù)需要CAD和視覺建模等技術(shù)的結(jié)合，以此提高數(shù)據(jù)獲取的效率，當(dāng)然在構(gòu)建虛擬環(huán)境中更多需要采用視覺建模技術(shù)。而對(duì)象物體的三維模型是三維模型建構(gòu)的基礎(chǔ)。在治安學(xué)針對(duì)治安管理中的虛擬三維訓(xùn)練環(huán)境建構(gòu)，通過建構(gòu)相應(yīng)的管理、處置環(huán)境圖庫，包括處置背景、場(chǎng)景、各種警用裝備和處置人員等，為使用者創(chuàng)造一種變化多樣、逼近真實(shí)的立體環(huán)境，使用者能夠有置身其中的臨場(chǎng)感覺。在訓(xùn)練中，可以采用綜合了照片、影像和現(xiàn)實(shí)街區(qū)數(shù)字地形數(shù)據(jù)等生成處置區(qū)域三維立體環(huán)境，以幾乎一致的三維環(huán)境來訓(xùn)練執(zhí)行處置任務(wù)的學(xué)員，可以提高執(zhí)行任務(wù)的效率。

2.交互技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)運(yùn)用的交互技術(shù)主要功能是對(duì)物體和各種輸入的處理。用戶要完成的任務(wù)通過仿真引擎輸送到虛擬空間，并計(jì)算完成動(dòng)作并呈現(xiàn)在虛擬環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互方式多樣，可以通過計(jì)算輸入設(shè)備，也可利用數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、三維探針、操作桿等交互技術(shù)等。比如：數(shù)據(jù)衣、手套可計(jì)算出身體、手的空間位置和狀態(tài)，關(guān)節(jié)的位置和方向可通過手指動(dòng)作以及各個(gè)部位傳感器來確定，為使用者提供真實(shí)的三維交互方式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境中物體的操作，數(shù)據(jù)手套是VR系統(tǒng)常用的交互設(shè)備。

3.傳感技術(shù)。傳感技術(shù)包括定位、跟蹤、感知反饋等技術(shù)。虛擬環(huán)境用戶的定位和跟蹤主要是通過空間傳感器來確定。跟蹤系統(tǒng)由發(fā)射和接收器、電子部件等構(gòu)成。比如，聲音跟蹤可以包括多個(gè)發(fā)射、接受和控制單元，它可以與其它設(shè)備相連，如，數(shù)據(jù)衣和手套等。視覺跟蹤技術(shù)是跟蹤投影在圖像投影平面不同時(shí)刻和不同位置上的光，確定跟蹤對(duì)象的空間動(dòng)靜狀態(tài)。感知反饋是使用者感知圖像、聲音、作用力等的過程。視覺反饋包括實(shí)體造型、光照模型、消影、紋理影射等內(nèi)容。立體視覺反饋顯示器可以使用者兩眼呈現(xiàn)視差的平面圖像合成并呈現(xiàn)立體視覺反饋。

4.計(jì)算處理技術(shù)。計(jì)算處理技術(shù)具有快計(jì)算、大儲(chǔ)存能力、強(qiáng)處理能力屬性，主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與預(yù)處理、實(shí)時(shí)仿真圖像生成與顯示、聲音合成、多維信息數(shù)據(jù)融合、轉(zhuǎn)換、壓縮以及數(shù)據(jù)庫的生成、模式識(shí)別以及信息檢測(cè)、合成和識(shí)別、分布式與并行計(jì)算等綜合性計(jì)算技術(shù)。可以說虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是以高性能計(jì)算技術(shù)為核心的創(chuàng)新科技，是系統(tǒng)性能強(qiáng)弱的根本。

二、虛擬治安管理訓(xùn)練模塊及環(huán)境設(shè)計(jì)

（一）虛擬治安管理主要訓(xùn)練模塊

虛擬治安管理訓(xùn)練模塊，采用虛擬現(xiàn)實(shí)三維仿真引擎進(jìn)行開發(fā)，主要模擬接處警、公共安全危機(jī)處置和消防仿真演練的各類場(chǎng)景、人物角色、工具設(shè)備和工作流程。以工作流程為主線，以交互的方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)訓(xùn)。主要開發(fā)以下實(shí)訓(xùn)模塊：一是接處警教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊。包括接警、處警、現(xiàn)場(chǎng)控制和現(xiàn)場(chǎng)制止違法犯罪行為等三維交互教學(xué)實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)。二是公共安全危機(jī)管理教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊。包括了群體性危機(jī)事件處置、恐怖襲擊危機(jī)事件處置、公共事故災(zāi)難危機(jī)事件處理等三維交互教學(xué)實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)。三是消防仿真應(yīng)急演練模塊。包括演練培訓(xùn)與考核、消防監(jiān)督檢查、消防裝備與滅火技術(shù)、火災(zāi)救援指揮等三維交互教學(xué)實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)、應(yīng)急疏散等三維交互教學(xué)實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)以及通過動(dòng)作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行交互演練的半實(shí)物實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

（二）虛擬治安管理訓(xùn)練環(huán)境設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與治安管理實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，可以產(chǎn)生虛擬治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境，這樣的仿真世界如同身臨其境，操作者能夠進(jìn)入該環(huán)境，直接參與該環(huán)境中事物的變化過程并能互動(dòng)。虛擬治安問題處理環(huán)境設(shè)計(jì)這是基于治安問題分析模型、治安問題處理等虛擬現(xiàn)實(shí)，是呈現(xiàn)治安管理及問題處理系統(tǒng)的三維空間和處理過程的虛擬仿真環(huán)境，訓(xùn)練者可以根據(jù)構(gòu)想和意愿去構(gòu)建完善治安管理及問題處理時(shí)空關(guān)系、分析和處置模型等，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)交互結(jié)果，通過循環(huán)性反饋結(jié)果獲取規(guī)律性認(rèn)識(shí)。

一個(gè)高效虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，都需要設(shè)計(jì)模型、處理數(shù)據(jù)、分析評(píng)估等程序。當(dāng)然，治安管理及相關(guān)問題處理虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也需要。根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三屬性及其之間關(guān)系，可以將治安管理及相關(guān)問題處理虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)訓(xùn)練看著為一個(gè)空間系統(tǒng)，由治安管理相關(guān)載體和物理?xiàng)l件所構(gòu)成。

通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境逼真模擬，首先要進(jìn)行治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境設(shè)計(jì)，即將治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境進(jìn)行數(shù)字處理，這種把環(huán)境建構(gòu)處理成符合治安管理及相關(guān)問題處理模擬訓(xùn)練要求的設(shè)計(jì)過程，就是治安管理環(huán)境的仿真設(shè)計(jì)。為了能夠真實(shí)模擬治安管理及相關(guān)問題處理過程，就需要經(jīng)過設(shè)計(jì)使用和驗(yàn)證過程，以保證模擬效果和質(zhì)量。

治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)處理和感知虛擬現(xiàn)實(shí)。通過治安管理及相關(guān)問題處理數(shù)據(jù)來識(shí)別虛擬環(huán)境，并將其模型化，也就是將虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)認(rèn)知虛擬環(huán)境模型。虛擬環(huán)境感知是以運(yùn)用虛擬環(huán)境影像、聲音等內(nèi)容呈現(xiàn)治安管理環(huán)境，訓(xùn)練者運(yùn)用操作系統(tǒng)體驗(yàn)感覺管理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況觀察、態(tài)勢(shì)走向把握以及決策輔助的目的，并評(píng)估和接受感知結(jié)果。治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)處理虛擬仿真為核心，由于模型驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息變化可通過虛擬環(huán)境感知轉(zhuǎn)遞到訓(xùn)練者，同時(shí)，人機(jī)交互也可改變數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。

建立虛擬治安管理環(huán)境需要現(xiàn)實(shí)調(diào)研獲得特征數(shù)據(jù)。特征數(shù)據(jù)擁有精確坐標(biāo)和特征編碼，用于表現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，比如建筑、道路、廣場(chǎng)等。對(duì)于虛擬三維環(huán)境設(shè)計(jì)，要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)生成街區(qū)等公共場(chǎng)所中的靜態(tài)以及運(yùn)動(dòng)物體，然后覆蓋紋理，生成虛擬場(chǎng)景。對(duì)于治安管理環(huán)境，可以用航拍照片和特征紋理的方法建模，紋理可以通過掃描用數(shù)字相機(jī)拍攝場(chǎng)景照片和手工繪制圖片生成，三維模型建立完成后，可以進(jìn)行特殊效果處理。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)在治安學(xué)中的應(yīng)用前景

高速發(fā)展的信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)與GIS技術(shù)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真，治安管理及問題處理訓(xùn)練仿真系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)和GIS技術(shù)的仿真系統(tǒng)。近年來，公安院校大力加強(qiáng)校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是公安院校實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的重要內(nèi)容，是公安實(shí)戰(zhàn)能力的重要基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)新的訓(xùn)練環(huán)境，將訓(xùn)練領(lǐng)域和結(jié)果接近真實(shí)的展示，使其沉浸于其中，激發(fā)訓(xùn)練創(chuàng)造性思維，這將學(xué)生技能提高到一個(gè)前所未有的水平，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也促進(jìn)治安學(xué)實(shí)踐教學(xué)的整體素質(zhì)和教育水平。

（一）學(xué)生的教育訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教育訓(xùn)練，將更能引起受教育者的興趣，提高教學(xué)訓(xùn)練效果。對(duì)治安學(xué)有關(guān)的教育訓(xùn)練，傳統(tǒng)的治安專業(yè)知識(shí)大都以教科書來呈現(xiàn)，通過講授以及借助于文字案例、有關(guān)的視頻等教學(xué)工具來實(shí)現(xiàn)，但如能借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就可以將直觀的綜合性治安信息搭建模型，利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能系統(tǒng)，讓受訓(xùn)者通過一次次足不出戶的虛擬經(jīng)歷就能置身于治安問題處理和能力訓(xùn)練。治安學(xué)虛擬仿真訓(xùn)練主要結(jié)合接處警、公共安全危機(jī)處置、公共場(chǎng)所治安防控、治安事故現(xiàn)場(chǎng)處置等，包括的內(nèi)容涵蓋人群管控、違法犯罪的現(xiàn)場(chǎng)制止、公共安全危機(jī)管理、治安秩序管控、應(yīng)急救援等教學(xué)訓(xùn)練模塊，每個(gè)模塊根據(jù)實(shí)際工作內(nèi)容的復(fù)雜程度和工作量的大小不同定制開發(fā)一個(gè)或多個(gè)虛擬三維仿真模擬場(chǎng)景，旨在盡可能真實(shí)的還原公共安全工作的真實(shí)環(huán)境和人物行為，讓參訓(xùn)者沉浸在高仿真的環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感觀體驗(yàn)，從而達(dá)到最佳的教學(xué)實(shí)訓(xùn)效果。目前，公安院校在處置訓(xùn)練上存在較多問題，由于受現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練條件限制，實(shí)訓(xùn)展開次數(shù)少，如果訓(xùn)練操作不當(dāng)還可能出現(xiàn)危險(xiǎn)，如果運(yùn)用仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬發(fā)生及處置全過程，可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練者在場(chǎng)景中沉浸，并能運(yùn)用多種方法控制現(xiàn)場(chǎng)、處置事態(tài)，觀察處置中的變化過程，可以讓處置訓(xùn)練者體驗(yàn)并學(xué)習(xí)到如何對(duì)各種處置環(huán)節(jié)和情形做出反應(yīng)，并且對(duì)處置結(jié)果進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)。

（二）研究者理論研究

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為治安學(xué)理論研究提供了特殊手段和方法，利用它可以為治安學(xué)理論進(jìn)行全過程研究，讓學(xué)者完全沉浸于計(jì)算機(jī)環(huán)境中的三維場(chǎng)景，充分表達(dá)學(xué)者構(gòu)想，并得到構(gòu)想形成的結(jié)果，獲得規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。特別是一些難以記憶、掌握的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成直觀性強(qiáng)三維圖形圖像，尋找各種治安現(xiàn)象之間的關(guān)系，更能理解和把握，達(dá)到研究目的。比如警察巡邏規(guī)劃和治安防控制w系建設(shè)研究。

（三）課程虛擬實(shí)驗(yàn)

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可創(chuàng)建一個(gè)基于計(jì)算機(jī)為核心的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行技能訓(xùn)練、虛擬實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境的演示物可擺脫實(shí)驗(yàn)室所需昂貴的器材，降低實(shí)驗(yàn)成本，而實(shí)驗(yàn)效果基本接近現(xiàn)實(shí)技能訓(xùn)練的教學(xué)效果。對(duì)于不具備現(xiàn)實(shí)條件開展訓(xùn)練的項(xiàng)目，也能在此環(huán)境實(shí)現(xiàn)。比如：對(duì)公共場(chǎng)所危爆物品處置，傳統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練主要依靠講授和視頻展開，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供體驗(yàn)公共場(chǎng)所危爆物品的處置現(xiàn)實(shí)環(huán)境，并將結(jié)果呈現(xiàn)以此檢驗(yàn)科學(xué)性、合理性。

（四）治安實(shí)踐應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文第4篇

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 軍需裝備 技術(shù)保障

軍需裝備技術(shù)保障是指為保持、恢復(fù)軍需裝備完好技術(shù)狀態(tài)和改善、提高軍需裝備性能，以便遂行作戰(zhàn)、訓(xùn)練、執(zhí)勤等的保障任務(wù)而采取的技術(shù)性措施及組織實(shí)施的相應(yīng)活動(dòng)的統(tǒng)稱。目前，我軍軍需裝備技術(shù)保障的信息化程度比較低，存在著成本高、訓(xùn)練不足、受場(chǎng)地和氣候條件限制多等問題，嚴(yán)重制約著軍需裝備保障力的生成與發(fā)揮。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，能夠生成實(shí)時(shí)的、具有三維信息的人工虛擬環(huán)境。演練者可以進(jìn)入其中，產(chǎn)生逼真的身臨其境感，并可以像在真實(shí)世界中一樣進(jìn)行實(shí)時(shí)操作和相互交流。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的軍需裝備技術(shù)保障系統(tǒng)不受場(chǎng)地、時(shí)間限制，運(yùn)行成本低廉，能夠有效地克服當(dāng)前軍需裝備技術(shù)保障中存在的問題，提高軍需裝備技術(shù)保障信息化水平，具有重大的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。

一、軍需裝備虛擬裝配

裝配是指在生產(chǎn)或維修作業(yè)中，按技術(shù)要求將零件組合成部件或?qū)⒘?、部件組合成裝備的過程。軍需裝備虛擬裝配是以計(jì)算機(jī)仿真和軍需裝備生命周期建模為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、并行工程、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)技術(shù)。它是在計(jì)算機(jī)上完成軍需裝備零、部件的實(shí)體設(shè)計(jì)造型，并在計(jì)算機(jī)輔助作用下完成裝配、干涉分析等多次協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)軍需裝備的三維設(shè)計(jì)過程與零、部件裝配過程的高度統(tǒng)一。軍需裝備虛擬裝配能縮短軍需裝備裝配過程，可廣泛應(yīng)用于軍需裝備的設(shè)計(jì)與開發(fā)、軍需裝備裝配任務(wù)的培訓(xùn)和軍需裝備裝配過程的演示，極大地改進(jìn)軍需裝備制造和維修過程。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能以直觀的方式直接考察裝配約束的施加過程、分析裝配約束對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的限制、檢查裝配過程中的動(dòng)態(tài)干涉，從而驗(yàn)證軍需裝備零部件的可裝配性；能在建模過程中識(shí)別裝配關(guān)系中的配合關(guān)系、裝配層次、裝配順序、裝配規(guī)則與裝配參數(shù)等，更完整地捕捉軍需裝備設(shè)計(jì)者的裝配設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，動(dòng)態(tài)地建立軍需裝備零件間的裝配關(guān)系；能夠結(jié)合物理仿真，實(shí)現(xiàn)裝配力與物理約束作用下零件的約束運(yùn)動(dòng)，使軍需裝備零件的約束運(yùn)動(dòng)更為直觀與自然，提供直觀、自然的軍需裝備裝配過程。

二、軍需裝備遠(yuǎn)程虛擬診斷

故障診斷是指為了確定故障原因以及如何防止其再次發(fā)生而收集和分析數(shù)據(jù)的過程。故障診斷的過程是一個(gè)信息采集、信息分析、信息處理和信息判斷的過程。軍需裝備遠(yuǎn)程虛擬診斷是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，感知、接收數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓收宪娦柩b備的信息，在軍需裝備虛擬樣機(jī)模型上對(duì)故障進(jìn)行虛擬再現(xiàn)，根據(jù)相關(guān)信息剖析故障原因，進(jìn)而對(duì)故障進(jìn)行判斷的過程。軍需裝備遠(yuǎn)程虛擬診斷系統(tǒng)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以使處于遠(yuǎn)程診斷服務(wù)器端的軍需裝備故障診斷專家直觀地看到待修軍需裝備的三維模型，從而能夠?qū)收嫌懈鼫?zhǔn)確的掌握，提高了診斷的直觀性和準(zhǔn)確性；可以充分驗(yàn)證"軟件就是儀器"的理論，最大限度地減少硬件的配置和對(duì)硬件的依賴，省去大量的硬件設(shè)備，大大降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本；可以建立整個(gè)軍需裝備系統(tǒng)的權(quán)威性的故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)開發(fā)；還可以建立"B2C"模式的軍需裝備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，使權(quán)威全面及時(shí)的軍需裝備遠(yuǎn)程故障診斷和維修系統(tǒng)成為全軍軍需裝備技術(shù)保障的強(qiáng)有力后方，軍需裝備現(xiàn)場(chǎng)用戶無論身在何處，都可以通過網(wǎng)絡(luò)連接到故障診斷中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，請(qǐng)求診斷服務(wù)，使軍需裝備的故障診斷方便靈活。

三、軍需裝備虛擬維修

維修是為使裝備保持、恢復(fù)或改善其規(guī)定技術(shù)狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)。維修是一個(gè)非常廣泛的修理概念，一般維修的直接目的是保持軍需裝備處在規(guī)定狀態(tài)，現(xiàn)代維修還擴(kuò)展到對(duì)裝備進(jìn)行局部改進(jìn)以改善裝備的性能。軍需裝備虛擬維修就是在虛擬環(huán)境下，操作者借助于外部設(shè)備對(duì)虛擬環(huán)境中的軍需裝備進(jìn)行維修的模擬。它突破了空間、時(shí)間的限制，可以實(shí)現(xiàn)逼真的軍需裝備故障維修操作，提取任何關(guān)于軍需裝備已有資料、狀態(tài)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)軍需裝備性能。軍需裝備虛擬維修是對(duì)軍需裝備進(jìn)行"虛擬"地維修，通過運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在維修過程實(shí)施以前，對(duì)待維修軍需裝備進(jìn)行檢測(cè)，判斷故障部位，制定和驗(yàn)證修理方案的合理性，以降低維修成本、縮短維修周期；可以對(duì)軍需裝備實(shí)際維修過程進(jìn)行建模，克服傳統(tǒng)建模和仿真技術(shù)主要針對(duì)特定軍需裝備的維修過程建立相應(yīng)的參數(shù)化數(shù)學(xué)模型難以模擬軍需裝備實(shí)際的維修過程和難以直觀地反映軍需裝備實(shí)際維修過程發(fā)生變化的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)軍需裝備實(shí)際維修過程進(jìn)行建模并進(jìn)行仿真，從而加深對(duì)軍需裝備維修過程和維修系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，促進(jìn)仿真與建模理論的發(fā)展；可使工程技術(shù)人員進(jìn)行維修性校驗(yàn)，安排維修計(jì)劃并驗(yàn)證結(jié)果，根據(jù)結(jié)果柔性地調(diào)整維修過程，極大地提高軍需裝備維修組織的柔性，降低維修資源和成本；能可靠地預(yù)測(cè)成本、風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度，使軍需裝備維修指揮員能直觀地評(píng)判各種維修方案的優(yōu)缺點(diǎn)，做出最優(yōu)的決策，從而提高決策水平；還可使技術(shù)人員分析驗(yàn)證軍需裝備的維修性來積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，維修管理人員嘗試各種不同的維修組織方案來積累管理經(jīng)驗(yàn)，維修人員對(duì)裝備的維修過程進(jìn)行演驗(yàn)而積累維修經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)軍需裝備技術(shù)保障的各類人才。

四、軍需裝備虛擬仿真訓(xùn)練

裝備虛擬仿真訓(xùn)練是虛擬仿真技術(shù)在裝備訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用，它是一種理想的訓(xùn)練和實(shí)踐系統(tǒng)。將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這兩類關(guān)鍵技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來創(chuàng)設(shè)逼真的訓(xùn)練環(huán)境，同時(shí)利用仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境下的實(shí)時(shí)仿真，能部分或完全實(shí)現(xiàn)實(shí)裝訓(xùn)練的效果。軍需裝備虛擬仿真訓(xùn)練具有安全、經(jīng)濟(jì)、可控、可多次重復(fù)、無風(fēng)險(xiǎn)、不受氣候條件和場(chǎng)地空間限制，既能常規(guī)操作，又能培訓(xùn)各種環(huán)境下的應(yīng)變能力以及訓(xùn)練的高效率、高效益等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于軍需裝備器材設(shè)備的演示、原理教學(xué)、操作訓(xùn)練和性能分析及排故訓(xùn)練。通過利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立高逼真度的軍需裝備模型和操作環(huán)境模型，構(gòu)建與真實(shí)環(huán)境完全一樣的訓(xùn)練環(huán)境，為學(xué)員親身感受軍需裝備和操作訓(xùn)練環(huán)境提供可能；可以對(duì)所要構(gòu)建的操作過程進(jìn)行深入分析，找出其內(nèi)在規(guī)律后建立符合其特征規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，通過仿真后臺(tái)引擎的支撐與虛擬場(chǎng)景中對(duì)象的交互，實(shí)現(xiàn)軍需裝備操作過程的客觀反映和軍需裝備運(yùn)行客觀規(guī)律在虛擬環(huán)境中的真實(shí)反映，達(dá)到貼近現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)仿真效果；還可將多媒體課件功能嵌入到輔助教學(xué)系統(tǒng)中，滿足軍需裝備原理教學(xué)、過程演示、內(nèi)部構(gòu)造關(guān)系、運(yùn)行規(guī)律分析等理論教學(xué)的需要，具備輔助教學(xué)訓(xùn)練功能，充分體現(xiàn)軍需裝備虛擬仿真訓(xùn)練的自主性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙經(jīng)成.虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].國(guó)防工業(yè)出版社.北京.2008（5）

虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)范文第5篇

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程；應(yīng)用

一、虛擬仿真技術(shù)的概述

虛擬仿真技術(shù)是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新的實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)，人類、戰(zhàn)略性技術(shù)。借助該技術(shù)可認(rèn)識(shí)和改造世界，因而它有望成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后又一虛擬仿真技術(shù)以多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬環(huán)境，如模擬器、仿真軟件、數(shù)學(xué)模型、仿真實(shí)驗(yàn)等。其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在我國(guó)高職院校的教學(xué)中廣泛應(yīng)用，已逐漸成為一種新的教學(xué)模式。

1.國(guó)內(nèi)外虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

目前，國(guó)外虛擬仿真軟件主要包括多功能電路模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)PSPICE、模擬和數(shù)字電路的Tina Pro、用于電路描述和仿真的語言與仿真軟件Circuit Maker、仿真單片機(jī)Proteus、Cisco路由器和自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及連接的Boson NetSim。在我國(guó)，北京郵電大學(xué)的電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心有“開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)”、Packet Trace軟件、北京航天大學(xué)的分布式虛擬環(huán)境、GMDSS模擬訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室、導(dǎo)航雷達(dá)模擬訓(xùn)練中心等。

2.虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的優(yōu)勢(shì)

通過實(shí)例操作演示非常抽象的概念，將抽象的網(wǎng)絡(luò)概念具體化、形象化，為學(xué)生提供逼真生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，加強(qiáng)老師與學(xué)生的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)雙向互動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性。通過仿真實(shí)例的展示，為學(xué)生創(chuàng)造更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的求知欲望，幫助學(xué)生充分吸收和掌握教學(xué)內(nèi)容，更能激發(fā)他們的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)和創(chuàng)造性思維。

二、虛擬仿真技術(shù)在高職院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的應(yīng)用

1.虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

目前，很多高職院校計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備與軟件更新滯后，教師無法正常地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，只能通過視頻和文字等輔助資料來補(bǔ)充實(shí)際實(shí)驗(yàn)的不足。虛擬化技術(shù)可以有效解決上述問題，通過虛擬多種不同的計(jì)算機(jī)環(huán)境，學(xué)生可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成服務(wù)器與終端機(jī)之間的切換，并能使用不同的操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序來開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了改善高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教學(xué)環(huán)境、提高教育教學(xué)實(shí)效的目標(biāo)。

2.虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，更新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

高職教師們利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)多用”，有利于順利開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程這一實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，學(xué)生可以通過精確地操作某些系統(tǒng)或者軟件，了解其運(yùn)行特征和過程，并以此進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，近距離觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，緩解了實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的難題

目前，在高職教育計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)訓(xùn)設(shè)備嚴(yán)重短缺，而虛擬仿真技術(shù)讓虛擬實(shí)驗(yàn)室成為現(xiàn)實(shí)，盡管不能從根本上替代實(shí)際上的物理設(shè)備，但是學(xué)生可在虛擬機(jī)上做所有的操作實(shí)驗(yàn)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)習(xí)更直觀，教學(xué)更真實(shí)，既保證了教學(xué)質(zhì)量，又促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，不僅解決了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備短缺的難題，又能更好地為高職教育培養(yǎng)更多的實(shí)用性人才助力。

三、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段的高職院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中仍存在著一些問題，將虛擬仿真技術(shù)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可有效解決學(xué)校設(shè)備和場(chǎng)所短缺等問題，使學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)解決分析實(shí)際問題的能力，為社會(huì)培養(yǎng)出高水平高素質(zhì)的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：