仿真技术的应用(6篇)
仿真技术的应用篇1
关键词：仿真技术；媒体素材；实践创新；应用研究
现代科学技术飞速发展，计算机技术也在激烈的竞争中不断改革创新。这样的技术现状对一些高等院校来说存在很大的挑战，教学要求在逐年提高，教学大纲在反复修改，这些都对教师的教学模式产生了影响。怎样做到将传统授课模式的内容更加形象化，让学生能够充分地提起对化学的兴趣，有目标的学习钻研是目前化工教学面临的最大难题。计算机仿真技术的出现，有针对性地缓解了这一僵局。仿真技术可以将现场的工作生产过程模拟还原，给学生带来一种真实的、身临其境的感觉，这种技术的应用大大调动了学生的积极性，充分提高了课堂教学质量。
一、仿真技术的特点
1.仿真技术为教学提供了媒体素材支持
传统的教学方式很多都是讲究理论的，学生在枯燥的教学中很可能会失去兴趣，一些重点和难点需要在实操和亲眼证实中才能真正领悟，这点是传统方式所力不能及的。利用计算机技术来表现仿真技术，可以使枯燥的理论知识更加生动形象化，它不仅能够激发学生的积极主动性，还可以提高课堂效率。仿真技术能够在教学中模拟化工生产过程，让学生亲眼见证实验的发生，整个教学过程都在有效的控制中，学生通过媒体影像技术认真观察时，教师可以在重点和难点的地方答疑解惑，及时有效地解决学生在学习过程中遇到的问题，这种互动教学的课堂模式对学生的知识掌握很有益处。
2.仿真技术在教学中理论联系实际
基础理论课的知识一般都是较为严谨的，需要用严密的逻辑思维来思考问题。相比较之下，化工作为工程科学，它所注重的都是一些实际问题的解决，而实际问题所涉及的复杂性，是要求学生能够把他们在平时基础理论课学习中一直沿用的思维方式和思维习惯进行转变，学会在错综复杂的影响因素中，通过自身周密地分析比较，抓住影响整体的关键因素，把复杂的问题进行合理简化，找到解决实际问题的正确途径。仿真技术在教学中能够很好地把书本的理论知识与实际操作联系起来，就拿仿真实验室来说，实验预习和操作都可以像专业生产实习的现场一样，学生通过对实验室内的仿真练习，逐渐熟悉操作过程，为之后真正实际的生产打好坚实的基础。
3.仿真技术为学生提供实践创新平台
学生对专业设备只有通过充分的了解之后才能更好地运用。对典型化工设备的结构、生产流程进行熟悉了解并能掌握它的基本操作是一个化工专业学生所要具备的基本功。仿真技术在教学中的应用给学生创造了一个轻松但不失严肃的学习氛围，它不仅可以锻炼学生自主探究、思考解决问题的能力，还能通过对仿真视频录像的观察研究，发现书本上所不能看到的现象。某一方面对于思维活跃的学生来说，这种方式能够很大程度上拓展他们的想象力和创新能力。仿真技术是模拟真实的场景，学生可以在这虚拟的场景里进行实际操作，大胆尝试心中所想，培养实践创新的能力。仿真实验室还能真实地了解可能因操作不当而引起的严重后果，学生可以对此进行总结分析，增强他们的操作安全意识。
二、仿真技术的应用
仿真技术模拟的工作过程与实际操作中的过程是完全一致的，它能够在教学中给学生一个更直观的认识。传统的化工原理实验如果因为操作不当，很可能会造成设备的故障、财产的损失，更严重的还可能会危及性命。而仿真技术是模拟真实的场景，学生如果在实际中操作不当，仿真技术系统会给出相应的提示，不会有安全事故发生。学生通过对系统屏幕上的不当分析，能够及时找出错误点，分析并解决问题，在这样一来一往的过程中，学生实际处理问题的能力也就不断加强了。仿真技术的应用，使教师在教学中由主宰者变为引导者，学生在接受知识中由被动者变为吸收者，教师与学生在良好的互动中一起探索并解决问题，大大改善了传统教学中存在的弊端，达到了双赢的结果。
仿真技术的出现是历史潮流发展的必然趋势，在教学中被应用的仿真技术因为它独有的生动形象性，所以它能够更好地被中专学生所接受。学生因为仿真技术不断提高了学习兴趣，它可谓是拉近理论与实践距离的桥梁，学生在边学边用、边用边学的过程中不断探索，解决问题的能力相较于之前已经大为改观了。同时，仿真技术可操作性强的特点在教学中被广泛运用，通过对情境的设置、设备的了解，以及仿真模拟素材的支持，教师和学生在实际操作中的技术也越来越成熟了。可以说，仿真技术是改善教学方式的有力工具，是提升教学质量的重要保障。
参考文献：
[1]邹春萍，王玉强.从企业需求出发，改革化工原理教学[J].广州化工，2008（4）：74-75.
[2]王振芳，张长桥，任晓红.化工原理教学中的工程特色教育[J].理工高教研究，2007（2）：98-99.
[3]李景鹤.化工原理课案例教学的探讨[J].高等教学研究，1995（2）：40-42.
仿真技术的应用篇2
【关键词】：城市规划；计算机仿真技术；静态渲染图；动画
【abstract】:withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,modernsocietygraduallyintotheinformationage,computertechnologyinallareasofapplicationinourcountryisbecomingmoreandmorewidely.Inrecentyears,computertechnologyandsimulationtechnology,combiningtoformakindofactivityanalysissystem,revealsthelawofmotionofthesystemdynamicprocessandthecomputersimulationtechnologyanditsapplicationinurbanplanninghasincreasinglybecomethehottopicofconcern.
【keywords】:urbanplanning;Thecomputersimulationtechnology;Staticrendering;Theanimation
中图分类号：TU984文献标识码：A文章编号：
仿真技术最早应用于高能武器、航海模拟以及航天器等军事方面。然而伴随国民经济的不断发展，这门技术迅速被推广应用到各个领域。尤其是在城市规划中，可以利用计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者有种处身虚拟环境的错觉，因此，可以更好地将周边环境与规划设计二者相互协调配合。
一、计算机仿真技术简介与原理
1、计算机仿真技术是一门通过专用软件来整合声音、动画以及图像的综合性信息技术。其实现过程是，首先将三维的现实物体或环境通过计算机仿真模拟成多维的表现形式，然后将此表现形式通过数字媒介传播给媒体浏览者。因此当媒体浏览者在观赏时就会产生一种身临其境的“虚拟”错觉【1】。
2、计算机仿真技术的实现包括建立模型、模型转换以及模型仿真实验三部分。建立模型是指建立一个容易被计算机处理并能反应所研究对象实质的数学模型。根据时间关系可以将系统的数学模型分为连续时间动态模型、离散时间动态模型、混合时间动态模型以及静态模型等。
所谓的模型转换是指利用适当的算法以及计算机语言将数学模型抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，而这种形式所表现的就是“仿真模型”的内容。
所谓的模型仿真实验是指按照预先设计的实验方案来运行被载入计算机中的仿真模型，从而得到一系列的仿真实验结果【2】。
二、城市规划中对计算机仿真技术的应用
计算机仿真技术在城市规划中的应用主要包括在静态渲染图、固定路线的动画、交互式动态的景观仿真、复杂的虚拟现实技术等。
1、静态渲染图在城市规划中的应用。静态渲染图的操作步骤是，首先，要给建筑物体建立一个三维几何模型；其次，对模型表面的材料质感加以设定，同时还要选定场景中合适的照明和采光等；最后，通过计算机在一个合适观察角度将三维几何模型渲染成单幅的静态图像，并将此静态图像显示在计算机显示器上或者直接打印出来。在静态渲染图形成的过程中，可以将所渲染的图形与现场拍摄的相片加以合成，或者在图形中添加一些不一定存在的花、草、树、人等图像，以便使得建筑和背景之间的关系表现的更加充分逼真。同时，对建筑物体建立三维几何模型时，还可以通过采取计算机辅助设计或辅助制图来配合工作，从而减少设计者的工作量。此外，由于静态渲染图的视点被加以固定，所以为了减少创建模型的工作量，设计者可以尽量省略或简化那些被遮挡而不可视的物体【3】。
2、固定路径的动画在城市规划中的应用。由于静态渲染图的视点被固定，所以在实际应用中只适合于表示一个或者几个建筑物体。而对于复杂多量的建筑物群，静态渲染图往往只能靠俯视来表达全景。依靠这种方法，显然不能将复杂的室内景观或者大范围的城市景观充分展现在人们面前。由此，人们选择将多幅静态渲染图同时串联在一起，使之在计算机荧屏上连续播放，就形成了一种计算机的动画模式。这种情境下，不仅可以让观察者在场景中有运动的感觉，还能让场景中的物体如车辆、水等也能够运动。与静态渲染图相比，在制作动画时，需要适当添加选择合适的视点以及设置合适的观察路径等。其原理是，首先通过计算机将关键的帧计算出来；然后以此关键帧作为基础，运用算法令中间的画面自动填补空缺，从而产生出动画数据；最后，根据得到的动画数据来播放动画画面。由于固定路径的动画涉及到结构比较复杂、数量比较大的建筑物群，因此建立三维几何模型的工作量同样也极其庞大，所以对于一些遮挡而不可见的物体同样也可忽略不计【4】。
3、交互式动态的仿真在城市规划中的应用。对于某些结构和空间过于复杂的建筑或城市景观，动画和观察路径已经不能够加以完整表达。这时，人们可以应用交互式实时动态的景观仿真技术来完成目标。交互是指观察者能够任意灵活调整并控制所观察的视点、方向以及位置等。而实时动态是指计算机能够依照观察者任意选择的视角以及位置而立即生出渲染图。采用交互式动态仿真技术，其中观察者的自由度要远远大于动画，因此，需要向计算机中输入大量的物体，在无形中就加大了建立集合模型的工作量，并使得计算机的计算量以及图形数据处理量呈几何倍增。所以，动态交互式仿真技术一方面对计算机硬件性能的要求非常高，另一方面还需要大量的几何形体输入。
目前简化三维几何模型、降低计算量和建模工作量来实现交互式动态仿真效果的方式主要有纵向拉伸和基于图像的环视仿真两种【5】。
纵向拉升，又被称为二维半或者准三维模型，它是将复杂的地形进行纵向拉升或者把建筑的平面图转化成立体体块并保证其垂直方向不变。通过这种三维的简化模型，只需采用建筑物的平面图及其相应高度或者复杂地面若干关键点的三维坐标，就可以让计算机软件依据已知数据自发生成立体简化几何模型，并且可以保证其仿真效果与全三维模型相同。
基于图像的环视仿真是指，基于某一固定点，对其周围的景观环绕360°加以摄影，并将这些不连续的图像用计算机整合在一起，形成一个闭合的360°全景，最后通过荧屏显示出来。设计时，可以先将所要设计的建筑或物体制成一个静态渲染图，然后将其嵌入所摄的图像之内，便可实现场景与规划和设计的建筑或物体相互融合。
4、复杂的虚拟现实仿真在城市规划中的应用。在实现交互式动态仿真时，人依靠鼠标或者操纵杆来完成观察角度、位置以及方向的调整。这里还有许多种控制观察的方法来提高观察者与景观两者间的交互性，如可以让观察者戴上过滤眼镜观察水平方向两相邻视点的图像，还可以让观察者戴上传感头盔来感应改变观察视觉角度而产生的渲染图，或者可以让观察者戴上传感手套来向计算机传达设计指令，亦或者可以让观察者穿上传感鞋来实现人在场景中步行的模拟等等。
三、城市规划中对计算机仿真技术应用的意义
1、在城市规划中应用计算机仿真技术，能够使方案设计及审批效率得到提高。通过在城市规划中应用计算机仿真技术，可以让设计者在审查过程中通过模拟穿行和观察计划方案，随时将视点停留在重点地段，对该方案以及周围环境间的关系进行多方向探讨审查，从而保证设计的合理性。同时，利用计算机仿真技术生成三维几何模型，符合方案规划审批的要求，大大提高了审批的效率。
2、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以从多角度对城市建设发展的问题加以分析。利用仿真技术，可以结合城市发展建设的现状，对城市的不同地区以及不同发展阶段加以合理的规划和设计，并形成跟踪模型，从而避免由于规划失误而造成的城市建设的缺憾【6】。
3、在城市规划中应用计算机仿真技术，可以有效实现城市规划信息的准确定位和管理公开。利用计算机仿真技术实现城市规划的三维几何模型，可以有效对城市空间信息加以分析，并对城市管理工作加以准确定位。同时，还能将这种规划的三维几何模型到网上，实现城市规划政务工作的公开展示。
结束语：通过在城市规划中应用静态渲染图、固定路径的动画、交互式动态的仿真以及复杂的虚拟现实仿真等计算机仿真技术，创建城市真实数字化模型的三维可视环境，令设计者身临其境，从而很大一定程度提高了设计审批的效率，同时还可以从多角度对城市建设发展方向加以分析，并能实现城市规划的政务公开，从而起到宣传展示规划方案的效果。
参考文献
[1]江伟.计算机网络在城市规划设计中的应用及经验[J].山西建筑.2009，(05)：22-23.
[2]孙大龙，张艳华.城市规划管理信息系统建设的对策研究[J].中国高新技术企业.2007，(06)：111-113.
[3]王军，方源敏.城市规划管理信息数据库的设计与建立[J].中国勘察设计，2008，(01)：122-125.
[4]聂康才.浅析城市规划管理中的系统研究方法[J].山西建筑，2008，(02)：215-222.
仿真技术的应用篇3
【关键词】汽车维修；教学；仿真技术；应用
一、前言
随着社会经济与信息技术的快速发展，对于汽车维修教学所提出的要求也不断增加和提高，而如何培养高技术的维修人才也成为了当前汽车维修教学所研究的一个重要课题。在汽车维修教学中，若缺乏相应的实战练习，很容易使学生基本操作技能得不到提高，但是若在教学中，每个环节都采取实地练习，势必会加大教学的成本，而这对于学校而言，也是其当前面临的一个主要难题。
二、在汽车维修教学中应用仿真技术的优势
仿真技术作为一门多学科综合技术，其基础主要有控制论、信息技术、系统论以及相似原理，将计算机或者专用设备来作为技术实施的主要工具，通过系统模型对设想系统、实际系统实施动态试验。
在汽车维修教学中，汽车零件的拆卸、装配等均是非常耗时的工作，而这些工作的完成时间对于维修任务的完成效率而言，也会造成不同程度的影响。针对这种情况，要想更快且更好地来完成各项维修任务，就必须要熟练掌握汽车拆装技能，基于拆装规范要求来进行作业，但是要想达到上述这些要求，就必须要加强学生的实训，由于在实训教学过程中，所需的设备以及器材较多，所需的教学实习场地也相对比较大，使得很多学校不太重视这方面的内容，而最终导致学生实践操作能力低下。鉴于这种情况，在汽车维修教学中，引入仿真技术，将汽车各零件的构成、分解、检验、调整、拆卸以及装配等结合在一起，借助于计算技术来虚拟再现这些场景，这样学生就能够通过计算机来进行汽车构造原理以及维修操作的模拟，继而使其能够更好地掌握实际操作技能、方式以及要领等。在汽车维修教学中应用仿真技术不仅可使维修工的培养时间有效地缩短，减少教学实习场地与训练器材等所投入的费用，同时在很大程度上也使教师工作量得到了减少，有利于最大经济效益以及社会效益的实现。
三、在汽车维修教学中仿真技术的具体应用
（一）汽车维修仿真系统
在仿真技术的基础上来构建汽车维修模拟仿真系统，该系统具备以下四种功能：
第一，可使汽车这种虚拟部件得到动态且实时地展示。在教学中，学生可通过在计算机上的操作，轻松完成对发动机或者变速器等的解剖、翻转以及平移等各种操作。同时该系统还可将汽车部件和各部件之间的装配关系全视角的展示出来，使学生能够更为直观、快捷以及形象地了解汽车构造特征，并在其头脑中构建一个全方位形象，继而为学生维修操作技能的提高打好基础。
第二，可逐步分解并装配、调整汽车的整个构造以及各部件，通过仿真模拟汽车的拆装维修过程与调整过程，来构建虚拟场所，学生在这一场所中通过分析，可及时解决其在汽车维修中遇到的各种问题。在该系统中最基本的一个内容就是根据技术规范要求以及步骤顺序等逐步分解整车或者各部件，反之根据技术要求与具体步骤来把这些分散零件组装成为整车。除此之外，在整个装配阶段，还需实施大量调整工作。在实际教学中，学生只需要对虚拟部件进行观察和分析，选用正确工具，利用鼠标来选择相应的部件，最后在计算机所弹出的这一数据输入对话框中将力矩数据输入到其中，就可完成相应的虚拟拆装作业。
第三，该系统可自动演示汽车整个分解过程以及装配过程。在汽车维修教学中，初学者可通过该系统事先对整车以及各部件分解过程与装配过程进行观看，继而使其在头脑中对于汽车维修有一个基本的认知。而使用人员则可基于自身的实际需求，选择不同部位或者视角来进行学习，通过这种具有针对性的学习，可使学生更快地掌握各种维修操作技能。
第四，可实现评估与考核的模拟。通过计算机统计能力与数据分析能力的应用，来构建具备考核功能的模块，该模块不仅可进行单机自测，同时还不会受到数量上的限制实现网络的模拟考核，既可同时出题进行统一的考核，也可进行分组考核，在该模块中，每一个项目都具备相应的自动评分功能。在评估考核指标中主要包含维修时间、结果及计算机自动统计操作所得到的分数，根据该考核结果，教师可综合评定学生。
（二）应用实现措施
第一，通过仿真技术所具备的三维模拟技术来进行整车三维造型的模拟，在这一环节中，可通过PROE、3D-MAX、UG或者MAYA等软件来进行模拟，基于汽车维修中具体维修项目，真实且全面地对汽车零件、装配以及其物理特性等进行模拟，确保所模拟的内容和工程实际情况相同，并非一种简单实体造型，最后，再将其统一输出成为一种纯三维模型的格式。
第二，在模拟好三维造型以后，借助于当前先进VIRTOOLS虚拟引擎的应用，通过3D部件来进行三维场景的构建，以此达到模拟交互的目的，同时还应设置相应的步骤关卡。通过制作这种虚拟场景，使每一个3D部件均有属于自身个性特征以及交互的能力，当在和使用人员进行交互的过程中，可根据不同需求做出相应的反映，并反馈出相对应的数据。
第三，构建全面且真实的汽车维修数据库。可通过ACCESS与SQL-SERVER等软件来进行网络数据库以及单机版数据库的构建，基于汽车维修项目的实际需求来构建相对应的数据库。最后，还应进行各项管控、考核程序的编写，从而确保汽车维修教学活动有序地进行。
（三）应用效果
第一，便于学生思维的启迪，使学生的想象力更为丰富，学生通过在这种虚拟场景中的训练获得相应的操作技能和结论，在经过分析和整理后，成为一种新成果或者新结论，继而提升学生感知效果。除此之外，这种教学还便于学生理解能力以及认知能力的提升，在以往的教学中，学生在知识的理解和掌握上一般停留于表面，而这也使得其认知效果达不到预期的目标。而在汽车维修教学中应用仿真技术，可将在电子教学中所遇到的问题得到及时地解决，同时在这种虚拟场景的训练过程中，学生所获得的信息更加直观、生动和形象，便于学生的理解与记忆。
第二，在汽车维修中应用仿真技术，在虚拟场景中，通过虚拟技术，学生可以自己来进行故障的设置，基于自设的这些故障来实施检测以及试验，通过这种方式，可有效避免学生在实地训练中可能遇到的各种危险。同时采用该技术，还可有效缓解在教学中所存的教学资源短缺这一问题。
四、结束语
综上所述，文章所介绍的这一汽车维修模拟仿真系统在实际应用中，所获得成效良好，不仅调动和激发了学生学习动力与兴趣，使汽车维修教学效率得到了提高，同时还便于学生对理论知识的理解，进一步提高了学生的操作技能水平。
参考文献：
[1]张华，依志国.虚拟仿真技术开启汽车维修金钥匙――校企合作开发奥迪电气故障诊断虚拟实训软件[J].中国校外教育（理论），2010，（12）：974.
[2]吴定才.基于VR/PROE仿真技术在汽车教学训练中的应用（续）[C].//2009年四川省第九届汽车学术交流年会论文集.2009：8-15.
[3]黄永亮.仿真技术在汽车维修教学中的应用探讨[J].电子制作，2013，（9）：234-234.
仿真技术的应用篇4
【关键词】CORS系统；国土测绘；应用
中图分类号：P2文献标识码：A
一、前言
虚拟样机技术对泥浆泵仿真有着重要的作用。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强虚拟样机技术的进一步研究，对我国国泥浆泵仿真的发展有着重要意义。
二、虚拟样机技术概述
机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术，是当前设计制造领域的一门新技术。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一个全新的研发产品的设计方法。它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析评估系统性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。
传统的设计方式是由下到上：从部件设计到整机设计。这种设计的弊端是往往把注意力集中在细节而忽略了整体性能。这种情况在国内经常发生。借助于虚拟样机技术，传统设计过程被逆转了。设计过程先从整机开始，按照“由上到下”的顺序进行，这样可以避免在系统设计方面的失误。
虚拟样机技术在设计的初级阶段――概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析，可以观察并试验各个组成部件的相互运动情况。使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实的模拟系统的运动，它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案，再做出物理样机。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，获得最优化和创新的设计产品。
三、制造虚拟样机的基本过程
制造虚拟样机的过程就是上述各种先进技术相互支持、相互融合的过程。
首先是进行机械设计，设计的原始数据来自设计要求、应改进的缺陷、干涉尺寸、装配环境等。当方案制定后，设计师开始构造复杂的几何形状和工程关系。在设计的早期阶段，要求设计师给定全约束、全尺寸是不可能、不现实的，重要的是建立一些方程和规则，以体现一些最重要的工程数据，使零件在设计准则下可自动修改。在完整、安全的网络环境下，设计小组成员不必操心数据的完整性，他们能够共享数据，并能主动控制修改和更新。
零件最终的形状和尺寸来自各个方面的综合考虑，如装配、应力、加工等，在制定设计文件时，工程技术人员要决定如何描述最后的零件和装配。生成图纸时，设计尺寸要转换成工艺尺寸以体现加工、检测的要求。这张图纸和其他技术文件(如应力分析、振动、热分析等)构成设计的最主要部分。
最后是对最终的设计产品进行仿真。仿真能预测产品在实际环境中的性能，它包含了一系列步骤，从力学分析、建模、施加负载和约束，到预测其在真实工况下的响应。仿真的真正用意不是得到几个数据，而是评估产品的性能和优化产品的结构，进而指导设计，改进设计。
在产品设计和仿真阶段，需要使用一些应用软件(如三维产品设计软件、有限元分析软件等)。根据设计尺寸并利用这些软件，便可以在计算机上构造产品的虚拟样机，为最终投产做好准备。
四、虚拟样机开发技术的特点
虚拟样机开发技术与传统产品设计技术相比，具有如下特点：
(1)面向系统级设计的观点。强调在系统的层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为；
(2)涉及产品全生命周期。虚拟样机可应用于产品开发的全生命周期，并随着产品生命周期的演进而不断丰富和完善；
(3)支持分布式协同设计。虚拟产品开发技术将产品的模型定义在计算机上利用计算机网络通讯技术，使处于异地的产品设计人员也可方便地进行交流，协同进行产品的开发。支持不同领域人员从不同角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估活动。
虚拟样机技术是一门综合多学科的技术。虚拟样机技术的发展历程正如物理样机设计制造技术发展过程中从CAX向集成优化的现代集成制造系统(CIMS)的发展历程一样，复杂产品虚拟样机开发已成为一个系统工程――复杂产品虚拟样机工程。虚拟样机技术的出现，不仅仅是一种新技术的应用，而是设计思想的变革，将对制造业产生深远的影响。
五、虚拟样机技术的基础
虚拟样机技术的发展有赖于以下几项技术的发展和进步。
(1)智能设计技术。
CAD技术的出现是产品设计历史上的一个里程碑，它在很大程度上缩短了产品设计的周期，减少了设计人员的工作量。但现有的CAD技术注重于外形细节设计行为，却忽略了产品概念信息的描述。实际上，设计人员总是先考虑产品的功能，然后才设计出产品的外形。因此，对虚拟样机技术来说，产品描述应是超越几何性的。
由于虚拟样机技术对概念设计的要求，智能设计技术需要将用于概念设计的分析工具(如有限元分析、快速原型等)、计算机辅助概念设计和CAD技术有机地集成起来，支持产品几何定形前的功能规划和计算。通过分析这种幕后的功能计算，虚拟样机系统指导设计者怎样将几何形状转化为易于装配的、满足功能要求的、具有合适工艺的设计图形。
(2)并行工程。
并行工程是集成各种技术，并行设计产品及相关过程的一种系统方法，同步实现设计、分析评估、制造、装配、核算和管理。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品整个生命周期的所有因素(质量、成本、工艺、结构、性能等)，且要求实现计算机网络环境下的协同工作。要实现同步的目标，其实质就是整个工作都要在一个共享的数据库下进行信息交互。
(3)仿真工程。
对于虚拟样机系统来说，必须有一套能有效支持可制造性分析的产品、工艺和生产系统模型。产品模型必须能够管理与制造加工有关的数据(如形位公差等);工艺模型包括统计分析、计算机工艺仿真、制造数据库和制造规则库等;生产系统模型包括系统生产能力和生产特性的描述及系统动态行为和状态的描述。虚拟样机系统需要对上述模型进行数字化仿真和可视化，以对产品设计、工艺设计进行评估和优化。
(4)网络技术。
在网络上进行分布式设计与制造是虚拟企业的生产方式。利用分布式设计与制造，可以实时地决定合作厂家，实现异地产品设计和制造，不仅节约了时间，而且由于分布节点之间的关系建立在一种全面合作和开放式体系的基础上，所以有利于设计、规划和处理问题。
六、虚拟样机技术在泥浆泵仿真中的应用
泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的泵。泥浆泵在石油工业和工程领域应用广泛。现代工业的小断发展对泥浆泵提出了更多更新的要求，使得钻井泵结构的介理性、工作性能的优越性和可靠性成为设计时的重要指标。然而，传统的设计与制造过程，需要经过概念设计、产品设计和制造样机进行试验等，这一过程无法缩短设计周期，对市场的灵活性小。因此，为了提高市场竞争力，各企业必须小断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。
随着计算机仿真技术的发展，虚拟样机技术日益广泛地应用在各个领域。它从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决了传统的设计与制造过程的弊端。极大地增加了效率，降低了成本。因而，利用计算机仿真对石油钻井中常用的泥浆泵进行分析具有现实意义。
1、泥浆泵的结构及参数
石油矿场所用的泥浆泵一般是山柴油驱动的卧式的双缸双作用泵或三缸单作用的活塞泵。泥浆泵一般由驱动部分（底座、传动轴、齿轮、偏心轮、连杆、十字头等)和水力部分（泵缸、活塞、吸入阀、排出阀等)组成。其工作性能主要体现在排量、压力、冲数以及功率上。对NB8-600型泥浆泵，其最大传动功率为600马力，活塞冲程400mm，最大冲数65冲/min。
2、基于虚拟样机技术的泥浆泵运动学、动力学仿真
（1）仿真三维模型的建立
利用机械参数化三维仿真软件Pro/E建立了NB8-600泥浆泵部分系统的三维有限元模型，并进行模型干涉检验、修改、图2是简化后的总装配图模型。
（2）仿真过程
采用ADAMS12.0进行仿真分析.流程图如图3所示：
（3）仿真结果
通过仿真分析可以得到设计时所需要的各种重要曲线和参数，如主轴、连杆、十字头、拉杆、活塞等运动部件的位移、速度、加速度大小、运动规律和受力情况等。分析这些曲线和数据可以知道在运动过程中，各构件的受力是否满足应力许可值，以及是否能达到强度要求，如果不能满足设计要求则需要修改模型。本文经过几次仿真分析和对模型的修改后得到了能够满足工况的设计理论模型，为系统设计提供了依据。
3、结论
虚拟样机技术作为一种新型的、基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计、开发、评估手段，在各个行业正越来越受到重视，在产品研发中起到了显著的作用。根据虚拟样机技术的基本理论，结介泥浆泵的相关资料，利用机械设计自动化软件Pro/E建立了NB8-600型泥浆泵三维模型，并使用虚拟仿真分析软件ADAMS12.0进行了模型的运动学、动力学分析和局部优化设计，得到了系统模型的运行规律和小同驱动力下的运动、受力情况，为改进结构设计、节约设计周期和成本提供了理论依据和方法
七、结束语
虚拟样机技术是泥浆泵仿真的核心。因此，在泥浆泵仿真的后续发展中，要加强虚拟样机技术的运用与思考，确保虚拟样机技术水平的提高。
参考文献
[1]陈小川等.虚拟制造技术研究概况综述[J].机械制造，2009(12):8-10.
[2]王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[J].西安：西北工业大学出版社，2012（9）：78-80.
仿真技术的应用篇5
关键词：虚拟仿真；历史教学；影像史学实验
1虚拟仿真技术及其发展
虚拟现实技术(VirtualReality，VR)是利用计算机模拟产生1个三维空间的虚拟世界，提供关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者如同身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实技术已经成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后广泛开发与应用的热点。美国是世界上最早应用虚拟现实技术的国家，于20世纪40年代开展虚拟现实技术研究。北卡罗来纳大学(NorthCarolinaUniversity)计算机系是进行VR研究最早最著名的大学，目前，他们的研究主要是在4个方面：分子建模、航空驾驶问题、外科手术仿真、建筑仿真。日本东京大学的原岛研究室也开展了人类面部表情特征的提取，三维结构的判定和三维形状的表示，以及动态图像的提取。美国、英国、意大利和德国的专家利用数字技术虚拟重建罗马古城(被称为世界上规模最大最完整的虚拟古建筑)。这项名为“罗马重生”的工程重现了公元320年康斯坦丁皇帝统治时期的罗马古城，其中包括斗兽场等大约7000座建筑。在虚拟的古罗马城中，借助虚拟仿真技术，观看者可以身处虚拟斗兽场内部并在其中漫步，不仅如此，虚拟仿真技术还再现了城内30多座建筑的内部情况，细致还原壁画与古代装饰，甚至恢复了一些后来遭到破坏、污损的雕像和纪念碑原貌及一些几乎已完全毁坏的建筑。通过虚拟动画场景，不仅可以让使用者“亲临”古罗马城，还可以鸟瞰罗马城中的著名建筑，来一场视觉盛宴。虚拟仿真技术得益于其优异的模拟能力，迅速对社会现实完成了正向反馈。2019年巴黎圣母院不幸遭到大火事故，在之后的重建工作中，有公司利用虚拟仿真技术提供了详细的模型与相关数据帮助巴黎市政府完成重建工作，历史类虚拟仿真技术的开发对社会产生了正向回馈。
2虚拟仿真技术在国内的研究和应用
近年来，随着我国计算机学科的飞速发展，虚拟现实技术也得到了极大的补充，但大部分资金和研究方向都导向影视与游戏等娱乐行业，在文化教育领域的发展极为有限。2016年被视为我国的“虚拟仿真元年”。在这一年国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》[1]明确指出要强化战略性前沿技术超前布局。2017年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》提出要求：实现核心技术系统性突破。其中，加紧人工智能、虚拟现实、增强现实、微机电系统等新兴移动互联网关键技术布局，尽快实现部分前沿技术、颠覆性技术在全球率先取得突破[2]。2018年国家发展和改革委员会、财政部、银保监会等多部门联合《关于发展数字经济稳定并扩大就业的指导意见》要求：创新人才培养培训方式，新工科背景下环境工程专业学生实践创新能力培养与改革探索。这是虚拟现实技术进一步融入教育、文化的重要标志。2019年《产业结构调整指导目录(2019年本，征求意见稿)》文件中提到，将虚拟仿真纳入2019年“鼓励类”产业。这意味着在国家的产业结构调整中，虚拟现实技术与产业的发展将成为重点，国家将该项技术作为新一轮世界科学技术与产业变革之中的重点发展技术。
3虚拟仿真技术在高校历史教学中的应用
“图像的重要性向来被知识采集远征的组织者所认同”[3]。受到历史情境复原技术新技术的影响，近年来，历史学尤其是考古学在研究方式、研究路径、研究工具上均有显著改变。虚拟仿真技术是历史学研究者、考古工作者与博物馆工作者经常会接触到的现代技术手段。虚拟仿真技术具有沉浸性、交互性、构想性的特点，能够使历史问题的研究变得更加便捷与可视化。这一技术在历史学领域的应用与融合不仅转变了研究者的视角、拓宽了科研手段，更为研究者提供了多样化、全面化、细节化的材料，以帮助研究工作的展开。在高等教育领域，多所知名高校纷纷建造自己的虚拟仿真实验室，其中以北京师范大学、清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等为代表，用于教育与学术研究。北京师范大学于2010年成立了影像史学(虚拟仿真)研究中心，从硬件到软件不断完善、建立“中华古文明起源—古代中国与世界”历史学虚拟仿真实验系统，对历史学与虚拟仿真技术结合进行了有益尝试。并于2019学年秋季学期与春季学期分别开课。以下是北京师范大学历史学院开设的本科课程—历史学虚拟仿真实验课程步骤。
3.1实验与技术方案准备
虚拟现实技术工作内容繁多、操作复杂，在集中展开技术工作之前，根据历史内容，查阅文献资料，整理出一个尽可能可操作的详尽策划案，如图1所示。
3.2根据已完成策划案
开展技术准备3dsmax系列三维建模软件功能强大，通用性较强，配合vary等一系列渲染插件，呈现效果极佳。相比于Maya，CINEMA4D等三维软件，在国内具有更好的产业基础，有利于本项目及时取得有效帮助与长期发展。根据商代城墙遗址还原工作的特点、实际需要与项目组成员目前所掌握的资料状况，在综合比较之下，本项目选取3dsmax2022作为建模软件，Unity3D5.5作为场景搭建软件，V-ray4.1为渲染插件。虚拟现实技术借助三维软件技术制作而成，“3I”是虚拟现实技术的主要特点，用户可借助鼠标、键盘、游戏手柄等外部设备操纵场景中的虚拟对象，用户图像“实时”渲染，这一性质使得用户和虚拟场景中的物体具有一定的可交互性。如在虚拟现实产品中的郑州商代城墙布局设计及其内部构造，都可以给用户以自由的体验和探索，并且生成一定的环境效果。即用户可以在郑州商代城墙遗址的虚拟现实“空间”之中进行自由的行动，根据自己的意愿探索环境，选择倾向于体验的环境。在使用本项目时，其时间不受限制；观看体验角度也无限制，但其有明确的既定路线，避免使用者漫无目的地观看。
3.3建模
虚拟现实技术与三维动画技术相互关联、有机统一。如：建立商代城墙遗址的虚拟场景需要在三维软件系统中设计相关模型。遗址中的实体对象有如下几种：空间中的古城墙建筑(主体)、绿草地、古街道、树木、公共场所等，可通过三维软件制作完成。在本项目的商代城墙遗址复原中，场景中包含了各种各样的模型，如最主体的城墙建筑、建筑各个构件的制作、城墙的具体形制、周围的树木以及人物模型的制作。由于这些模型的造型较复杂，所以将采用目前成熟的三维设计软件3dsmax2022。
3.4渲染
三维动画软件中的场景或模型区别于虚拟仿真技术中的模型建立。由于虚拟仿真系统是实时渲染的(见图2)，其对模型面数具有一定的要求(如过多会造成卡顿)。因此，在模型制作中应尽可能减少不必要的面，避免超过规定面数。商代城墙遗址整体形制相对简单，用土建造而成，表面粗糙、大致呈土黄色，这些特征为建模与渲染工作提供了巨大便利。考虑到目前大多数高校的信息设备状况，为确保项目产品有更强的适用性、更流畅的运行效果，设计原则上只要在视觉上有一定的真实效果即可，制作过程中通常用简单的模型框架替代复杂的模型，避免影响虚拟模型与虚拟场景的运行速度。在这一条件下，为了使简单模型也具有一定真实效果，贴图制作就显得尤为重要。Vray是目前搭配3dsmax2022系列软件最为常见、最为实用的插件，其内置多种材质贴图与灯光效果，使用者可根据需要对贴图、灯光进行调整。前期工作的重点是：设想以何种形式展现最直观、最能达到效果，从而追求具有沉浸感的体验。工作前的尝试、设想(如画草图、初步建模等)极为重要，要对最后所要呈现的效果有清楚明确的认识。
3.5虚拟场景搭建
虚拟场景的搭建是虚拟现实工作的核心内容。模型无法脱离场景而独立存在，优秀的场景很大程度上可以直接决定模型的最终效果与使用体验感。除虚拟场景自身需尽量细致、真实外，还应与虚拟模型相协调，如商代城墙遗址还原模型中，城内、城墙周边注定不是草木丛生的，因为这是当时的都城，有一定的人口规模；而远处的植被(根据历史研究)也应该是偏湿润气候下的南方品种。在场景搭建的过程中要从整体出发，而非孤立的完成这一模块工作，如图3所示。Unity3D5.5是一款极易上手的3D制作软件，其自身也有一定的建模功能，但无法生成复杂模型(3dsmax2022无法制作场景)，需要与3dsmax系列相配合。初学者仅一周左右即可相对熟练地掌握其各项操作，缺点是目前市面上没有中文版，项目组成员需具备较好的英语基础。Unity3D5.5内置多种地图资源包、植被资源包，使用者可以根据需要进行修改或调整，针对还原工作中的特殊地形(如深沟等)则需自主制作。为保证商代城墙遗址还原工作的最终效果，同时提高工作效率，本项目将使用功能强大的最新版本Unity3D5.5。3.6软件操作与漫游视角经过3dsmax2022完成建模工作后，将模型导入Unity3D5.5所搭建的场景中，设置软件操作方式。操作设置中将以简单、便利为原则进行调整输入，增强其适用性，服务于商代城墙遗址的虚拟漫游，如图4所示。为增强虚拟现实场景漫游的真实感、沉浸感，本项目采用第一人称的漫游视角，使用者可在项目产品中自由选择观察角度。在各项工作完成后，进行软件。为保证软件具有更为普遍的适用性，项目产品选取平台为PC(计算机)，校内免费使用(项目开展后期会根据实际开发状况决定是否更新为头戴设备)。
3.7评估与完善
“机器视觉的功能与人眼相似，即判断和测量。”[4]针对本项目的研究成果引入“考评—反馈—完善—应用”的评估完善机制。在完成项目产品的后，由项目组成员进行内部评估，完成初步排查。随后，项目成果接受(以商代与考古方向为主的)历史学与计算机科学的教授(专家)评估，纠正存在的历史(技术)问题、获取知识技术经验指导，探索下一步改进方向，推进项目完善更新。下一步，通过“自主分析+被试考评”的考评方式：历史学方向为主的被试(包括学生、教师、专家等)体验项目漫游效果并填写调查问卷、接受访谈，本项目组成员根据调查结果(见图5)，整理收集项目反馈如BUG、历史错误、体验感差等，并书写反馈报告，最终依据反馈结果对项目成果进行修改完善(或根据实际需要再次进行商代城墙遗址的实地考察、史料查阅整理)。在历史学研究领域引入实践调查与评估分析改进的方式，较之以往史学研究多以文本史料分析等理论化方式进行，本项目研究方法紧切实际，统计信息及研究结果具有较强科学性与说服力。
4课堂效果评价
历史教学中的虚拟仿真运用应当趋于灵活多样。而不只局限于还原或复原某个历史情节、人、物。如果只是纠结将历史情节与人物呈现于教学之中，其实质只是对原有教育模式的继承，对于虚拟仿真技术的运用并非真正的使用，而只是单单用到了虚拟仿真技术的产品。历史教学既需要坚持历史学的主体地位，也需要不断改进教学方法。无论方法与内容如何变化，历史学科的教学永远都需要从历史学的主体出发，强调其历史性。虚拟仿真只是一个工具，作为一种视角、一种可能性而存在，还原出的并非历史本身，不能只关注其中的技术而忽略其历史性。坚持不懈了解与时俱进改革历史学的教学方式，是历史教学方式变革的必然要求。
参考文献
[1]国务院关于印发《“十三五”国家信息化规划》的通知[EB/OL].
[2]中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》[EB/OL].
[3][英]彼得伯克.知识社会史(下卷)[M].陈志宏,王婉旎,译.杭州:浙江大学出版社,2016:50.
仿真技术的应用篇6
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。
1matlab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。
2matlab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.