發布時間：2023-03-17 18:00:22
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的仿真技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
虛擬仿真(VR)即虛擬現實，是一種采用計算機為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生如同真實環境的感受和體驗。盡管該環境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環境仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環境的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺，用戶在計算機所創建的三維虛擬環境中處于一種全身心投入的感覺狀態。
2國內外研究現狀
2．1國內研究現狀
盡管國內虛擬仿真技術起步較晚，但是隨著信息技術在社會各領域中的廣泛應用，信息化教學已成為信息技術和信息資源與教學相結合的教學形態，以計算機仿真技術、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的虛擬仿真實驗室開始逐步滲透到教學領域。虛擬仿真技術在醫學教學及某些醫學手術應用領域得到不同程度的應用和研究。在護理學教學中，作為實踐性很強的綜合性應用學科－護理學基礎，其護理專業實踐教學約占該課程總學時的一半，也是培養護生臨床實踐能力的主要途徑之一。然而傳統的由教師演示－學生練習－教師指導的護理實踐教學模式已經不能滿足學生的需要，非常有必要對護理實訓教學進行改革和創新。隨著虛擬仿真技術在一些實踐性要求高的專業中的大量應用及研究，國內某些醫學院校的護理學基礎實驗教學也不同程度地開展了仿真技術在護理實踐教學中的應用與研究，如高仿真模擬人技術早已投入護理專業實踐教學中，并被應用在《內科護理》教學中并收到良好的效果，還有以主要訓練護生的單項護理操作技能為目的的專項護理技能訓練，如手臂模型可以模擬人類真實的血管，穿刺過程中有落空感和模擬真實血液流出，高級電腦心肺復蘇模型可以進行心肺復蘇的模擬訓練，大小與真人相仿，在操作時可有語音提示和報警聲來顯示其操作的正確性。虛擬仿真技術還可以使用在一些不宜在真人身上實練(如鼻飼法、導尿術等)的護理實訓課的應用。2007年大連大學職業技術學院以“探索出適合中等職業技術教育的網絡教學模式，提高中等職業教育運用現代教育技術手段水平”為目的開展的“護理技術模擬教學系統”項目的研發卓有成效，該研發項目提出了包括13個模塊，每個模塊由教學演示、模擬操作、考核測評三大部分構成的護理技術計算機虛擬仿真實訓教學軟件系統，該教學軟件系統的研發為虛擬仿真技術在護理實訓練習中的開展和推廣應用提供了參考。2009年貴州遵義醫學院護理系進行了護理學基礎虛擬實驗室的研發，是一次將虛擬仿真技術應用于基礎護理實踐教學的一種有效嘗試，可推廣應用于國內各護理院校和各大醫院的實驗教學和繼續教育培訓與考核，有著較廣闊的應用前景。重慶市衛生學校已經開展并建成仿真急救護理實訓室，為其他護理院校提供了可借鑒的急救實訓基地模式和實訓方法。同時，虛擬仿真技術在職業技能培訓中發揮的作用越來越大，也正被廣大的職業教育工作者所接受。目前高職院校招生人數逐年增加，學校實驗室及傳統的教學模式已經遠遠不能滿足師生的需要，尋找一種行之有效的技術手段來緩解傳統實踐教學模式所帶來的壓力，是許多高職院校的當務之急，將虛擬仿真技術應用于護理實踐教學是解決以上問題的關鍵，更是培養最優秀的護理畢業生的必由之路。
2．2國外研究現狀
美國在培養護生的過程中由于醫院及患者等方面的原因，護生在臨床實習中很少有機會在患者身上進行練習操作技能，同時護理院校理論課程的增加及實踐教學課程的壓縮也大大減少了護生們開展實踐練習的機會。鑒于此，開展虛擬仿真技術在護理實踐教學中的應用也是非常有必要的。美國的虛擬仿真技術在不同行業的運用，包括在護理教學中的應用開展的都比較早。美國紐約州立大學護理學院早在1996年就開展了虛擬仿真技術在靜脈輸液中的應用研究，虛擬仿真技術在護理實踐中的作用是一些模型、錄像帶等所不能比擬的，后者不能給護生帶來真實的感覺，而虛擬仿真可以，并且大大減少了護生在真實的臨床護理操作中給患者帶來的不適。常用的虛擬仿真技術有兩種，身臨其境式和非身臨其境式，前者技術要求較高，需要利用一些傳感工具，如頭盔、手套、跟蹤器等，讓用戶置身于虛擬境界中，雖然設備昂貴，但因其具有很逼真的護理情境而對護理教學產生深遠的影響，非身臨其境式，因其實用性和實惠性被廣泛運用到護理教學中。隨著從事護理教育的工作人員數量的減少，虛擬仿真技術同樣運用在一些護理學遠程教學、成人繼續教育、護理技能培訓等項目。虛擬災害環境的護理措施的研究更是拓展了虛擬仿真技術在護理教學領域中的運用。20世紀80年代，美國便應用虛擬仿真技術建立了用于考試和教學的臨床病例庫，即虛擬臨床瀏覽(VCE)。到目前為止，在護理教育領域，虛擬臨床瀏覽系列教學軟件和指導手冊已發展到覆蓋內外科護理學、婦產科護理學、兒科護理學和護理學技術等課程，并且提供網絡學習資源。虛擬臨床瀏覽結合護理教科書，建立了虛擬醫院，進入虛擬醫院，可以學習溝通、記錄、評估和安全給藥。虛擬醫院的建立可以幫助護生熟悉日常護理工作，從而提高臨床判斷和批判性思維能力。還有已經在英美許多醫學院校使用的CathSim靜脈穿刺訓練系統包括軟件和觸覺反饋裝置即靜脈穿刺用的胳膊和一臺電腦，可設置在實際工作中可能遇到的不同年齡、血管狀況以及疾病嚴重程度的各類患者。由日本NEC公司研制的“SimCoeur”軟件系統可以模擬急診患者每分鐘的臨床表現，還可以設置1000余種患者情境，可以使護生面對不同的患者，很好的鍛煉了護生的應變能力，并且能夠快速地對護生所進行的操作進行反饋。同時該公司研制的“SimNursing”模擬急診患者軟件系統，已于1998年投入日本市場，該軟件系統可進行護理程序的模擬訓練，學生能按照完整的護理程序對患者進行全程護理。多款軟件的研發和應用為虛擬實驗室的建設提供了技術支持，其中最有代表性的就是Mathworks公司推出的MAllAB語言，美國NI公司推出的LabVIEW圖形化編程語言及美國ELANIX公司推出的SystemView軟件。
3發展趨勢
電力電子技術課程內容量大、知識點多、既有理論分析又有實際電路應用。以我校自動化專業為例，采用王兆安老師主編的《電力電子技術》第五版教材，課程內容將涉及電力電子器件、電力電子電路（AC-DC整流電路、DC-AC逆變電路、DC-DC直流-直流變流電路、AC-AC交流-交流變流電路）及電路控制技術（PWM、軟開關），課時安排為56學時，其中8學時為實驗教學。在48學時的理論教學內容中，除緒論、習題課和總復習占4學時外，電力電子器件占4學時，電力電子電路占34學時，PWM控制與軟開關技術占6學時。由上可見，電力電子電路占理論教學學時的70%，但是該部分的實際教學內容非常多，以整流電路部分為例，將主要涉及到兩大類（單相整流、三相整流）、四小類（單相半波整流、單相橋式整流、三相半波整流、三相橋式整流）、三種負載（電阻性、阻感性、反電動勢）及多種電路變換形式（如帶續流二極管），其中每種電路還要分析不同觸發角（如30度、60度、90度、120度等）控制下的電路工作原理、電壓和電流波形圖（如負載直流電壓、負載直流電流、晶閘管承受電壓、晶閘管流過電流、交流電流等）、電量參數計算（如直流平均值、交流有效值）。如此復雜的電路教學過程，若僅靠傳統黑板板書及幻燈片教學模式進行講解，將不能在有限的課時時間內，既完成教學內容，又讓學生深入理解各種電路的工作過程，其結果是學生沒能抓住電力電子電路學習的根本，不具有分析和設計電力電子電路的能力。電力電子技術的仿真教學改革就是要改變上述由于教學內容多、課程內容復雜、課時分配少而帶來的教學和學習問題，其改革的內容就是在有效的教學時間內，通過仿真軟件搭建電力電子電路并進行仿真波形分析與工作原理講解的教學模式，該模式不僅能把教學基本內容講授清楚，同時能大大提高學生對課程教學重點與教學難點的理解和把握，達到事半功倍的效果。仿真教學改革中采用MATLAB仿真軟件，其中的電力系統模型庫包含電源模塊庫、電器元件模塊庫、電機模塊庫、電力電子元件模塊庫、連接件模塊庫、測量儀器模塊庫和其他電氣模塊庫。通過使用Simulink模塊庫組成電力電子控制電路，使用電力系統模塊庫組成電力電子主電路和驅動電路，可以較為容易的分析和設計更為復雜的電力電子電路，可以深入的研究和觀察電力電子電路的動態響應和穩態響應。
二、仿真教學過程實例分析
由于電力電子技術課程中的各種電路形式復雜多樣，因此以三相橋式全控整流電路為例，來說明電力電子技術的仿真教學過程。三相橋式全控整流電路在工業生產中具有重要位置，大量用于電解、電鍍、直流電機傳動、勵磁等場合，因此該電路是電力電子技術課程的重點內容。三相橋式全控整流電路為如上所述教材的3.2.2節內容，主要包括電路原理圖、電阻性負載、阻感性負載工作情況三部分內容。該節課程的知識目標定位于掌握三相橋式全控整流電路的組成、特點及應用，理解三相橋式全控整流電路的工作原理；能力目標定位于能夠根據電路圖搭建相應電路并進行測量，同時能夠根據任務要求開展相關實驗。該節課程的仿真教學過程中首先讓學生掌握電路結構，然后針對不同負載情況下，讓學生理解工作原理并學會波形分析及參數定量計算，最后結合“自動控制原理”及“電機學”課程相關內容，給出仿真實驗任務，目的讓學生逐步進入狀態，逐步掌握學習這門課的方法，下面給出仿真教學中需要注意的教學重點，其它教學部分可參考相應教材，這里不再贅述。
1.三相橋式全控整流電路結構該部分首先介紹三相橋式全控整流電路是目前應用最廣泛的整流電路，它區別于單相整流與三相半波整流，具有功率大、直流脈動小等優點，同時采用幻燈片播放實際應用案例的形式，來增強學生對該部分內容的感性認識，并提高學生的學習興趣。其次，介紹該電路中包含六個晶閘管元件，是目前學習中器件最多的電路，需要學生們認真理解六個晶閘管器件的觸發工作過程。再次，采用MATLAB仿真軟件搭建三相橋式全控整流電路原理圖，如圖1所示。搭建的過程中，一定要強調以下幾點：①晶閘管器件編號務必為共陰極組內VT1、VT3、VT5，共陽極組內VT4、VT6、VT2；②晶閘管門極觸發脈沖順序務必為VT1-VT6；③晶閘管觸發脈沖相位間隔60度。
2.帶電阻性負載情況分析前面講解完三相橋式全控整流電路搭建后，真正進入到電路工作原理、波形分析及定量計算部分。進一步完善上面仿真電路原理圖，將負載選擇為電阻性負載，并增加若干示波器觀察點，其中三相電源設置為幅值100V、頻率50Hz，電阻負載2Ω，仿真參數設置為仿真起始時間0.0s，結束時間0.1s，算法選擇ode23tb。帶電阻性負載情況下的教學重點為：①不同觸發角下的波形分析；②負載電流的連續與斷續分析；③晶閘管的單觸發脈沖與雙觸發脈沖形式。其中難點內容為連續與斷續狀態下的脈沖形式。首先通過仿真詳細講解30度觸發角時的波形情況，要求學生在給定電源條件下能夠正確理解觸發脈沖、直流負載電壓、直流負載電流、晶閘管承受電壓和交流電源電流的波形。講授過程中需要注意：①觸發角的觸發時刻，由于三相整流電路的自然換相點對應A相電壓波形的30度位置，因此30度觸發角情況下的晶閘管VT1觸發時刻為60度位置，換算成時間為0.0033s；②將整個電源周期分成6段，每段先確定6個晶閘管的導通與關斷狀態，再分析其他電量；③特別注意強調線電壓波形及波形畫法。然后，利用仿真教學的優勢進一步講解如上教學重點要求，如圖3所示為60度和90度觸發角下的晶閘管觸發脈沖情況和直流輸出電壓波形情況。圖中可以清楚的看到60度觸發角為負載電壓和電流連續與斷續的臨界點，90度觸發角時清楚的看到負載電流為斷續狀態，同時各個觸發脈沖為保證電流斷續下正常工作而變成雙觸發脈沖形式。為了讓學生能夠更深入的理解電阻性負載時的工作情況，在仿真教學過程中，可以采取更小的脈沖角度間隔對多個觸發角進行多次仿真，這樣更能深入理解隨著觸發角的增加，直流負載電壓不斷降低的過程。
3.帶阻感性負載情況分析當三相橋式全控整流電路帶阻感性負載工作時，其特點就是能保證負載電流續流而不出現斷續的狀態，因此該部分的教學重點為：①讓學生能夠清楚的理解整個移相范圍內負載電流總是連續的工作狀態；②由于電感的作用，負載電壓會出現負的部分；③大電感狀態下，負載電流近似為一條直線。圖4為觸發角為90度時三相橋式全控整流電路的波形情況，與圖3中觸發角為90度情況進行對比，可以清楚的看出阻感性負載時的直流負載電壓波形既有正向波形，又有負向波形，負載電流波形始終處于連續狀態，同時還可以通過仿真教學清楚的展示電感為5mH和200mH時的直流電流波形，其中5mH時電流波形脈動較大，而200mH時電流波形脈動較小，近似為一條直線，這也充分說明當電感值為200mH時，感抗相對于阻抗來說充分大。
4.仿真實驗任務：直流電機閉環調速系統完成如上規定的仿真教學任務后，可以給學生布置相應的仿真實驗任務，結合直流電機原理和閉環控制原理，安排直流電機閉環調速系統的仿真實驗，可以安排在實驗課中完成或課后自行完成。仿真實驗任務如下：（1）仿真參數設置：仿真起始時間0.0s，結束時間5s，算法選擇ode23tb。（2）系統要求跟蹤恒值速度給定500r/min。（3）轉速調節器設定為比例控制，要求分析不同負載轉矩、不同轉速比例調節下的電機電壓、電流和轉速波形。這里給出用于教學參考的系統仿真結構圖及電機電壓和電流波形，如圖5和圖6所示。由于直流電機為阻感性負載，因此通過仿真實驗可以更深入的認識阻感性負載下的三相橋式全控整流電路的工作過程，直流負載電壓即電機供電電壓有正負波形，直流負載電流即電機電樞電流為連續狀態且近似為一條直線，轉速波形由學生在仿真實驗中自行觀察。
三、結論
【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。
【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學
一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究
虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術在各領域內的作用
隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。
隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。
四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢
作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益
虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。
在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。
總結
虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期
英文名稱：System Simulation Technology
主管單位：中華人民共和國教育部
主辦單位：同濟大學
出版周期：季刊
出版地址：上海市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1673-1964
國內刊號：31-1945/TP
郵發代號：
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2005
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論文摘要：針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題，結合實際的教學條件，對實驗教學提出了改革，將仿真技術應用到實驗體系中，避免了實驗條件的空間和時間限制，充分發揮了學生能動性，提高了實驗教學質量。
實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。
1 實驗教學的傳統模式和問題
在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。
目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：
1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；
2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；
3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。
2 實驗教學方法改革勢在必行
隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。
對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。
3 實驗教學改革方案
3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。
在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。
以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。
另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗
驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。
驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術
在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。
4 結論
隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。
參考文獻：
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[2] 孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[j].黑龍江教育,2006(11):59-60.
【關鍵詞】三維仿真;地理信息系統;環境決策
1、引言
隨著數字環保概念和虛擬現實技術的發展，三維仿真系統在環境業務領域的應用日益成為人們關注的焦點。三維仿真系統全方位、多角度、高效率的管理方法和技術特性奠定了其在環境業務領域的多方面應用優勢。三維仿真系統以直觀、形象的可視化表達方式[1]，真實展現三維環境要素，為環境監控、環境執法監察、環境影響評價（戰略環評、規劃環評、項目環評）、行政審批、環境應急、環境日常業務管理及環境生態領域提供很好的“所見即所得”的平臺。
2、三維仿真系統在環境領域中的應用分析
2.1基于三維仿真系統在環境領域中的應用優勢分析
目前環境業務多是基于二維地理信息系統，對環境現場的分析多是使用現場平面圖和現場圖片等相關資料進行分析，缺乏直觀性。難以對環境地域進行三維綜合研究和空間分析，無法使領導部門及時得到對空間清晰、直觀的認識[2]。同時環境領域涉及地形地貌，如地形起伏較大、管網密集、排口眾多等，用二維的表示方法很難準確描述和進行信息精確管理。
三維仿真系統通過對大范圍海量環境數據進行一體化管理，實現無縫三維實時漫游、空間多媒體信息查詢、表示、分析和輔助決策，為環境管理部門進行更加清晰、直觀、準確的管理環境信息提供技術支持，如：靈活漫游全面巡視重點污染源；真實的還原事故現場用于應急決策[3]；真實的模擬重要治污設施的日常運作狀態。
三維仿真系統在環境業務領域的應用優勢：
（1）重點風險源工藝管線跟蹤分析，為企業環境安全提供可視化監控支持
三維仿真系統可對環境重點風險源如石油石化企業工藝管線進行模擬，動態顯示管線內物質流向，便于管理者實時查看管線運行情況，為查堵泄漏點提供可視化技術支持。
（2）全方位展示重要治污設施運行狀態，為環境安全提供基礎保障
通過三維仿真系統，可實現全廠區漫游，全面展示重要治污設施分布情況及其運行狀態。當某一設施出現異常，系統會進行異常報警，使管理者不必親臨現場即可了解治污設施運行狀態，為環境安全提供保障。
（3）快速還原環境事故現場，為環境應急提供科學決策支持
環境突發事故現場具有不可再現性。為了對事故進行更準確的分析，可通過三維仿真系統對事故現場進行模擬還原，再現事故發生過程，為領導提供更詳盡的現場信息，為環境應急提供科學決策支持。
（4）更真實表現地形地貌，輔以模型分析，為指揮調度、優化路徑提供輔助支持
三維仿真系統既有地理信息系統的圖形展示功能，又有真實模擬地貌的優勢。在環境應急中可以通過三維仿真系統展現事故現場及周邊敏感區分布情況，真實展現地勢起伏及路況信息，通過模型分析為應急指揮調度及路徑優化提供輔助支持。
2.2三維仿真系統在環境監控領域中的應用分析
目前環境監控領域中采用視頻、紅外、數采儀等形式將監控數據傳至監控中心，無法對整個監控場所進行全面、多角度的監控。三維仿真系統可通過對監控場所的真實模擬實現對環境的日常監控，包括：重大風險源企業廠區漫游仿真；圍繞風險單元多角度查看周邊地貌信息；真實模擬工況運行狀態；真實模擬設備運行狀態；全面立體展現三維空間污染源分布；對環境空間及風險單元等進行屬性查詢等。
三維仿真系統可為環保系統領導提供了多角度、可視化的監控平臺，不用親臨現場，即可掌控所有環境監控區域的風險源及工況等多種信息，提高工作效率，為決策的質量和效率提供保障。
2.3三維仿真系統在環境應急領域中的應用分析
目前的二維信息平臺由于立體表現不完整，無法整體直觀反映環境事故現場情況，容易導致宏觀分析、決策的偏差[4]。三維仿真系統能夠全面分析事故現場及周邊情況，進行三維擴散模型分析，包括氣象應急模型、地質應急模型、水應急模型（水淹模型、泥沙模型、水污染模型）及化學/核污染應急模型，通過模型分析直觀立體展現污染擴散趨勢及周邊敏感源，為應急監測、指揮調度及現場處置提供重要依據；可依據地勢，通過路徑優化分析，為應急疏散提供直觀、可視化指導，為領導決策提供全方面、直觀、真實的決策支持。領導不必深入事故現場就能掌握現場真實情況，并組織專家討論并制定正確的應急措施，發出正確的調度指令，保證應急指揮和應急調度的科學性和正確性。
同時，通過三維仿真系統可進行事故應急演練及事故回放[5]，真實模擬事故應急演練，直觀展示應急流程，為完善應急預案體系、強化應急指揮體系提供參考依據；事故回放是針對事故現場不可保存性，進行事故現場還原，通過仿真事故發生過程，為領導提供應急決策支持，并為事故后評估提供有力依據。
2.4三維仿真系統在環境日常業務領域中的應用分析
三維仿真系統在環境日常業務領域的應用包括：與12369結合，快速定位事故現場，直觀查看事故現場地勢地形三維景觀，為準確預警提供更為詳盡的可視化三維信息；建設項目審批，通過三維仿真系統進行區域地形地貌查看，將設計方案導入三維場景中進行審查，在真實再現規劃現狀的前提下，用戶可以從任意路徑，以任意視點、任意視角考察設計方案，對方案進行從全局到細部的推敲和修改；環境監察、移動執法，通過三維仿真系統可真實模擬環境監察、移動執法車輛的出勤路徑，為執法監督提供可視化督查功能。
2.5三維仿真系統在環境生態領域中的應用分析
環境生態日益受到人們重視，如何有效保護生態，形成良好生態人文環境已成為人們關注的熱點。三維仿真系統為生態保護、生態規劃提供三維仿真技術支持，領導無需到達現場即可通過三維仿真系統漫游重要生態區域并進行分析，如漫游引用水水源地、防洪堤壩、庫區防洪堤拆除后對周邊生態的影響分析等。對環境生態區域的規劃也可通過三維仿真系統進行模擬展示，將規劃前及規劃后的場景進行真實模擬對比，為領導進行正確、科學的生態規劃提供直觀可視化的科學依據。
3、結語
隨著數字環保的推進、物聯網技術及三維仿真技術的發展，三維仿真系統在環境業務領域的應用越來越顯現出無法替代的優勢。通過三維仿真系統可真實展現環境業務領域現時情景，并可漫游于場景之中，為環境業務領域提供立體化、全方位展示，為領導進行科學的環境決策提供支持。因此，應加強三維仿真技術的研究，使其在環境業務領域的應用更為深入，為環境管理部門更加清晰、直觀、準確的管理環境信息提供技術支持。
參考文獻
[1]李云花.虛擬現實技術綜述[J].重型機械科技,2004年04期
[2]謝義林,汪云甲.利用虛擬場景實現3DGIS的研究與應用[J].測繪工程,2006年06期
[3]鄒志文.環境污染應急系統中虛擬場景的研究與實現[D].江蘇大學碩士學位論文,2006
中國CAE軟件自主研發―引領工程創新論壇在大連召開
推進自主CAE軟件研發，以自主CAE軟件引領創新設計
2011年10月13日，中國 CAE 軟件自主研發―引領工程創新論壇在大連召開.會議由英特工程仿真技術（大連）有限公司總裁張群博士發起，由大連理工大學、大連力控信息技術有限公司和英特工程仿真技術（大連）有限公司共同主辦，旨在推進我國自主CAE軟件研發，以自主CAE軟件引領創新設計.遼寧省和大連市的相關領導，大連金網格科技有限公司、元計算科技發展有限公司等自主CAE軟件公司，北汽汽車工程研究院、大連重工起重集團設計研究院、一汽技術中心、東風汽車技術中心、沈陽華晨汽車、哈爾濱鍋爐廠、北京航空制造工程研究所、上海交通大學、浙江大學和東北大學等40多家單位，以及《計算機輔助工程》、2085網媒、大連電視臺、《大連日報》和《半島晨報》等多家媒體受邀參會.
大連力控信息技術有限公司吳志剛董事長首先致歡迎辭.遼寧省經濟和信息化委員會軟件服務處呂南處長和大連高新技術產業園區管委會郭長明副主任在隨后的致辭中指出：遼寧省和大連市高度重視包括CAE軟件在內的工業應用軟件產業的發展，今后將創造更好的環境，大力支持CAE軟件產業的發展.在為期2天的會議中，北京航空制造工程研究所岳中第、北汽汽車工程研究院CAE及整車性能部部長徐仰匯、大連理工大學CAD/CAE中心主任關振群、大連重工起重集團設計研究院李春亭等20多位專家就CAE軟件的自主研發及其在工程中的應用作了報告.會議共評出“最佳自主創新商業CAE軟件獎”“最佳高校CAE研發成果獎”“最佳自主品牌CAE軟件工程實踐案例獎”“最佳產、學、研合作獎”和“最佳CAE技術實踐獎”等5個獎項，分別被英特工程仿真技術(大連)有限公司、大連理工大學汽車工程學院教授研發團隊、元計算科技發展有限公司、大連力軟科技信息技術有限公司和大連重工起重集團設計研究院李春亭摘取.
岳中第研究員徐仰匯博士在10月13日晚由張群博士主持的圓桌論壇上，大連理工大學汽車工程學院教授、大連力軟科技信息技術有限公司唐春安董事長、元計算科技發展有限公司谷元亭副總經理、東風汽車陳贛副總工程師、北汽汽車工程研究院CAE部徐仰匯部長、東北大學王成恩博士、大連理工大學宗智教授和北京超算科技有限公司錢華山博士等，從市場運作和工程應用的角度研討我國自主研發CAE軟件具體對策.
參會嘉賓討論現場教授（左）和張群博士我國CAE軟件的形成和應用始于20世紀70年代，起步早且有一定規模，效果和市場反應都不錯，但面對近年來國外CAE軟件的沖擊，其發展舉步維艱.在這種十分不利的環境下，大連理工大學汽車工程學院教授創辦了大連金網格科技有限公司，努力探索自主CAE軟件研發及其市場化的道路.他在圓桌論壇上總結道：在現有的環境下，應該做最擅長事情，打造出性價比有優勢的產品；應采取最合理的商業模式，如OEM，充分利用國際銷售資源和平臺.據悉，金網格公司的沖壓件成形分析軟件KMAS已在國外售出200多個許可，成為我國自主CAE軟件研發企業的榜樣，也為其他自主CAE軟件的商業化模式提供借鑒.
當被問及為何花這么大的精力主辦此次論壇，甚至還邀請自己的競爭對手來參會的原因時，張群博士回答道：“中國自主研發CAE軟件的企業非常弱小，影響力很低，應該團結合作、共享資源，建立一個精誠合作的聯盟，共同促進我國CAE軟件產業的發展，并更好地服務于工業創新；這正是我回國創業的目的，做好中國CAE軟件自主研發不僅僅是我一家企業的事情.”
[關鍵詞]UG軟件 線切割 虛擬教學 模型
中圖分類號：TG580.66 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0246-02
引言
近年來，隨著中國經濟的發展，模具行業也得到了空前的發展。由于模具行業的發展，模具制造的人才急劇增加，各技工院校也紛紛開辦了自己的模具專業，開始大量招收模具制造專業的學員。但是由于模具制造是一個復雜的過程，需要使用到的設備也相對較多，常常出現設備不夠用，再加上技工類院校的學生的在能力相對較差，如何進行安全有效、低成本、高效率的有效教學，培養出合格且適應能力強的學生，擺在了各個技工類院校模具教學部門的面前。
線切割是模具制造教學中常用的特種加工設備，在技校的模具專業教學中存在一定的局限和難度。線切割虛擬實驗室有助于提高學習的效率和節約成本，同時在安全操作和教學考核上體現出了較多的優勢，突破傳統的教學方法，具有一定的可靠性。線切割虛擬實驗室的開發主要包括兩個方面：一是模型的制作設計；一是虛擬平臺的程序編寫。
一、線切割虛擬實訓室的構建
虛擬仿真技術的應用主要是可以構建虛擬實訓室，通過計算機虛擬網絡達到培訓的目的。線切割虛擬實訓室主要包括虛擬的實訓室場景，虛擬的機床設備，虛擬的仿真演示，聯網仿真考核等部分構成。構建虛擬實訓室的一般步驟為：
1、虛擬場景設計
一個逼真的虛擬現實效果是由逼真的場景、加上各種聲光等元素構成。建立一個逼真的虛擬現實環境需要進行全面的設計，讓該場景無限接近于現實事物。實訓室的虛擬環境設計方法是先進行場景草圖的繪制，再提出場景設計的方案。線切割實訓室的布局主要是考慮到操作的合理性，方便性，布局方案設計如下：
2、虛擬機床設備建模
根據前面我們場景設計，第二階段要進行虛擬機床設備的建模。建模要完全參考市場現有的各種主流產品進行建模，以體現產品的多樣性和真實性。本次我們建模基于UG軟件進行設備的建模。通過各零件的建模，然后通過裝配，最終完成場景中的各個機床設備的模型創建，效果如下圖：
3、虛擬仿真演示設計
針對線切割機床設備的建模完成后，就需要對我們平常教學中用到的機床機床動作進行設計，使得在計算機上操行時能夠獲得和現實教學中一樣的機械動作和反饋動作。考慮到教學中的任務實施內容，設計仿真演示的動作有（表1）：
4、考核設計
除了要能夠進行操作，還要有考核系統與之配套，以保證虛擬仿真訓練的效果得到鞏固。考核的設計可以分為：課堂考核、月末考核及期末考核三部分。考核的內容上不易設置過多，以避免考核者產生煩躁心理，減弱考核的效果。
二、虛擬程序平臺的編寫
一個完整的虛擬實訓室，除了有逼真的三維模型，還需要具備強大的操作性。這里采用VIRTOOLS虛擬現實軟件對實訓室虛擬模型進行編程，可使該場景獲得模擬真實操作的功能。
VIRTOOLS虛擬現實軟件使用的模型格式為.CMO。因此經過UG軟件設計好的模型要經過轉換才能夠使用。這里我們經常將UG建好的模型到處為IGES格式，并導入到3DMAX軟件中，通過安裝在3DMAX軟件上的VIRTOOLS轉換軟件，最終將模型的格式轉化為.CMO格式。
通過VIRTOOLS 軟件進行角色、動作等的設置，完成虛擬仿真軟件的設計，最后進行適當的美化，打包成最后的成品，如圖3所示。
三、總結
虛擬仿真技術應用于模具教學具有可探討性，通過借助虛擬仿真技術，同時結合常規的現場實踐加工教學，能夠更好地取得操作的實效性。在節約資本、提高培訓教學效果上有很大的提高，開發出虛擬線切割實訓室是一個值得嘗試的解決辦法。UG是出色的參數化設計軟件，VIRTOOLS則是一款相對簡單的虛擬現實軟件，通過UG建模與VIRTOOLS編寫虛擬仿真程序將是一個新的創新。開發出線切割虛擬實訓室，通過計算機聯網教學，能夠有效解決機床設備欠缺、操作安全、節約材料的實際問題，是常規實訓教學的一個有效補充。
參考文獻
[1] 袁宗杰，鄧愛國.？數控仿真技術實用教程[M].北京：清華大學出版社，2007.
