三维仿真论文篇1
当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具教育学论文，它广泛用于工程领域和非工程领域。高职院校的物流实训中心大多数是基于软件模拟的物流实训室，这类实训室是以物流软件模拟来搭建物流模拟平台，如仓储管理软件、运输管理软件、ERP、MRP、国际货代软件、TPL软件或基于上述几个软件集成起来的供应链软件等；然而对于基于设备的物流实训室来说，由于资金等方面的限制，比较先进的设备还尚欠缺教育学论文，这就造成了学生对立体库、高速分拣机、巷道式堆垛机、AGV、码垛机器人等先进的物流设备缺乏足够的感性认识论文格式模板。三维虚拟仿真技术等够对仓库、配送中心、企业生产线等进行简单的建模，能够加深学生对各种物流设备的认识，帮助学生理解工业、企业、生产线的布置与产出平衡、物料需求计划、企业资源计划等相关知识，更好地找出生产瓶颈，加深对现代化立体仓库、配送中心的了解。因此三维虚拟仿真技术在教学中的应用教育学论文，对于学生更好地学习物流专业理论知识、培养相应的职业技能是大有裨益的。
一、三维虚拟仿真技术概述
三维虚拟仿真（3D Virtual Simulation）就是利用三维建模技术，构建现实世界的三维场景并通过一定的软件环境驱动整个三维场景，响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应，并在三维环境中显示出来。三维仿真的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等论文格式模板。该软件提供了原始数据拟合、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真的实验、对结果进行优化、生产3D动画影像文件等功能。
利用三维虚拟仿真技术教学具有以下优点：
1、教学内容视觉化
2、学习中的交互性好
3、沉浸感真实感强
二、三维虚拟仿真技术在物流教学中的应用
基于青海交通职业技术学院物流实训中心3D实训室的应用系统及操作流程。
1．开机步骤
开机顺序依次为：
2 AP转换器（数量两台）：
按下电源按钮教育学论文，
2 工作站（数量两台）
2 投影机（数量四台）
进入控制工作站，进入中控程序，点击投影机控制，选择开
等投影机启动完毕后再进入下一步
2 边缘融合机（数量两台）：
按下电源按钮
关机顺序依次为：
立体图像工作站——边缘融合机——AP转换器——投影机——控制工作站
2．基本操作设置
立体图像工作站设置
（1）多显示器设置
鼠标在桌面上右键
进入NVIDIA控制面板
点击设置多个显示器
设置作为一个大水平桌面（水平平移模式）
显示的结果是，显卡双头输出两个通道的桌面。
（2）分辨率设置
单屏分辨率1024×768教育学论文，重叠像素为192
整体分辨率为1856×768（含边缘重叠区192个像素）
重叠像素设置图如下：
立体设置为管理3D设置里面，基本设置，选用立体启用
3 .基本演示操作
（1）立体电影
检查左右眼是否正确？
2 将图像移动分别移动到第一个通道和第二个通道进行检查论文格式模板。
如果第一个通道和第二个通道都不正常，点击一下软件里面L/R
2 如果图像只在第一个通道出现左右眼反的现象？
在第一台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼
2 如果图像只在第二个通道出现左右眼反的现象？
在第二台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼
（绿色按钮按两次表示切换左右眼）
（2）NVSG演示软件
同样观看立体是否正常，可以通过软件切换左右眼
（3）VEGA演示软件
同样观看立体是否正常教育学论文，可以通过软件切换左右眼
4系统连接图如下
5投影机图像不正确的调试方法
（1）首先检查画面比例是否正确
再点击高级：
水平位置和垂直位置，如图所示。
6融合机出现故障处理方法
出现基本问题首先重新启动融合机来解决
如重新无法解决可以采取如下步骤：
（1）找到是那台融合机出现的问题，并接入键盘鼠标
（2）ALT+F4退出融合服务软件
（3）点击桌面上的blend文件夹
（4）复制setting.cfg文件到其他地方
（5）将备份的该文件copy到blend这个文件夹下面
（6）双击STEREO_CAP程序
（7）按ESC，再点击开始扑捉、全屏幕、下一次开机启动，保存设置、开始
（8）重新启动
7注意事项
（1）投影机开启后遥控器上的auto、aspect两个按键不能按教育学论文，正常使用情况下不需要遥控器；
（2）投影机机械结构不能轻易触碰
（3）屏幕位置不能挪动，屏幕表面不能触碰，灰尘可用干净的柔软布沾水擦；
（4）投影机关机后不能立即断电，同时投影机电源需接入UPS稳压电源，UPS后备电池时间不小于10分钟；
（5）不能随意拔插设备连接线缆；
（6）立体工作站显卡、立体、分辨率等设置不能改变
（7）控制工作站IP：192.168.1.10不能改变。
开机先后顺序要严格按照技术要求顺利
三、结束语
三维虚拟仿真技术软件在高职的教学中能发挥出积极的作用，一方面能提高学生的学习兴趣，学生在学习的过程中能够对仓储、运输、配送、生产加工等有一个感性的认识，同时也提高了学生分析问题、解决问题的能力，实践证明三维虚拟仿真技术软件的应用对于高职物流专业的教学具有积极的意义。
参考文献：
[1]吕明哲，物流系统仿真，东北财经大学出版社，2008.10。
[2]贺国先，现代物流系统仿真，中国铁道出版社，2008.12.1。
三维仿真论文篇2
物流系统仿真是物流类专业的一门主干课程，是验证物流系统设计及优化的重要手段。该课程以概率论和数理统计为理论基础，以计算机技术和可视化技术为技术手段，通过对物流系统各环节进行抽象建模并进行模拟仿真，结合仿真结果进行数据分析从而得出结论，验证物流系统设计以及优化方法的可行性。物流系统仿真课程主要分理论讲解和软件操作两个部分，也有很多院校采用了案例教学法，以典型案例为切入点，在教授软件的使用方法的同时，融入基础理论。大部分院校都是基于某一种软件进行的教学，学生对于物流系统仿真的理解很容易拘泥于某一种平台。为了更好地培养学生在物流系统仿真建模中的抽象思维能力，并使学生更加深入透彻的理解物流系统仿真的实质，该文将从仿真软件多元化的角度，对物流系统仿真课程多元平台建设进行探讨。
1 物流仿真软件平台
物流仿真软件平台很多，其仿真特点及侧重点虽各有千秋，但仿真的思路及结果分析都大同小异。目前从仿真效果的角度主要分为二维仿真和三维仿真两种，二维仿真软件侧重系统流程的模拟，仿真的过程中对计算机的硬件要求较低，运行更为顺畅，而三维仿真软件仿真运行的效果更吸引人，在学习仿真的入门阶段更容易引起学生的兴趣。随着市场需求的发展，许多二维物流仿真软件的高版本也都支持三维效果演示，但是在建模初始阶段还是需要在二维空间进行操作。常见物流系统仿真软件如表1所示。
2 物流系统仿真多元平台整合
众多物流系统仿真平台各有特点及其适用环境，根据学习的难易程度及实际条件，选用了Flexsim、Em-plant和Anylogic3种仿真软件作为整合对象，应用与物流系统仿真课程的教学之中。
考虑到课程学时的限制，整合过程中并未将3种软件全部安排到课程的讲授部分，而是通过课程讲授、课程设计和毕业设计相结合的形式进行多元平台的整合，如图1所示。
（1）讲授部分。课堂讲授部分除了基础理论外，在案例教学当中以Flexsim软件为主，辅以Em-palnt软件。Flexsim软件在解决简单问题时可通过直接拖拽实体和属性设置的方式进行，操作简单，界面友好，可直接进行三维效果演示。通过案例教学培养学生的抽象思维建模能力并熟悉一般物流系统仿真软件的操作流程。在大体掌握了Flexsim软件的使用方法后，引入Em-plant软件，根据软件的特点，从流程仿真的角度针对Flexsim的类似案例进行建模仿真，讲授Em-plant软件的建模思路，及代码编写基础，实现课程讲授部分的两种仿真软件的结合。
（2）课程设计部分。课程设计采用分组的形式，给出实际的案例，分别应用Flexsim和Em-plant两种软件，通过数据调查、系统简化、抽象建模、参数设置、仿真运行、结果分析等环节，针对同一案例进行仿真分析，并比较两种软件的各自特点。
（3）毕业设计部分。毕业设计可用的时间较长，针对同一案例，在Flexsim和Em-plant的应用基础上，再加入Anylogic仿真软件，应用3种软件对案例进行现状仿真分析及优化方案验证。此阶段，学生对物流系统仿真已经有了较为深入的认识和理解，对于一般仿真的流程也较为熟悉，为较快掌握Anylogic软件提供了良好的基础。通过Flexsim、Em-plant和Anylogic三种软件的学习和运用，完成物流系统仿真多元平台的整合。
3 结语
物流系统仿真课程主要是培养学生的抽象思维能力和应用仿真软件解决问题的能力。单一平台的学习容易导致学生思维的模式化和对仿真理解的片面化，在一定程度上对学生的发展将会产生一定的束缚。通过物流系统仿真课程多元平台的建设，可以使学生对物流系统仿真有更为全面和深入的理解。
参考文献
[1] 陈雷雷.建模与仿真课程设计的教学实践与探索[J].实验室研究与探索，2014，33（7）：210-213.
三维仿真论文篇3
【文章编号】0450-9889（2017）04B-0027-03
计算机仿真是在计算机上建立形式化的数学模型，然后按一定的实验方案，利用系统的模型通过模型解算的方法来获得系统动态行为的一种研究系统的过程。计算机仿真技术是以计算机为工具，以相似原理、系统技术、控制理论、信息处理技术以及各种相关领域技术为基础，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，根据系统试验目的，建立系统模型，并在不同的条件下，对模型进行动态运行试验的一门综合性技术。随着计算机仿真技术的迅速发展，仿真技术由二维平面图形向三维虚拟现实逐步转化。三维仿真技术具有生动、形象、经济实用等优点，已广泛应用于科学研究、工业制造、交通运输、工程设计、教育培、军事、医疗等众多领域之中。
一、三维仿真技术在职业教育领域的应用
仿真教学是利用实物或计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行、优化等的教学方式。它的出现对职业教育的发展产生了极大的推动作用，为新的教学手段开发奠定了基础，使教学方式、方法的改革和创新成为职业教育发展的必然趋势，结合互联网使用，可以使职业技术教育实现远程学习、在线学习，突破传统职业教育依赖于硬件设备进行教学的局限，促进职业教育跃上了一个新的台阶。目前，许多职业院校充分利用现代计算机技术和仿真技术开发了三维仿真教学软件、实验或实习仿真教学系统，开展仿真教学和实验、实训操作训练，如利用数控加工仿真教学系统，可以实现学生编程刀具路径轨迹校验、检查碰撞、工件过切、程序优化等教学过程，尽可能避免未经校验的程序在实机操作过程发生碰撞等危害事故。电梯技术实训仿真教学系统可实现电梯技术中的机械、电路、传感器、变频调速、PLC 控制等技术实训的仿真教学。建立与课程相对应的仿真实验室、仿真实训室、仿真实训车间、工厂，利用仿真实训室开展单项技能训练和综合项目实训，如数控仿真实训室、三维电子导游仿真实训室、财务仿真实训室、冶金仿真实训室、变电仿真实训室等仿真实训室，使学生直观地、低成本地体验生产环境，完整地、清晰地了解生产流程和各个岗位的工作任务等。
二、三维仿真教学软件的开发方式
教育部的《教育信息化十年发展规划（2011―2020年）》明确提出：加快职业教育信息化建设，建设职业教育虚拟仿真实训基地。由此可见，虚拟仿真实训基地是专业实训基地的一个重要组成部分，职业院校要积极建设仿真实训基地等信息化教学设施，组织力量开发适合学校发展需要的仿真教学软件，以满足信息化教学的需要和专业建设的需求。三维仿真教学软件的开发通常有学校自主开发、校企合作开发、软件购置三种方式。学校组织教师自主开发虚拟仿真教学软件，主要是解决教师教学定的教学问题，这是提高教师信息技术水平的一个重要举措，也是解决学校信息化教学资源不足的主要途径。例如，广西机电工业学校教师自主开发的基于单片机技能大赛的三维虚拟仿真软件，仿真度高，可以根据训练项目进行编程和调试程序实训操作，包括单片机控制的机械手进行实时仿真等。校企合作开发的虚拟仿真教学软件主要是学校根据自身需要定制的产品，学校根据自身教学需要提出仿真软件系统的总体要求、技术要求、教学模块功能、产品的指标等需求，成立由学校专业教师和企业专家组成的开发小组，教师根据教学目标、教学内容、教学方法、教学认知规律和企业的岗位要求及工作过程进行教学设计，再由软件技术开发公司来负责技术实现。例如，广西机电工业学校开发的基于工作过程的模拟电路分析与制作三维仿真、地质灾害三维仿真等与教材配套、具有学校特色的教学软件。软件购置是学校根据教学需要和使用场所，购置易于实现与其他设备、软件衔接的行业中具有代表性的教学软件系统。
三、三维仿真教学软件开发的流程
教学软件是为实现特定的教学目标、实施特定的教学过程而设计开发的应用软件，教学性是它固有的属性。在开发过程中应将教学设计和软件工程二者有机结合，软件开发团队应该由职教专家和专业技术专家等组成。自主开发和校企合作开发仿真教学软件一般由分析、论证、设计、实现、测试、验收这六个阶段组成，而软件购置则省略了设计和实现这两个阶段，三维仿真教学软件开发的流程如图 1 所示。
（一）需求分析。教学软件的需求分析是保证教学软件开发质量的重要前提。其主要任务是回答“软件必须做什么”，从而确定软件开发的目标和预期效果，并在使用条件分析、软件功能分析和教学特性分析的基础上，确定软件的使用条件、教学功能、教学特性等其他方面的要求。
（二）方案论证。根据软件开发的目标和预期效果，对所要开发的软件产品现状进行比较分析，明确已有教学软件同类产品可以解决的问题和不能解决的问题。依据教学需求分析和已有产品现状分析的结论论证教学软件开发的必要性，从教学软件开发的经费、开发团队的组成及其成员的技术水平、教学功能实现的技术手段等方面论证教学软件开发的可行性，进一步确定开发软件的总目标。
（三）软件设计。为了保证教学软件的教学性、科学性和可操作性，软件设计很重要的一部分工作就是进行教学设计，围绕教学软件的教学目标、教学内容、教学策略和评价方式分别进行分析设计，确定教学软件整体框架结构，功能模块等。
（四）软件实现。软件实现是教学软件开发流程中最能体现教学软件特色的重要环节。首先要进行技术预研，选择合理的开发平台以及软件工具，然后根据软件设计的结果，围绕教学软件的界面、数据库、功能模块等详细规划。比如，对机械部件的实物原型进行三维建模、运动功能、驱动控制、外部数据接口等功能设计。最后，使用 Unity3D 软件作为开发平台，实行仿真环境的场景、环游功能和人机交互功能。具体实现步骤包括：先测量实物的实际尺寸，使用 CAD 软件绘制二维图像（.DWG 格式），然后利用二维图像在 3DsMax 软件中建立三维模型（.FBX格式），最后在 Unity3D 软件中导入三维模型，针对三维模型的碰撞检测以及人机交互功能进行代码的编写。
（五）软件测试。软件测试是确保教学软件|量的重要环节，分为单元测试、整体测试。由教育专家、技术专家、教师和学生对所开发的软件产品进行功能和效果等测试，及时发现软件产品存在的问题，再根据存在的问题和修改建议进行修改优化。
（六）评审验收。教学软件的评审验收需要专家、同行和用户三方结合进行。专家和同行的评审可以保证教学软件的教学功能和技术，用户评审有利于积累教学软件的开发经验。
四、三维仿真教学软件的应用机制
仿真教学软件（系统）应用的主体是教师、学生和在职培训者。应用仿真教学软件的目的主要有三个方面：一是通过仿真教学软件的虚拟交互，使抽象内容形象化，学习活动变得生动有趣味，降低学习难度，调动学习者的学习积极性，从而提高教学效果；二是利用仿真软件开展教学，可以弥补场地、设备和师资的不足，实现理论与实践的同步教学，提高教学效率；三是利用仿真教学软件和网络搭建的平台，打破地域和时间的限制，实现网络教学和远程培训。为更好实现上述目标，必须建立相应的仿真软件运行管理机制、学习者学习机制、教师培训机制、仿真软件应用的考评机制、仿真软件使用评价机制，如图 2 所示。
（一）仿真软件运行管理机制。为教师、学生和培训者提供便捷的教学使用平台是仿真教学软件应用的基本前提，因此教学软件运行管理机制是教学软件应用中最重要的机制。经评审验收后仿真教学软件由学校信息中心或相应的部门进行集中管理，负责教学平台的运行管理和维护。相关的专业教学部门或开发部门负责开发与之对应的教材、学习指导等教学资料，并建立相应的教学平台，为仿真教学软件的应用提供基本的保障。可通过建立完善相关管理制度和明确工作职责来建设仿真教学软件运行管理机制。
（二）学习者学习机制。网络课程在线学习和远程培训的主要对象是在校学生和在职职工。可通过把学生利用网络课程学习或职工参加远程学习的情况与对应课程考核成绩挂钩的方式建立学习者的学习机制。
（三）教师培训机制。教师是仿真教学软件的主要用户之一。教师要对软件的使用方法、应用场合及其主要功能、教学性能要十分清楚，并能熟练演示和操作仿真软件，才有可能在教学实施过程中应用仿真软件进行教学。可采取企业培训、校本培训和开展相关教学教研活动的方式对教师开展培训，并建立教师学习培训跟踪考核评价制度，确保教师会用、想用，使之成为教学中不可缺少的重要手段，提高教师信息化教学应用水平。
（四）仿真教学软件应用的考评机制。教师是教学的组织实施者。要充分调动教师利用仿真软件开展课堂教学或组织实施项目的积极性，改革教学方式、方法和教学模式，（下转第38页）（上接第28页）更好地利用仿真软件辅助教学，提高教学效率和教学质量。建立教师应用仿真软件的考评机制可以从以下几个方面入手。一是将教师应用仿真软件（信息化）教学明确为工作职责之一；二是把教师应用仿真软件（信息化）教学的考评机制纳入教师学期业务考核内容；三是与教师的专业技术职务晋升挂钩，将教师运用应用仿真软件（信息化）教学的能力作为教师的岗位能力，作为资格晋升的必要条件之一；四是建立奖励制度，对教师开发仿真软件和应用仿真软件参加信息化教学比赛给予业务考核加分和物质奖励。
（五）仿真软件使用评价机制。建立有效的仿真软件使用评价机制。从教师、学生、培训者的多维角度，对软件教学功能、性能、效果和可操作性及开发水平等方面进行调查评价，在调查评价基础上分析其使用效率、使用效果、评价反馈意见等，为同类仿真教学软件的开发提供改进的依据和借鉴。
总之，教育信息化已经成为职业教育发展的必然趋势。随着计算机技术和仿真技术水平的不断提高和计算机仿真的硬件与软件成本的逐渐降低，三维仿真教学软件将不断地升级更新，更加智能化、真实化，从而使得仿真软件具有成本较低、贴近真实的工作场景、操作简单、灵活方便、维护容易、学生参与性强、互动性好、易于接受的特点，最终三维仿真教学软件将会在职业教育领域中发挥越来越重要的作用，成为新时期的重要辅助教学手段。
【参考文献】
[1]廖守亿，陈 坚，等.计算机仿真技术[M].西安：西安交通大学出版社，2015
[2]郝丽娜，刘兴刚.计算机仿真技术及CAD[M].北京：高等教育出版社，2009
[3]周志明.企业远程培训系统应用机制建设思考[J].中国成人教育，2014（1）
三维仿真论文篇4
《计算机组装与维护》是职业学校计算机类专业的一门重要专业课，旨在培养有一定理论基础，能对计算机进行日常维护的应用型人才。目前，《计算机组装与维护》的实验设备存在更新周期短、设备损耗快、实验时间过长的情况，使得该课程的实验难以开展，有部分章节的教学内容甚至不进行实验，最终影响教学质量，以至学生未能充分掌握计算机组装与维护技术。
随着虚拟仿真技术、多媒体技术等计算机技术的飞速发展，通过计算机软件开发的虚拟仿真教学系统为课程的实践改革提供了可能。通过虚拟仿真的场景，可以对学习者的元认知进行引导，为最近发展区提供模型。学生能身临其境地观看各种实验硬件，体验操作系统的安装与维护，获得比传统实验更深刻的学习体验，有效提高教学效果。
二、仿真教学对《计算机组装与维护》教学的意义
《计算机组装与维护》课程中的硬件组装、BIOS 设备、硬盘分区、操作系统安装、系统备份与还原等教学内容，均适合利用虚拟仿真技术进行教学。学生沉浸在虚拟仿真的场景中，动手操作相关实验，在与仿真实验设备的交互过程中，领会教师的设计思想，从而达到教学目的，有效改善了传统教学过程中学生以获得间接知识经验为主的教学弊端，促进学生对知识的理解。
（一）缩短课程时间，提高教学效果。
引入仿真教学之前，在“ghost镜像的制作”的教学中，镜像的制作过程需要20分钟的等待时间，教学过程出现“真空层”，令教学效果大打折扣。仿真教学系统可以将教学资源便捷地呈现在计算机桌面，省略了累赘的实体展示、作业过程的等待，各教学环节衔接紧密。学生在秩序良好的仿真环境下学习和实验，争取到更多的实验时间，通过多次重复的仿真实验，也可以充分积累操作经验，形成标准的作业习惯。
（二）寓教于乐，提高学生学习兴趣。
中职生由于年龄、心理、知识结构特点等原因，大多数学生均排斥概念、原理等陈述性知识，对实际动手操作的实践实验有着浓厚的兴趣。仿真教学环境提供可交互、系列化的教学方案，将枯燥的理论知识变得生动有趣，在一对一的仿真实验场景中，带“智能提示”的实验任务将仿真实验变成了探索知识、形成技能的游戏，使学生对仿真实验充满热情。
（三）降低设备损耗，减少实验成本。
《计算机组装与维护》普遍存在的问题是学生多、实验硬件少。由于学生的基数大，每个学生接触实验硬件的机会少，对硬件的性能不尽了解，在真实实验过程中比较盲目，导致硬件无谓损耗严重，使得实验任务无法完成，很多实验都被教师放弃。仿真教学系统能在极少的成本和最快的时间更变仿真对象，使学生在仿真的环境下能利用社会主流的硬件设备进行学习、实验，既能达到真实作业的效果，又能便捷地进行反复的仿真实验，同时也避免了因误操作引起的设备损坏。
三、仿真教学系统的应用
目前，我国职业学校《计算机组装与维护》教学大多延续着以“理论—实践”为主的传统教学方法。例如，在计算机硬件组装的教学中，教师通过展示图片示范硬件的拆装过程，然后组织学生现场分组实操，许多学生在未完全吃透理论知识的情况下便进行实操，容易出现误操作等情况，影响教学的有效性。为了更好地衔接“理论”和“实践”两大教学模块，我们通过分析学生的特征，依据认知学习规律，借鉴“三段式”教学模式的精华，并在此基础上进一步优化，创造出了“新三段式”教学模式。
（一）“新三段式”仿真教学模式。
“三段式”虚拟仿真教学模式就是按照学生的学习认知规律，划分理论教学、仿真实验和实验实训三个阶段。在虚拟仿真技术的辅助下将传统的“理论—实操”转变为“理论—仿真实验—实践”的新型学习方式，仿真实验是理论与实践之间一座新的桥梁。在实际应用中，“三段式”的仿真实验环节还未检查学生的实验效果便单向指向真实实验，有些学生在未完全掌握操作技巧的情况下便进入了真实实验环节，导致学生在真实实验中出现误操作。
为提高仿真实验的效用，保障真实实验的教学效果。我们将原单向的“三段式”教学模式改变为带回路的“新三段式”教学模式，即在教师主导教学下，学生进行理论学习，学生在仿真实验模块进行探究式自主学习、实验，在进入真实实验前，仿真系统会自动对学生的仿真实验进行一次评价。具体教学流程如图所示。
（1）理论教学：教师根据教学目标的要求，分析教学内容，在课堂上讲解知识要点，明确教学目标和实验任务。
（2）知识巩固：学生通过仿真教学系统对理论教学的知识进行再认，强化理论教学的效果。
（3）仿真实验：在教师的引导下，采用“以学生为中心”的教学方法，让学生反复地进行仿真实验，使学生从初步了解实验操作步骤成长到充分掌握操作技巧。
（4）系统评价：仿真教学系统根据学生的操作情况，对学生的仿真实验效能进行评价（取决于某几个关键步骤），没出现一次误操作为合格。学生取得合格的评价后，可以向教师申请到实践实验环节，不合格则可返回知识巩固环节。
（5）实践实验：学生在教师的指导下，在真实环境下验证仿真实验的实验结果。
（6）综合评价：教师根据学生的学习情况、仿真实验情况和实验的情况，综合评价学生在该教学项目任务中的成绩。
（二）“新三段式”教学模式的特点。
三维仿真论文篇5
3Dmax与OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年来得到迅速发展的嵌入Windows三维模型仿真技术。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通过3Dmax建模和OGRE 3D引擎作为仿真平台，及Qt设计窗口，在Visual Studio2008环境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE开发环境，主要是一些插件和动态链接库，定义OGRE将要使用的资源，选择并设置渲染系统。通过初始化使用一些资源，并用这些建立一个场景，启动渲染循环。
1.仿真的一般流程
通常我们先用软件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等画出一维、二维及三维的仿真图形库。一些特殊的如仿生鱼水下机器人建立时图形仿真时用到了自由变形计轴变形及其他样条曲线理论的支持完成。到最后显示的视景仿真一般都是通过Vega或者OpenGL再通过Visual studio编译执行写好的虚拟现实代码等来实现仿真，而且3D仿真大都需要进行碰撞检测。为了设计窗口的方便可能运用MFC或其它工具来设计人机交互窗口，最终形成一个完整的仿真系统。
2.模型的建立
通过3Dmax所得到的水下机器人三维模型。
根据国际水池会议推荐，建立固定坐标系（惯性坐标系）和运动坐标系（附体坐标系）上图的水下机器人也将按此坐标系[1]。
由于完整的六自由度运动方程具有极强的非线性和耦合性，所以需要我们进行解耦进而进行求解。对于方程的简化与求解大多数专家并没有给出，不过我们通常根据不同的水下机器人的形状等特点来适当减少式中的未知量及个数，一般将各方向的运动都简化为平面运动。简化得到的方程式不但有的时候能让我们更容易的得到未知量来实现仿真，而且对于水动力系数等得求解也简单的多。三自由度、五自由度及六自由度的操纵性方程是最常见的，有的为了方便甚至直接简化为一维的线性方程，再通过一些其他的算法来趋紧真实的结果。
水动力模型相对复杂，最简单就是力、力矩对速度、加速度、舵角等的一阶偏导数即线性流体水动力导数。这里就不诸一列举各项研究所用的水动力方程，水动力系数的选取与获得现在一般是通过经验公式、拖曳实验及CFD技术。其中拖曳实验应该是最准确的，但是它也受到实验环境及未知因素的影响。CFD技术已经被张赫等人验证了其具有一定的准确性[2]。
其中附加质量及附加质量所形成的力及力矩经常被放到质量矩阵里面。张赫也提过用面缘法来对惯性水动力系数进行估算。张晓频采用现有的比较成熟的商业流体力学软件FLUENT模拟潜水器的粘性绕流流场，模拟阻力试验、斜航试验和平面运动机构（PMM）试验，求解操纵性水动力系数。建立多功能潜水器六自由度运动的数学模型，编写仿真程序，预报其操纵性能[3]。
带有均衡潜伏系统的数学模型的建立，推进器的推力模型，舵的水动力系数模型及升降系数模型，海流模型、海浪模型及带缆的数学模型等。这些模型有的时候对仿真系统的仿真结果影响不大，有的时候却是起到主要影响作用，因此我们要视情况而定以达到仿真的最佳效果。梁宵构建了舵、翼、桨联合操纵的微小型水下机器人运动仿真系统，讨论PDCE运动控制系统结构及主要组成部分并通过外场试验来验证其可行性及可靠性[4]。
3.视景仿真的应用
不论我们研究什么理论到最后都要进行试验的验证，仿真就是为了使得试验更简单，更直观，风方便，甚至可以做到一些现实中无法做到的假设试验。
张赫过定常流动和非定常流动这两种情况进行不同试验形式的模拟计算，在得到模拟结果的同时，给出相应循环水槽试验结果，最后做出对比结果的分析。其中定常运动包括模拟直航试验和模拟斜航试验，非定常试验包括模拟平面运动机构进行的五种操纵性试验。最后在结论分析中对上述三种数值计算方法进行了总体的比较和分析，并由试验结果给出了用于建立潜水器空间运动方程的各个系数。为了我们的研究需要，可以发挥我们自己的想象合理的去做仿真试验，会得到意想不到的好处与突破创新。
4.结论
建立了动力学模型，研究了对象的水动力性能，得到运动方程所需的水动力、重力、浮力、推进器作用力等，并在此基础上建立了以推进器为主要操纵方式的运动仿真系统，对水下机器人的运动完成视景仿真，得到视景仿真的效果图。我们不但可以做不同的试验来获得水下机器人的操纵性能、适航性及受力变化情况，还可以此来对其进行结构上分析与设计。之后我们还可以将水下机器人的高度智能化进行视景仿真来验证与设计。还可以对某些重要的系数进行参数识别的仿真实验，还要继续加强视景仿真的真实性，来适应需求更高的仿真。 [科]
【参考文献】
[1]贾欣乐，杨延生.船舶运动数学模型.大连海事大学出版社，1999.
三维仿真论文篇6
中图分类号：U412.1+2 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
近年来，三维及相关技术得到了讯速发展，过去无法突破的城市复杂性描述、海量信息管理等技术瓶颈相继被攻克，计算机硬件不断提高，以虚拟现实技术、三维展示技术为核心的内容的技术得到快速发展。
三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。
2.基本概念和意义
城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：
⑴ 完善韶关市数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理
实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。
⑵ 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平
利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。
⑶ 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代
城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。
3.工作内容及应用
韶关城市规划三维辅助决策支持系统利用三维仿真技术建立城市三维虚拟环境，在城市规划、建设的各阶段进行城市现状及规划的三维模拟描述，为决策者提供直观、科学、准确的城市规划宏观决策支持，满足规划业务审批管理的应用、成果的展示及规划方案管理和评审的需要。
韶关城市规划三维辅助决策支持系统项目主要包含软件和三维数据建模两方面的工作。项目共投入280万，计划在三年内完成。2011年6月开始进行系统开发和三维建模，2013年5月份，系统主要体系结构开发完成，并完成韶关主建城区三维模型数据生产制作。
（1） 数据建设内容
数据建设主要包括数据标准制定和三维数据建模两部分。
制定数据标准和技术规范是实现系统互联互通、资源共享的重要基础工作，也是后期数据更新、管理、维护的依据。数据标准建设主要包括：三维数据采集与制作标准、三维数据更新规范。
三维数据建模是系统建设的基础，以及各种应用和分析的依据。初次项目建设覆盖范围为主城区50平方公里的基础模型建设工作（建筑物约有30平方公里）：其中包括约15平方公里的精细模型、10平方公里的标准模型、50平方公里的地形及市政配件模型。
（2）系统特色及基础功能
体现三维场景的美观和真实性；是一套安全、可靠、稳定，功能强大的系统。在应用于实际规划工作中，发挥辅助决策作用，系统的布局合理、操作简便。可进行场景浏览漫游、重点导航、路径导航、图层控制、场景输出等。三维数据应用广泛，可广泛应用于规划、市政、城管、公安、交通、旅游、房产等行业领域。
（3）城市规划辅助决策
提供直观的三维可视化环境；提供多种空间数据、规划专题数据的叠加分析功能；三维辅助设计、建筑信息查询。规划地块查询、用地红线查询、空间量测、地形分析、规划辅助分析。方案比对、日照分析、控高分析，视域分析、通视分析、指标分析，三维标注、图形绘制、路网绘制、规划元素库、三维模型库，管网查看、管网查询、管网统计、管网分析等。4.在城市规划中的应用实例
（1）规划方案对比分析
利用虚拟的三维场景，使城市的规划工作不在于仅仅建立在平面图上做规划，三维的场景模型使规划变得更简单直观。一般人都能参与到城市的规划中去。如某个小区的三旧改造工程，通过三维仿真模型，规划前后的场景就一目了然了，为设计者提供了思路。规划前后的场景如图1所示：
图1
（2）日照分析的功能
在城市建筑规划设计时，日照分析是必不可少的一个环节。通过对待规划建筑物的高度、形状进行模拟，应用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系统中很容易就继续日照分析。如在城市的某个小区旁欲修建一座建筑物，建筑物对小区附近的楼房的日照影响分析情况如图2、3所示：
图2建筑物上午八点钟的日照情况
图3建筑物下午15点钟的日照情况
（3）地下管线信息的查询功能
在旧城区的改造中，决策者需了解地下管线的状况。可以直接三维系统中反应出来，如图4所示：
图4
（4）建筑信息的查询功能
将前期测绘的建筑物数据属性信息输入数据库中，使用户点击具体的建筑物时能够显示其详细的属性信息，在表达上更加直观。如图5所示：
图5
5.结语
三维仿真技术能够促进规划工作从“定性分析”到“定量分析”，从“平面规划”向立体规划“的转变，实现城市规划的精细化、科学化管理。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。
参考文献：
[1]彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008.
三维仿真论文篇7
1．2创新实践自主化为了解决自主创新实践能力训练不足的教学问题［4］，教学团队将光通信、微波光子学等交叉学科前沿技术与创新实践相结合，构建了“空间光通信”开放式创新实践平台，建设了综合型、设计型、创新型的开放式专业实验室．依托开放式创新实践平台，开展了大学生自主研究型学习，着力加强大学生自主创新实践能力的培养［5，6］．加强科研促教，拓展创新思维，在“985高校”大学生创新训练计划支持下，实施了创新设计项目40余项．依托科研项目把学生带到学术前沿，进行了形式多样的学术研讨:教授、副教授、博士、硕士、本科生分别定期做主题报告、分组讨论、网上论坛、参加国际国内会议和暑期夏令营等方式促进学术交流，形成良好的学术氛围．学生在开放式专业实验室里自主进行理论建模、仿真设计与实验验证，在规定时间内撰写学术论文等，开展了大学生自主创新能力的培养模式．
1．3多元化的教学评价体系为了解决传统评价方式缺乏对创新实践、仿真设计与课程论文等环节的评价的教学问题［7，8］，教学团队将理论考试和平时成绩相结合，实验操作与自主创新实践相结合，理论建模仿真与课程论文相结合，构成了多元化的评价体系．例如:把理论考试成绩所占的比例下调到60%，而课程论文的比例上升到40%，通过创新项目和课程论文等方式评价学生的学习;通过课程论文答辩方式，依据“假设的合理性、建模的创新性、结果的准确性、表达的清晰性”进行综合评定，实现从应试教育到素质教育的观念性转变．引领学生朝着有利于自身全面发展的方向努力．
1．5开放式教学资源建设为了解决传统教学资源不足的问题，教学团队加强了师资队伍的建设，进行了广泛的国际、国内教学研讨和学术交流．重点建设了丰富的数字化网络资源平台网络课程含教学录相、典型实例、创新设计系列实验教案、经典物理问题、及在线实践编程等模块;适时引入在线答疑、网络论坛及现场演示与讨论等交互式教学形式，形成了模块化、交互式、开放式教学资源平台．
2改革与实践的探索
实例1大学生在牛顿式光学天线系统测试平台(图1)上做的部分实验内容:图2为接收光斑实验测试，图3为利用光束质量诊断仪器测试光斑．通过三维可视化仿真，使复杂、抽象、烦琐的空间光通信系统中的激光传输理论模型变得直观、具体、明了，解决大学生在学习过程中理解困难的教学问题(大学生创新实验设计项目)。例如:老师们课堂上在讲解光子晶体的应用———布拉格光纤光传输特性时，就采用了仿真验证手段．通过详细举例以此来鼓励学生启迪思维、大胆创新设计、勇于实践．以下是学生们根据题目的要求，在老师的指导下做的部分仿真结果图．实例2等周期结构的布拉格光纤仿真(见图4—图6)．实例3空间光通信系统激光传输特性仿真(见图7—图8)．实例4波动方程的(动态)三维可视化(见图9)．图9波动方程(动态)三维可视化图形实例5平面波用柱面波形式展开(见图10)．图10平面波展开为柱面波仿真结果图形以上是具有代表性的大学生创新实验设计．“缺陷的光子晶体在偏振分束器等光学器件中的应用”(大学生参与者:黄鹤、刘天骄、陈逸舟)被学校推荐为2010年部级大学生创新性实验计划项目;“推帚式激光雷达三维成像创新设计”(大学生参与者:谢国洋、顾大超、童磊)被学校推荐为2011年部级大学生创新性实验计划项目．通过这种创新事例，能很好地锻炼和培养大学生的创造能力，大大激发了学生的创新欲望和学习兴趣．
3改革的实施成果
该课程未实行教学改革以前，我们实行的是传统教学模式(理论教学+笔试成绩+实验成绩)，教学成果不理想．自从2009年本教学团队开展了对“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索以来，特别是加强了针对“空间光通信创新实验”课程中的创新实践平台及《数学物理方法与仿真》、《光学天线设计》、《空间光通信创新设计实验》3本教材的重点建设．建立了1个基于大学生创新基地的空间光通信工程技术研究中心;并依托这个创新实践平台，开展了一系列的教学和科研项目．1)研发了十余个综合创新设计实验，例如:“卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析实验”、“光纤损耗与光纤耦合实验”、“激光准直与多波长光学天线传输实验”、“无线激光大气通信实验”等;2)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学改革成果一等奖;3)教改项目:2009年“数学物理方法”教学研究与精品课程建设”，2010年“数学物理方法精品课程教学团队建设与改革”;4)团队教师指导大学生创新基金项目40余项，指导大学生40余篇(SCI收录6篇);5)开展了一系列高水平的科研项目，获得了国家自然科学基金项目2项，国家自然科学青年基金项目3项以及横向建设项目等;6)2011年建设了电子科技大学第一座2．0kW单晶硅太阳能发电站，并实现并网发电，以作为大学生新能源创新课题教学示范所用．7)发表教研论文20余篇、科研论文100余篇．取得了显著的教学成果，形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式．(教改前后对比情况见表1)．
三维仿真论文篇8
运维一体化仿真培训系统根据国网冀北电力有限公司所辖电网的生产实际与设备现状，将变电运维仿真培训功能、输电运检仿真培训功能、配电运维仿真培训功能以及设备检修仿真培训功能进行一体化设计，并与数字化电网生产管理系统、三维GIS系统有机结合，实现电网生产运行、维护、管理的全过程、全范围、全场景的仿真培训，满足“大检修”体系下国网冀北电力有限公司运维检修人员的技能与技术培训需求。主要功能、适用范围及对象如表1所示。
1.变电运维仿真培训功能在“大检修”体系下，变电运维人员不仅承担了原变电运行业务，还要负责变电设备的带电测试、维护检修等工作。因此，该子系统除了能够实现传统变电站仿真系统所具有的一二次设备建模仿真、倒闸操作、运行巡检、事故及异常处理等功能外，还增加了设备的C、D类检修、常规试验、安全工器具使用等仿真培训功能。新增仿真培训功能很好地适应了变电运维人员工作模式的转变，使培训更加具有针对性。变电运行及变电运维三维仿真场景如图3所示。
2.输电运检仿真培训功能该子系统对典型500kV、220kV、110kV输电线路、输电电缆等进行仿真建模，对铁塔、导线、金具、绝缘子等各种输电设备、线路场景、地理环境以及检测工具设备等进行全范围详细仿真，形成了交互式虚拟场景系统，可以形象地反映出输电设备的正常、异常及事故状态。输电线路运行人员、检修人员、带电作业人员以及输电电缆作业人员可以在相应的仿真工作场景中进行标准化作业训练，提高受训人员操作技能。输电运检三维仿真场景如图4所示。
3.配电运维仿真培训功能该子系统以10kV及以下城市配电网、配电线路、配电站、配电电缆为对象进行1∶1建模仿真。其中配电站仿真包括各类典型配电站仿真（如开关站、环网站、箱式变电站等）以及各种可操作的一二次设备的仿真（如变电所内断路器、闸刀、变压器、继电保护装置等）。配电线路仿真包括典型架空线路、电缆线路的仿真以及杆上变压器、闸刀、跌落保险、避雷器等一次设备的仿真。利用配电运维仿真功能可以对受训人员进行配电线路运行巡视、配电检修、配电带电作业、配电电缆作业等全过程动态仿真培训。配电运维三维仿真场景如图5所示。
4.专业检修仿真培训功能该子系统以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV电压等级的变电站典型设备、辅助设备以及仪器仪表等设备为仿真对象，对其整体结构和内部结构进行详细仿真。以专业检修（A/B级）和高压试验岗位技能为基础，以实际生产中标准化工作流程为依据，对各项检修以及高压试验工作进行全场景、全过程和全范围仿真模拟。可以实现专业检修和高压试验基础理论与基本方法、工作原理、工作流程及工艺标准等内容的仿真培训。专业检修三维仿真场景如图6所示。
5.系统主要特点运维一体化仿真培训系统在设计与功能实现上主要具有以下三个特点：（1）系统设计理念先进。运维一体化仿真系统的设计与实现着眼于“大检修”体系建设，改变了传统变电站仿真系统功能相对单一的设计，增加了变电运维、输电运检、配电运维、专业检修的仿真设计，使系统在培训功能及适用性上具有领先水平。系统大量运用3D可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术等先进计算机技术，把文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种素材进行集成，加之对作业流程的全方位、全过程、全场景的仿真，使系统具有更加丰富的表现力。良好的交互性、可操作性以及沉浸式、体验式的培训方式可以进一步强化受训人员对知识与技能的理解和掌握，提升培训效果。（2）培训功能针对性强。相较于其他传统的仿真系统，运维一体化仿真系统在培训功能的设置上更加具有针对性和适用性。根据“大检修”体系下运维检修人员的工作特点和岗位技能要求而设计的变电运维、输电运检、配电运维、专业检修四类仿真培训功能，使系统更加适应电力生产发展的新形势，更好地满足运维检修人员技术与技能培训的需要。同时系统采用单元制培训内容管理模式，可以根据学员自身的专业和岗位情况，提供定制的培训方案，进行有针对性的培训，提高培训效率。（3）培训模式新颖灵活。传统的培训模式忽视了成年人学习的固有规律，没有把理论与实际生产生动形象的结合起来，从而导致最后的培训效果不能令人满意。运维一体化仿真系统采用过关、对抗、自助餐式培训模式，学员可以自行选择培训内容，并以完成任务的方式，进入三维再现的实际生产场景中，进行相应的操作，然后系统根据各个知识点对学员操作内容进行考核。这种培训模式可以加深学员对理论及正确操作的理解认识，从而达到最佳的培训效果。
三、仿真系统的培训应用
1.运维检修人员培训运维检修队伍的技术水平和业务素质是保证电网安全运行、保证“大检修”体系建设顺利实施的关键。运维一体化仿真培训系统的主要任务是开展对一线运维检修人员及相关管理人员的安全生产、标准化作业以及事故分析处理等培训，使其提高安全生产意识，熟悉设备情况及业务流程，掌握正常工况、异常工况和事故状态下的操作与处理方法。贴近生产实际的培训内容以及有针对性的培训功能设置有助于全面提高运维检修人员的技术业务素质。
2.竞赛比武与技能鉴定运维一体化仿真系统具有一整套智能考核评价体系以及覆盖全面、内容丰富的理论和操作题库，可以对学员进行理论知识、技能操作和事故处理等方面的考核，并且全面科学地记录学员答题和操作的内容、过程、步骤等，准确、及时、科学、公正地给出评判结果。完善的考核管理与评估管理体系使该系统完全满足对运维检修人员进行考核的要求，适用于开展运维检修人员技能竞赛比武及职业技能鉴定等工作。
3.其他人员的培训随着“大运行”体系建设以及无人值班变电站比例的不断提高，监控人员在变电站值班的机会将越来越少。变电站值班经验不足导致部分监控人员对站内设备具体情况不甚了解。因此，在变电站内一二次设备的特性及运行特点、继电保护原理、故障及异常信号产生和上传原理等内容上，监控人员是存在培训需求的。运维一体化仿真系统能够实现变电站一二设备的精细仿真，形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，恰好满足监控人员对该部分专业知识提升的需要，可以作为监控人员业务培训的有效补充，提高其技术水平与工作能力。同时系统还可用于新上岗人员的岗前培训，使其提高安全生产意识，在较短的时间内熟悉并掌握日常工作的内容、流程及基本技能。
四、仿真系统的教学应用
运维一体化仿真系统是开展培训的有效载体和良好平台，同时先进的系统设计及完善丰富的培训功能也对培训师的业务能力提出了更高的要求。打造一支结构合理、经验丰富，既有深厚理论功底，又对仿真技术有所研究的培训师队伍，是运维一体化仿真系统培训功能能否得到充分发挥，培训效果能否实现最大化的关键。国网冀北电力有限公司管理培训中心调动内部师资力量进行仿真技术的学习、研究，并成立创新工作室，打造一支由老中青相结合，跨部门、跨专业的高绩效团队，全程参与运维一体化仿真系统的开发、建设、使用及维护。在创新工作室的平台上，通过激励机制引导培训师在仿真技术研究、仿真课程开发、仿真课件制作、仿真教材编写等方面下功夫，拓展了仿真系统的思路，丰富了仿真培训内容，高效能地发挥了仿真系统的作用，提升了培训效果，促进了师资队伍建设。
三维仿真论文篇9
1 汽车专业仿真软件的出现开辟了中等职业学校汽车运用与维修专业实训教学的新时代
中等职业教育是培养技术应用型、技能型人才的教育，是以职业能力培养为主的教育。中等职业技术教育在教学内容上应注重职业的生产过程和实际要求，强调专业教学内容与职业岗位需求的针对性，以职业岗位的需求确定教学内容。《国务院关于大力发展职业教育的决定》中要求，加强职业院校学生实践能力和职业技能的培养，高度重视实践和实训教学环节，大力推行工学结合、校企合作的培养模式。这一决定反映了我国现代化建设的迫切需要，说明我国目前生产一线的技能型人才紧缺问题十分突出。中等职业教育的核心是实训教学，中等职业学校学生技能的体现标志着这所职业学校职业教育水平的高低。
目前中等职业学校汽车运用与维修专业的实训教学可分为师生在实训车间进行的对实际设备操作的硬实训――实操实训，和在计算机房利用仿真软件模拟实训环境进行实训的软实训――仿真实训。汽车专业仿真软件的出现和进一步完善，为中职学校汽车运用于维修专业软实训奠定了软件基础。软件的作者通过计算机建模，将汽车各系统零部件、整车、实训车间及汽车维修检测工具根据需要以二维或者三维图形显示出来，并通过编程对汽车动态运行数据进行仿真，在虚拟实训场景中，实现工具、零件等的实时互动。汽车专业仿真软件可以模拟汽车各系统的工作过程及其工作状态，用户使用仿真软件可以完成汽车运用与维修专业各类仿真实训。例如，汽车零件部件拆装实训、汽车各系统工作原理学习实训、各系统维护与检测实训、各系统故障诊断与排除实训等。汽车仿真软件对汽车专业实训设备和实训环境的高度仿真，给汽车运用与维修专业教学注入了新鲜的血液，开辟了实训教学的新时代。
2 汽车专业仿真软件介绍
汽车专业仿真软件不仅能真实展现汽车各零部件的内外部结构、汽车各系统的工作过程，而且可使学生通过手中的鼠标完成汽车各零部件的拆装及汽车各系统故障诊断操作的全过程，让学生清晰的掌握汽车拆装和故障诊断与排除的技术要领，大大缩短学生与生产性实训基地的距离。在汽车专业仿真软件的产品框架中一般应包含有：实训场景、实训项目、常用工具、检测仪器、维修资料、工艺规范等。优秀的汽车专业仿真软件一般具有以下功能。
2.1 能够展示汽车各零部件的三维视图
用户可以通过鼠标操作，从各个方向观察零部件的结构，一款优秀的仿真软件还提供主要零部件的透视图，用户通过操作可以清楚地掌握这些零部件的结构，与采用解剖零件观察内部结构相比，利用仿真软件更方便、快捷而且无盲区。
2.2 可以进行汽车各系统零部件的模拟拆装
汽车专业仿真软件提供标准的零部件拆装规范和主流完整的汽车维修工具。维修工具包含各种型号的套筒、扳手、钳子及专用工具等。用户可以在场景中使用正确的工具对相应零部件进行拆装。拆卸后的零部件可以放置于零件车中指定位置，也可以从零件车中取出零件进行安装操作。
2.3 可以模拟汽车各系统的工作过程
仿真软件可根据需要提供二维或三维虚拟场景，模拟汽车各系统的工作。一般机械系统工作提供三维透视场景，电气系统提供二维场景。用户可以反复观看汽车各系统的工作情况，掌握其工作原理，这项功能是任何硬件实训不能代替的。
2.4 真实的故障诊断与排除实训场景
故障诊断与排除实训场景采用二维或三维技术，用户能够通过操作鼠标，打开相应的车门，进入驾驶室，打开引擎盖，打开发动机舱，以及使用虚拟的举升机将车辆举起到规定位置，完成相应的作业。虚拟实训车间包含待测车辆、举升机、工具车、零件车、丰富的维修资料和汽车故障诊断检测仪器。软件提供各种汽车维修资料，包含各种零部件结构与原理、教学教案、维修手册等，同时用户可以自己添加维修资料及教案。汽车诊断检测仪器包括：汽车专用万用表、示波器、原厂专用诊断仪、通用诊断仪、尾气分析仪、燃油压力表、气缸压力表、真空表等多种检测设备。在故障诊断实训场景中，用户利用维修资料和各种仪器设备，可以完成车辆常见的故障诊断实训项目。仿真软件的汽车动态数据模拟引擎，能够对实车动态运行数据进行高度仿真，实现在虚拟场景中的实时互动，甚至能够模拟很多在实车或台架上无法设置的故障。网络版仿真实训软件能够满足多人同时进行实训，保证每个学生有充足的实训时间，也大大提高了汽车故障诊断实训效率。
2.5 详细的故障诊断实训报告
在实训场景中，用户能够按照维修手册的标准故障诊断流程进行操作。操作过程能够自动记录或选择记录，对于违规操作进行自动记录，形成详细的故障诊断实训报告。故障诊断实训报告能够显示故障诊断实训整个过程，包含前期准备、安全检查、仪器连接、读取故障码、读取动态数据流、目视检查、确认故障症状、元件检测及安装状态检查、电路检查、故障点确认和排除、文明安全作业等项目。这样，可以实现仿真实训考核智能化，用户可以通过反复进行仿真实训，发现实训过程中的错误，逐步改正，直至完全达标。
2.6 后台管理功能
仿真实训软件具有后台管理功能，包含学生信息管理、实训作业布置、实训记录管理和维修资料管理，实现管理智能化，便于教师掌握学生实训的情况。
3 汽车运用与维修专业仿真实训的有效性作用
中职学校的生源主要来自初中毕业没能考取普通高中的学生。这些学生基础知识薄弱，他们排斥理论学习，喜欢实践操作，并且他们熟悉计算机软件的各种交互方式，对软件的使用有着浓厚的兴趣。因此，利用汽车仿真软件进行仿真实训，不仅能提高学生学习的主动性，还能使学生快速的掌握所学的知识，成为学习的主体，具体做法在以下几个方面。
3.1 理论教学与仿真实训一体化
目前，对于汽车运用与维修专业的理论课教学，教师主要靠板书和多媒体课件进行知识的讲解，多媒体课件的使用使传统的教学不再枯燥，抽象，一定程度上提高了学生学习积极性以及课堂教学的效果，但是教师在制作多媒体课件时，受到计算机专业技术的制约，他们制作的课件具备演示功能，不具备操作功能。这样，在理论课的教学中做不到“做中学，做中教”，师生互动还是限于教师提问学生回答。而汽车专业仿真实训软件交互功能强大，如果仿真实训走入理论课教学课堂，在教师授课的恰当时间安排相关项目的仿真实训操作，并且回收实训效果，这样教师就能更好的掌握每位学生的学习状况，教学更具针对性。学生在课堂上就能将与理论知识相关的实训项目进行仿真操作训练，及时掌握所学内容的重点和难点，个人成就感增强，学习的积极性大大提高。例如，笔者在讲授《汽车电气设备构造与维修》中起动机结构时，讲到起动机的零部件结构，穿插起动机结构认识仿真实训，学生每人一台计算机，利用鼠标360°旋转零件，观察起动机每个零部件的三维视图，牢固掌握每个零部件的结构。全部结构讲完，及时进行起动机拆装仿真实训，熟悉掌握起动机的拆装工艺。由于仿真实训容易实现恰当的人机比例，而且损耗少，操作方便，单位时间内操作次数比实物操作增加很多，学生对所讲的内容记忆和理解更加深刻，对知识的掌握更加牢固。又由于学生对计算机软件的交互操作兴趣浓厚，仿真实训还能够提高学生的学习兴趣、学习的主动性和积极性。教师则可以通过网络回收学生的操作成绩，及时发现学生的问题，共性问题统一解答，个性问题单独指导，这样课堂教学的效果、效率大大提高。
3.2 在实操实训之前进行仿真实训
笔者在对我省中职汽车运用与维修专业实训教学调研中发现，该专业实操实训教学中普遍存在以下问题：
（1）实操实训初期，学生对工具、设备、实训车间环境及实训项目生疏，操作不当，易发生安全事故。如果损坏价格昂贵的设备还会造成较大的经济损失。例如，操作举升机升降车辆时，举升机未锁止前学生不能站立于车辆的底盘下面，对其进行操作，防止车辆降落伤人。汽车检测设备如解码器、示波器等价格比较昂贵，如果在通电的状态下插拔其电源线和数据线等，容易造成设备损坏，带来经济损失。
（2）实训设备数量不足。由于汽车专业实训教学设备价格比较高，体积大，所以在设备采购及布置时受经济条件和实训车间空间的制约，不能实现一人一台设备，这样就不能保证实训期间每一位同学都能进行操作，大大降低了每位学生实操次数，不利于学生快速掌握实训操作技能。
（3）实操实训在教师进行教学示范时，可视范围小。
如果教师在实训车间授课，只有距离指导教师较近的几名同学能较好地看到教师的示范操作，为了提高学生实操的效率，大部分学校采取给一个教学班配备两名或两名以上的双师型教师指导实训课程，但由于双师型教师数量的不足，师生比例不能达到最佳，大大降低了实训效率。
（4）实操实训设备使用及维护费用高，经济性不好。
仿真实训需要的硬件设备主要是计算机和网络，它的维护费用低，仿真实训时零部件的拆装、车辆各系统的检修均不会造成硬件的损耗，经济性好。基于资源共享的原则，中职院校学生在仿真实训室容易达到一人一机，这样，在仿真实训期间，每位学生都可进行实训操作，缓解了实训设备数量的不足。在实操实训之前，实训教师利用仿真软件进行设备工具的使用和实操实训项目的教授及训练，既避免了学生实操训练时发生安全事故，也解决了实操实训教学示范可视范围小的问题，大大减轻教师在实操实训时的授课压力。而且在实操实训之前进行足够的仿真实训，学生熟练地掌握了实操项目的正确操作过程，可以减少实操训练时的操作失误，大大提高了实训效率和效果。
参考文献
三维仿真论文篇10
1 引言虚拟制造是实际制造工程在计算机上的映射，船舶建造仿真要求采用三维的模型来代替实际的制造工程，将在车间、船台（坞）的工作在虚拟的环境下先运行一遍，从分段装配、舾装配合、动力学性能、流体力学性能等多方面进行系统的分析，从而得出船舶建造的逻辑顺序与合理性，并为建造过程的优化准备好数据基础。
2 船舶建造数字建模及装配仿真要求船舶的建造是一个复杂的系统工程，现代造船技术以中间产品为导向，采用成组技术和计算机集成制造技术，有层次的对整个建造工程实施分解，在不同的阶段，对三维建模有不同的要求。在以进行船舶建造作业计划编制为目的，同时满足生产设计需要的情况下，对船舶数字化建模和装配仿真技术的要求是[1,2]：（1）提供编制计划所需要的产品特征信息，包括产品的几何特征、物理特征、工程结构特征等。在实际建造前根据数学基础与图形学映射关系确定各个零件的配合情况；（2）对产品进行干涉检查，确定整个装配方案的可行性，在虚拟环境下消除产品的设计缺陷；（3）通过装配仿真，给出产品的装配信息与约束信息，确定生产计划所需要的装配逻辑顺序；（4）以虚拟制造技术为基础，通过仿真，构建装配工艺路线，实现可行的装配工艺规划；（5）进行装配工艺仿真后处理，给出适合生产实际的三维模型与工艺文件。
3 数字化三维模型的建立这里使用的是CATIA V5 软件进行建模装配仿真与干涉检查。CATIA V5 是IBM 和达索系统公司共同推出的CAD/CAE/CAM 软件，该软件能够在windows和Unix 等平台上运行，具有较强的三维造型功能，还有较强的运动仿真功能模块。
3.1 造船工程分解与任务包的确定
进行三维数字化建模，不能单纯的为了建模而建模，如果只是将船舶按其二维图纸做成三维物体，则失去了建模的意义。以生产计划编制为目标的数字化建模通过船舶工程分解，来分清整个工艺过程，确立任务包，在此基础之上，为后面的装配仿真打下信息基础。
船舶生产的过程实际上是制造零部件，即所谓的“中间产品”。免费论文。这些中间产品经过几个制造级的逐渐变大变复杂，终而形成一艘船，即最终产品。免费论文。因此从中间产品的角度来分解船舶的建造任务是理想的方案，这就是产品导向型分解。产品导向型工程分解的原理是：任何系统结构都是层次分明有序可循的，通过层层分解可以通过图表的形式揭示其有序结构。
产品导向型工程分解用于造船时，首先按照任务本质的不同将造船全过程分为船体建造、舾装和涂装三大类，每一大类又分为加工和装配两种作业。例如，将船体建造分为零件加工、零件装配、部件装配、小分段装配、分段装配、大分段装配和船体合拢7 个制造级。
3.2 分段模拟建模
（1）船体外板的建模
本文是在具有船壳曲面型值表的基础上进行船壳曲面的三维建模。由于型值表中的数据有间隔，在生成型线后，还进一步对其进行了光顺。在具体建模过程中环境的设置如下：以X 正方向为船艏方向，Y 正方向为船右舷方向，Z 正方向为船高方向。只需XZ 平面一边建立一半船壳曲面，另一边映射即可。在生成所有曲面之后，如果还有局部的地方出现棱角，还可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，对于有棱角的地方可以把带有棱角线两边的曲面连接（Join）成一大块，然后在棱角线两边分别用两个参考面把这块大面截断（Split）成两块面，去掉中间有棱角线的曲面。再由这两块Split面通过Blent（or Fill）命令连接起来，Blend（or Fill）命令中有保证曲面光顺连接的选项，可以保证曲面的光顺连接。对于凹凸不平的小块曲面也可以用这种方法来修改。
（2）零件的建模
零件的建模，其目的是为了在以后的装配仿真和生产计划编制中提供必要的信息。其应具备下列基本策略：
（a）特征设计与特征提取的综合利用。特征是产品建模的强有力支持。建模时应将特征设计与特征提取结合起来，充分利用现有的CAD 系统所提供的特征造型功能，尽量从有关内部数据库直接提取，同时要充分的利用人机交互共功能，通过交互输入定义。
（b）面向对象的建模方式。面向对象的建模方式，具有先粗后精，由抽象到具体的特点，符合产品设计时的自然思维习惯，应在建模中得到充分应用。
（c）模型的层次化组织。免费论文。在建模过程中，应该具有大局观，不能只盯着一个构件，而是应该考虑整体的层次性，在经过详细科学的分解以后，分层有计划的建模。
模型不仅要处理设计系统的输入信息，还应能处理设计工程中的中间信息和结果信息，因此模型的信息应随着设计过程的推进而逐步丰富和完善。
4 装配仿真与干涉检查船舶装配仿真与干涉检查是在虚拟的环境下确定船舶的作业逻辑顺序，提供生产工艺数据资料，检验工艺与设计的可行性。它是船舶虚拟制造和生产作业计划的至关重要的一环，是进行生产规划的基础。装配仿真包括了零件装配、部件装配和分段装配三个制造级的任务包。在进行装配仿真的过程中，应该按照工艺顺序依次进行虚拟，其作用如下：(1) 拟定装配方案，优化装配结构。从设计和制造工艺出发，在各种约束中寻求装配的合理性与最优性；(2) 改进装配性能，降低装配成本。船舶装配所涉及的零件种类繁多，数量巨大，装配仿真的任务首先要确保产品的装配到位，然后要求装配能够比较容易实现，尽量降低成本；(3) 产品可制造性的基础。由于目前详细设计一般还是二维的，必须在虚拟三维环境下检查产品的可行性；(4) 为计划提供必要的信息数据。
4.1 装配仿真
装配仿真的覆盖范围很广泛，这里具体来说包括装配顺序、装配路径和装配工艺三个方面的内容，其中装配顺序与装配路径是最为核心内容。
4.2 干涉检查
船体分段有很多组件构成，肉眼很难发现可能的干涉情况，利用CATIA 所提供的干涉检查函数，可以自动的检查所有的干涉情况。下面通过实例来说明。
在构件中有一工字梁与角钢交叉，要进行干涉检查，看两者是否有接触而不能装配，应用Compute Clash 命令，将两个零件同时选中，即可分析这两个零件的干涉情况。当对话框Result 出现Clash 表示两个组件发生了干涉，出现Contact 则表示选定的两个组件相接触，如果No interference 则表示没有干涉。
三维仿真论文篇11
前言
文章对计算机三维仿真技术的特点和在水利工程中应用的意义进行了简要介绍，对计算机三维仿真模拟技术的实现过程进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对计算机仿真技术在水利水电工程中的应用研究进行了探讨。
二、计算机三维仿真技术的特点
三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。计算机三维仿真技术的特点如下：
1.可快速对多种施工方案进行比较：如对于某个混凝土坝工程的浇筑施工模拟，通过计算机仿真技术可在短时间内就能仿真模拟出若干个可行性施工方案，施工技术人员在分析模拟结果的基础上，再分析判断出对工程浇筑施工有较大影响的因素，获得浇筑施工过程中的关键时期阶段信息，据此便可提前做好充分的预防准备措施。
2.成本相对较低，与进行真实的模型试验不同，计算机仿真模拟技术是对原型结构进行虚拟模拟，不需要制作真实的原型结构模型，只需要相应的软件购买费用，而且购买一个软件后可相对的长期进行多方案的模拟计算，软件的重复使用率较高，使得应用成本低。
3.模拟结果的可靠性较高，计算机的高准确性决定了在软件系统模型设置正确，以及软件程序编制正确的前提下，工程相应的施工模拟仿真分析就会满足在进行模型的模拟仿真分析前预先考虑到的各种约束条件。
4.实用性强，计算机仿真技术可应用的领域极为广泛，只要能用数学方式进行表达和描述的问题模型，基本上都能够用计算机进行相应的仿真模拟计算。
三、计算机三维仿真在水利工程中应用的意义
1.提供可视化功能支持
三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作，对水利工程规划方案和规划过程进行详细的系统设计，能够提供可视化的支持，能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较，使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时，相比传统的设计辅助图，三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能，可以降低规划决策的失误率，规避设计所带来的风险。如，2006年9月，人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》，通过先进三维仿真技术，将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。
2.多样化的数据服务
利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划设计者提供水利工程的信息资料。在水利工程规划三维辅助决策系统中，在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能，并利用现有水利工程综合管理信息系统和基础数据共享平台进行对接。
3.提高规划项目的管理效率
通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。水利工程三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时作出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。
四、计算机三维仿真模拟技术的实现过程
计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础逐渐发展起来的一门技术，对于客观现实的事物和问题，计算机并不能直接对其进行分析和处理，而是需要建立一个能反映待研究事物或问题的本质特征，同时还要求能被计算机所分析处理的”模型”。计算机仿真模拟技术的实现流程主要如下：研究对象特征分析，建立数学模型，计算机分析处理，获得仿真结果。在实际应用过程中通常表现为以下步骤。
1.建立模型：根据具体的研究目的和研究对象的特征，在进行计算机仿真模拟计算前，应先根据实际问题的特征确定一个适当的分析系统，并结合实际工程参数确定系统的约束条件和边界条件。再利用相关的数学、力学及其他相应学科的有关理论，把抽象出来的分析系统用一个数学模型表达式描述出来，即建立了相应研究问题的“数学建模”，模型建立的准确程度决定着仿真模拟计算结果与工程实际情况相符合的程度。
2.输入模型：模型的输入过程即是对上一步骤建立的“数学建模”结合软件的功能特点转化为计算机能够识别和处理的形式，这种形式所体现的模型内容，即是相应的“计算机仿真模拟模型”。建立和输入模型是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。
3.仿真计算分析：将上面输入计算机的仿真模型载入相应的计算机计算模块中，按照预先设置的各种施工方案，来进行相应的仿真模拟计算，这便是所谓的“计算机模型的仿真计算”过程。
4.仿真模拟计算结果分析：仿真模拟计算的目的是为了反映一个问题的发展状况，仿真模拟计算的结果包含着系统对输入模型运行处理的信息，对这些信息的分析和评估是进行计算机仿真模拟研究的最终目标，因此我们应充分结合工程的实际情况，结合经验来分析和处理仿真计算的结果，使防止模拟能够指导真实的实际工程施工。
五、计算机三维仿真技术在水利水电工程中的应用研究
1.复杂地下洞室群施工动态可视化仿真与优化方法研究
地下厂房系统施工开挖量大，施工强度高，施工条件复杂，是一个极其复杂的过程。由于工序的作业时间的随机性，容易产生随机排队现象而影响其他作业；由于地下洞室系统纵横交错，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合与相互干扰错综复杂；在安排各个洞室施工先后顺序及隧洞施工顺序时，需要考虑对工程的总工期、围岩稳定、通风散烟条件、施工强度以及交通运输等问题的影响。各个洞室施工在时间、空间上的逻辑关系复杂，传统横道图难以直观地揭示其复杂的时空关系。因而仅靠设计人员采用传统的方法分析计算，难以确定合理的施工机械设备配套方案、制定合理的施工进度计划和施工组织设计方案，难以全面、快速、准确地掌握施工全过程。
2.水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真方法研究
水利水电工程施工导流设计和管理过程，往往需要涉及大量的数据及图形信息，如坝区的水文、地形、地质资料以及枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各种数据及图纸。高效、简便地对这些信息进行管理，是提高设计效率及施工管理水平的关键之一。同时，施工导流方案设计是施工组织设计的重要环节，其设计过程复杂，对不同的导流方案很难进行直观的比较，所以实现施工导流形象直观的表达具有重大的现实意义。
结束语
计算机三维仿真技术已经实现了可视化，这对水利工程中的相关施工和维修检测中相关问题的解决具有实际意义，随着计算机三维仿真技术的进一步发展，它在水利工程中奖发挥更好的效果，让我们拭目以待。
三维仿真论文篇12
TAN Shuting,SHEN Xiaofeng
(Electronic Engineering Institute,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)
Abstract：Real-time 3D scene simulation for the environment of airborne Synthetic Aperture Radar (SAR) based on Vega is discussed.The usual process of real-time scene rendering and a typical Vega application is analysed.A method which uses LynX operations and Vega′s API functions to simulate the real-time 3D scene for a airborne SAR is introduced in detail.At last,a figure of 3D scene simulation for airborne SAR is shown.This is valuable to graphic user interface design in the application software of airborne SAR simulation system.
Keywords：Vega;LynX;scene simulation;real-time
オ
1 引 言
随着仿真技术的不断发展,仿真复杂大系统的能力也越来越强,随之而来的是庞大的仿真数据量。为了摆脱这些繁琐枯燥的数据,数据可视化技术诞生了。可视化就是一种用图形或图像来表征数据的计算方法,即利用计算机图形图像技术将一维数据转化为可观察的二维或三维几何表示,从而达到增强人们对抽象信息认知的目的［1］。
在进行SAR仿真时,需要描述的各种数据具有量大、结构复杂、抽象等特点,迫切需要数据可视化技术,令人们能够更直观形象地接受数据信息。本文讨论的机载SAR三维场景仿真,是开发基于HLA的分布式合成孔径雷达仿真应用软件的图形用户界面的重要组成部分,其目的是使用户能够在虚拟环境中体验真实世界,根据需要对虚拟环境中的三维立体模型进行实时的可控制的交互。具体地说,就是用户观察机载SAR工作场境的实时三维视景图,可以了解到机载SAR的工作情况(如SAR平台的运动轨迹,当前雷达的波束范围以及当前波束范围内的地形情况等),根据需要改变参数控制仿真系统运行。
2 视景仿真软件介绍
Creator系列软件是美国Multigen-Paradigm公司针对可视化仿真行业应用特点推出的实时可视化三维建模软件系统,它可以用来对战场仿真、娱乐、城市仿真、训练模拟器和计算可视化等领域的视景数据库进行产生、编辑和查看［1］。
Vega是美国Multigen-Paradigm公司推出的先进的软件环境,主要用于虚拟现实技术中的实时场景生成、声音仿真及科学计算可视化等领域,它支持快速复杂的视觉仿真程序,能为用户提供一种处理复杂仿真事件的便携手段。Vega包括友好的图形环境界面LynX、完整的C语言应用程序接口API、丰富的相关实用库函数和一批可选的功能模块,能够满足多种特殊的仿真要求［2］。
LynX图形界面的操作可以代替多数创建Vega应用程序必需的API函数,大大简化开发应用程序的过程。LynX还允许在不涉及源代码情况下改变应用程序性能,简单的应用程序仅靠LynX就可以实现。在许多场合,把LynX和Vega的API函数结合起来使用,对创建应用程序非常有效率［5］。
3 实时场景生成原理
3.1 渲染过程
仿真场景由一系列有序的三维模型构成。将三维模型数据库从模型数据到被实时渲染成一帧一帧的画面,要经历应用、剔除和绘制三个主要阶段。
(1) 应用阶段
应用阶段主要主要任务是：更新虚拟场景模型数据库的数据,读取输入设备的控制信息,计算当前视点和模型在虚拟场景中的位置和方向等,并将所有这些必备的数据信息储存为场景图,从而在进入图形通道后进行剔除和绘制处理。
(2) 剔除阶段
剔除阶段遍历场景图,通过判断场景模型元素的边界体是否与观测体相交,来确定场景图中当前可视范围内的模型,然后剔除当前不可见的模型数据。通常,系统会把需要绘制的场景状态信息和渲染指令以显示列表的形式储存在内存中,为绘制场景图做好准备。生成的显示列表是一次性的,即有效期只有一帧,在进入下一帧的渲染循环前即被清除。
(3) 绘制阶段
绘制阶段根据显示列表中储存的场景状态信息和渲染指令,将场景数据库中的相关数据(如模型多边形、纹理等)渲染至帧缓存,进而将场景图像数据绘制到显示终端屏幕的指定位置上(如窗口、通道等),然后进入下一帧的渲染循环。
3.2 应用程序框架
典型的Vega应用程序一般都遵循如图1所示的框架。
Vega应用程序一般可以分为两个阶段,首先是Vega系统的静态描述阶段,然后进入Vega系统的动态循环阶段。静态描述阶段的主要工作是为确保Vega系统的正常运行进行必要的系统配置,包括内存分配、参数设置、Vega类的定义等。动态循环阶段主要负责仿真场景渲染,每循环一次就渲染一帧画面。
4 视景仿真方法
为提高效率,本文采用LynX配置ADF文件,Vega的API函数控制仿真主循环的方法,共同创建视景仿真应用程序。
4.1 仿真场景简述
三维仿真论文篇13
家畜解剖学是农业类高等学校动物医学专业的专业基础课，本课程主要讲授正常家畜、家禽的形态、结构、器官的位置关系和发生发展规律。本课程的特点是名词众多、结构复杂，对于首次接触动物医学专业的学生来说学习起来比较困难，不知道应该怎样学习。传统课堂讲授方式难以满足现代化教学发展需要，虚拟仿真技术正逐渐应用到各专业教学课程中，对教育行业产生了巨大影响。
2.虚拟仿真技术的优势及其在医学教育中的应用
虚拟仿真技术是用计算机虚拟场景逼真地模拟现实世界事物的技术，涉及计算机图形学、人工交互、人工智能和传感技术等。具有真实性、交互性和沉浸性的特点，逐渐成为现代教育技术领域的热点，应用于不同专业教学过程中。随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术在人类医学上得到了广泛应用。虚拟仿真技术打破了传统实验空间和经费的限制，在充分保证教学效果的基础上，不仅节约了实验成本，而且大大提高了学生的学习兴趣。使学生通过虚拟场景的人机交互，由视觉、听觉、触觉等手段获取场景的反应，通过学生自我组织，制订并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。很多高校、科研院开发了人体解剖虚拟仿真实训平台、虚拟动画、三维网络课程等应用于理论和实践教学，充分发挥了现代教育技术的优势，提高了教学水平。
1989年美国首先开展了“可视虚拟人”的计划，并于1994年完成世界第一例男性“虚拟人”数据采集，1998年完成女性虚拟人数据采集，共采集到56GB的数据。随后，韩国“可视韩国人”项目于2000年完成第一例韩国人标本的数据采集；2003年，钟世镇主持的“虚拟中国人”项目完成中国人体数据的采集工作。以这些虚拟人数据集为基础，对人体器官进行了三维重建，精细逼真的三维结构为人体解剖学提供了大量素材。基于虚拟人体数据集产生了很多人体解剖三维虚拟仿真实验平台用于人体解剖学教学。在仿真平台上可以对人体结构进行任意角度旋转、缩放、标注等操作。便于教师教学及学生学习和课后复习。2010年10月在上海世博会期间，瑞典首次向公众展示了代表先进医学虚拟仿真技术的“虚拟解剖台”。此虚拟解剖台数据来源于人体的磁共振（MRI）和CT成像数据，利用计算机处理将这些数据从二维平面图变成真实感极强的三维模型，将人体内部的精细结构完整地展示出来。这款虚拟解剖台可用于人体解剖学教学，学生用手指通过触摸屏进行人体器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形态，还可以移除或添加内脏器官、血管、神经等结构，从而理解各器官的形态结构和相互位置关系。
3.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用现状
家畜解剖学是一门实践性很强的学科，家畜的器官标本、模型等教学材料在本课学习中有重要作用。但是近些年随着招生规模扩大，一般理论授课时学生人数较多，不能发挥标本、模型的作用，学生只能在实验课上观察标本、模型。虚拟仿真技术在家畜解剖学中的报道较少，由于数字人的数据采集方法投资巨大，过程复杂，需要多领域专业人员合作完成，目前还没有完整的大家畜（牛、马等）虚拟解剖系统。很多科研机构利用数字人的数据采集方法对猪、兔、小鼠、大鼠等动物进行了数据采集和虚拟仿真工作。Maierl等在1999年报道了第一例“可视化狗”，但其数据不完整，没有四肢部分的结构，而且图像不精细。2005年9月，重庆理工大学、第三军医大学和重庆市畜牧科学研究院共同完成了世界第一例“数字可视化猪”数据集的采集工作，图像质量比较高，能够清晰显示内部结构[1]。2014年，连国云[2]采集完成了“数字化新西兰兔”的数据集。但是对于家畜解剖学重点讲授的牛、马等大家畜，还没有虚拟解剖数据集的报道。主要原因是牛、马的体型比较庞大，采用数字人运用的冷冻铣削设备无法完成铣削，牛、马等动物只能采用其他方法建立三维模型，虽然这些模型不如冰铣削得到的数据精确，但是仍然能够在家畜解剖学教学中发挥巨大作用。苏杨生[3]等报道了通过3D Max软件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，学生可随时随地进入程序观察解剖标本。张蕾[4]等采用Photoscan软件对动物头骨进行了三维重建。付大鹏等[5]采用三维激光扫描仪获得了动物股骨的三维点云数据，进行三维重建，得到了股骨的三维模型。以上研究成果为虚拟仿真技术在家畜解剖学中的应用提供了思路和教学资源。
4.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用前景
虚拟仿真技术在家畜解剖学及相关专业有着非常广阔的应用前景。三维模型能够形象清晰地展示动物的解剖结构和器官的相互位置关系。虚拟仿真技术的应用能够将理论授课中教师采用图片、照片等素材难以描述清楚的概念、结构给学生以感性认识，能够加深学生的理解程度，帮助学生学习和记忆。虚拟仿真技术的应用能够将抽象的结构变具体，使枯燥的概念形象生动，提高学生的学习兴趣和主动性，突破传统解剖学实验空间和时间的限制，学生可以通过网络自由地学习，方便自学。综上所述，虚拟仿真技术能够将家畜解剖学的抽象教学内容形象地展示出来，提高学生的学习积极性，使学生由被动接受转变为主动学习，极大增强家畜解剖学教学效果。
参考文献：
[1]张建勋，徐凯，邱宗国.世界首个三维可视化的数字猪.重庆理工大学学报（自然科学版），2011，（03）：69-73.
[2]连国云.数字化新西兰家兔的三维结构重建研究.计算机光盘软件与应用，2014，（12）：24-26.
[3]苏杨生，宋斯伟，李颖，等.牛骨骼模型三维数字化重建.黑龙江畜牧兽医，2015，（09）：249-250.
