建筑虛擬仿真技術精選(九篇)

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第1篇：建筑虛擬仿真技術范文

關鍵字：虛擬仿真技術；建筑施工；應用

中途分類號：TU7 文獻標識碼：A

系統仿真是以多種學科理論為基礎，以計算機及其軟件為工具進行試驗研究的理論和方法論體系。仿真技術顧名思義，是把自然界中的物理現象通過一定的物理和數學模型在計算機上模擬來得到實際場變量的分析，有助于預知關心的物理現象。簡單的說，仿真技術是對系統模型的一種試驗技術(是對系統動態模型的一種實驗手段)，在安全性和經濟性方面有較大的優越性。

一、虛擬仿真技術的應用現狀

目前，虛擬現實技術在國際上是一個熱門研究課題，其應用已取得引人注目的成效，在國內也引起了廣泛的重視。當人們需要構造當前不存在的環境、人類不可能到達的環境或構造虛擬環境以代替耗資巨大的現實環境時，虛擬現實技術是必不可少的。隨著計算機硬件、軟件技術的發展以及人們越來越認識到它的重要作用，虛擬仿真技術在各行各業都得到了不同程度的發展，并且越來越顯示出廣闊的應用前景。虛擬現實的廣泛應用前景使之成為目前最具影響力的技術之一。軍事領域、航天技術、建筑設計、工業設計、教育培訓、醫學領域、石油化工等等，虛擬戰場、虛擬城市、甚至“數字地球”，無一不是虛擬技術的應用。虛擬仿真技術將使眾多傳統行業和產業發生革命性的改變。虛擬仿真技術在建筑方面的應用主要有：大型建筑先期演示和論證；建筑設計領域；結構工程領域(工程結構分析、巖土工程分析)；房地產展示領域(全方位的數字化沙盤、數字化投標領域、房地產展示、施工流程的數字化模擬)。本文主要闡述虛擬仿真技術在建筑施工中的應用。

二、虛擬仿真技術在建筑施工中的應用方式

（一）用當前流行的三維動畫軟件3DS MAX、虛擬現實軟件3DVRI、多媒體編排軟件NeoBook、編程工具C#來實現模擬施工和虛擬建筑場景漫游。

3DVRI制作出來的虛擬仿真系統主要功能有：全方位互動漫游功能；即時輸出功能；數據實時查詢及修改功能；語音定位功能；導航圖功能。

事先用3DSMAX軟件做好建筑場景及主體的3D模型以及各施工模塊的3D模型，然后用3DVRI虛擬現實軟件對動畫場景進行處理轉換為3DVRI實時三維系統，最后用NeoBook軟件在3DVRI實時三維系統中按照需求寫入不同的指令，為實時三維系統添加交互功能，可以利用專業編程工具如C#等軟件對實時三維系統中的模型及動畫進行精確控制，并可編寫更復雜的交互功能程序，最終為可獨立運行的3DVRI施工模擬虛擬現實系統。此方案對于多種施工方案的展示、施工工序的編排比較有用，但無法對于施工方案進行預見性的模擬。

（二）用專業的建筑虛擬現實軟件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，結合部分編程技術，實現具有較強人機交互能力、模擬建筑施工過程，以選擇合理的設計方案以及合理的施工方案。

本方案更為專業和智能，能預見性地發現施工方案中的不足，便于指導施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隱患、防止施工事故、減少施工成本與時間。此方案的軟件購置費用比較高。

比較著名的是英國Bentley建筑工程系列軟件公司提供的系列建筑仿真軟件，目前已經在中國建筑、工程以及建造領域得到一些應用，主要在各建筑設計院使用，在施工中企業的應用還屬于起步階段。Bentley工程軟件系統公司首席執行官Greg Bentley宣布了兩項新的中國計劃，以支持中國的大規模基建投資。首先，Bentley亞洲總部將進駐北京，為中國的基建領域提供全面配套的軟件產品；其次，即將啟動的Bentley Power計劃，使中國用戶可在初期免費注冊專業的計算機輔助制圖／設計(CADD)軟件服務。

三、建筑施工中應用虛擬仿真系統的意義

（一）建筑工程施工方案的選擇和優化。

建筑工程施工的施工方法及施工組織的選擇和優化主要是建立在施工經驗的基礎上，存在一定局限性。同時，現代建筑基本都具有鮮明的個性，建筑工程施工成為不可完全重復的過程。使用施工虛擬仿真技術將可以直觀、科學地展示不同施工方法和施工組織措施的效果，可以定量地完成方案的對比，有助于施工方案的選擇和優化，真正實現最優施工。

（二）施工技術革新和新技術引入。

施工虛擬仿真技術一方面能使廣大施工技術人員低成本地試驗施工新工藝和革新思路，有助于創造性的充分發揮，同時能真切展示新技術的成效，縮短建筑業新技術的引入期和推廣期，降低新技術、新工藝的實驗風險。

（三）施工管理

施工虛擬仿真技術能事先模擬施工全過程，能提前發現施工管理中質量、安全等方面存在的隱患，因而可以采取有效的預防和強化措施，提高工程施工質量和施工現場管理效果。

（四）安全、生產培訓

施工虛擬仿真技術能實時、直觀地顯示施工過程的實際情況，有助于操作人員全面了解操作流程，優質安全地完成施工任務。

（五）大型工程設計

施工虛擬仿真技術可以考察建筑設計是否合理，可以方便地對擬改進部位進行修改，從而得到滿意的設計結果。設計的仿真也有利于設計單位與業主、施工單位進行設計交底。

（六）建筑市場管理

施工虛擬技術在招投標過程中能直觀對比各方的施工方法和成效，增加評標的透明度和公正性，有利于建筑市場的規范管理。

（七）其它方面

開發施工虛擬仿真技術必然帶動虛擬現實技術廣泛地應用于建筑業其它方面，帶動以下幾方面的進步：城市和市政規劃的優化；投資者的投資意圖及市場推銷；建筑機械設計；仿真和虛擬現實技術。

四、總結：

總而言之，隨著信息技術的高速發展，各種新型技術都已經開始投入實踐。建筑業也必須敢于創新，勇于嘗試，這是建筑行業發展自身、壯大自身并適應時展的唯一途徑。

參考文獻：

第2篇：建筑虛擬仿真技術范文

關鍵詞：虛擬仿真技術；土建類專業；高職；

作者簡介：劉鎮（1978-），男，大連職業技術學院講師，碩士，注冊一級建造師、造價師，研究方向為工程管理、工程造價。

中圖分類號：G712

文獻標識碼：A

文章編號：1001－7518（2012）17－0034－02

一、虛擬仿真技術的含義

仿真技術，也被人稱之為模擬技術，即用一個系統模仿另一個真實系統的技術。而虛擬現實技術則是在仿真技術的基礎上發展而來的，當前仿真系統正在向虛擬環境的系統演變。虛擬現實技術和仿真技術作為對現實世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對現實世界盡可能的再現，因此，由仿真技術和虛擬現實技術兩者相結合形成了虛擬仿真技術。

虛擬仿真技術是指運用計算機和專用物理效應設備，借助相應的系統模型，對實際的或假想的系統進行相關動態試驗研究的一種新技術，具有可控性、經濟性、快速性等特點，有助于解決抽象與實體之間相互聯系的問題。

二、目前虛擬仿真教學與高職土建類專業教育的關系

職業教育是以就業為導向的教育，技能教育是職業教育的核心，同樣職業教育信息化也要為職業技能服務，信息技術已經成為提高教育質量的重要手段。教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》（［2006］16號文件）指出，要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。

當前，建筑技術含量要求越來越高，不斷呈現出結構多樣、工藝復雜、施工難度加大等特點，這就需要教育和培養出更多的建筑技術人才，不僅能進行工程設計，而且具有較強的實踐技術指導和管理能力。根據2010年統計，開辦土建類高職學校達1099所、專業3423個、招生人數307412人。數據表明高職土建類教育不僅規模大、分布廣，而且發展速度快。高職土建類教育在強調系統地設計基于學科系統性原則的理論教學體系基礎上，應系統地設計基于工作過程化的實踐教學體系。而虛擬仿真技術通過交互式環境、情景復現功能，實現對抽象概念的具體化，對傳統教學進行革新的一種方式，能夠很好的滿足“情景教學”與“項目教學”需要。目前，虛擬仿真技術已在多學科領域的教學及實踐中使用，并且虛擬仿真技術已運用于工程建設。這些都表明了在土建類教學中采用虛擬仿真技術是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術在土建類專業教學中的應用

（一）形象直觀，利用情景教學

心理學指出：傳統的課堂教學，學生一般只能吸收不到三成的內容，并且隨著時間推移，所掌握的知識會逐步遺忘。[3]同時，研究證實：閱讀到的信息我們能學習到10%；聽到的信息我們能學習到18%，但所親身體驗過的事我們能學習到80%。毫無疑問，學習體驗是最好的方式。土建類學科是一門技術復雜多樣，設備材料繁多，實踐性強的學科，在教學中需要學生有親身經歷體驗。虛擬仿真技術通過虛擬現場情景，仿真施工工藝和過程等，充分調動學生的積極性。將學習目標與教學主題相結合，通過形象直觀的方式讓學生學習知識。在情景體驗教學中，教師與學生更加的積極主動，使教學效果得到明顯提高。

（二）提高學生空間想象能力

土建工程是將二維表現的設計圖紙實現為三維的、立體的、復雜的建筑物。這就對學生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專業的學生，總有想象不出或理解困難的感覺，以往授課中需要通過教師繪圖、模型展示等，但效果一般。利用虛擬仿真技術，能夠模擬出建筑物的建筑構造，能夠真實展示建筑物的各個結點，空間布局、立體圖形的生成過程。通過虛擬仿真技術能夠使學生置身虛擬建筑空間內，從而對這些建筑空間的認識和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改進管理類課程授課方式

在土建類專業課程體系中，存在很多管理類的課程，這些課程突出特點是很難看到真實場景，甚至在學習中也不可能親身經歷，只能閱讀到成果性資料。以工程招投標與合同管理為例，標書制作、合同簽訂，開標過程等，教學中很難體驗這類過程的工作流程和內涵。虛擬仿真技術則能夠虛擬相關情景，讓學生在課堂中，分角色扮演，經歷開標、評標、談判這些工作，使學生得到充分體驗，真實的領悟，從而有效的促進管理類知識轉化，完成項目教學。

（四）促進實踐教學

土建類專業的實踐課程是非常重要的，對學生理解知識點，以及理論與實踐相結合有著很強的促進作用。土建類專業需要的實訓項目及設備種類數量繁多，各院校受資金、場地、安全教學管理等多方面的制約，很難具有全面的實踐條件，而虛擬仿真技術利用自身優勢，能夠很好的促進實踐教學。

第一，保證實訓科目的質量，節約成本。為確保實踐項目教學的效果，傳統的實踐教學模式需要巨大的資金投入及購置教學所用的設備，并且在教學過程中會消耗大量的材料，容易淘汰教學儀器和設備，因此很難滿足教學所需。從教學資源全過程管理來看，虛擬仿真技術實踐減少投入包括占地、建筑投入、設備投入、材料投入、指導教師投入，經過考察統計可以降低30%~80%。同時也降低實訓污染（如粉塵實訓、噪聲污染等），而學生因為得到多次實踐機會，效果也遠遠好于傳統教學。

第二，容錯功能強，可開展探究性實驗。土建類專業實踐存在較高的安全風險，尤其是學生到施工現場實訓，而企業也為回避對安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學生現場實訓。為了防止意外事故的發生，通常是采取增加實訓操作過程的相關約束條件來確保師生的安全。但限制的越多，與實踐就越脫節，教學質量難以得到保障。虛擬仿真技術可引導學生積極在仿真實踐中進行實訓，不必擔心出現任何以外的風險，保證實訓安全性（設備安全、人身安全）。通過運用虛擬仿真技術，教師在教學中可以設置各種不同的故障等狀態，“虛擬”不同的事故，學生通過反復試驗，運用各種方式方法，分析問題、解決問題，在這方面實際實訓是無法做到的。

第三，科學定量考核，與職業資格接軌。在土建類的實踐項目的考核常常僅是一份報告（施工組織設計、合同、招投標文件等）或是實踐指導教師根據學生在實踐中的表現，依靠主觀給學生評定成績。而在虛擬仿真實踐的軟件中，可根據不同需求，設計不同性質的考試、考核方式。而虛擬仿真實踐軟件通過采取隨機出題、海量題庫、在線考試等方式，保證考試考核的公平、真實。從而實現了考教分離、分量一致，實現了以考試、考核額成績來衡量教學質量、評價教學效果、評估學生的學習能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學軟件

仿真教學軟件的研制的總體過程基本上可劃分為兩大階段，即教學設計階段和軟件制作階段，如圖1所示。

虛擬仿真教學軟件制作是一項復雜的項目管理工程。編制適應高職教育的虛擬仿真軟件要把握以下幾點:

（一）樹立職業教育理念

教學設計應以教育科學的觀點和方法為指導，按照職業教育額教學目標、教學內容、教學對象的特點等，結合國家相關職業（工種）標準，優化教學軟件的系統結構與模塊設計，并選擇適當的媒體信息，使其在系統中得到有機結合，以實現課程與實訓的教學目標。

（二）創作團隊進行腳本編寫

腳本作為仿真教學軟件的第一關，事關教學實訓內容的正確性與科學性，貫穿于腳本編寫之中的教學設計，決定了教學軟件的生命。

土建類虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學與實訓經驗并了解現代教育技術的人來編寫。因此，需要組成專業教師、現場工程師、教育技術專家組成的創作隊伍。腳本創作中的整體結構要依據研制大綱的要求進行，除了在保證科學性的前提下，重視教學實訓項目、任務、技能點、操作步驟的設計，重視文字符號圖形的標準化外，還要格外重視屏幕設計，重視交互性設計，重視操作工藝、安全規范等方面的設計。

（三）素材制作要保證質量

素材不僅是構成教學軟件的基本單元，也是教學軟件完成系統合成的重要前提與基礎。素材的制作（包括三維建模）是制作環節中耗費時間最多的環節，據統計，素材制作將占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是數字化教學資源開發的重心，是制作的重要環節，是制約開發周期的主要環節之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實物、現場場景嚴格匹配，這樣就能保證軟件的質量，防止給后期合成帶來隱患。

五、虛擬仿真教學與實操教學之間的關系

（一）互補關系：實操教學不能實現的，利用仿真教學可以實現。

（二）融入關系：—份完整的現代化的教學方案，必定是仿真教學與實操教學的完美融入的方案。

（三）順序關系：一般情況下，仿真教學在前，實操教學在后。

（四）不可替代關系：仿真教學與實操教學，二者不可替代。

（五）隨著計算機技術快速發展，仿真教學對實操教學的互補作用會越來越強，同時，實操教學對虛擬仿真教學的依賴程度會越來越高。對于實操教學的設備，有與虛擬仿真系統實現一體化的趨勢。

六、結束語

從微觀層面看，高等職業教育是以技術人員的職業勞動為導向的，是產生于技術人員的能力、知識和素質，是一種專業勞動。因此，作為高職土建類專業的教學，應以生產目標為導向，有針對性地對學生進行體驗式教學。應該通過虛擬仿真技術和赴實地現場進行教學，在課本之外給學生更生動易懂的知識，并通過虛擬的或者真實的實驗、實訓、實習等實踐教學培養具備較高的知識、能力和素質等綜合性的高端土建專業技能型人才。

參考文獻：

[1]呂愛民，項秉人.生態建筑的數字化構建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

第3篇：建筑虛擬仿真技術范文

關鍵詞：系統仿真 設計

一、系統仿真技術

所謂仿真就是建立系統的模型（數學模型、物理效應模型或數學-物理效應模型），并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計中的系統。這里的系統包括技術系統，如土木、機械、電子、水力、聲學、熱學等，也包括社會、經濟、生態、生物和管理系統等非技術系統。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗。現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機出現及計算技術的迅猛發展，則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

仿真技術得以發展的主要原因是它帶來了重大的社會和經濟效益。系統仿真的應用大致可分為：對已有系統進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統進行設計時采用仿真技術；在系統運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統過去的、現在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；

在系統運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統運行起來后，可能產生什么現象，以便用戶修 訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，訓練系統操縱人員或管理人員。在工程領域仿真技術可以降低系統的研制成本，可以提高系統實驗、調試和訓練過程的安全。

一般認為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統仿真技術中，一個仿真系統要首先建立起系統的數學模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應的程序。

仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術。通過仿真實驗要了解系統中各變量之間的關系，要觀察系統模型變量變化的全過程，此外，為了對仿真模型進行深入研究和結果優化，還必須進行多次運行，系統優化等工作，因此，良好的人機交互性是系統仿真的一個重要特性。

二、虛擬現實技術

虛擬現實技術是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術，是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境--虛擬環境，用戶投入這種環境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，從而也大大推進了計算機技術的發展。目前，虛擬現實技術已在建筑、教育培訓、醫療、軍事模擬、科學和金融可視化等方面獲得了應用，漸已成為21世紀廣泛應用的一種新技術。

虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托學科的高度綜合化；

（2）人的臨場化；

（3）系統或環境的大規模集成化；

（4）數據表示的多樣化和標準化，數據存儲的大容量、數據傳輸的高速化與數據處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對感官的刺激，對所需解決的問題有了清晰和直觀的認識，從而，也使模型的建立和驗證更加方便。

三、系統仿真技術與虛擬現實技術的結合

傳統的系統仿真技術很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺) 隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發展，計算機模擬外界環境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明，人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于數字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術與虛擬現實技術相結合，利用虛擬現實技術進行仿真模型的建立和實驗的模擬，使仿真的過程和結果可以實現圖象化、可視化，使仿真的系統具有了三維、實時交互、屬性提取等特征，極大地促進了仿真技術的發展，同時也使虛擬現實技術更加具有生命力。

四、仿真與虛擬現實技術在結構工程中的應用

仿真與虛擬現實技術近年來在機械、電子、水利、社會、經濟、生態、生物等各個領域都得到了廣泛的應用。

在結構工程中，仿真與虛擬現實技術已經應用于如下幾個方面：

1．在工程結構分析中的應用

工程結構在各種荷載作用下的反應，其破壞特征和極限承載力是人們所關心的。當結構形式特殊，荷載及材料特性復雜時，人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能，但模型試驗往往受到場地和設備的限制，只能做小比例模型試驗，難以完全反映結構的實際情況。若用仿真與虛擬現實技術，則可以進行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改參數。此外，有些結構難于進行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現出優越性，如建筑物及構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試驗等只有采用仿真與虛擬現實技術，分析才能大量進行。又如在高速荷載作用下，結構反應很快，人們在真實試驗中只能觀察到最終結果，而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機理的研究。對于長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。在運用傳統的有限元法進行結構分析時，結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數據，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。

2． 在巖土工程中的應用

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經常會塌方冒項。根據地質勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件，并存入計算機中。

在數值模型中，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下的性能與有限元相仿，而當它失去平衡時，則在外力和重力作用下產生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結構，邊坡穩定等問題時，可以把節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域及范圍，這就為支護設計提供了可靠依據。

3. 防災工程中的應用

長期以來，人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現實技術在這一領域的應用就更有意義。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功，例如洪水泛濫淹沒區的洪水發展過程演示系統。該系統預先存儲了泛濫區的地形地貌和地物，有高程數據可確定等高線，只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置，計算機就可根據水量、流速區域面積及高程數據算出不同時刻的淹沒地區，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從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面，對森林火災的蔓延，建筑物中火災的傳播均已開發出相應的模擬仿真系統，這對消防工程起到了很好的指導作用。

4． 在模擬施工過程中的應用

建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行仿真。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，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬。現有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用。基于以上原因，需對施工過程建立合適的模型，以達到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統的模擬仿真模型，是由運輸子系統和澆注子系統構成的，模型是按進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應關系，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構和系統狀態相對應。

另外，仿真與虛擬現實技術在結構工程領域內，還可應用在建筑系統工程管理、建筑信息管理、建筑物及構筑物的空氣流場、空氣品質分析等方面。

我國是一個發展中國家，有著大量繁重的基本建設任務，特別是在十五計劃綱要中，提出進一步加強水利交通、能源等基礎設施建設和西部大開發戰略。這一大好形勢，為結構工程高新技術的信息化和集成化，為結構工程學科及相關學科的發展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現實技術作為結構工程高新技術之一，開創了結構工程學科的新紀元，其技術潛力巨大、應用前景十分廣闊。

參考文獻

（1） 汪成為、高文、王行仁.靈境(虛擬現實)技術的理論、實現及其應用.清華大學出版社，1997

（2） 陳清來.建筑結構的現代設計設計思想和發展.工程設計CAD及自動化，1996年，（4）

（3） 張躍、張叢哲。土木工程中虛擬現實技術的發展與展望，計算機世界，1998，（5）D版：1-3.

（4） 袁耀明.從可視化到視算一體化.系統仿真學報，1996（5）

（5） 張叢哲、張躍. 計算機輔助設計(CAD)中虛擬現實技術.計算機世界， 1998，（5）D版：5。

第4篇：建筑虛擬仿真技術范文

一、工程施工實習實訓教學的現狀

工程施工實習實訓主要包括施工技術的模板工程、鋼筋工程、混凝土工程、砌體工程的操作性實訓和現場管理的單位工程施工組織設計兩大部分，它是土木工程專業培養方案中的專業關鍵必修課，是實踐性、綜合性都很強的課程，有別于其他選修類別的課程。然而，目前我國土木工程施工類課程教學普遍存在著較大的困難和問題，主要表現為如下幾方面。

1.教學內容滯后于現行規范、工程實踐。土木工程施工教材內容陳舊，技術落后，沒有與時俱進，緊跟現行法律和規范，貼近工程實踐，沒有形成較好的課內課外相結合的有層次的互動式的施工類課程教學體系。例如，2009年國家出臺了《建筑施工組織設計規范》（GB/T50502-2009），盡管是推薦性規范，但是在《土木工程施工》教材中講述的仍然是50年代施工組織設計內容。

2.在課堂教學方法和教學手段方面。由于土木工程施工課程的實踐性、綜合性和理論跨度大等特點。施工課基本是采用課堂教學方式，以教師講授為主，這樣傳統的教學模式非常陳舊，沒有調動起學生的學習積極性，教學效果一般較差。盡管有的教師運用多媒體教學手段，收集大量的圖片、動畫資料，然而，由于時間與空間的限制，學生也很難觀察到施工的全過程。

3.施工生產管理實訓方法和手段方面。土木工程專業是一個實踐性很強的工科類專業，實踐教學環節效果的好壞對畢業后學生適應社會工作及動手操作能力尤為重要。現在全國高校土木類院校的培養方案實習分為施工生產實習3周，畢業實習3周，條件好的學校有3周的實訓，以老師根據教學安排事先聯系好實習單位，在規定時間內集中組織學生到工地去參觀、見習，由現場技術人員和老師對工程概況及施工技術進行講解，然后由學生自己去尋找實習單位，這種放羊式的教學方法，使得實踐環節流于形式，效果極差。

4.在實習實訓教學環境方面。實習實訓教學資源的不足是長期困繞《土木工程施工》實踐教學質量提高的難題。時代的發展和科技的進步對實驗教學提出越來越高的要求，對學生創新思維和實踐能力的培養需要一種趨于個性化的教學，需要占用更多的實驗、實習實訓教學資源。而這種矛盾可通過仿真技術的應用得以緩解，運用計算機仿真技術軟件，可模擬環境情境，學生通過仿真實習實訓后，對實訓的整體到局部建立起直觀感性認識，學生可不受實際實訓條件和時間限制進行實驗、實習實訓方案設計。虛擬仿真技術和實際情境實驗結合的模式可合理有效配置教學資源，解決實踐課時少的問題，改善教學條件，形成多元化的教學環境[4]。

二、土木工程施工實習實訓教學內容和方法

針對以上土木工程施工教學的現狀，對土木類學生進行市場調研，采取一系列教學措施，利用仿真技術在施工實習實訓中的3D技術和教學調研取得的成果帶到課堂上，采取“理論實踐一體化”教學方法，以實踐技能教學為主線，重視理論聯系實際的教學原則，是提高學生綜合執業能力和技能的有效的教學方法。

1.加快虛擬仿真實訓教學的規范化和標準化建設。2003年我系申報了我校教學科研項目《以軟手段模擬硬設備開展多媒體輔助混凝土結構實驗教學的研究》，現已獲批。該項目研究的主要目的就是要研制一個適合土木工程專業實訓教學的實驗教學軟件，越來越注重虛擬仿真技術實訓教學的應用研究。基于虛擬仿真技術具有人機交互，寓教于樂，直觀形象，便于記憶，實現互聯網，場景逼真體驗等優點，規范化、標準化的實訓教學引入虛擬現實將大大激發學生的學習興趣，增強求知的渴望和好奇心，避免傳統教學模式課程教學機械、沉悶的現象[5]。

2.利用虛擬仿真技術進行施工安全控制。由于土木工程施工過程的復雜性和危險性，建筑企業從業人員流動性大、安全意識差等情況已經成為建筑企業保證工程質量、安全施工、安全管理的一個十分棘手的問題。土木類施工實訓實習多數高等院校都是把實習生安排到與建筑施工企業校企結合的工程項目。而工程項目現場安全隱患較多，一般建筑企業都不愿意學生在現場實訓過程中的親自動手操作，加上目前法律法規不夠完善，最害怕實習生在建筑施工現場出現安全事故。目前虛擬現實技術主要應用在課堂講解演示與試驗實踐教學環節中，而利用它進行施工過程安全控制，規范施工企業安全生產管理，提高建筑施工企業安全生產管理水平，預防和減少減少安全事故的發生，實現標準化安全管理，這也是將虛擬現實技術用于安全管理的基礎[6]。

3.注重VR系統設計和實訓師資培養。虛擬仿真技術（Virtualreality，簡稱VR）又稱靈境技術，是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。VR系統的建設和發展，師資隊伍建設是關鍵，講授土木工程施工這門實踐性極強的專業課，除了需要系統的專業理論外，還要有一定的施工實踐經驗。而培養出既熟悉工程施工專業知識，又有較好的計算機應用能力的實訓指導教師是開展虛擬仿真技術的必要條件。開展虛擬仿真實訓實驗，在實訓之前要做好充分的準備工作，進行實訓教學科學周密的策劃設計過程，更需要實訓指導教師在教學理念和教學能力上具備創新能力。利用學校青年教師工程實踐培訓機會，首先安排擬講授施工課的青年教師到施工企業信息管理中心兼職鍛煉，時間不少于一年，彌補實踐經驗的不足。與此同時，可考慮與企業合作進行虛擬仿真實訓教學軟件開發和設計，力爭構建具有工程特色的土木工程施工課程教師隊伍，即雙師型的施工課教師隊伍，以滿足施工授課的需要。

4.實習實訓前做好充分準備。施工生產實習實訓前由教研室充分論證做好實施方案，采用集中和散點方式，時間安排從大三第六學期末的倒數第三周開始，至第七學期第二周結束，其問包含一個暑假，共計十周左右時間，學生可在此期間靈活安排完成生產實習任務。在實習之前，除了實習指導教師會安排學生按照實綱的要求完成實習各項任務外，土木工程施工任課教師還會專門為學生布置部分工作，即要求每個實習實訓小組（3～5人），根據自己的實習內容制作一份多媒體課件，內容主要是在施工實習過程中，學生認為比較新的施工材料、工藝以及施工管理方法和措施。開課前提交給任課教師，并隨時準備在土木工程施工理論授課時講授。通過此種形式鍛煉了學生總結工程實踐經驗的能力，培養了學生的團隊意識，同時學生提交的多媒體課件還豐富了任課教師的教學素材和內容，及時更新的案例會更加吸引學生的注意力，有利于改善教學效果。

5.改革后的實訓實習成績評定方法。考核也是激發學生學習潛能的重要方式，考核既是學生學習的壓力也是動力，為了保證日常教學效果，激發學生參與課堂教學的積極性，對土木工程施工理論教學的考核進行了局部調整，將實習實訓成果的課堂展示作為評判課程平時成績的重要依據。為了取得較好的成績，學生在施工生產實習實訓中，非常注重對施工細節的觀察，對施工中的某些做法會有更深入的思考，使實習實訓不再流于形式，施工實習實訓的質量也有所改善[7]。因此，應用虛擬仿真技術實訓實習后的成績評定方法劃分為優良、合格、不合格三個等級。實訓實綱中要求的保證項目應全數檢查，動手操作評分值達到80分及以上者評定為優良；評分值應在80分以下，70分及以上者評定為合格；當考核匯總表得分值不足70分時，當有一分項檢查評分表為零時，評定為不合格。當實訓實習考核評定的等級為不合格時，必須限期整改達到合格。

第5篇：建筑虛擬仿真技術范文

與傳統的仿真環境對比，建筑工程多媒體仿真以及核心技術具有明顯的優越性，主要體現如下：傳統仿真對象為建模，支持建筑實體的仿真對象表現為多種媒體；在仿真機制下，建筑實體的仿真對象具有固有性、虛擬等媒體特征，形成自動生成的運動方程；支持建筑工程仿真系統可進行科學的實驗糾正，交互控制實驗等；集管理、查詢、操作等功能為一體，支持仿真數據的處理等。對于建筑工程的仿真而言，還需要采取相應的核心支持技術，比如：工程數據場三維顯示技術、曲面空間數據場靜態四維技術、動態顯示及控制四維技術、媒體對象集成處理技術等。多媒體仿真系統的層次結構，如圖2所示。

2多媒體仿真系統設計機制

多媒體仿真系統的建立，符合建筑工程領域的特征，緊密結合建筑工程建模、結構分析等技術。在高聳結構隨機荷載作用下經過分析其運用規律，可利用不同的媒體表現方式反映建筑工程多媒體仿真的原型系統等。多媒體仿真系統設計的基本思路包括：建模、分析、表現等，進行合理分布整體結構，優化設置仿真對象建模、仿真執行求解、仿真表現等模塊。多媒體仿真系統的功能模塊涉及了不同的專業以及不同的學科，綜合應用到不同類型的多媒體計算機技術等。多媒體仿真系統的每個功能模塊可實現行為模型、形態模型等，在實際的操作過程中全面建立多媒體模型，其仿真對象為多媒體仿真系統，以高效仿真執行及演示不同的多媒體表現，并且其多媒體仿真系統的特點具有明顯獨特性，SIMUWHIS系統的體系結構，如圖3所示。

3SIMUWHIS系統的主要功能模塊應用

3.1仿真建模器的應用

SIMUWHIS系統的基礎模塊為仿真建模器，具有重要的模擬作用，仿真建模器具有兩個系統仿真對象。在抽象化的數理邏輯空間以及形象的媒體表現空間上，具有塔架和風荷載等建模，可建立數理邏輯空間以及媒體表現空間之間的映射關系。確保對象仿真模型，才能從根本上保證仿真過程的準確性。因此，仿真建模器在系統運行中發揮關鍵性的作用。

3.2風振響應解析器的應用

風振響應解析器作為SIMUWHIS系統內部的核心部分，主要是在于建立仿真執行的數理規律，確保計算仿真執行數據的精準性。SIMUWHIS系統靜動力分析器通過應用仿真建模器構建的模型數據，將仿真結果數據輸出來，為仿真演示器提供充分的數據。因此，風振響應解析器可連接仿真建模器，SIMUWHIS系統靜動力分析器的主要功能包括：在等效的靜力風荷作用下，進行求解與塔架體系桿件相關的靜力響應，獲取數據后，不但可為塔架桿件結構設計選擇提供充分的依據，還可為此系統初階校正工具提供最初原始數據，同時，還可按照之前的塔架設計資料，可讓客戶對本系統實施測試，測出其中的可靠性；在結構輸入中采取脈動風荷載方式，解析解塔架在隨機荷載作用力狀態下的速度、位移、加速度等，從而求出相應的塔架結構運動軌跡。

3.3系統仿真演示器的應用

SIMUWHIS系統的仿真演示器作為多媒體仿真系統的外在表現環境，并且經過處理系統模型數據與解析器演算的系統行為數據，獲取形象空間的媒體數據，將仿真延伸到非數字的模型所描述的領域，使其仿真的結果更準確。系統仿真演示器的主要功能主要包括：真實地表達塔架以及其場景，展示塔架風振響應的表現，動態演示塔架里程行為等；采取三維空間坐標，合理判斷SIMUWHIS系統仿真對象的相互作用，科學選擇仿真對象的表現媒體，控制仿真對象與多種媒體表現達到一致等。

4多媒體仿真技術在建筑工程的應用

4.1在工程結構分析中的應用

針對結構形式比較特殊，荷載以及材料較為復雜的情況下，我們大多采取模型試驗進行測定其受力性能，但是由于場地與設備的限制，會對模型試驗形成直接的影響。在工程結構分析中應用仿真與虛擬現實技術，均可完成足寸尺的試驗，使參數的修改更加方便快捷。同時，部分結構比較復雜，難以直接進行試驗，采取計算機模擬仿真技術更具有優勢。有限元法作為結構分析的傳統方法，通常是以內里圖等力線形式描繪結構應力，但是采取仿真的虛擬現實技術，可通過顏色的變化，明確三維物的各個點大小。同時，從不同的角度與點位置進行觀察，更能理解工程師的思維，掌握相關概念。

4.2在工程項目招標投標中的應用

在短時間內，業主以及評標專家需要深入了解招投標文件的編制，相關工程是否有中標的機會。特別是比較大型工程的招標投標環節，部分企業在企劃階段便開始做好充分的準備。在工程項目招標投標中應用虛擬仿真系統，可表現不能預演的施工過程，有利于減少了工作量與建筑投資，節省施工時間，提高各項資源利用率，并且不需要項目經理到現場答辯，便可經過對比，選擇具有優越性、經濟性的方案，在最大程度上提高了承辦商中標的幾率。

4.3在模擬過程中的應用

建筑施工作為一項動態系統，具有綜合性、復雜性，復雜多樣的工序復雜主要包括：立模、假設鋼筋、澆注、振搗、拆模以及養護等。各個工序相輔相成，具有相互影響的關系，對混凝土澆筑進程造成直接的影響。但是，目前采取的模型只能對進度計劃起到作用，無法真正控制整體工程的進展。在施工過程中建立完善的模型，可利用仿真手段及時解決施工中存在的各種問題。同時，在結構工程領域中實現仿真與虛擬現實技術，還可以進行管理建設系統以及建筑信息，監測建筑環境的空氣流通問題等。

5結束語

第6篇：建筑虛擬仿真技術范文

關鍵詞：計算機；仿真；制造業

中圖分類號：TP278

計算機仿真技術在制造業的作用越來越明顯，它在產品設計和整個生產流程中都發揮著不可估量的作用。這種技術的應用為開發和制造企業節約了大量的經費，減少了不必要的損失，大大縮短了產品的開發周期并提高了產品質量。計算機仿真技術在日趨激烈的制造業競爭中占有越來越重要的地位。現代制造業的飛速發展為計算機仿真技術帶了新的機遇，同時也提出了新的要求。我們放眼計算機仿真技術的發展歷程，它已經突破了在傳統領域的運用，發展到了產品的設計開發以及銷售方面。現代社會網絡技術的發展也為計算機仿真技術開辟了新的發展空間，使得這種技術表現出許多新的特點。如交互性、分布性，集成化等。這也將成為計算機仿真技術新的應用趨勢。

1 在制造業中，計算機仿真技術應用的分類

計算機仿真技術在制造業中按照模型種類，可大致分為三種，它以產品模型、開發模型以及制造系統模型為中心進行拓展。

1.1 仿真技術以產品模型為中心的應用。在產品模型中，計算機仿真技術的應用對產品的靜態與動態性能，可制造型、可裝配性進行分析。因為設計者在開發產品的時候，不僅要考慮它的實用功能和需求，還要考慮諸如外形，外觀以及尺寸等方面的因素，而且還要考慮產品的可制造性，可批量生產或者是在裝配、保養、維護等方面的因素。這就需要計算機仿真技術在產品模型中發揮作用。

1.2 仿真技術以制造系統模型為中心的應用。制造系統模型包括制造設備的高仿真智能運用、相對復雜的制造系統的模擬運行。在檢測設備的運行能力與實際運行狀況時，如物料供給、資源分配或者是加工流程上發揮著巨大作用。

1.3 仿真技術以開發過程模型為中心的運用。以開發模型為中心的仿真包括設計和制造過程的仿真。很多產品的性能以及生產成本在設計階段就基本定型了，設計階段對于一種新產品的開發非常重要，它需要反復設計和試驗，復雜的計算以及多學科的共同協作，這些特點決定產品的開發過程迫切需要一種能建立模型并仿真試驗的計算機仿真技術。而在制造過程中運用仿真技術將制造系統模型和產品模型結合到一起，多方位模擬，整體運算，再綜合考慮庫存、成本控制以及負載等因素，開發出合格的新產品。

2 在當代制造業中計算機仿真技術的廣泛應用

計算機仿真技術是一門高新科學技術，在當代制造業中，產品的設計和制造都離不開它，尤其是一些諸如航空航天工業、國防工業等規模大，復雜性強的系統研發中，作用更加明顯。它作為一種新型的科學手段和工具，有效地減少了不必要的經濟損失，節約了大量研究經費，并大大縮短了產品的開發周期和提高了產品質量。計算機仿真技術貫穿于產品的設計、制造和測試運行的全過程。當代企業的研發部門只有重視質量、成本、時間、服務和環境這五項指標，才能獲得更好的發展。這種需求也促進了計算機集成技術、模擬測試系統，仿真運行環境等技術的相互結合。他們已經成為制造業不可缺少的重要技術手段。上世紀八十年代以后，計算機仿真技術的發展越來越快，應用最為廣泛的就是“虛擬制造”。通過在計算機上模擬產品的設計和制造過程，提前發現在制造中可能出現的問題，減少不必要的經濟損失。

虛擬運行環境，也稱虛擬現實技術或者是靈境技術，它通過模擬人在自然環境中的感官和行動，實現高級人機互動，對產品的性能和運行狀況進行測試。它綜合運用了計算機圖形學、高仿真技術以及計算機傳感技術等多種科學技術手段。“靈境感”和“交互感”是虛擬現實技術的基本特征。通過計算機虛擬現實技術，將事物內部各種關系的交互與真實作用模擬運行，仿真出一個幾乎真實的虛擬環境讓用戶體驗，從而使用戶的感受更加真實，人機交流的方式更為先進。這種計算機虛擬現實技術，可以支持產品的各個階段，客戶可以通過虛擬的現實環境，驗證產品的各個部件是否合格，產品的性能是否穩定，功能是否能夠滿足人們的日常需要。

隨著當代制造業的發展，人們開始對仿真技術的另一個應用熱點，即虛擬產品開發技術越來越重視。并行工程的運用促進了虛擬產品開發技術的出現和發展。并行工程思想將現代哲學、文化等與現代先進組織思想集合起來，將產品的設計、制造、使用和支持過程并行運作，進行一體化的設計和開發。并行工程從產品開發之初就將投資、制造、裝配以及銷售維護等產品生命周期中各種因素考慮在內，有效地解決了產品設計與開發之間存在的矛盾。而虛擬產品開發技術就是在并行工程思想的指導下，將計算機輔助設計、CS和大型的產品數字化管理系統綜合運用，虛擬一個產品的開發環境。方便產品開發人員在近乎真實的環境下進行策劃、設計和預測產品在現實環境中的性能及其他狀況，將產品在現實工況下的真實運行能力，這樣就可以避免反復設計，不斷變更設計方案，避免因反復制作樣機而造成的資源浪費和經濟損失；方便對產品的設計進行檢驗、指導和優化，使產品的開發周期大大縮減，從而節省了大筆開發費用。在計算機仿真技術的發展中，虛擬產品開發技術是又一重要發展，它深入到產品復雜的制造過程中，產生的經濟效益不可小覷。

現在，仿真技術的應用已經從單一的系統走向開放復雜的大系統。當仿真對象分布于廣闊的時空領域，仿真任務要求將不同地理位置、不同類型（包括人在內）的仿真對象構成一個統一整體進行仿真時，產生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）。這種仿真系統里包含有不同類型的實體―虛體、真實實體和構造實體，這些實體可以基于不同目的系統、不同年代的技術、不同廠商的產品和不同產品組成，并允許它們交互操作。DIS實現用計算機網絡將不同地點的仿真設備連接起來，通過實體間的數據交換構成時空到合成仿真環境的一種先進仿真技術。在這種復雜的分布綜合的系統進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經完成了多項基于虛擬仿真的DIS工程項目，相關的協議與標準已經完成或正在完成。

在制造行業，已經產生了類似于DIS的虛擬研究開發中心或虛擬企業。香港生產力促進局和香港城市大學共建的快速科技中心就是一個虛擬研究開發中心。此外，為了適應快速變化的世界市場，克服單個企業難以在短期內具備所需資源的局限性，出現了在一定時限內，為了某一市場機遇，通過網絡臨時聯結的一種動態聯盟――虛擬企業。美國波音（BOEING）公司可以把777飛機的研制、生產做到幾乎“無圖紙”的程度。波音777飛機的研制、整機設計、裝配、部件測試以及各種試飛，都是由計算機完成的。它能將開發周期從原來的8年縮短到5年，節約了數百萬美元經費。

3 結論

當代制造業中，計算機仿真技術已經成為一種綜合性的高新科學技術，它綜合了計算機技術、計算機輔助設計技術、多媒體技術、網絡技術、信息技術、軟件工程、數字化控制技術等多種科學技術，在制造業中發揮著越來越大的作用，在一些大型的復雜形同研發中，更是必不可少的重要工具，它有效地減少了企業的經濟損失，節省了大量的研發經費，使產品的開發周期大大縮減，產品質量得到顯著提高。

參考文獻：

[1]吳秀平，梅江平.大批量、多類型電池自動分選裝備的建模與仿真[J].組合機床與自動化加工技術，2008，4.

[2]尚煒，寧汝新.一種以拓撲結構信息為骨架的線纜數字化模型[J].計算機集成制造系統，2012，12.

第7篇：建筑虛擬仿真技術范文

關鍵詞：船舶；虛擬仿真技術；建造評估；應用

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0084-02

1 船舶虛擬仿真技術研究及應用現狀

在船舶工業里面對虛擬仿真技術加以應用，能使敏捷造船、并行工程以及數字化造船得以實現，同時它也是我國傳統造船模式轉向現代化的重要環節之一。對虛擬仿真技術加以運用，在建造船舶之前，工程師可在虛擬環境下對船舶的建造過程進行仿真，從而改進和評價船舶的工藝與設計，這樣便于指導船廠進行現場生產作業。在船舶行業里運用虛擬仿真技術，能使生產效率得到提升，降低生產成本，使建筑周期縮短，從而為我國船舶行業的發展奠定良好的基礎。

船舶的建造評估和設計可以使先前工藝或前期設計導致的工程修改得以消除，進而對船舶企業的成本、質量以及生產效率產生直接的影響。現如今，許多國家正在開展以虛擬仿真評估和數字化描述相結合的船舶虛擬制造、設計仿真技術的應用研究，并且在船舶建造中也應用了多種仿真評估軟件，而且其研制水平和效率還在近年來得到了大幅提升，包括我國在內的許多國家都正在尋求提升研制質量、節省研制費用、縮短研制時間的新方式。

挪威UD公司作為船舶設計的佼佼者，現如今，他們在對新船型進行設計時，全都會對三維模型加以利用，然后在虛擬環境下綜合評價鉆井船的設備布局、布置、外觀等，分析虛擬船舶水動力，對虛擬評估進行分段劃分，并仿真船舶的作業過程。

自20世紀90年代一來，我國開始對各種先進的仿真技術加以研究，并開展大規模系統仿真。但將虛擬仿真技術應用在海洋和船舶領域的起步還比較晚，現如今，其工作最主要集中在初步實施和理論研究的應用階段，此外，國內的船舶研究所也開發有虛擬仿真的軟件系統和硬件平臺。

2 將虛擬仿真技術應用在船舶的建造評估中

此項技術通過對虛擬實體模型加以利用，來實現評估船舶建造過程的目的，包含船舶生產工藝規劃、操作順序驗證、生產系統創建。它能支持船舶生產管理、機器人仿真、人機功效分析、作業時間測定、工藝規劃與驗證等的內容。

2.1 在建造前期的論證評估中運用

船舶建造的內容之一便是根據企業生產力布局要求以及實際能力，對船舶企業的經濟、技術和發展條件加以研究，對船舶企業的發展方向和規模進行預測和論證，將企業建設技術經濟指標擬定出來。在建造船舶的前期對生產規劃進行論證評估是一項綜合性非常強的工作，這個過程需要對企業多方面信息進行分析。此項技術可用于對當前企業環境、生產規模以及結構分布進行虛擬，并由設計人員在虛擬中模擬各種設想，經由分析信息數據庫對各種設想利弊進行分析，同時對其可行性加以論證，這就包括環境影響、船型選擇、生態保護、現狀分析等工作。此項技術為船舶的建造前期論證提供了論證方式和技術手段。

2.2 在建造方案的設計評估中運用

船舶建造方案通過設計人員將各種想法不斷形象法和概念法，同時用相應生產手段加以表達出來，這個過程需要對前后進行參照，在設計方案時，要求方案的初步設計和深入設計必須具有交互性。對虛擬仿真技術所具備的交互性和真實性特征加以利用，可用于對三維空間進行虛擬，從而使設計人員可以對他們的設計思想進行更精確的表達。例如，由中國船舶工業集團研究所開發出來的虛擬仿真評估系統。通過對不同總組方案的比較，將船舶的建造設計思維在虛擬環境里展現出來，讓設計人員可直觀的對其進行評析，通過對方案生產環境、結構布局的協調性進行觀測并比較，可對設計思維進行修改完善。對虛擬三維空間加以利用，進而為生產方案在場地位置設計、動態調整、生產布局選擇、結構調整等方面提供依據，從而使后續生產過程可以更為合理。

2.3 在生產方案的比較中運用

此技術所創建的環境為三維虛擬環境，它可對構建環境進行全方位展示，并且通過虛擬現狀，讓建造方案可以更加真實。此技術可以讓建造方案在表現上突破原有平面、靜態的模式，讓建造人員的思想可以更形象和直觀的呈現在操作者面前，使規劃方案與操作者之間能有更強的交互性，從而對多人員多層次協調參與船舶的建造有利。

可通過許多途徑來實現方案設計需要達到的目標，而這當中必不可少的一環便是方案比較。虛擬仿真技術為方案比較提供了一個更為有效和方便的應用工具。在進行方案比較時，可在船舶建造的虛擬系統中對生產方案加以直接使用，讓設計方案可以在虛擬三維空間里得到體現。對試用不同的方案，并考察其對生產環境所形成的影響，對各生產要素不同的設想進行評價比較，并進行不同方案的實時切換，然后在同一建造序列和生產項目中感受不同的生產效果，從而對設計合理性加以判斷。與此同時，還可運用技術手段量化分析比較方案中的具體指標，從而使船舶生產方案能更加合理。例如，運用SPD-V3.2設計軟件虛擬布置機艙管路的結構方案。在評估方案的基礎上，對機艙管路設計合理性以及工藝合理性進行驗證，進而將設計中存在的缺陷找出，從而使生產現場返工率得以降低。

2.4 在建造過程中運用

在建造船舶時，對虛擬仿真評估技術加以利用，可以實現對船舶建造方案實施效果進行先期檢驗，也就是看其能否達到環境、生產的最佳綜合效益，并在實施中不斷選擇和修改，最終幫助決策者來決定后續的生產方案。比如，可通過虛擬仿真技術將某虛擬方案和船舶生產實際相結合，進而將建造方案實施狀況予以真實展現，從而使由于方案欠缺而造成的效益損失狀況得以減少。此外，此技術還能對溫度、噪音等不可見現象進行模擬，從而達到檢測影響船舶生產各因素的目的。

3 船舶虛擬仿真的評估應用實現現存問題

①虛擬仿真技術標準化應用。作為船舶建造領域極為重要的技術，虛擬仿真技術一定要與建造技術規范、規定等相符。但由當前情況可知，因為船舶建造標準化問題尚未解決，為保障虛擬軟件商的軟件獨立性，使得軟件系統之間存在較差的兼容性，要想使仿真成果的協調和共享得以實現，就必須對仿真技術應用標準化問題加以研究。通過對同一設計平臺的開發，使協同平臺集成效率得到提升，從而在更大范圍上實現信息的共享和設計的協同。

②改進建造設計技術。在傳統船舶的設計中絕大部分平面結構圖的表達方式為二維表達，最近幾年開始引進三維技術，從而形成了三維與二維相結合的建造技術模式。但在我國，由于虛擬仿真技術欠缺完善化和標準化的仿真軟件作為載體，假如能將生產技術改為規范化的三維表達和設計模式，將會對此技術在生產設計中的進一步應用有利。

③生產設計習慣與傳統觀念問題。因為此項技術尚且處在推廣使用期，現如今設計人員對此技術的認識尚且不足，并且傳統觀念并未隨著技術進步而有所改進。絕大部分船舶企業在此項技術上尚且停留在演示層次，并未認識到此項技術的深層效用。此外，由于傳統設計習慣對新方法的使用形成了一定制約作用，要想在短時間內改變此種設計習慣還有一定難度。對此技術進行及時的開發利用，對此技術的三維平臺設計平臺加以搭建，將對培養設計人員普及性有利。

④虛擬仿真技術有待完善。因為此項技術自身存在一定局限性，使得此技術在船舶設計某些場合中的應用尚且存在一定難度。比如，對建造方案在構思期的表達模糊性問題以及修改實時性問題，建立標準化的指標評價體系統、建立預測分析模型等問題上依舊存在一定的技術障礙。

⑤船舶行業中虛擬仿真技術應用效果不顯著。此項技術的開發需要投入大量資金和尖端設備。盡管此項技術在研究船舶生產作業形式和建造方案上屬于高科技手段，但由于開發此項軟件產品的價格確實相當昂貴，并且其系統兼容性也比較差，現如今，國內對此系統的應用還多半依賴于進口提供，因為目前我國的科研院無法對相關設備進行全面配置，在各高校也無法運用多系統來實現學員的全面培訓，導致此項技術在船舶行業中并不能取得很好的應用效果，這也是實現此項技術在船舶設計中應用的一個難點。

要想使上述問題得到解決，極為重要的一點便是全面應用此項技術，在軟件開發公司的作用下，開發具有普及型的仿真技術軟件是非常必要的，同時需要科研院和相關院校合作，對此項技術進行大規模的培訓。

4 結 語

因為在國內的船舶生產評估過程中應用虛擬仿真評估技術尚屬起步階段，并且在國外也并無標準應用模式可供借鑒，再加上國內造船現狀有別于國外，此外，由于船舶虛擬仿真的評估技術是伴隨船舶制造工藝以及技術的發展而發展起來的，所以，它的研究工作、虛擬維修、新工藝等許多方面還有待完善和改進。現如今，集成化仿真已經成為船舶制造的發展方向，此項技術的應用也已經成為船舶制造模式最為關鍵性的技術，并且已經變成船舶制造能力得到提升的手段之一，此外，在船舶企業中應用此項技術，將會為企業進一步的發展提供技術支撐。

參考文獻：

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第8篇：建筑虛擬仿真技術范文

三維燈光模擬技術國內外研究現狀、水平和發展趨勢

國外在三維模擬仿真技術方面，發展起步領先于國內。從1962年MortonHeilig發明了真實感全景仿真機開始，3D模擬仿真技術在國內外逐漸得到了研究者的廣泛關注。美國的研究水平代表了國際3D模擬仿真的發展水平。北卡羅來納大學(UNC)的計算機系是進行虛擬現實研究最早的大學之一，主要研究建筑仿真等。美國UCLA大學的城市仿真小組最為著名，從90年代中期開始虛擬城市仿真與顯示的研究，致力于“虛擬洛杉磯”項目，至今已成功完成十多個城市的3D模擬仿真。在國內，早年的室內設計表現都是以傳統手繪的形式出現。一直到2000年左右，國內才開始將三維模擬技術運用到室內設計中，但當時由于計算機硬、軟件發展的限制和制作者使用技術和經驗的尚未成熟，三維模擬技術的應用水平普遍不高。隨著計算機硬件和軟件的發展，隨著制作者經驗的不斷成熟，近年的室內設計表現幾乎都成了三維模擬技術的天下，大量的專業三維軟件不斷更新，并出現了專門的效果圖制作公司和三維場景動畫制作公司。目前，在室內設計專業領域中，三維模擬技術主要應用在三維效果圖和三維場景動畫兩大方面，涉及模型、材質、照明、渲染、動態等多項技術。在對三維模擬技術的研究方面主要側重于介紹基本工具的使用等，大多數研究人員是站在純粹的軟件技術的角度對三維表現進行研究，在研究過程中，強調的是軟件技術本身的掌握和應用，但從室內空間照明與三維燈光渲染模擬技術的相互關系方面探討較少，三維燈光渲染模擬技術在室內空間照明設計中的應用研究還是不夠的。

三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用意義

意義在于利用室內空間三維模型進行燈光照明設計時，通過選擇和設置燈光的照明參數，設計師可以在室內空間中進行不同燈光的渲染模擬和仿真教學。通過觀察燈光模擬和仿真效果，設計師便可以直觀地觀察到燈光設計的最終效果，以便于對照明方式作出正確的選擇。

三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用目標

節約燈光照明設計成本，方便進行更加直觀的設計，能夠在安裝施工之前就查看到在室內空間中的照明效果。我們借助3dmax三維建模軟件進行三維建筑空間的搭建，構建出逼真的空間場景，然后再將構建好的燈具三維模型導入到建筑空間中，為燈具填加照明的渲染模擬參數，進行渲染，讓設計師可以更好的分析照明設計的三維效果。

具體內容與應用中擬解決的相關問題

1．具體內容

3dsmax、VRay三維燈光渲染模擬技術要點梳理；國內外室內建筑空間照明方式與燈光表現方式的分析運用；3dsmax、VRay三維燈光模擬在室內空間照明設計中的具體運用以及在燈光設計過程中遇到問題的處理方法。

2.擬解決的相關問題

第9篇：建筑虛擬仿真技術范文

2015年8月，遼寧省教育廳批復建設信息技術類、機械加工類、交通運輸類等七大類虛擬仿真實訓平臺基地的建設。目前，七個虛擬仿真實訓平臺基地建設已經接近尾聲，即將進入教學環節服務省內廣大師生。虛擬仿真實訓平臺是利用虛擬現實技術、網絡技術、計算機技術，仿真或虛構某些情境，供學生觀察、操作、建構其中的對象，使他們獲得類似真實的體驗，從而更牢固地掌握知識理論體系或者獲得某種技能的資源。

【關鍵詞】虛擬仿真 實訓平臺 實踐應用

1 虛擬仿真技術的現狀

隨著互聯網技術及虛擬仿真技術的飛速發展，虛擬仿真實訓平臺平臺這一教育資源也逐漸受到了教育界人士的青睞。目前國內投入運營的虛擬仿真實訓平臺平臺屈指可數，以西南交通大學龍緒明教授為例，其率領團隊開發的《SMT虛擬實踐平臺》已于2015年初完成，目前被西南交通大學、北京理工學院使用；遼寧省交通高等專科學校的《地鐵線路控制虛擬仿真》也在軌道交通工程系的實訓課程中使用。這些虛擬教學手段的使用在教學過程中改善了教學效果。

2 虛擬仿真實訓平臺的特點

2.1 可制定“理、虛、實”一體化的實踐教學計劃，將虛擬仿真訓練有效的應用于實踐教學環節中

原有的“理-實”教學模式是利用現有的實驗實訓教學環境結合理論內容來進行教學，實踐教學過程中，受到實驗實訓環境不完善、實驗耗材昂貴、實驗實訓環境安全隱患等諸多因素制約，影響了實訓的效果，不能達到職業教育對實踐教學的要求。在融入了虛擬仿真實訓平臺基地環境之后，很大程度上解決了上述問題，并且可以在任何時間、地點、終端的情況下進行實踐訓練，構建出“理、虛、實”一體化的實踐教學模式，切實提升學生的實踐動手能力。

2.2 可設計小概率事件訓練方案，在虛擬環境中反復訓練學生解決實際生產操作中所出現的故障、問題，避免學生在真實生產中誤操作導致安全事故

電氣設備、機械設備對操作者的熟練程度要求比較高，在不熟悉設備的情況下往往會面臨高電壓、高溫度的危險，誤操作會導致操作者的受傷或生產企業的損失。虛擬仿真實訓平臺應用于實踐教學，將讓學生在面對真實設備前，實現對設備的原理、設備的外觀、操作方法、注意事項、小概率事件及維修保養等各個生產環節的熟練掌握， 最大程度為學生提供安全保障。

3 虛擬仿真實訓平臺應用研究的必要性

2016年底，遼寧省教育廳將對開發的七個虛擬仿真實訓平臺基地進行驗收，虛擬仿真實訓平臺基地即將投入運營，如何充分利用虛擬仿真實訓平臺平臺，發揮其在實踐教學中的作用，真正實現“理、虛、實教學一體化”的問題已迫在眉睫。

通過本文的探討，為虛擬仿真實訓平臺基地的開發注入新的思路，并為虛擬仿真實訓平臺基地的合理使用提供理論依據；豐富虛擬仿真實訓平臺基地平臺的應用及推廣體系，為虛擬仿真實訓平臺平臺的應用和推廣提供更多建設性的可操作方案。

通過對照傳統實訓基地教學模式，充分發掘虛擬仿真實訓平臺基地的教學優勢，創建以虛擬仿真實訓平臺為主體的實踐教學模式；利用虛擬仿真技術完善傳統實踐教學環節，構建科學合理的“理、虛、實”一體化實踐教學體系。

4 虛擬仿真實訓平臺應用研究的方法

虛擬仿真實訓平臺應用的研究服務與實踐教學，最終目的是為了實現學生從校門到企業的無縫對接。虛擬仿真實訓平臺基地在實踐教學環節中的應用切實遵循高職學生的層次特點和學習興趣，最終引導學生充分利用虛擬仿真實訓平臺基地資源，掌握職業技能。

因此，明確學生的學習特點和學習興趣是基礎。在掌握學生學習特點的基礎上，歸納傳統的生產實訓和虛擬仿真實訓平臺各自的特點，并對這兩類實訓教學手段的優缺點進行比較和總結；研究目前已投入教學的虛擬仿真實訓平臺的使用情況，揚長避短；選用一部分學生提前試用虛擬仿真實訓平臺，總結其使用感受，并反饋到虛擬實訓在今后的應用中。

具體研究方法如圖1所示。

5 虛擬仿真實訓平臺在實踐教學中應用的優勢和不足

根據已投入實踐教學的虛擬仿真實訓平臺的應用情況來看，虛擬仿真實訓平臺具備以下的優勢：

5.1 創建沉浸式的仿真生產體驗，極大提升學生的學習興趣，養成自主學習的習慣

興趣是學習動力的根本，虛擬仿真實訓平臺平臺可以采用第一視角模式，以游戲環節帶入，操作細節真實清晰，學生可24小時全天候登陸系統進行學習，自主沉浸在虛擬仿真的生產環境中，體驗生產、安裝、維修過程，切實的提升了學習效率和效果。

5.2 利用虛擬仿真生產環境，規范操作流程，養成良好的標準化生產習慣

通過虛擬仿真實訓平臺的應用，學生可以在網絡平臺上學習規范的任務流程、生產工藝及設備操作方法，避免了不同教師差別教學的情況，引領學生養成標準化操作的良好習慣。

5.3 建立校企聯合培養的紐帶，形成企業需求和學生成長相互反饋的機制，為今后校企合作模式開辟新道路

虛擬仿真實訓平臺基地中崗位的設定完全遵循企業實際用工要求，學生通過角色的體驗可以明確學習方向；學生在虛擬仿真實訓平臺平臺中關于設備操作和維護的成績也可以轉換為企業認可的證書，提升就業競爭力。

但在具體的應用過程中也體現出一些問題，具體問題如下：

（1）推廣速度、覆蓋院校范圍不盡如意；

（2）部分學校計算機設備老舊、網絡資源匱乏，虛擬平臺運行速度較慢；

（3）虛擬仿真實訓平臺平臺使用頻率較低，平臺資源沒有得到充分利用。

綜上，虛擬仿真實訓平臺在實踐教學中的優勢非常明顯，虛擬教學環境的應用更適應時展的潮流，更能滿足現代學生學習的需要。目前虛擬仿真實訓平臺平臺在實踐教學中的應用還處在起步階段，我們還需要進一步深入研究、探索出一條充分發揮其作用的路來。

作者簡介

馮珊珊（1981-），女，現為遼寧建筑職業學院講師。主要研究方向為應用電子、信息化教學。