虛擬仿真技術優點精選(九篇)

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第1篇：虛擬仿真技術優點范文

[關鍵詞]游戲引擎；機械動力仿真；虛擬現實技術

中圖分類號：TP391.9；TD672 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）33-0225-02

一、引言

三維游戲由于引擎技術在建模技術、物理引擎技術、復雜環境的高質量實時渲染技術、動畫技術、人工智能技術、對象的行為控制技術等各方面不斷的完善和強大，已經極大地引起了人們的關注和重視。游戲引擎不再僅用于游戲娛樂產業的開發，更多的滲透到了教育軟件開發、虛擬現實應用、動畫影視（特技）制作、軍事訓練、實時模擬等人類生活的各個領域。極大地改變了人們的生活方式和思維方式。

游戲引擎技術尤其物理引擎技術不斷的研究發展，讓我們意識到仿真虛擬機械動力的可能性。利用游戲引擎虛擬機械運動，將為開發教育游戲中的虛擬物理實驗、網上數字科技館、娛樂型游戲中的機械道具和多樣化游戲任務等具有重要的應用價值和研究意義。

傳統的機械動力仿真技術和虛擬現實技術雖然在一定程度上也能虛擬機械的運動，但是由于那些技術不可避免的弊端對機械動力仿真技術應用在其他領域形成了瓶頸。傳統的機械工業仿真技術缺乏交互性，設計復雜，表現單調。隨著多媒體技術、計算機動畫技術、虛擬現實技術、網絡技術等技術的滲入，以VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現實造型語言）或Cult3D為代表的技術給機械仿真領域帶來了交互性，但是由于傳統的虛擬現實技術固有的特性，如運動行為的硬編碼、交互性差、畫面不流暢、系統實現復雜等，使得基于游戲引擎技術虛擬機械動力的技術具有很大的優勢和更大的發展前景。

本論文研究的技術充分利用了游戲平臺的優勢，它不僅具有傳統虛擬現實系統所有的優點，而且具有3D游戲般的交互性和逼真的動力學模擬。從開發角度而言，游戲引擎的實時渲染能力、快速的計算能力、組件化、可重用性以及面向對象的編程方式等，都使得應用游戲引擎成為一種非常便捷和有效的仿真技術手段。本文描述了利用游戲引擎模擬簡單的機械動力實例的核心技術。

二、機械動力仿真技術研究背景

概念設計是機械設計過程中的最初階段，主要目的是獲得產品的本質形狀。[3]機械仿真技術的發展為機械工業概念設計注入了新的活力。計算機運算處理能力的提高為機械系統的仿真提供了更好的基礎。

我國機械系統傳統的計算機輔助工具多數是AutoCAD， Pro/E， Solid Works， Solid Edge， 3D MAX等2D和3D軟件，此類建模軟件含有大量的圖形文件，容量較大，不利于網上傳輸和遠程控制。同時這種方式建立的三維模型是靜態的，動畫是設計者事先設計好的一副副二維動畫，用戶只是被動的接受，而不能按照自己的意愿進行實時交互式仿真。

虛擬現實技術作為一種更為人性化的交互技術，近幾年來逐漸滲透到各個應用領域。虛擬現實技術的沉浸特征、交互特征和構想特征，剛好彌補了上述傳統方法的不足。因此，運用虛擬現實的方法實現機械設計系統成為必然。傳統的機械仿真都是代碼編寫控制的運動效果，沒有實現通過物體間力的作用而讓物體產生運動，所以不免比較生硬，不能具有可復用性和柔性。

綜上可知，機械工業虛擬仿真技術由于其復雜性、綜合性決定了開發的困難，因此勢必需要一些工具來輔助開發，游戲引擎由于其本身的特點，成為開發機械工業虛擬系統的有力工具。

三、游戲引擎技術

1.三維游戲引擎

一般而言，三維游戲引擎包括：引擎內核、三維圖形引擎、物理引擎、人工智能系統、3D模型和圖像庫、網絡引擎、輸入系統。三維游戲引擎中各子系統關系可由（圖1）表示。

2.游戲引擎技術的優勢

（1）利用游戲引擎可以簡化系統制作的復雜度，縮短開發時間，降低制作成本。

（2）游戲引擎中強大的物理引擎為該機械動力仿真系統提供了保障，這也是不同于其他虛擬現實技術的閃光點。

（3）該游戲引擎能快速嵌入到網頁中運行，因此，極大的活躍了網頁式三維虛擬現實技術，因為傳統的三維網頁虛擬技術在WEB中運行效果不是很好，運行緩慢，效果單調，交互性差，游戲引擎技術的支持在一定程度上可彌補這些不足。

（4）游戲引擎的最大特點是可以實時渲染，這樣使得開發者可以及時瀏覽和調整系統。Unity3D游戲引擎甚至可以支持在程序運行時改動場景中物體的屬性。這樣的實時性改變，使得開發者能迅速獲得最佳的設置效果值。

（5）基于游戲引擎技術開發的機械動力仿真系統，具有游戲般的交互能力，活躍了機械展示的表達方式。

（6）在游戲引擎平臺上的二次編程代碼被稱為“腳本”，大多數腳本語言都是面向對象的編程特點，具有封裝、多態、可復用性等特性。簡單易學，使虛擬系統設計者易于開發應用。

四、主要結論

3D游戲引擎技術最大的特點就是它把一個程序中可以重復利用的部分，以精巧的模塊組織起來，將其規格化、最佳化，以利于程序重用技術。利用引擎不僅可以開發出“景物真實、動作真實、感覺真實”的三維系統，更重要的是利用它我們可以節省大量的人員和資金，簡化系統制作的復雜度，縮短開發時間，降低制作成本，并且游戲引擎普遍具有的FPS（First Person Shooting第一人稱射擊游戲）特性，這一特點可以巧妙的應用于交互設計中。游戲引擎的實時渲染、動態編譯和可視化編輯功能有效解決了傳統的虛擬現實技術中存在的渲染耗費時間和硬件成本的問題。

3D游戲引擎最吸引人的是它的強大的PhysX物理引擎和真實的圖形渲染引擎。強大的功能會提升研究的成功性。從開發方面考慮，該引擎的腳本語言近似c#或javascript，使得開發輕車熟路，而且腳本是動態編譯的，運行速度和匯編接近，不會因為腳本的問題而影響系統的執行效率。從方面考慮，該引擎支持跨平臺，而且用該引擎開發的作品可以通過網頁直接運行，是3D虛擬現實作品輕松實現網頁漫游的良好解決方案。

參考文獻

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第2篇：虛擬仿真技術優點范文

關鍵詞：虛擬仿真；醫學；實踐操作

中圖分類號：G642.0 ？搖文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）39-0043-03

隨著高等教育改革的不斷深化，傳統的教學模式受到場地、設備、師資等眾多因素的限制，極大地制約著學生創新意識和創新能力的培養。新興的虛擬仿真技術在高等學校教學、實驗中向著網絡化、智能化以及互動化等方向發展，可以發展現代教育思想、提高教學水平、改善實驗環境以及優化教學過程，從而增強學生的實驗動手能力。虛擬仿真化教學模式可以極大地克服傳統教學模式的一些弊端，必將成為現代化高等教育的重要途徑和方式之一，并在飛速發展的信息化時代日趨完善和成熟，承擔起培養現代化創新人才的重任。

一、虛擬仿真教學平臺

虛擬仿真（Virtual Reality，VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，具有交互性、真實性以及多感知性等特點。其以計算機軟件及硬件為基礎，相關的技術手段為輔助，通過對己知或未知世界的仿真，使人獲得真實感受的一種先進的計算機應用技術。虛擬仿真技術可以依靠計算機的圖形處理進行圖像再現，與傳統的圖像再現手段，如電影、電視以及DV等相比，有著本質的飛躍。虛擬仿真技術對于圖像的再現不僅僅局限在對實物的再現，它更多地被應用在超現實畫面的再現上。隨著計算機硬件技術發展的突飛猛進，虛擬仿真技術已普遍應用于各個領域，如訓練、教學、仿真、娛樂、遙控操作以及模擬預測等方面。[4]現階段，盡管虛擬仿真技術優點諸多，越來越受教育界所青睞，但是虛擬仿真教學平臺在醫學教育領域的應用還處于起步階段。如果能將虛擬仿真技術成功地運用到醫學教育領域，勢必會具有廣闊的發展前景。

二、現代醫學教育引入虛擬仿真教學平臺的迫切性

醫學是一門實踐性非常強的學科，實驗室操作和臨床實習貫穿著整個教學的過程。實驗教學環境的優良與否直接關系到學生們能否掌握好該門課程。心理學家瑞特拉研究表明，同樣的知識采用不同的教學方式呈現時，其效果有著顯著的差異，采取對不同感官進行多方面的刺激，所達到的記憶效果會有所不同。因此，現代教育技術有必要把多媒體技術、虛擬仿真技術、網絡技術以及控制技術等進行綜合運用并引入課堂，虛擬各種實驗設備和實訓環境；充分發揮現代信息技術的集成性、交互性和控制性，生動形象地展示教學內容，綜合處理超文本、圖形、圖像、動畫、視頻、聲音等多媒體信息，展現那些在傳統的教學模式中無法實現的教學過程。現代醫學教育也是如此，虛擬仿真教學平臺正是在現代教育思想的指導下，使用新技術改進教學方法的嘗試。在現代醫學教育課程中，醫學生只有通過足夠的實驗室訓練操作才能獲得必要的綜合技能，并初步具備一定的臨床實際工作能力。在虛擬仿真技術平臺中，教師能夠采用“做中學”的教學模式，多種媒介的信息同時作用于學生的各個感官，有助于提高學生的理解能力和實踐能力，直到形成合適的行為模式以及行為系統。同時，循序漸進的教學過程也符合學生的認知規律。三維虛擬仿真教學平臺的引入，可對現代醫學教育起到很大的促進和推動作用。虛擬仿真教學平臺和虛擬課堂系統相結合，能夠突破課堂實驗教學的制約，打破時間和空間的局限性，充分發揮學生的自覺性，利用其各自適合的時間在本地計算機上完成實驗過程，為學生提供真正“開放性”的教學環境。但是，由于虛擬仿真技術是20世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術。[7]同時，醫學領域又有著極強的專業性，其專業技術的要求比較高；另一方面，人體是一個非常復雜的系統，即使超大型的計算機虛擬仿真系統也與醫學的模擬要求有相當的差距。現階段，虛擬仿真技術在醫學教育中的應用仍處于比較早期的純畫面展示類型，僅僅是將傳統的圖片、圖譜變成了3D動畫，缺乏應有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的觀看。因此，有必要在現代醫學教學中引入虛擬仿真教學平臺，充分發揮虛擬仿真技術的優勢。

三、虛擬仿真教學平臺在醫學教育中的優勢

醫學虛擬仿真教學平臺環境是虛擬仿真技術與醫學教學實踐高級復雜的結合，是信息化教學的高級應用。隨著現代信息技術的飛速發展、軟硬件性價比的大幅度提高，醫學虛擬仿真技術正逐漸從科研院所、實驗室走向實際的臨床教學應用中，有著傳統教學手段所沒有的眾多優勢。

1.虛擬仿真教學平臺運用計算機全面仿真臨床中現實的世界，為醫學生提供生動、逼真的學習環境，在虛擬環境中模擬給患者進行操作。例如在口腔醫學實踐教學中，由于口腔視野狹窄、結構復雜、與顱頜面又是一個整體，學生掌握實驗操作技能比較困難。然而醫學虛擬仿真技術可以充分發揮其優勢，利用仿真軟件進行現場模擬構建，使教學活動更加生動形象、直觀易懂，以此激發學生學習的興趣和提高教學的效率。

2.虛擬仿真教學系統能夠使學生們主動成為虛擬教學環境中的一名參與者，不僅僅成為教學“教”的工具，也起到與“學”的互動作用。這對調動其學習積極性、突破教學的重點難點、培養學生的臨床操作技能都將起到積極的作用。同時，虛擬仿真教學平臺可以解決許多真實實驗中實現不了的困難，使學生在虛擬環境中接受多感官的刺激，并進行具體操作、感受和體驗，更容易調動學生的情感參與，將抽象的內容具體化、形象化，留下深刻的記憶，以提高學習效率。

3.虛擬仿真教學平臺提供開放性的實驗平臺，能夠解除課堂實驗教學時間、地點的限制，打破時間和空間的局限性，充分發揮學生的自覺性，利用其各自適合的時間在本地計算機上完成實驗過程，為學生提供真正“開放性”的教學環境。在課堂上沒能按要求通過實驗的學生可以在課余時間利用網上虛擬仿真系統進行模擬實驗，隨時隨地進行實踐操作訓練。

4.虛擬仿真教學平臺為學生提供平等的實踐操作資源。實驗室操作與實踐教學在整個教學過程中起著舉足輕重的作用，能夠促使學生將所學知識進行靈活運用，引導學生掌握規范操作的技能技巧，培養學生觀察、分析和動手操作的能力。由于醫學院校教學條件依然存在其多變性、復雜性等客觀原因，各個學校實驗環境存在一定的差異，虛擬仿真教學系統能夠充分發揮網絡的優勢，使教學實驗資源共享，以彌補實驗室資源的不足。

5.虛擬仿真教學系統的應用還能在實驗教學中節約相當的成本。在虛擬系統中訓練可以為學生在實驗室的實踐操作奠定一定的基礎，能在實踐中收獲更多，體會更加深刻。其次，虛擬仿真教學系統也可以代替傳統實驗條件下無法完成的實驗操作，或由于實驗設備昂貴而難以實現的實驗訓練。因此，虛擬教學和實驗室相結合也是合理地利用、開發教育資源的一種途徑。盡管計算機虛擬仿真系統與臨床醫學中的模擬要求還有相當的差距，但是也可以作為醫學實驗室操作訓練的另一種補充。通過運用形象、直觀、生動的現代教育技術手段為學生們創設學習情境，開拓教育信息交流的新渠道，使課堂教學具有交互性，其組織形式更加豐富和完善，可以充分調動學生的學習興趣，發揮其主觀能動性、獨立性和創造性，讓他們盡快熟練掌握臨床操作技能。

四、虛擬仿真教學平臺在醫學教育中的前景

隨著現代信息技術的發展，應用于醫學實驗室操作與實踐教學的系統也將不斷推陳出新，給教育的發展和改革帶來了機遇、動力和挑戰。虛擬仿真教學平臺為學習者提供了一個既先進又靈活的環境，可以鍛煉學生的獨立構思和設計能力，激發其學習的興趣，對提高教育技術水平、改善教學及實驗實訓環境、優化教學過程、提高教學效率、節約教學成本、加速培養現代化的醫學專業技術人才產生深遠的影響，并將推動學科研究，促進教學改革。

參考文獻：

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基金項目：重慶市教學改革研究項目：結合口腔醫學專業認證標準，優化口腔正畸學PBL教學模式（1203112），重慶市研究生教育優質課程（2011-56）

第3篇：虛擬仿真技術優點范文

[關鍵詞]虛擬仿真技術 運動生理學 實驗 立體化

[中圖分類號]G712 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）06-0236-02

運動生理學主要是研究人體在體育活動和運動訓練影響下機體在結構和機能方面的各種變化，探索人體在運動過程中機能變化的規律，以及形成和發展運動技能的生理學規律，探討人體運動能力發展和完善的生理學機理，論證并確立各種科學的訓練制度和訓練方法。人體在體育活動和運動訓練影響下機體機能變化的動態數據是運動生理學研究的重點和難點。因其變化的動態性和不易感知性，使學生學習起來特別抽象，難以理解。單純的依據課本的數據進行比對，就更加沒有說服力，極大增加了學生學習和掌握的難度。在運動生理學實驗課堂上開展實驗教學過程是增加降低理論學習難度，提高學生學習積極性的有效措施，但在目前的運動生理學實驗教學過程中，由于受實驗標本的采集與存放、試劑的調配與更新、實驗器材的種類限制、教師預實驗的準備、場所與時間限制和一些復雜設備的影響等，很多實驗課開展的效果并不理想，學生獲得的實驗數據較少并且缺乏說服力，后期重復實驗更是無法獨立操作完成。很多大型實驗由于沒有時間準備預實驗，教師操作的效果也不理想，開設運動生理學大型實驗的成本較高，耗費人力、物力較大卻收效甚微，使學生深刻理解運動生理學知識受到很大限制。

為了節約成本，很多學校就只開展幾個傳統型的簡單實驗，但是最新的理論知識和科學研究，學生就難以接觸，且這幾個實驗由于脫離高端技術使學生難以對實驗印象深刻。實驗知識的匱乏也影響了學生獨立感知，自主研究的積極性，理論應用起來更加捉襟見肘。因此，我們迫切需要一項技術既可以節省實驗成本，提高實驗成功率，又能使學生自主感知，自主鉆研，使學生得到專業便捷的技能訓練，虛擬仿真技術應運而生。他不但簡化了實驗課程準備工作，而且高速的數據處理庫提高了實驗的精確度和動態呈現機體對刺激反應的敏感度，大大激發了學生學習的興趣，大量數據的多角度呈現，更加激起學生探索的欲望，可以說完美解決了運動生理學實驗所必須的多項技術。

一、虛擬仿真技術簡介

虛擬現實技術又稱虛擬現實技術或模擬技術，就是通過計算機模擬技術將一個真實的系統在另一個占用空間比較小的、制作相對容易的虛擬系統中進行模仿實現真實人機對話體驗的技術。隨著計算機人工智能技術的不斷進步和發展，虛擬仿真技術越來越精良并逐步自成體系，成為繼數學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規律的第三類基本方法。人投入到這種環境中，立即有“身臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環境進行交互，虛擬環境還能夠實時地做出相應的反應。

虛擬仿真技術，是仿真技術與虛擬現實技術結合而產生的一種更高級的仿真技術。在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上，虛擬仿真技術以構建全系統統一的完整的虛擬環境為典型特征，并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體。實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統，也可用一些簡單的數學模型表示。實體在虛擬環境中相互作用，或與虛擬環境作用，以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征，充分滿足了現代仿真技術的發展需求。

虛擬仿真實驗系統的特點：首先虛擬實驗系統的仿真引擎代替了實物，實驗過程不再需要反復消耗標本和試劑，且實驗結束不需要廢料收集和處理，完美解決了傳統實驗過程中所缺乏的節能和環保處理；第二，學生做實驗不再受到實驗器材的限制，學生沒有理解的實驗允許反復操作，增強了學生動手動腦的實踐能力，大型實驗也省去了繁瑣的準備過程，節約了教師的準備工作；第三，虛擬仿真技術因其技術的成熟性，允許學生自我提升與拓展，課本之外的實驗，學生也可以自主鉆研，不受材料限制，大大提高學生學習與思考的積極性。此外，虛擬仿真技術平臺還為學生提供在線測評功能，網絡化的學習模式，為學生自我鞏固與提升提供了一個良好空間，抓住了學生學習的興趣點。

二、運動生理學實驗與虛擬仿真技術相結合

以前學校進行的運動生理學實驗主要是通過課本理論的教授進行理論學習，然后再通過小白鼠、青蛙等動物進行實驗驗證，這種探究方法單一而且讓學生很難完全信服。幾乎所有運動生理學實驗的理論，都來自觀察動物在運動過程中的機能活動并對其因果關系的分析來實現。放到人體之后的結論顯得單薄而且缺乏說服力。另外，由于人力及物力資源的種種限制，實驗課本身課時較短，很多實驗結果本身缺乏科學性和完整系統性，所以很多實驗的結果與最終需要印證的結論相關性不符，做得有名無實。

近年來虛擬仿真技術的廣泛應用大大提高了運動生理學實驗的應用廣度和深度，很多難以實現的實驗技術經過模式過程之后學生可以真切地感受到學習起來更加容易，記憶也更加深刻。將虛擬仿真技術運用到運動生理學實驗教學，是傳統教育手段與現代教學技術的創造性結合。虛擬仿真技術的優點主要體現在：多媒體展示的集成性、人機交互的操作性、大容量存儲的豐富性、高速傳輸的便捷性、超時空交流的共享性等。

虛擬仿真技術應用于實驗可以分為三個階段：一是初級階段，即學生剛開始接觸系統階段，這個時期學生對虛擬仿真系統還比較陌生，很多的功能還不熟悉，教師需要對學生加以引導，根據學生的反饋對系統加以修改和調整，盡量達到彼此合作融洽；二是模塊建立階段，當學生對系統有了初步的了解之后，就需要根據教學的進度和學生學習的側重點對系統里面的實驗加以增減和調整，做到既能滿足學生知識掌握，又可以達到能力提升效果，并將最前沿的知識嵌入實驗模塊，讓學生一起走進實驗室觀摩也是很好的教學方式，觀摩過程中學生對知識的理解和應用會更加深刻，讓學生明白科學探索的過程其實就是知識應用的過程，這個過程真正存在并不是遙不可及，培養起多思考多動腦的習慣；三是模塊應用階段，即通過所學的知識，所做的實驗，探究人體運動生理學知識的運用與開發，這個過程是一個開放的過程，根據每個人理解的不同，所能探索的結果也各有千秋，沒有標準的答案，探索永無止境。

例如在學習“人體安靜與運動過程中心率和動脈血壓變化”課程時，單純的文字說明和表格對比雖然可以使學生直觀的看到數值的變化，但是體現在人體中的動態變化卻很難發現和感受。通過查閱大量文獻，進行總結歸納，并通過計算機輔助教學把實驗課的內容搬到理論課上，經過文本、圖片、動畫、視頻、仿真空間體驗等幾步的動態體感之后，讓學生直觀地觀察到人體從靜態到運動再到運動逐步加快的過程中心率和動脈血壓的直觀的、動態的、連續的變化過程，把實驗的結論與學生的多種感官相互關聯，把知識的傳授過程由被動的灌輸、被迫接受轉化為學生自己總結、歸納、探索，使學習過程變得快樂且學生更加容易接受。運動的方法有好多種，速跑和慢跑是兩種不同的運動方式，他所牽動的器官不同，達到的效果不同，學生為此進行了一次愉快的辯論，最終大家都為自己的觀點鼓掌叫好。每種運動背后都包含著大量的科學知識，合理的運動就是最好的科學。

三、現狀與前景展望

實驗課一定要“重視學生在教學活動中的主體地位，充分調動學生學習的積極性、主動性和創造性”，一門課程的學習，結果只是一方面，重視學生在實驗過程中的參與度和知識獲得過程，才是我們教學的目的。對于運動生理學的掌握我們完全可以直接告訴學生結果：做擴胸訓練有助于增加肺活量，做引體向上可以鍛煉背闊肌，仰臥起坐可以鍛煉腹肌，等等，我們單純的教授完畢對學生有什么效果呢？他的擴胸運動很到位，肺活量大有增加；他的引體向上很到位，卻導致了肌肉拉傷；他的仰臥起坐連貫而有力，卻導致脊柱受損……這種風險不僅對普通人是存在的，而且對那些經常鍛煉的人亦然。現代人的養生觀念很強，每個人都需要運動，但是運動也需要講究技巧與方法，我們學習運動生理學的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完備的實驗設備，解放了學生的思想，相應的研究過程中碰到的問題也就越多，為了滿足學生探索的需求與我們日常面臨的挑戰，我們的路任重而道遠。

隨著人們對虛擬仿真技術的逐步完善，虛擬仿真技術的應用范圍越來越廣，下一步我們將搜集更多的文字、圖片、音頻、動畫等素材，組建更多的虛擬仿真實驗模型，讓虛擬仿真技術更好地服務于運動生理學及各個學科的實驗，尤其是以后更可以豐富中小學課堂的教學課堂。通過虛擬仿真技術的應用讓學生處于一種多層次、多角度、立體化的學習空間中，直觀真切地感受到外部因素變化對身體的影響，改善了學生對體育運動的理解形式，提高了運動生理學課程的趣味性，提高學生學習運動生理學實驗的積極性，也提高了學習效率。虛擬仿真技術的廣泛應用，必將使運動生理學迎來新的生機和活力，根據教師的指導得到更加專業的技能訓練，使人們更加科學的通過體育訓練，改善人體技能，提高身體素質。

四、小結

體育學科是一門理論與實踐完美結合的基礎學科，越來越受到學生及普通民眾的歡迎。運動生理學作為體育科學的輔助學科也是一門非常重要的理論課程，他主要研究人體在體育活動和運動訓練影響下機體的內部結構和機能的動態變化規律，進而探討出完善人體運動能力發展的科學機理，指導人們科學準確的完成各種訓練。虛擬仿真技術作為一門理論與科學結合的科學手段，極大地提高了運動生理學實驗的可操作性和趣味性，滿足了當前運動生理學實驗的操作需求，可以加深學生對實驗的認識，使學生通過豐富多彩的教學手段，多層次、多角度、立體化、真實化的得到專業便捷的技能訓練，加深學生對實驗內容的理解和鞏固，提高學習的效率和應用的直觀性，更加深刻地理解所研究的內容和意義，從而提高運動生理學實驗課的應用效果。

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第4篇：虛擬仿真技術優點范文

【關鍵詞】計算機 仿真技術 課堂教學

【中圖分類號】G623 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）01-0228-02

計算機仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真的系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統（尤其是復雜系統）的重要工具。伴隨計算機技術的普及，眾多學校為提高教學質量，強化校園硬件水平，現代化水平紛紛引進計算機仿真技術，并取得了顯著的效果，本文主要在對計算機仿真技術的研究后權衡其優劣勢并從技術上給予指導以求這項技術能更廣泛的普及。

1.計算機仿真技術應用于課堂教學的價值

1.1計算機仿真技術特色

①參數的靈活性。計算機仿真技術的這一特性能確保隨著課程數據加工分析、實驗項目的轉變其系統都能提供點對點的服務，從而在運行成本低，處理穩定的基礎上實現可控的實驗利用。

②數據加工效率高。有計算機運行做保障，對于數據的分析加工時間相當短。能及時提供參考模板，節約可利用的時間。

③運行穩定可靠。與人工數據處理不同之處在于只要系統程序安排在正確范圍內，其運行得到的數據精確度幾乎是不容質疑的。

④仿真接近實物。與實物模型不同的是計算機仿真技術下仿真的實物更接近于現實事物，且反正費用低，適合重復使用。

1.2計算機仿真技術應用于課堂教學的取得良好效果

①學生的知識掌握程度提高。傳統教學中教師將實物模型展現給學生，學生大部分時間只能接受事物的外觀，對于其結構原理只能通過死背硬記的方式掌握，當計算機仿真技術應用于課堂之后，學生不僅能從各個角度觀察模型且能觀察事物內部的構造，這樣原理性質等知識將被學生以極快的速度接受，在這種情況下學生的學習效率和掌握程度迅速提高。

②學生的學習熱情得到提高。仿真技術通過虛擬的方式將學生之前親眼看過的物體通過抽象的表現形式更具體科學的呈現出來，通常情況下，學生會迅速與其建立陌生感并產生濃厚興趣，在積極的興趣引導下，學生通常能舉一反三，有利于活躍課堂達到高于教學目標的效果。

③節約教師備課時間以及教學成本。傳統教學中對于課程的進行往往需要借助由大量資金購買的模型儀器，而計算機仿真技術的介入使這一傳統教學任務中不可或缺的一部分取締了，代之的則是靈活多變且可以重復利用的虛擬設備，通過虛擬的技術使學生單獨接觸儀器設備的機會增加了，達到了事半功倍的效果。

④計算機仿真技術應用在課堂教學中更安全人性化。這一方面體現在便捷的學習環境上，虛擬的模型設備供所有人使用學習，使過去的狼多肉少局面消除了。另外對于一些例如電力、機械課程中應用這一技術能減少學生實際體驗中出現的偶然性危險問題，使學生在安全穩定的環境中學習[1]。

2.計算機仿真技術應用于課堂的注意事宜及避免

①要具體問題具體分析，結合課程需要選擇仿真系統軟件切不可胡子眉毛一把抓。在系統軟件數據操作過程中一定要確保數據錄入的準確無誤，防止因為一個數字或程序順序的錯誤導致整個軟件的失控甚至癱瘓。

②仿真模型等課程的課時安排應適當。對于機械、建筑等行業的課堂，其學習一方面來源于課堂的學習另一方面也是最主要的來源于實地的操作，所以合理規劃二者的時間是必要的，既要保證學生對于理論知識的熟稔掌握還要確保學生在實踐過程中掌握具體的操作技巧[2]。

③要嚴格規范操作系統。事實表明，由于計算機的普及，人們對于計算機的操作程序越來越不規范，不僅出現在隨意處理硬件上，例如多規格硬件裝配的現象，對于仿真系統設備一定要規范使用以延長其使用壽命，另一方面也能保證其精確度。

3.計算機仿真技術應用于課堂的利弊分析

由上述我們看到實施中取得了良好的效果，也存在需進一步克服改進的方面，這有待學校實施者本著實事求是的態度、科學的精神，在實踐中不斷探索不斷改進，使之越來越完善。

4.計算機仿真技術應用于課堂的發展展望

①多媒體化及網絡化。隨著網絡技術的不斷提高并伴隨著相應的法律法規的進步，資源的共享成為了可能。一般情況講，仿真軟件系統的開發費用是高昂的，且用于不同行業的系統軟件不易通過系統設置改變而進行不同行業的使用所以，一般情況下開發商不會講軟件資源自愿分享到大眾網絡中，但是隨著階段付費網銀等的發展，為即使的平臺使用成為了可能，這對于開發商來說是一個不錯的商機，對于體驗用戶也會相對更加方便和優惠。

②需求訂制化。社會主義市場經濟的發展使許多新興行業產生，新興行業的誕生使學校的教學科目出現了增加，尤其對于高等院校以及技術類院校。但是仿真設備及軟件往往會隨盲目的市場導向而生產，在市場進入需求引導階段以后，或許會出現仿真項目開發商根據課堂內容以及性質開發個性系統軟件，這不僅有利于開發商的銷售，也將極大普及計算機仿真技術在課堂上的應用。

計算機技術的普及在今天來說日星月異，其承載的各項便民技術也在粉墨登場，計算機仿真技術引用于課堂就是其發展的一項成果，有調查表明仿真技術在課堂中的應用已達到百分之四十以上，相信將來數據還會攀升得更快，教育的進步需要技術，其又互為作用，在這相輔相成的作用中教育定會更進步。

參考文獻：

第5篇：虛擬仿真技術優點范文

關鍵詞：虛擬仿真 飛機 維修 實訓教學

虛擬仿真技術是一個虛擬環境，它包括軟件、計算機硬件和各類傳感器，能夠對各種環境和實物進行高度模擬，當人們進入該環境并與其進行交互時，可產生“身臨其境”的感覺。

教育部從2008年起，頒發的一系列文件清晰指出職業教育要“大力推動仿真、多媒體課件等數字化教學資源開發”，“重點解決常規的教學手段技術、設施設備難以實現的實習實訓問題，主要為了滿足有急切需求并覆蓋范圍廣的虛擬仿真實踐教學的需求，表明了職業技術教育的實訓教學方向是利用虛擬仿真技術進行深入開展。

一、虛擬仿真在職業教育實踐教學中的應用現狀

目前，很多職業教育的實訓教學中都應用了虛擬仿真技術：

（一）旅游課程的實訓教學

由于實習資源有限、現場教學成本高等問題，很大程度上制約了旅游專業的教學發展。而利用虛擬仿真技術，能夠開發出各個旅游景區的虛擬場景，開發多條路線。這樣教師只需在教室就能完成全國各地的景點講解，學生也可隨時進行各景點的虛擬講解練習，大大提高了教學效果，省去了實地教學的麻煩。

（二）醫學課程的實訓教學

作為一個實踐性很強的專業，學生的實際動手在整個教學過程中重要性不言而喻。而利用虛擬仿真技術，正好能夠讓學生模擬完成一些外科手術和解剖等練習，完成課程內容的學習；還可調動學生的學習興趣，將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下深刻印象，也給教師提供了方便，大大提高了教學質量。

（三）工科課程的實訓教學

在汽車、模具、水利水電等專業的實訓教學中，通過虛擬仿真技術，建立與實物一致的三維模型，從而實現產品、設備的立體展示，觀察其內部結構；還可模擬實際的工作流程，模擬工作工況下工作情況。

雖然虛擬仿真在職業教育的實訓教學中已經廣泛應用，但在民航院校的飛機系統實訓課程的教學中應用很少，因此開展基于虛擬仿真的民航職業院校實踐教學培訓系統，對于提高學生的技能，提升學校的教學水平和競爭力有很大的意義。

二、民航職業院校實訓教學中的弊端

（一）教學內容與教學設備比較落后，不能緊跟民航機務維修發展的步伐

由于航空器材價格昂貴、技術更新也比較快，各民航高職院校受制于資金、場地等原因，不能購置成套的在役航空器提供給實訓教學。只能使用一些退役的機型進行教學，例如三叉、運7等。由于實訓設備的落后，實訓內容也往往跟不上行業的發展，甚至遠遠滯后于實際工作。鑒于實訓設備與實訓內容的落后，學生在學校所學到的技能與實際工作有很大的差異，學生上崗后并不能立馬上手，而是感覺學非所用。

（二）教學手段單一

機務維修實訓課的教學主要是通過老師現場講解，學生練習的形式進行的，是一種學徒制的教學方式。這種方法有一定的優點，但也存在一些弊端。例如，教師在現場很難直觀形象地將系統的結構、原理講解清楚，而且這種教學方法也會隨著教師所面對學生人數的增加而大打折扣。因此我們還需要其他合理的輔助教學方式，才能保證授課質量。

（三）工位有限

由于院校的實踐教學設備不足，實踐教學中經常出現“僧多粥少”的情況，從而導致學生排隊等候的情況，降低學習效率。

（四）實訓教學的學時不足

目前，機務高職教育普遍存在理論與實踐教學失衡的現象，很多高職院校都偏重理論課的教學，實訓課程的學時往往較少。有些機務高職院校的人才培養方案中，整個實訓教學所占的比重還達不到1/3，遠不能滿足實訓教學的需要。這與高職教育培養技能型、實踐型人才的目標相矛盾。相比西方職業教育發達的國家，實訓課程能占整個教學任務的一半，甚至還超過理論課時，我們的實訓教學量還很不足。因此在現有情況下應想辦法延長實訓教學的時間和空間，提升學生課堂實訓的效率。

三、虛擬仿真在飛機維修實訓教學中的具體應用

以《飛機起落架系統實訓》課程為例，虛擬仿真在課程中的應用包括以下幾方面：

（一）課程內容方面

根據課程的實訓內容，設置737機輪拆裝、737剎車裝置拆裝、737輪胎分解和737剎車組件分解等實訓項目，學生可完成每個項目的虛擬拆裝練習，掌握737起落架的具體結構及每一步的拆裝要領。為學生將來的工作打下堅實的基礎。

（二）課程安排方面

實訓不再局限于課堂內完成，現有的實訓練習只能在固定的時間和固定的場所，處于安全的考慮，課前課后一般都不允許學生自己進去實訓場所自己練習。利用虛擬仿真平臺學生可在課前預習，對拆裝的結構及步驟有比較清晰的了解，能提升課堂內的學習效率，課后還可進行鞏固練習，學生可不斷反復練習，直到完全掌握實訓內容。

（三）利用虛擬仿真平臺進行實訓考核

當前，飛機系統實訓課程的考核缺少一個比較好的方式。可利用虛擬維修平臺設置考核模塊，學生在虛擬仿真平臺上進行虛擬拆裝，并完成相關的問題，系統記錄學生的考試情況，并將結果反饋給教師，作為整個課程部分考核成績。該考核方法能比較客觀反應學生對拆裝步驟的掌握情況，并檢驗學生對拆裝過程中涉及的理論是否掌握，這種方式可與目前的考核辦法結合，從而更加全面、客觀地對學生做出評價。

四、虛擬仿真技術在飛機實訓教學中的意義

將虛擬仿真技術應用機維修實訓課程的教學中，能讓學生增加新的學習途徑，多方位進行學習，對于職業院校和學生本人都有較大的益處：

（一）提高效率

虛擬仿真拆裝雖然不能代替真實的實物拆裝練習，但它能夠讓學生進去實物拆裝前對整個實物的結構、拆裝流程、注意事項等都有比較全面的認識，這樣學生再進入實物操作后能做到胸有成竹，這大大提高了課堂上教學的效率，學生花更少的時間便能掌握實訓內容。

（二）降低損耗

實踐教學過程中，造成設備損壞主要有兩種情況，一是學生的操作失誤造成的非正常損壞；二是反復拆裝練習產生的正常損耗。現有的實訓方式，學生進行實訓前往往并不清楚拆裝的要點和注意事項，易造成結構的損壞。而且為了更好地掌握實訓內容，學生需要反復練習，加劇設備和耗材的使用，帶來較大的損耗。而利用虛擬仿真學生可先在虛擬平臺上反復練習，縮短實物練習的時間，易不容易造成實物的損壞。

（三）增加安全可靠性

學生在使用虛擬實訓系統出現誤操作時，不會造成設備和人身的傷害，不存在資源的浪費。通過虛擬實訓后，學生可以很好地掌握各項目的操作流程及所包含的原理，日后上崗將應對自如。

（四）考評結合，提升教學效果

利用虛擬實訓平臺可以完成對學生進行考核，每個學生在平臺上單獨完成項目的虛擬拆裝，并回答相關的理論知識。平臺能比較客觀反應學生對拆裝步驟的掌握情況，并檢驗學生對拆裝過程中涉及的理論是否掌握，這對于提升教學質量有很大的幫助。

五、結語

現有的飛機維修實訓教學完全依賴實物，造成了實訓教學中存在較多的弊端，虛擬仿真技術的引入，它能較好地改善現有的實訓教學，提高民航類職業院校的教學質量和行業競爭力，為民航類院校的實訓教學改革提供了一個方向。

參考文獻：

[1]教育部.關于進一步深化中等職業教育教學改革的若干意見.教職成[2008]8號.

[2]王海，李波.虛擬仿真技術在職業教育實踐性教學環節中的應用[J].中國職業技術教育，2011，（14）.

[3]馮銘.高職“機務維修”專業實訓教學存在的問題及對策[J].西安航空技術高等專科學校學報，2006，（03）.

第6篇：虛擬仿真技術優點范文

關鍵詞：虛擬仿真；森林保護學；實驗教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0268-03

實驗教學體系是與理論教學有機結合，以“拓展式實驗教學”為主導，以能力培養為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的科學系統，虛擬仿真實驗教學體系與教學內容建設是虛擬仿真實驗教學中心建設的核心[1]。廣西大學自2014年入選國家首批卓越農林人才教育培養計劃試點高校以來，根據卓越農林人才培養計劃目標，加強學生實踐能力培養，強化實踐教學環節。其中，廣西大學林學院林學專業作為國家首批復合應用型農林人才培養模式改革試點專業，積極推進實驗教學改革和實驗手段創新，把虛擬仿真技術應用于實驗教學，構建了虛實融合的森林保護學虛擬仿真實驗教學體系，為卓越農林人才培養和深化教學改革開辟了一條新的途徑。

一、森林保護學實驗的特點

森林保護學是以保障林業植物健康和森林生態安全為目標，研究病、蟲、草、鼠等林業有害生物的生物學特性、發生危害與災變規律及其防治理論和防治技術的學科。它主要由森林病理學、森林昆蟲學、病原真菌學、病原細菌學、病毒學、植物化學保護、林業有害生物預測預報學和林業植物檢疫學等多學科組成的綜合性學科。森林保護學的功能主要是預防和持續控制林業有害生物的發生和危害，減少災害損失，保護森林資源和生態安全，促進林業經濟可持續發展。森林保護的學科性質和功能決定了森林保護學實驗具有以下特點：

（一）實驗對象的鮮活性

森林保護學實驗的對象往往是鮮活的生物體，如昆蟲發育有效積溫的測定、昆蟲的人工飼養、林木病原菌的分離與鑒定等實驗的對象均是鮮活的生物體，實驗過程需要確保這些生物體正常的生活環境。

（二）實驗事件的偶然性

森林病蟲害、火災等是一種災害，具有偶然性，也是現實中不希望發生的，當它發生的時候也只有在教學進度和時間合適、實驗經費允許的條件下可以安排學生去進行防治實驗。相反，當按照實驗教學日歷要進行森林病蟲害防治實驗以及森林防火等有關實驗的時候卻很難找到大片發生病蟲害或火災的森林進行防治和滅火實驗。

（三）實驗過程的危險性

森林病蟲害的化學防治是森林病蟲害防治的一種常規技術，但是此類實驗由于需要使用具有較大毒性的化學農藥，該實驗過程及其實驗廢物的排放均對人體健康造成威脅而不能開設。

（四）實驗時間的季節性

森林保護學實驗對象的鮮活性決定了森林保護學實驗具有季節性。病蟲害的發生往往具有明顯的季節性，高溫高濕的季節發生比較嚴重，冬季和春季發生比較輕，森林火災則在干旱的秋冬季較易發生。

（五）實驗場所的開放性

森林保護學的一些綜合性實驗（包括探索性實驗、生產性實驗和研究性實驗），如林業有害生物普查測報、林業有害生物災害監測預警、林業有害生物綜合防治、農藥藥效試驗、重大林業有害生物災害的應急處置、森林火災隱患排查、森林火災撲救、森林可燃物類型的劃分、森林火險等級預測預報等實驗需要在廣闊的林間進行。

二、森林保護學實驗虛擬化的必要性

虛擬仿真實驗教學是對傳統實驗教學在思想體系、實驗內容、實驗方法和手段等顛覆性的變革。它綜合應用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通訊等多種技術，通過構建一個逼真可視化的實驗操作環境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中開展高效、安全且經濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現的教學效果[2-5]。虛擬實驗具有沉浸感、模擬性、交互性、感知性和構想性等特點[6]，有利于提高實驗教學的效果，培養學生創新能力和解決問題的能力。采用虛擬仿真技術于實驗教學，可以為學生營造“自主實驗”的氛圍，具有實驗成本低、無污染、突破現實實驗中時空的限制等優點[7，8]。

因此，將森林保護學實驗中一些由于受到場地、時間季節、實驗成本、危險性以及不可再重現等方面的限制，難以在傳統實驗教學中實施的實驗開發成虛擬仿真實驗是非常必要的。虛擬仿真實驗作為真實實驗的補充和擴展，具有仿真性、參與感、安全性等特點，與傳統實物實驗結合，可以使學生獲得全面的訓練，對培養學生動手能力、觀察能力、獨立思考能力和創新能力具有重要意義。

三、森林保護學虛擬仿真實驗教學體系的構建

廣西大學林業科學與工程虛擬仿真實驗教學中心根據“虛實結合，能實不虛，以虛擴實”的建設原則，建了“模塊化、層次化、多元化”的虛擬仿真實驗教學體系（如圖1所示），即“森林昆蟲、森林病理、化學保護和森林防火”4個模塊，每個模塊包含“基礎實驗、專業技能和綜合創新”3個層次。形成了虛實融合，以綜合創新為特色，以能力培養為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護學虛擬仿真實驗教學體系。

（一）虛擬仿真實驗的四模塊

1.森林昆蟲虛擬仿真實驗模塊。本模塊主要針對森林昆蟲的個體發育、行為習性、危害調查與綜合防治等方面的實驗進行虛擬仿真。如在森林昆蟲多樣性調查虛擬仿真實驗中，采用虛擬仿真技術虛擬仿真實驗背景，制作調查樣線及3D化的智能昆蟲模型，每種模型昆蟲的數量參照當地森林中的豐富度來設定。開展多樣性調查時，可將各種昆蟲在樹林中出現的限制因子設定為季節，以便在不同季節進行多樣性調查時得出的結果與自然界相吻合。對調查到的每一種昆蟲，配以真實照片，以便學生進行鑒定，做到虛實結合。

2.森林病理虛擬仿真實驗模塊。本模塊主要針對森林病原物的分離鑒定、病害發生發展與綜合防治等方面的實驗進行虛擬仿真。如桉樹青枯病菌主要通過根部和根頸部傷口入侵，在植物體內繁殖，沿著維管束蔓延全株發病，植株失水萎蔫枯死。但這一過程無法在常規的實驗課中讓學生觀察到，也難以讓學生理解和掌握。通過虛擬仿真技術，把桉樹青枯病癥狀診斷、發病規律、侵染循環以及防控技術直觀呈現，提高學生對桉樹青枯病的診斷和防控技術水平。

3.化學保護虛擬仿真實驗模塊。化學保護的核心是如何科學地使用農藥，根據農藥、有害生物與環境之間的關系合理使用農藥。農藥往往具有較大毒性，實驗過程及其實驗廢物的排放均對人體健康造成威脅。本模塊主要包括農藥的毒力測定、藥劑室內藥效篩選、林間小區藥效試驗、農藥對植物的藥害作用、除草劑的選擇作用及防除效果、農藥殘留分析等仿真實驗。

4.森林防火虛擬仿真實驗模塊。真實森林火災發生與控制實驗具有極其危險性與不可重復性。通過虛擬仿真技術，可以模擬森林火災場景，通過調整參數輸入設置不同火災發生發展過程，針對不同火災發展階段調用不同控制火災策略和技術，直觀展示火災控制效果。本模塊主要包括火災發生過程的仿真演示、森林火災隱患排查、森林可燃物類型的劃分、森林火險等級預測預報、森林火災發生與控制技術等仿真實驗。

（二）虛擬仿真實驗的三層次

1.基礎實驗層次。該層次主要是演示性試驗，讓學生了解掌握森林保護學的基礎知識和基礎技能。

2.專業技能層次。該層次主要是專業技能實驗，讓學生了解掌握森林有害生物的調查與防治、森林植物檢疫、物理防治、生物防治、森林火災隱患的排查與撲救、農藥的配制與使用等專業技能。

3.綜合創新層次。該層次主要面向學科前沿和林業生產第一線，讓學生參與教師的科研項目，將科研項目研究成果轉化為虛擬仿真實驗教學資源。此外，森林保護學是一門應用性很強的學科，常常需要解決林業生產上有害生物防治的實際問題。如天敵昆蟲的人工飼養及其應用仿真實驗可以結合生產實踐開展花絨寄甲人工飼養并用于防治松褐天牛。

四、結語

虛擬仿真技術在實驗教學中的應用，極大地拓展了實驗教學的內容和時空，一些在傳統實驗條件下難以安排的實驗得以全面的開展[9]。但是虛擬仿真實驗不能完全代替真實實驗，只能作為真實實驗的補充和擴展，虛擬仿真實驗必須與傳統實驗相結合，使學生獲得全面的實驗訓練。

多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護學虛擬仿真實驗教學體系把各種森林保護學實驗有機串聯起來，注重縱向知識體系和橫向知識的相互浸透，注重森林保護的基礎知識、專業技能和綜合創新各個方面的銜接。該體系把實驗教學、專業能力培養和科研綜合創新有機結合，為卓越農林人才培養和深化教學改革開辟了一條新的途徑。

參考文獻：

[1]陳國輝，劉有才，劉士軍.虛擬仿真實驗教學中心實驗教學體系建設[J].實驗室研究與探索，2015，34（8）：169-172.

[2]張敬南，張H鐘.實驗教學中虛擬仿真技術應用的研究[J].實驗技術與管理，2013，30（12）：101-104.

[3]劉亞豐，吳元喜，蘇莉，等.生命科學與技術虛擬仿真實驗教學體系的構建[J].實驗技術與管理，2015，32（9）：120-123.

[4]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[5]李平，毛昌杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013，32（11）：5-8.

[6]譚珂，潘新華，高原.醫學虛擬仿真教學環境的構建[J].中國醫學教育技術，2012，26（5）：535-538.

[7]張紅賓，趙二剛，張穎.虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用探討[J].實驗室科學，2015，18（3）：44-46.

第7篇：虛擬仿真技術優點范文

關鍵詞：仿真技術；土木工程；施工實訓；教學改革

土木工程專業是一個實踐性較強的理論型與實踐型相結合的專業，土木工程施工實習實訓教學環節的質量將直接關系到本專業的人才培養質量。目前，我國擁有土木工程專業的高校在實驗實訓教學上與發達國家的教育理念和方法還存在較大差異，因此，施工實驗實訓教學的改革是一項任重而道遠的工作。將仿真技術引入到土木工程施工實驗實訓教學中，應從教學內容、教學方法、教學環境等方面改革，對激發學生的工程興趣、培養學生的動手技能、提高學生的綜合專業技能和創新能力具有重要意義。

一、仿真技術在施工實習實訓教學中的基本思想

仿真技術在航天航空、軍事領域的應用中具有悠久的歷史，是設計的基本方法。隨著現代科學技術的進步，尤其是計算機虛擬技術的發展，使用仿真技術的應用領域和范圍得到了迅速擴大，涵蓋了社會的各個方面。隨著現代化教育技術的發展，仿真技術被引入到了實驗（實訓）教學中，稱為仿真實驗[1]。《土木工程施工》課程是土木工程專業課程體系中最重要的組成部分，其實踐性和綜合性都很強的施工課程有別于其他類別的課程。然而，由于施工現場環境差、不安全因素多，一旦發生意外安全事故會造成法律責任糾紛，影響實訓單位聲譽，因此，多數施工單位不愿接受高校學生在工地實習實訓，這是目前我國《土木工程施工》課程教學普遍存在的問題。

根據土木工程專業培養方案的需要，《土木工程施工》課程主要講述建筑施工技術和組織中的施工工藝原理和操作要點，剖析影響工程質量和安全的因素及對策。這些分部工程中的基坑支護與降水、土方開挖、高大模板、起重吊裝工程等屬于危險性較大的工程，安全隱患多，而施工實習實訓又是施工課的重要組成部分，必須進行實踐。從目前就業情況看，土木工程專業絕大部分學生是到施工單位、監理單位以及與此課程密切相關的單位。因此，如何使學生盡快適應建設工作崗位，學以致用，培養學生的動手能力，提高學生的綜合專業技能和創新能力是《土木工程施工》課程的目標[2]。

若要利用計算機創造虛擬環境來模擬各種真實環境，并根據真實環境和實際操作情況在虛擬的環境中進行操作、驗證、設計、運行，把仿真技術與《土木工程施工》教學完美地結合起來，需要將土木工程施工中各個研究對象共性的規律提煉出來，歸納為各個單元操作，并將這些單元操作按施工工藝過程整合。例如，鋼筋工程實訓中，把鋼筋施工工藝分為鋼筋調直、下料、彎曲、接長（焊接）、綁扎安裝、驗收一條主線，開發出基于施工企業的虛擬仿真場景的實踐教學軟件或技能操作平臺。不僅可以節省學校購買鋼筋調直機、鋼筋切斷機、鋼筋彎曲機、電焊機及鋼材等材料設備資金的投入，而且學生實訓安全也得到保證，并能快速而高效率地提高學生技能實踐的質量和安全。還可以實現施工技能實訓中與仿真設備的交互，能夠像玩電子游戲一樣無限制地使用和復制，減少人為損壞設備的可能性，學生實訓的安全也得到保障；也可通過修改實訓模型有效增加新設備的功能，優化資源庫；充分利用網絡實現施工技術應用技能合作性訓練、協同性訓練以及遠程訓練等，達到資源共享目的。從學生的角度，讓學生根據所學的內容在相應仿真環境中進行施工實訓操作，可以自由改變各個施工工藝的參數，自由控制各個節點實訓內容，觀察其施工工藝過程，從而進行施工生產實踐中質量與安全的控制，掌握施工工藝操作技術，建造出符合《建筑工程質量驗收標準》的合格建筑產品[3]。

二、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]。

三、土木工程施工實習實訓教學內容和方法

第8篇：虛擬仿真技術優點范文

關鍵詞： EWB 電子技術 虛擬實驗 應用

1.引言

虛擬電子平臺實驗是利用計算機構造一個實驗模擬環境，通過建立模擬電路并對模擬電路的數據和功能進行分析而達到實驗效果和目的一種新的實驗方法。EWB軟件可以在計算機上建立電子元件型號及參數庫，通過選擇實驗所需的電子元件型號、參數和虛擬測試儀器就可進行模擬電路的連接和仿真運行和測試，并在模擬儀器上讀出測試結果，特別易于學生學習和使用。作為傳統電子技術實驗的補充，EWB使學生掌握仿真軟件技術，間接地了解電子元件設計和制造的發展動向。它既繼承了實物實驗可操作性、參與性強的優點，又利用了計算機的優勢，發揮其直觀、動態模擬、迅速準確、資源共享、資金投入量少等特點。

2.EWB的主要功能

EWB具有齊全的虛擬電子設備，在虛擬電子平臺上操作這些設備如同操作真實的設備一樣，非常真實，而且操作起來更加容易。EWB提供了相當廣泛的元器件，還提供了較寬的選擇余地，學生也可以根據元器件生產廠商的產品使用手冊中的元器件參數添加新的元件或擴充已有的元器件庫。同時EWB提供的圖形操作界面，學生可單擊鼠標,托放虛擬元器件或測試儀器,可以輕松地完成原理圖的輸入和連線，同時也允許用戶調整電路連線和元件的位置及自動排列連線的功能,它具有如下特點。

（1）功能完善，實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以做各種類型實驗。

（2）實驗不消耗器材，實驗所需器材種類和數量不限制，實驗成本低。

（3）實驗速度快，效率高，容易開展各種設計性實驗、提高了電路設計和實驗效率。

3.使用EWB進行虛擬實驗的基本方法

學生可以根據教學內容和要求創建一個線路圖，按下電源開關后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數據。整個運行過程可分成以下幾個步驟。

（1）數據輸入：將已創建的電路圖結構、元器件數據讀入，選擇分析方法。

（2）參數設置：程序會檢查輸入數據的結構和性質，以及電路中的闡述內容，對參數進行設置。

（3）電路分析：對輸入信號進行分析，它將占據CPU工作者的大部分時間，是電路進行仿真和分析的關鍵。它將形成電路的數值解，并將所得數據送至輸出級。

（4）數據輸出：從測試儀器如示波器或萬用表上獲得仿真運行的結果，也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測量、分析的波形圖。

4.實例分析

（1）在EWB上先創建需進行分析的電路圖如圖1所示。

（2）選定“選項/參數”欄中的“電路選項（Schematic Options）”，選定“顯示節點名（Show Nodes Name）”，把電路的節點標志（ID）顯示在電路圖2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”欄內選定“直流工作點（DC Operating Point）”，如圖2所示。設置要仿真的節點，然后運行仿真（Simulate），EWB會自動把電路中所選節點的電壓數值和電源支路的電流數值顯示在“分析圖（Analysis Graph）”如圖3所示中。

由此可見，一臺計算機加一套EWB軟件，就相當于擁有一個設備先進的虛擬電子實驗室。

5.充分發揮虛擬電子平臺仿真技術在教學中的作用

現代教育的職能是為學習者服務、為用人單位服務。人才需求的變化，技術發展之快更是需要有人才培養的超前意識。這就需要我們思維創新，教學手段創新。學校實驗教學就應該以技術為突破口，引入計算機輔助教學手段，將虛擬電子平臺仿真技術技術引入到各專業的教學中，利用計算加軟件功能，完善原始的教學設備，提高教學的質量，解決部分實踐性環節教學難題，從而加快高素質人才培養的速度。

綜上所述，由于虛擬電子平臺仿真技術在教學中的廣泛應用，因此它必將引領今后的實驗教學的發展方向，對實驗教學方法和手段的改革起到推動作用。

參考文獻：

［1］秦曾煌.電工學［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］馮春楊等.談高職教育中的多媒體教學［J］.遼寧高職學報，2004，（4）：155-156.

［3］孫懷東.開展電子技術虛擬實驗的做法與體會［J］.實驗室研究與探索，2006.10，Vol25,（10）.

第9篇：虛擬仿真技術優點范文

[關鍵詞]數字樣機，開發，關鍵技術

中圖分類號：P631.4+24 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0045-01

一、前言

數字樣機技術又叫做虛擬樣機技術，是隨著計算機技術發展而新起的技術。是對機械產品進行建模裝配等的相關技術，企業的發展有著重要作用。

二、數字樣機的概念

數字樣機（DigitalPrototype）是相對于物理樣機的概念，是一個能夠考察產品的外形、裝配性、可加工性以及功能能特性的三維數字模型。而數字化樣機（DigitalPrototyping）是開發和應用數字樣機的過程，是在產品開發的數字階段，使用數字樣機進行設計、優化、分析、模擬、數據管理乃至市場宣傳的技術解決方案。可以說，由于數字信息化的技術和手段在產品生命周期的各個環節中應用地越來越廣泛，數字化樣機所帶來的價值已經遠遠超出了原本的產品設計、測試階段，其影響力已經逐漸擴散到了產品生命周期的各個環節。

數字化樣機強調將產品整個生命周期的模型實現數字化，而不僅僅是最終產品的數字化。數字樣機貫穿了從產品的概念設計（工業設計）、工程設計（基于三維CAD和二維CAD的雙向集成，機電軟件混合設計等技術）、工程分析（虛擬仿真）、市場推廣（動畫和3D廣告制作）的全過程。基于實物物理樣機的傳統設計開發試驗研制方法，將在很大程度上被基于數字計算機的三維數字化虛擬樣機技術所取代。

目前，關于數字樣機尚無統一定義，以下描述僅供參考。

狹義數字樣機：從計算機圖形學角度出發，認為數字樣機是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與設計，在虛擬環境中逼真地分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。

廣義數字樣機：從制造的角度出發，認為數字樣機是一種基于數字計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。

我國航空制造業對數字樣機作了如下較為完整的描述：

數字樣機是對產品的真實化、集成化的虛擬仿真，用于工程設計、干涉檢查、機構仿真、產品拆裝、加工制造和維護檢測等模擬環境，它需要具備集成化造型、可視化、功能檢測、產品結構和配置管理等完整的功能，并為數據管理、信息傳遞和決策過程等三大領域提供方案。它覆蓋了產品從概念設計到售后服務的全生命周期，是支持產品設計和工作流程控制、信息傳遞與共享、決策制定的公共數據平臺。

三、數字樣機技術特點

1、真實性

數字樣機的根本目的是為了取代或精簡物理樣機，所以數字樣機必須在仿真的重要方面具有同物理樣機相當或者一致的功能、性能和內在特性，即能夠在幾何外觀、物理特性以及行為特性上與物理樣機保持一致。

2、面向產品全生命周期

數字樣機是對物理產品全方位的一種計算機仿真，而傳統的工程仿真是對產品某個方面進行測試，以獲得產品該方面的性能。數字樣機是由分布的、不同工具開發的甚至是異構子模型的聯合體，主要包括CAD模型、外觀模型、功能和性能仿真模型、各種分析模型、使用維護模型以及環境模型。

3、多學科交叉性

復雜產品設計通常涉及機械、控制、電子、流體動力等多個不同領域。要想對這些產品進行能夠完整而準確的仿真分析，必須將多個不同學科領域的子系統作為一個整體進行仿真分析，使得數字樣機能夠滿足設計者進行功能驗證與性能分析的要求。

4、全面實現數字化

數字樣機強調將產品整個生命周期的各個研發環節實現數字化，而不僅僅是最終產品模型的數字化。

5、不需要制造成本

數字樣機是根據產品開發過程中所有的技術數據制作完成的，其特點是不需要制造成本，不僅能一直保持最新版本的設計方案，而且所有數據都可以進行保存、回溯和跟蹤。利用先進的虛擬仿真技術，可以使用數字樣機取代物理樣機來進行空氣動力學分析、人機工程學研究、碰撞測試與市場調研等工作。

6、綠色環保

由于數字樣機不需要用實體材料進行加工制造，所以不會污染環境，自然是“綠色”的了。

四、基于虛擬樣機的機械設計方法研究

1、建模技術

虛擬樣機建模技術一般分為三個步驟：首先，要建立三維模型。建立三維實體模型是虛擬樣機技術得以實現的基礎和前提，任何仿真技術都要從三維模型開始。在建立三維模型的過程中，一般會遇到兩個難題，一是齒輪、扇葉等機械零件的外形結構復雜，二是約束關系較為復雜，這就要求設計虛擬樣機需要依靠專業的三維CAD軟件。其次，要為三維模型添加約束。建立三維模型后，需要依靠約束副把它們相互連接起來，從而定義物體間的相對運動。目前比較常用的CAD軟件一般都有動力或運動學插件，以實現約束關系與裝配關系的映射。此外，還要為三維模型施加驅動。施加驅動的目的是為了讓虛擬樣機能夠按照一定的運動規律來進行運動。

2、協同仿真技術

仿真技術指的是在缺乏實際系統的情況下，實現活動或系統本質的一種技術，是一種以模型為基礎的活動，它的基本框架是先建模，然后進行實驗，最后再進行分析。而協同仿真技術就是指在復雜產品的仿真過程中，采用多種仿真軟件來建立不同的模型，通過各種通訊方法來實現信息的交流，并利用求解器來進行求解，最終完成整個系統的仿真。

當前的仿真技術一般側重于電子、機械或控制等的單個領域，相互間的聯系非常少甚至是根本沒有聯系，這就很難滿足機械設計的要求。現今大多數的機械研發過程需要涉及到機械、電子、液壓、控制、以及計算機軟件或硬件等多種學科領域，再加上產品本身是由多個子系統和零部件組合而成的，相互之間有著或多或少的聯系，單一的仿真技術不能實現對復雜產品的準確完整分析，因此必須采用協同仿真技術來實現對機械設計全過程的分析和評估。

3、協同設計技術

協同設計技術是設計領域的一項新型設計技術，是指在計算機技術的支持和輔助下，所有設計成員對同一個設計項目，各自承擔一部分設計任務，并交互進行設計工作，從而得到一個最為符合設計要求的設計方法。協同工作的主要目標就是盡可能地縮短機械產品的研發周期、降低產品成本、提高產品質量，從而提高企業的經濟和社會效益，增強企業的競爭力，促進企業實現更好的發展。協同設計一般需要做到以下幾點：首先，需要認知同步，建立共享的知識和語義；其次，要共同協商設計方法和策略，一般協同策略分為提案型、層次型、型、以及對等伙伴型四種類型；最后還要規劃設計的任務和方法。

4、有限元分析

有限元是一種現代化的設計方法，可以比較準確地分析機械結構件的強度和動態特征。它的主要優點是通用性，可以求解邊界條件和結構形狀都較為隨意的有關力學的問題，是一種比較值得信賴的計算方法，特別是對于虛擬樣機而言，是一種必不可少的工具。當前市場上有限元分析的軟件多種多樣，比較簡單方便的例如Cosmos/Works軟件。

五、結束語

數字樣機技術又叫做虛擬樣機技術，是隨著計算機技術發展而新起的技術。是對機械產品進行建模裝配等的相關技術，企業的發展有著重要作用。

參考文獻

[1] 吳菌.數字樣機真的是老生常談嗎[J].中國制造業信息化，2010.

[2] 楊欣，馮曉靜，劉俊峰.農業機械化及其自動化專業CAD教學研究[J].農機化研，，2011.