虛擬仿真技術的基本步驟精選(九篇)
前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的虛擬仿真技術的基本步驟主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：計算機仿真；工業(yè)工程；實驗教學
計算機仿真技術是繼數(shù)學推理與科學試驗之后認識世界自然規(guī)律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內(nèi)進入相應情境，真實的體驗如在現(xiàn)實中執(zhí)行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景且不受行業(yè)限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業(yè)學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業(yè)工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務的高級專業(yè)技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業(yè)現(xiàn)場管理、產(chǎn)能計算、生產(chǎn)計劃與控制、項目管理、精益生產(chǎn)等，以及服務業(yè)的流程優(yōu)化、工作研究等。其中，制造業(yè)涉及行業(yè)范圍廣、產(chǎn)品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統(tǒng)的實驗項目培養(yǎng)學生專業(yè)的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業(yè)的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業(yè)工程方法應用行業(yè)的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。
1工業(yè)工程實驗課程教學現(xiàn)狀分析
工業(yè)工程類實驗課程的教學，在傳統(tǒng)的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業(yè)工程專業(yè)基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優(yōu)化、現(xiàn)場改善等基本技能與方法論。傳統(tǒng)的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業(yè)手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養(yǎng)成工業(yè)工程專業(yè)素養(yǎng)的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產(chǎn)節(jié)拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業(yè)手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規(guī)律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規(guī)劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優(yōu)化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業(yè)工程專業(yè)基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養(yǎng)成工業(yè)工程職業(yè)素養(yǎng)上發(fā)揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模及仿真優(yōu)化等這類有關工業(yè)工程系統(tǒng)設計、管理及優(yōu)化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業(yè)基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業(yè)相關設備、產(chǎn)品品種等數(shù)量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，提升實踐教學效果。基于計算機仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業(yè)工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業(yè)、設備與產(chǎn)品的限制，使學生更好的掌握專業(yè)技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發(fā)的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業(yè)工程系統(tǒng)設計、管理及優(yōu)化的綜合能力，培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)，從而促進本專業(yè)人才培養(yǎng)效果的提升，計算機仿真技術在工業(yè)工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。
2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用
計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內(nèi)外已經(jīng)普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫(yī)學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現(xiàn)實的起源地，現(xiàn)在美國計算機虛擬仿真技術的發(fā)展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協(xié)作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現(xiàn)實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業(yè)安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統(tǒng)應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統(tǒng)——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統(tǒng)推進到了新的領域；北京潤尼爾網(wǎng)絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網(wǎng)絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網(wǎng)絡教育技術研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的虛擬實驗系統(tǒng)。通過對國內(nèi)、外的基于計算機仿真的虛擬現(xiàn)實教學應用情況進行對比，我們發(fā)現(xiàn)：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內(nèi)開發(fā)時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產(chǎn)品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現(xiàn)行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發(fā)等特性，甚至大多實現(xiàn)模塊化利于定制化實驗的開發(fā)，基本上能滿足國內(nèi)高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內(nèi)很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產(chǎn)品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發(fā)，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發(fā)展。就工業(yè)工程類實驗課程而言，現(xiàn)在市面上流行的仿真軟件，如，F(xiàn)lexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發(fā)。
3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發(fā)
在深度分析學生學習特點和企業(yè)真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現(xiàn)了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環(huán)節(jié)組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導入”環(huán)節(jié)，專業(yè)教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現(xiàn)有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協(xié)作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環(huán)節(jié)，學生的活動包括：通過自主學習、分工協(xié)作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業(yè)方法和技能手段，充分應用已掌握的專業(yè)知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優(yōu)化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環(huán)節(jié)，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業(yè)知識和技能，建構自己的專業(yè)知識，從而幫助自己養(yǎng)成專業(yè)素養(yǎng)。
（4）在“展示與評價”環(huán)節(jié)，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優(yōu)化處理。
4結語
將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現(xiàn)“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實驗經(jīng)費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業(yè)工程綜合實驗課的開課率和學生的專業(yè)綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業(yè)實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。
參考文獻
[1]徐洪梅,熊建設,石雷.計算機仿真技術在通信原理實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2006,23(8):88-90.
[2]張祖鷹.淺談計算機仿真技術在教學實訓中的應用研究與實踐[J].商場現(xiàn)代化,2007(7X):387.
[3]胡曉波,李琰,王艷芳.計算機仿真技術在實驗教學中的應用[J].實驗室科學,2007(2):121-122.
[4]曹旭帆,葉舟,高靈.基于計算機仿真技術的實驗教學改革方案[J].實驗技術與管理,2008,24(12):99-101.
[5]徐瑋瑋.仿真實驗在教學中的應用及其意義[J].科技信息,2009(34):I0352-I0353.
[6]陳龍,張亞君.Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2009,26(8):73-75.
[7]徐紅,劉羽.計算機專業(yè)虛擬實驗教學環(huán)境的改革與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(2):90-92.
[8]張明,李良榮.計算機仿真技術在實驗教學中的應用[J].長春師范學院學報:自然科學版,2010,29(6):117-119.
[9]劉穎,張東亮,李旺彥.計算機仿真技術在教學中的應用研究[J].電腦編程技巧與維護,2011(22):143-144.
[10]白銳,張健.計算機仿真技術在自動化專業(yè)教學過程中的應用研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(21):58-59.
[11]張敬南,張謬鐘.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.
[12]王衛(wèi)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.
[13]劉揚武.分析計算機仿真技術在高校網(wǎng)絡協(xié)議實驗教學中的應用[J].電腦知識與技術,2014(15):76.
[14]宋菲.計算機仿真技術在《電路分析》課程教學中的應用研究[J].中國電子商務,2015(1):290-290.
第2篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
Abstract： According to the syllabus of electronic technology course in higher vocational education， the teaching method of electronic technology classroom teaching is reformed. With the setting of static working point of amplifier circuit as teaching case， this paper introduces how to introduce Multisim into classroom teaching and realize informational teaching. After implementation of this method， the students' interest in learning and the teaching effectiveness have been greatly improved.
關鍵詞： Multisim；電子技術；仿真實驗；信息化教學
Key words： Multisim；electronic technology；simulation experiment；information-based teaching
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）34-0165-02
1 電子技術教學改革的意義
《電子技術》是高職院電類和機類學生的專業(yè)基礎課程，其主要任務在于培養(yǎng)生科學思維能力、創(chuàng)新能力，樹立理論聯(lián)系實際的工程觀念。學生通過該課程的學習，將掌握電子的基本技術，具有熟練制作與監(jiān)測電子線路的能力，提高專業(yè)素質，并為后續(xù)專業(yè)課打下基礎。因此， 其教學效果對高職人才的培養(yǎng)至關重要。
傳統(tǒng)教學的弊端：第一、理論抽象，電路復雜。教師按教材傳授，重視微觀結構原理講解，忽視器件的實際應用，教師在講臺上講，學生聽，缺少互動，抽象而枯燥，學生缺乏學習興趣。第二、教學手段簡單，落后。雖然教師采用了多媒體投影教學，但是他們將教材中的原理、公式、電路圖等照搬上了投影，這種“滿堂灌”的教學使得學生課堂上昏昏欲睡。第三、學時安排不合理。學時少而內(nèi)容多，實驗課時更是少得可憐。實驗設備陳舊，器件少，三四個學生擠在一起實驗，大部分學生動手甚少。損壞的設備和器件不能及時得到維修，實驗成功率太低，老師也不能給予學生及時的指導。針對以上諸多弊端，將EDA仿真技術引入電子技術課堂教學，通過對仿真實驗的設計和觀察來幫助學生理解難點并掌握重點，提高教學效果。
2 采用仿真軟件Multisim優(yōu)化教學
傳統(tǒng)的教學模式和手段已經(jīng)不適應教學的需要，Multisim仿真軟件的出現(xiàn)，為優(yōu)化我們的教學提供了幫助。采用了虛擬仿真技術的教學，教師在教學中一邊講授理論，一邊以仿真實驗為支撐，學生能更好的掌握電子技術的理論和工作原理，做到真正的理實一體化。虛擬仿真技術的應用，方便學生根據(jù)實際需要設計新電路，提供學生電子技術的應用水平和創(chuàng)新能力。虛擬仿真技術的應用使得實驗成本低、效率高，不受場地和設備的限制，讓學生掌握更多的技能。
3 應用舉例
單管共射放大電路是《電子技術基礎》的基礎也是重點，而放大電路靜態(tài)工作點的設置是否合理將影響放大器能否正常工作，結合Multisim以圖形曲線顯示電路的變化過程，改變電路參數(shù)，讓學生觀察輸出結果，使學生加深對基本放大電路的理解。
操作步驟一：按照原理圖創(chuàng)建圖1所示的仿真電路。
操作步驟二：Rb=750kΩ時，輸出波形如圖2所示，輸出波形正常。
操作步驟三：Rb過小，Rb=100kΩ時，輸出波形如圖3所示，輸出波形飽和失真。
操作步驟四：Rb過大，Rb=50MΩ時，輸出波形如圖4所示，輸出波形截止失真。
教師引導學生分析，畫出直流通路圖，計算靜態(tài)工作點，可見靜態(tài)工作點的大小與VCC、β、Rb、Rc有關，電路中直流電源VCC和三極管的放大倍數(shù)β都不易改變，Rb是改變靜態(tài)工作點的主要因素，它與IBQ成反比。
Rb合適時，IBQ、ICQ合適，靜態(tài)工作點在輸出特性曲線的放大區(qū)，輸出波形正常，如圖2。Rb過小時，IBQ、ICQ過大，靜態(tài)工作點在輸出特性曲線的飽和區(qū)，輸出波形飽和失真，如圖3。Rb過大時，IBQ、ICQ過小，靜態(tài)工作點在輸出特性曲線的截止區(qū)，輸出波形截止失真，如圖4。
步驟五：利用計算機仿真進一步拓展知識，在放大電路中，即使靜態(tài)工作點合適，當輸入信號過大時，輸出波形仍會失真。如當V1=50mV時，Rb=750Ω，輸出波形的頂部和底部同時失真，如圖5。
4 結論
綜上所述，在高職《電子技術》的教學中，應用Multisim軟件實現(xiàn)EDA仿真，不僅能使學生形象直觀的理解電子電路的原理和難點，還可以通過修改參數(shù)的形式，引導學生討論電路的“奇妙”現(xiàn)象，促進學生思考。基于Multisim仿真軟件的《電子技術》信息化教學實現(xiàn)了“學做統(tǒng)一”，對學生的學習興趣、動手能力、創(chuàng)新思維、學習成績都有顯著提高。
參考文獻：
[1]康華光.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]王紫婷，吳蓉.EDA技術與應用[M].蘭州：蘭州大學出版社，2003.
第3篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：虛擬仿真技術；土建類專業(yè)；高職；
作者簡介：劉鎮(zhèn)（1978-），男，大連職業(yè)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(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術。而虛擬現(xiàn)實技術則是在仿真技術的基礎上發(fā)展而來的，當前仿真系統(tǒng)正在向虛擬環(huán)境的系統(tǒng)演變。虛擬現(xiàn)實技術和仿真技術作為對現(xiàn)實世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對現(xiàn)實世界盡可能的再現(xiàn)，因此，由仿真技術和虛擬現(xiàn)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(tǒng)模型，對實際的或假想的系統(tǒng)進行相關動態(tài)試驗研究的一種新技術，具有可控性、經(jīng)濟性、快速性等特點，有助于解決抽象與實體之間相互聯(lián)系的問題。
二、目前虛擬仿真教學與高職土建類專業(yè)教育的關系
職業(yè)教育是以就業(yè)為導向的教育，技能教育是職業(yè)教育的核心，同樣職業(yè)教育信息化也要為職業(yè)技能服務，信息技術已經(jīng)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(yè)教育教學質量的若干意見》（［2006］16號文件）指出，要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)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(xiàn)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(yǎng)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(jù)2010年統(tǒng)計，開辦土建類高職學校達1099所、專業(yè)3423個、招生人數(shù)307412人。數(shù)據(jù)表明高職土建類教育不僅規(guī)模大、分布廣，而且發(fā)展速度快。高職土建類教育在強調系統(tǒng)地設計基于學科系統(tǒng)性原則的理論教學體系基礎上，應系統(tǒng)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(huán)境、情景復現(xiàn)功能，實現(xiàn)對抽象概念的具體化，對傳統(tǒng)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(yè)教學中的應用
（一）形象直觀，利用情景教學
心理學指出：傳統(tǒng)的課堂教學，學生一般只能吸收不到三成的內(nèi)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(jīng)歷體驗。虛擬仿真技術通過虛擬現(xiàn)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(xiàn)的設計圖紙實現(xiàn)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(yè)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(nèi)，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(yè)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(jīng)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(nèi)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(jīng)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(yè)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(yè)需要的實訓項目及設備種類數(shù)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(yōu)勢，能夠很好的促進實踐教學。
第一，保證實訓科目的質量，節(jié)約成本。為確保實踐項目教學的效果，傳統(tǒng)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(jīng)過考察統(tǒng)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(tǒng)教學。
第二，容錯功能強，可開展探究性實驗。土建類專業(yè)實踐存在較高的安全風險，尤其是學生到施工現(xiàn)場實訓，而企業(yè)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(xiàn)場實訓。為了防止意外事故的發(fā)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(jié)，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(xiàn)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(tài)，“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(yè)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(jù)學生在實踐中的表現(xiàn)，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(jù)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(xiàn)了考教分離、分量一致，實現(xiàn)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(yè)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(yè)教育額教學目標、教學內(nèi)容、教學對象的特點等，結合國家相關職業(yè)（工種）標準，優(yōu)化教學軟件的系統(tǒng)結構與模塊設計，并選擇適當?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中得到有機結合，以實現(xiàn)課程與實訓的教學目標。
（二）創(chuàng)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(nèi)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(jīng)驗并了解現(xiàn)代教育技術的人來編寫。因此，需要組成專業(yè)教師、現(xiàn)場工程師、教育技術專家組成的創(chuàng)作隊伍。腳本創(chuàng)作中的整體結構要依據(jù)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(guī)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(tǒng)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(huán)節(jié)中耗費時間最多的環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計，素材制作將占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是數(shù)字化教學資源開發(fā)的重心，是制作的重要環(huán)節(jié)，是制約開發(fā)周期的主要環(huán)節(jié)之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實物、現(xiàn)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(xiàn)的，利用仿真教學可以實現(xiàn)。
（二）融入關系：—份完整的現(xiàn)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(fā)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(tǒng)實現(xiàn)一體化的趨勢。
六、結束語
從微觀層面看，高等職業(yè)教育是以技術人員的職業(yè)勞動為導向的，是產(chǎn)生于技術人員的能力、知識和素質，是一種專業(yè)勞動。因此，作為高職土建類專業(yè)的教學，應以生產(chǎn)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(xiàn)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(yǎng)具備較高的知識、能力和素質等綜合性的高端土建專業(yè)技能型人才。
參考文獻：
[1]呂愛民，項秉人.生態(tài)建筑的數(shù)字化構建[J].新建筑，2005（6）：7-9.
第4篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
【關鍵詞】仿真技術 電子裝備 教學
【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）32-0177-01
實踐作為電子課程的關鍵環(huán)節(jié)，對于增強學生的學習興趣，提高學生的動手能力具有重要意義，還有利于學生在實踐中自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。然而隨著學校的擴招，學生數(shù)量的增多，使學校有限的試驗場地和實驗設備越來越難以滿足學生實踐活動的需要，一些較復雜和設計性較強的實驗，多數(shù)學校不能提供相應的設備，對電子設備課程教學非常不利。隨著科學技術的日益普及和應用，電子仿真技術的出現(xiàn)較好地解決了這一問題。
一 仿真技術及在電子裝備課程教學中應用的必要性
仿真技術，即在三維建模技術的基礎上，建立一個和實際物體與實際環(huán)境都完全相同或接近的虛擬三維場景，這種技術的優(yōu)勢還在于能響應用戶的輸入，依照用戶的相關動作及時給出相對應的反應。仿真技術的仿真對象主要是現(xiàn)實物體的物理特征，現(xiàn)階段產(chǎn)品設計和展示、商業(yè)廣告以及游戲設計中都得到了廣泛引用。
在電子裝備教學中，很多時候都需要對裝備的外觀、結構、組成以及連接方法、機上安裝位置等方面做出直觀的展示。近年來，隨著電工電子技術的不斷發(fā)展，電子裝備也處在不斷的更新?lián)Q代中，學校經(jīng)費、場地和電子裝備使用壽命方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，而學生人數(shù)的日益增多無疑加劇了這一問題的嚴重性。而仿真技術具有的獨特優(yōu)勢則能有效解決上述問題。
二 應用方法和應用步驟
第一，建立仿真模型。在電子裝備教學中，我們建立的仿真模型應涵蓋電子裝備的外觀、機構等重要物理屬性，也應涵蓋對其內(nèi)在工作機理包括行為等的相關數(shù)學模型。建立三維物理模型時，應嚴格依照裝備本身的物理狀態(tài)進行，在對其面數(shù)進行最大限度地減小的基礎上提高逼真度。在建立相關的系統(tǒng)數(shù)學模型時，應根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度實施必要的取舍以及優(yōu)化，應在夠用的原則上，最大限度地縮減運算量。當然，系統(tǒng)運行時的參數(shù)調整也應作為建立數(shù)學模型的一個重要方面加以重視。
第二，創(chuàng)建仿真設備的虛擬場景并驅動。通常來說，在虛擬場景的驅動上如果只是裝備的外觀和機構展示，則可通過EON來實施相關工作的編輯和驅動；實施裝備的虛擬操作仿真時，則應當通過GLStudio首先對操作面板以及虛擬儀表等實施編輯和制作，完成之后，再通過Vega Prime軟件進行驅動，以完成更復雜的交互操作。
第三，系統(tǒng)集成。把上述已完成的模型和場景根據(jù)教學軟件應具備的形式進行整合，最終成為一個較為標準化的教學軟件就是所謂的系統(tǒng)集成。現(xiàn)階段，市面上已經(jīng)退出的虛擬現(xiàn)實驅動軟件有EON、GLStudio等，這些軟件平臺都是采用ActiveX控件來實現(xiàn)的，在編寫程序時只需關注軟件功能的安排以及程序間的兼容性。
三 教學實施內(nèi)容和目標
第一，幫助學生夯實理論功底。教師在進行電路系統(tǒng)設計教學時，可以引入仿真技術，利用其具有的結果精確、圖像清晰等優(yōu)勢，強化學生對于電路調試、修改以及優(yōu)化能力的培養(yǎng)，尤其是對于電路的功率、抗干擾、隔離、處理速度和精度等方面內(nèi)容，使學生能掌握智能電子系統(tǒng)的電路和器件選擇等理論知識，以逐步提高現(xiàn)代電子設計技術的知識和電子系統(tǒng)的設計水平。為了充分挖掘仿真軟件的潛力，還可以通過仿真電路進行驗證，對于電路中的放大倍數(shù)、穩(wěn)定性、頻帶寬度等多種參數(shù)進行分析。在使用仿真技術時也應結合傳統(tǒng)教學手段，讓學生通過查閱書籍等手段，促進理論和實踐相結合、相互補充的能力。
第二，鍛煉學生電路調試的綜合能力。教師可通過仿真軟件自帶的設障功能，對于電路元件等設置任意的人為故障，促進學生快速尋找故障以及調試電路能力的培養(yǎng)。在這一過程中，教師應積極引導學生結合學過的理論知識對故障點進行發(fā)現(xiàn)和排除，切實訓練學生調試電路、排除故障的能力，部分較為優(yōu)秀的學生還可以進一步激發(fā)其創(chuàng)新能力。
第三，樹立學生優(yōu)化設計的概念。仿真技術中提供了優(yōu)化設計的子系統(tǒng)、關鍵字電路包括組建等功能，能幫助學生對于軟件中的所有組成部分處于多種參數(shù)變化情況下的狀態(tài)進行觀察和分析，可以實現(xiàn)對多種參數(shù)的任意組合，尤其能較為直觀地選擇出最佳的設計參數(shù)，進而能幫助學生樹立起優(yōu)化設計這一概念，從而在以后的設計中盡量考慮產(chǎn)品參數(shù)和性能的優(yōu)化。
第四，提高學生的產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品成本意識。傳統(tǒng)教學方法下難以幫助學生樹立產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品成本意識，而在實際的電子裝備仿真設計時，學生能較直觀地感受到處理精度、可靠性、成本、生產(chǎn)合格率等具體要求，從而不斷改進設計，最終生產(chǎn)出合格率高、成本低廉的產(chǎn)品。
四 結束語
將仿真軟件應用到電子裝備課程教學中，能夠提高學生的學習興趣，拓寬學生的思維空間，為學生順利掌握高層次電子裝備知識提供了有利條件，對培養(yǎng)適應信息時代趨勢的高素質人才具有重要意義。
參考文獻
第5篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：車床實訓；虛擬仿真技術；工程實訓教學
在工程實訓教學中，傳統(tǒng)的普通車床實訓教學項目比較注重動手操作，但是由于工程實訓中心的設備數(shù)量不足，加上有經(jīng)驗的實訓指導教師人數(shù)、學生實訓操作安全等方面的限制，傳統(tǒng)車床的實訓教學已無法滿足學生的需求[1]。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，由計算機控制的數(shù)控車床逐步取代人工操作的普通車床，已經(jīng)成為一個不可逆轉的趨勢[2]，但是普通車床作為數(shù)控車床的基礎，依然很重要，高等學校所開設的工程實訓課程中仍將普通車床作為一個重要的實訓項目[3]。依托計算機、網(wǎng)絡、圖像處理等技術的成熟，虛擬仿真技術已應用于各實訓教學項目中，其能夠實現(xiàn)實訓教學的虛擬化、三維可視化；實現(xiàn)實訓教學項目的交互與沉浸，使學生能夠更主動地進行實訓操作；還能解決車床實訓教學過程中存在危險、車床設備數(shù)量不足等問題。與此同時，在注重工程專業(yè)認證的當下，虛擬仿真技術在工程實訓方面的應用，對工程專業(yè)認證也有著重要的加分作用[4-5]。
1車削加工虛擬仿真教學系統(tǒng)設計思想
普通車床實訓涉及的內(nèi)容較多，學生需要掌握的知識不僅包括刀具、夾具和切削加工基礎知識，還包括C6132D普通車床的相關操作知識。要想通過系統(tǒng)自學普通車床的加工操作過程，就不能抱著只是在系統(tǒng)上用鼠標、鍵盤簡單地點擊幾下或敲幾個按鍵的想法。使用虛擬仿真教學系統(tǒng)學習，學生須扎扎實實地掌握相關知識。基于這個目的，該系統(tǒng)從設計開始就需要有知識學習、操作演示、動手實踐等基礎的設計思想，給學生提供豐富的車削加工知識，通過向學生演示車削加工的實例，方便學生進行模擬操作。因此，該系統(tǒng)應是一個集實訓教學與實訓操作于一體的系統(tǒng)，同時可以依靠網(wǎng)絡打破時間、空間的限制，讓學生實現(xiàn)自主實訓。
2車削加工虛擬仿真教學系統(tǒng)的開發(fā)軟件構想
在車削加工虛擬仿真教學系統(tǒng)中，需要模擬出一個真實的工件從毛坯到車削加工成型的過程，使學生能身臨其境地感受到車削加工的過程。AuthorWare作為備選軟件，能將圖像、聲音、圖片和動畫等結合在一起形成一個完善的系統(tǒng)；非專業(yè)的編程人員也能創(chuàng)造出一個與車削加工操作相關的多媒體應用軟件。在車削加工虛擬仿真開發(fā)方面，VisualBasic作為主要編程軟件，基于可視化編程技術與多媒體功能，能搭建出集聲音、動畫和圖像于一體的多媒體應用程序，營造出與車床實際操作過程相同的實訓環(huán)境。為了使界面更加完美，動畫顯示更加真實，還可以使用Photoshop、Flash和3dsMax軟件來處理圖像和制作動畫，實現(xiàn)虛擬仿真系統(tǒng)的各種功能。
3車削加工虛擬仿真教學內(nèi)容
車削加工虛擬仿真教學系統(tǒng)是2020年山東科技大學虛擬仿真實驗教學建設的項目之一，該系統(tǒng)在人機交互界面上力求反映真實的車床加工實際操作過程，具備較強的真實感、順暢的交互性和一定范圍內(nèi)的容錯性。該虛擬仿真教學系統(tǒng)可分為3個模塊：3.1車削基礎知識模塊。該模塊主要功能是為初次參與工程實訓的學生提供一個車削加工設備的認知過程，學生在此模塊中可以學到車削加工的基本知識，內(nèi)容如下：（1）車削加工實訓目的及要求：讓學生在操作前充分掌握實訓目的，了解與車削加工相關的專業(yè)知識。（2）車削加工實訓安全技術要求：雖然學生通過虛擬仿真模擬車削加工過程沒有危險性，但是虛擬模擬的最終目的還是要回歸于實際的操作中，因此，詳細地告知學生在實際操作過程中的注意事項十分必要。要明確說明什么可以做，什么不可以做，避免學生在實際操作過程中出現(xiàn)失誤，導致實訓設備損壞或發(fā)生嚴重的人身傷害事故。（3）車削加工的概念與工作原理：涉及車削加工的介紹，車削加工的優(yōu)點、缺點，車削加工的范圍等，學生可多角度觀察車削加工過程。（4）車床結構（C6132D普通車床的結構）：通過車床模型可多角度任意旋轉、縮放觀察車床的結構，包括主軸箱、進給箱、掛輪箱、床身、溜板箱、尾架、光杠、絲杠、車床上各種按鈕和手柄的功能等。（5）常用量具：讓學生認識常用量具，例如游標卡尺、螺旋測微器等，并輔以動態(tài)圖演示常用量具的結構及使用方法。（6）常用車刀與夾具介紹：向學生介紹常用車刀，包括內(nèi)孔車刀、偏刀、切槽刀等，輔以車刀模型的結構、名稱的展示，包括夾持部分、切削部分，夾具常使用的三爪卡盤、頂尖、中心支架等，并介紹它們的主要結構，輔以動態(tài)模型演示不同夾具的裝夾原理。該模塊還向學生介紹常見的車削加工設備，介紹車床的發(fā)展與演化過程，激發(fā)學生的學習熱情。此外，該模塊還提供了大量的車削設備實際加工過程的視頻錄像和動畫演示，以便學生理解車削加工操作中車削設備的運行情況。3.2車削實訓操作模塊。此模塊涉及車削加工的基本操作內(nèi)容，學生不僅能夠通過系統(tǒng)演示進行觀察，還可以通過車削加工虛擬仿真教學系統(tǒng)來模擬相關操作。主要內(nèi)容如下：（1）車刀安裝：在虛擬仿真教學系統(tǒng)中，學生可通過三維模型動態(tài)演示學習車刀安裝操作，并在系統(tǒng)演示后自行操作模擬安裝車刀的過程。安裝過程中需要注意，車刀安裝在方刀架上，刀尖一般應與車床主軸中心等高。此外，車刀在方刀架上伸出的長度要適宜，墊刀片要放平整，車刀與方刀架均要鎖緊。（2）三爪卡盤安裝工件方法：三爪卡盤是車床上最常用的裝夾工具，在虛擬仿真教學系統(tǒng)中，學生可通過三維模型動態(tài)演示學習如何將工件安裝到三爪卡盤上，并在演示后自行模擬將工件安裝到三爪卡盤上的過程。（3）車端面：車端面是車削加工中最基本、最常見的工序之一，改變的是工件的長度。車端面時，車刀的刀尖應對準工件的中心，以免車出的端面中心留有凸臺；當背吃刀量較大時，容易扎刀；凸臺是逐漸車掉的，所以車端面時使用彎頭刀較為有利。（4）車外圓：車外圓也是車削加工中最基本、最常見的工序之一，改變的是工件的直徑。為使車刀的主切削刃垂直于工件的軸線，可在先車好的端面上對刀，使主切削刃與端面貼平。3.3車削實訓考核模塊。該模塊的作用是對學生進行考核，即學生在學習過車削加工的基本知識，以及車削加工的操作后，給學生一個具體的操作項目讓學生在虛擬仿真系統(tǒng)上進行操作。在學生進行操作的過程中，該模塊可以對學生的操作過程進行監(jiān)督預警，如果操作步驟出現(xiàn)問題，可以及時提醒學生加以改正。在操作結束后，該模塊還能對學生的操作過程進行評價，并給出一個分數(shù)。這個分數(shù)可以作為學生能否繼續(xù)參加線下車削加工實訓的標準，此外，這個分數(shù)還可以按一定比例折合算入學生車削加工實訓的總成績。
4車削加工虛擬仿真存在的問題
4.1虛擬仿真系統(tǒng)建設成本較高。虛擬仿真系統(tǒng)除了軟件以外還需要有相關的硬件設備，最基礎的設備就是計算機。學生通過計算機的鼠標、鍵盤與虛擬仿真實訓軟件進行信息交互，如果想讓學生有更好的虛擬仿真實訓體驗，還需要有相應的配套設備，如VR眼鏡、VR數(shù)據(jù)手套、VR手柄等。這些外置設備單價較高，如果要滿足一個班的學生同時進行實訓的需求，那么建成一個完整的虛擬仿真實訓教室的費用就會相當可觀。4.2虛擬仿真實訓存在局限性。虛擬仿真實訓也有其局限性，虛擬仿真無法全面模擬實訓過程。例如，對實訓中出現(xiàn)的一些偶發(fā)性問題可能無法全面模擬，學生就不能掌握其具體的解決方法，導致學生在實際操作機床的過程中遇到類似問題也不知道怎么處理。此外，實訓操作中一些具體的過程，如裝刀、裝工件，以及操作過程中緊急情況下制動的使用等內(nèi)容可能都無法涉及。
5結語
依托虛擬仿真技術在教學領域的發(fā)展，可實現(xiàn)車削加工實訓的虛擬仿真，建設車削加工虛擬仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)車削加工實訓的虛擬體驗教學。學生可以使用基本的計算機等設備在虛擬仿真教學系統(tǒng)上實現(xiàn)技能、知識的交互，增強認知，學習車床的基本知識、操作技能等內(nèi)容，并通過考核模塊對自主實訓效果進行檢驗，提高實訓指導老師的教學效率，提高車削加工實訓的質量。
[參考文獻]
[1]王榮校.新工科形勢下普通車床實訓教學思考與探索[J].科學咨詢（科技?管理），2018（8）：9-10.
[2]湯秀紅，莫足琴.車床數(shù)控加工與改造設計[J].湖南農(nóng)機，2013，40（11）：76-77.
[3]韓德虎.高職院校校內(nèi)數(shù)控車床實訓教學淺談[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（50）：271-272.
[4]李世丁，黃啟昭，薛裕童，等.基于VRML的虛擬車床仿真系統(tǒng)[J].無線互聯(lián)科技，2017（11）：143-144.
第6篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：微機原理與接口技術；教學改革；實驗教學
微機原理與接口技術是高等學校電子信息類專業(yè)的主干本科專業(yè)課程。該課的教學目的是，通過本課程的學習，學生從應用的角度出發(fā)，在理論和實踐的基礎上掌握微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言程序設計、接口電路及硬件的連接，建立系統(tǒng)的整體概念，具有微機應用系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的初步能力[1]。可見，課程內(nèi)容兼顧了硬件和軟件兩方面的特點，具有涉及的知識面廣、實踐性強的特點，而且隨著當代信息科學技術的發(fā)展和社會對人才要求的提高，各種新型的微型計算機技術和虛擬仿真和設計技術大量使用[2-4]，所以有必要對這門課程進行教學改革和優(yōu)化[5-7]，達到教學相長的目的。
1課程內(nèi)容與結構優(yōu)化
微機原理與接口技術課程以高級語言程序設計、數(shù)字/模擬電子技術為前級課程，概念多、專有名詞多、接口芯片多，學生普遍反映課程內(nèi)容抽象，學起來較困難，從而失去了學習的信心，教學效果不理想。但是該課程是后續(xù)課程，如單片機技術、可編程控制器原理及應用、DSP原理及應用、嵌入式系統(tǒng)設計、計算機控制技術等課程學習的重要基礎，具有重要的地位，如圖1所示。因此，對該課程的教學內(nèi)容和結構進行優(yōu)化具有很大意義。
計算機科學發(fā)展迅猛，新技術層出不窮，從八十年代初的8位機Z80模型機到現(xiàn)在的Pentium系列模型機或高端嵌入式技術，相應地，微機課程的教學對基礎性、先進性和前沿性都有很高的要求，要求對傳統(tǒng)和現(xiàn)代的內(nèi)容進行協(xié)調。
大學專業(yè)課程教學不同于職業(yè)技術培訓[8]，必須強調培養(yǎng)學生的專業(yè)基礎和分析能力，為進一步的深造作應有的準備，而不能盲目追求最新或最實用技術的講解介紹。因此，微機原理教學內(nèi)容組織的指導思想是：從熟悉基本原理、基本概念入手，培養(yǎng)學生的分析和擴展能力，在保證基礎的前提下，注意引入計算機發(fā)展中涌現(xiàn)的新技術，科學合理地更新課程內(nèi)容，保持先進性和時代性。
首先，由于這門課程概念多、比較抽象、內(nèi)容相對枯燥，在具體課程內(nèi)容組織中，教師仍舊以Intel的16位微處理器8086為主，詳細講解其執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIU架構、管腳定義與作用、各種總線操作時序、指令系統(tǒng)和匯編程序設計方法。在I/O接口部分，則以并行接口、串行接口和定時器/計數(shù)器接口為例，教師重點講解I/O接口的基本原理及典型電路。因為以8086 CPU為核心的講授在內(nèi)容和方法上都比較成熟，有利于基本概念和基本原理的引入介紹。教學實踐證明，如果一下子將教學內(nèi)容全面提升到32位，如Pentium系列微機，則很多概念和技術成了沒有根基的東西，學生糾纏于高端CPU的技術細節(jié)中，無法理解和領會微機硬件結構和接口技術發(fā)展的過程，學習起來難度太大，無法達到應有的教學效果。
其次，在教學內(nèi)容中適當?shù)匮a充最新的微機技術，并保持對國外原版計算機系列優(yōu)秀教材的關注，主動學習和消化吸收其先進的技術和方法，將之引入課程教學中。例如，筆者在教學中將ARM32位嵌入式芯片的開發(fā)技術引入到課程內(nèi)容講解中，使大學的課程教學能和現(xiàn)階段主流項目研發(fā)中使用的技術相銜接，開闊了學生的視野，也為學生走出課堂、適應社會技術發(fā)展作準備。
2課堂教學方式優(yōu)化
2.1靈活應用多媒體教學輔助手段
在教學中，良好的教學方式和手段是通過課程內(nèi)容傳授培養(yǎng)學生能力和素質的保證。在微機原理課堂教學中，相當多的內(nèi)容只是用文字描述和定義，其對象看不見、摸不著，學生普遍感覺比較抽象和枯燥，只知其然不知其所以然。因此，必須要摒棄傳統(tǒng)照本宣科的講授方法，通過多媒體輔助教學手段的靈活應用加以改變。多媒體技術是先進的計算機技術與視頻、音頻和通信等技術融為一體而形成的新技術。通過使用多媒體教學手段，把文字、圖形、聲音、動畫等媒體形式有機地組合在一起，抽象知識具體化和形象化，可以有效加強學生的理解和記憶。
例如，在講授指令系統(tǒng)的尋址方式時，教師可以把執(zhí)行部件EU、接口部件BIU和存儲器等部件執(zhí)行不同尋址方式指令的變化，做成Flash課件演示。讓學生清楚地了解指令執(zhí)行過程中EU、BIU中的寄存器等部件以及存儲器存儲單元中內(nèi)容的變化，并理解各部件之間的構造、功能和指令執(zhí)行過程中的互相配合過程。這樣一來，學生通過感性的認識，可以記得更加牢靠。
2.2引入現(xiàn)代仿真技術加強教學
隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬儀器和仿真技術已經(jīng)成為現(xiàn)代科學研究和技術開發(fā)的利器。同樣，將這些現(xiàn)代仿真技術引入課堂教學中，彌補課堂教學中只有枯燥講解而缺乏實際操作環(huán)境的不足，可以大大提高教學質量。
例如，EMU8086仿真軟件可以很好地輔助課堂教學。EMU8086是基于8086 CPU的仿真軟件，與8086的功能十分相近，其內(nèi)部集成了匯編程序編輯器、匯編器、連接器、參考資料、例程、學習指南和虛擬硬件等。它能模擬真實微處理器的每一步驟，并顯示內(nèi)部寄存器、存儲器、堆棧、變量和標志寄存器，而且其中任何一個數(shù)值都可通過鼠標雙擊來改變。同時，它還虛擬了微機顯示器、交通紅綠燈、直流步進電機、LED等外設，因此是一款可以很好地輔助微機原理教學的仿真軟件。圖2所示是筆者將EMU8086用于輔助匯編語言程序設計教學的例子。由圖可知，程序可以單步執(zhí)行或全速執(zhí)行，每步執(zhí)行過程中，各寄存器內(nèi)容變化一目了然，學生可以設置觀察窗口觀察變量與堆棧變化等。其他的仿真軟件有Proteus等。
2.3加強網(wǎng)絡教學平臺的應用
為了延伸課堂教學，打破課堂教學時間和空間的限制，筆者將網(wǎng)絡技術的發(fā)展引入微機原理課程的教學中，建立了網(wǎng)絡教室。課堂教學的每個課件和多媒體動畫都會上傳到網(wǎng)絡教室中，學生可以在課前下載預習，提高課堂的參與度。同時，網(wǎng)絡教室也提供工程項目技術資料、課外擴展閱讀材料以及其他相關英文資源、國外著名高校的課堂講課錄像等，學生在這里可以獲取原汁原味的國外相關技術知識。網(wǎng)絡教室不僅提供了一個資源共享的網(wǎng)絡平臺，還可以使老師和學生突破時空局限，通過網(wǎng)上授課、網(wǎng)上提問、網(wǎng)上作答甚至網(wǎng)上實驗和網(wǎng)上考試等，更大程度地提高學生與老師交流的便利性。
3實踐教學環(huán)節(jié)優(yōu)化
3.1上機實習和操作實驗結合，增加設計性實驗
如前所述，微機原理與接口技術是實踐性和操作性很強的課程，實驗環(huán)節(jié)是課程教學的重要方面。筆者根據(jù)教學實際需要，把實驗劃分成上機實習和操作實驗兩部分。
上機實習是理論課程的上機作業(yè)，主要針對指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計的學習。由淺入深地分為驗證性題目和設計性題目。在教學實踐中，筆者要求學生在個人電腦上安裝EMU8086仿真軟件，進行程序的編制和調試，并最終提交上機實習報告。
操作實驗需要到實驗室進行，實驗內(nèi)容也是由淺入深地分為I/O接口基礎實驗和設計性綜合實驗兩部分。主要針對微機I/O接口的學習和系統(tǒng)綜合設計能力培養(yǎng)。I/O接口基礎實驗是為了鞏固學生對基礎理論知識的理解，并培養(yǎng)學生基本的實驗操作技能和方法；設計性綜合實驗是以某一設計目標為導向的開放性設計題目，學生也可以在教師的指導下自擬設計性實驗題目。
以前的微機原理實驗教學都是在設定好的條件和環(huán)境下進行驗證性實驗，學生學習的積極性和創(chuàng)造力都沒有得到發(fā)揮。筆者進行實踐教學環(huán)節(jié)的優(yōu)化，將上機實習和操作實驗靈活結合，有效地協(xié)調教學內(nèi)容多和教學學時數(shù)逐步減少的矛盾，有利于學生課后的學習思考、鞏固加深。而且設計性實驗的開出可以鍛煉學生的綜合程序設計能力和綜合創(chuàng)新能力。
3.2先進虛擬仿真技術在實驗中的應用
根據(jù)實際教學經(jīng)驗，在操作實驗中，因為實驗時間較短，學生沒有充分時間對一些異常現(xiàn)象或程序預期輸出和實際輸出不相符的情況進行仔細觀測、研究和試驗，只得草草收兵。或由于實驗設備的大部分連線已經(jīng)固定，學生實際連線操作較少或較簡單，實驗未能使學生對理論課程內(nèi)容有深刻的感性理解。甚至由于實驗設備接口的頻繁插拔，造成設備的損壞而一時難以修復，導致實驗無法繼續(xù)進行。
因此，我們在課程教學，特別是實驗教學中引入了先進的虛擬儀器仿真技術-Proteus，來彌補實驗室實驗的缺陷，增加實驗的靈活性，加深學生對課程內(nèi)容的理解。
Proteus是一款嵌入式系統(tǒng)設計和仿真軟件，可以分析、仿真各種模擬器件和集成電路，同時提供示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等虛擬儀器儀表。在Proteus7.5SP3版本中，已經(jīng)開始提供對8086芯片及相關接口的支持，可以用于微機原理實驗教學的虛擬仿真。圖3給出了一個利用8086 CPU、8255A，8251A和8253A進行綜合設計的仿真原理圖，加上相應匯編程序，則可實現(xiàn)計算器的仿真。
同樣地，我們可以利用Proteus實現(xiàn)微機原理實驗教學中的內(nèi)存擴展、并行接口、串行接口、A/D和D/A轉換、中斷等實驗。同時，也可以利用Proteus仿真軟件進行開放性實驗的設計，提高學生的綜合知識應用能力。
4結論
從實際教學效果來看，通過從課程內(nèi)容與結構的優(yōu)化、課堂教學方式的優(yōu)化和實踐教學環(huán)節(jié)的優(yōu)化三個方面對微機原理與接口技術課程進行改革后，學生學習的積極主動性有了明顯提高，課堂氣氛活躍，參與度高。對相關后續(xù)課程和設計的跟蹤調查也表明，學生在此課程中普遍提高了知識綜合和設計能力。
參考文獻：
[1] 鄭學堅,周斌. 微型計算機原理及應用[M]. 3版. 北京:清華大學出版社,2007:421-422.
[2] 韓萍,康健. 基于LabVIEW的信號處理技術應用演示及實驗系統(tǒng)設計[J]. 實驗技術與管理,2010,27(7):99-103.
[3] 喬建華,李臨生,田啟川. Proteus在單片機教學中的應用分析[J]. 電氣電子教學學報,2008,30(3):70-73.
[4] 谷兆麟. 基于EMU8086的微機系統(tǒng)的輔助學習方法[J]. 天津工程師范學院學報,2006,16(4):26-28.
[5] 李騫,陳勁松. 計算機高等教育改革若干探討[J]. 中國成人教育,2010(7):10-13.
[6] 呂淑平,朱齊丹,曾薄文. 微機原理及應用實驗教學設計與實踐[J]. 實驗科學與技術,2010,8(3):91-93.
[7] 陳君,唐秀明. 基于SNS的“微機原理與接口技術”教學改革探討[J]. 當代教育理論與實踐,2010,2(2):63-65.
[8] 王志軍,王克義,楊延軍. 微機原理教學中幾個問題的探討[J]. 計算機教育,2010(7):64-66.
Exploration on Teaching Optimization of Microcomputer Principle and Interface Technology
CHEN Zhiming
(Department of Electronic Science, Huizhou University, Huizhou 516007, China)
第7篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：計算機 虛擬制造技術 現(xiàn)代制造業(yè) 應用
中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
所謂的虛擬制造,目前還沒有統(tǒng)一的定義標準,但綜合地講,虛擬制造可定義為是利用仿真與虛擬現(xiàn)實技術,在高性能計算機及高速網(wǎng)絡的支持下,采用群組協(xié)同工作,通過模型來模擬和預估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題,實現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質過程,包括產(chǎn)品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗,并進行過程管理與控制。
一、虛擬制造的關鍵技術
虛擬制造是一種新的制造技術,它以信息技術、仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術為支持。虛擬制造技術涉及面很廣,諸如環(huán)境構成技術、過程特征抽取、元模型、集成基礎結構的體系結構、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學科交駐功能、決策支持工具、接口技術、虛擬現(xiàn)實技術、建模與仿真技術等。其中后3項是虛擬制造的核心技術。
1、建模技術
虛擬制造系統(tǒng)VMS (VirtualManufacturing System)是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS(RealManufacturing Systern)在虛擬環(huán)境下的映射,是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。VMS的建模應包括:生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型的信息體系結構。
(1) 生產(chǎn)模型可歸納為靜態(tài)描述和動態(tài)描述2 個方面。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述。動態(tài)描述是指在己知系統(tǒng)狀態(tài)和需求特性的基礎上預測產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。
(2) 產(chǎn)品模型是制造過程中,各類實體對象模型的集合。目前產(chǎn)品模型描述的信息有產(chǎn)品結構明細表、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息。而對VMS來說,要使產(chǎn)品實施過程中的全部活動集成,就必須具有完備的產(chǎn)品模型,所以虛擬制造下的產(chǎn)品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型,它能通過映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實施中各活動所需的模型。
(3) 工藝模型將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設計屬性聯(lián)系起來。以反應生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能:計算機工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計模型以及物理和數(shù)學模型。
2、仿真技術
仿真就是應用計算機對復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型,然后在分析的基礎上運行此模型,從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法,而不干擾實際生產(chǎn)系統(tǒng),同時仿真可以利用計算機的快速運算能力,用很短時間模擬實際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)周期,因此可以縮短決策時間,避免資金、人力和時間的浪費。計算機還可以重復仿真,優(yōu)化實施方案。
仿真的基本步驟為:研究系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)模型確定仿真算法建立仿真模型運行仿真模型輸出結果并分析。
產(chǎn)品制造過程仿真,可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設計過程規(guī)劃仿真、設計思維過程和設計交互行為仿真等,以便對設計結果進行評價,實現(xiàn)設計過程早期反饋,減少或避免產(chǎn)品設計錯誤。加工過程仿真,包括切削過程仿真、裝配過程仿真,檢驗過程仿真以及焊接、壓力加工、鑄造仿真等。目前上述兩類仿真過程是獨立發(fā)展起來的,尚不能集成,而VM中應建立面向制造全過程的統(tǒng)一仿真。
3、虛擬現(xiàn)實技術VRT(Virtual Reality Technology)
虛擬現(xiàn)實技術是為改善人與計算機的交互萬式,提高計算機可操作性中產(chǎn)生的,是人的想象力和電子學等相結合而產(chǎn)生的一項綜合技術,它綜合利用計算機圖形系統(tǒng),各種顯示和控制等接口設備及多媒體計算機仿真技術,在計算機上生成一種特殊的、可交互的三維環(huán)境(稱為虛擬環(huán)境) ,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)VRS(Virtual Reality Systern)包括操作者、機器和人機接口3個基本要素,用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進行自然交互,使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。它不僅提高了人與計算機之間的和諧程度,也成為一種有力的仿真工具。利用VR系統(tǒng)可以對真實世界進行動態(tài)模擬,計算機能夠跟蹤用戶的交互輸入,并及時按輸入修改虛擬環(huán)境,使人產(chǎn)生身臨其境的感覺,充分發(fā)揮用戶的想象力。交互性、沉浸性和想象力是VR系統(tǒng)在人—機關系上的基本特征。這3個特征充分反映了人的主導作用:從過去只能從外部觀看計算機的處理結果,到能沉浸到計算機創(chuàng)建的環(huán)境中去;從只能通過鍵盤、鼠標同計算機環(huán)境中單維數(shù)字化信息發(fā)生交互作用,到有可能從定性和定量綜合的環(huán)境中得到感性和理性的認識,讓用戶沉浸其中,以獲取知識和形成新的概念。
二、虛擬制造技術在制造業(yè)中的應用
虛擬制造技術在制造業(yè)中的應用:機床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設備,制造業(yè)中許許多多產(chǎn)品的零件都直接或間接地經(jīng)過機床加工。隨著社會的進步,人們對各類產(chǎn)品的要求也越來越高,像汽車這樣大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,也要求其個性化,因此不能采用傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線,要考慮適當?shù)娜嵝浴Ｒ恍﹤€批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,其復雜度要求和精度要求也使通用機床難以勝任。相比之下數(shù)控機床恰恰滿足了這些要求。基于虛擬制造技術的數(shù)控機床設計方法不僅能在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬機床和的運動,并對其在各種工況下的運動和受力情況進行仿真分析,觀察并實驗機床各組成部件的相互運動情況,以此來修改設計上的缺陷,這樣對整個系統(tǒng)進行不斷改進,直至獲得最優(yōu)化設計方案,不但可以縮短開發(fā)周期,而且設計質量和效率得到了提高。這種設計方法將逐漸被企業(yè)所采用。
吊具在機械、有色金屬、冶金行業(yè)中已得到廣泛應用,但在實際開發(fā)設計中,由于不同用戶根據(jù)自身需求對產(chǎn)品提出了不同指標、性能等諸多方面的設計要求,從而使設計單位重復工作多,工作任務量大,同時在關鍵結構技術及改造也有一定的難度。對于大型吊具的設計,引入虛擬制造技術,可以大大提高設計效率、優(yōu)化設計質量。
三、虛擬制造技術應用現(xiàn)狀
1、產(chǎn)品的外形設計:采用虛擬現(xiàn)實技術的外形設計,可以進行復雜的造型設計, 并對其參數(shù)可隨時修改、評測。它可以直接用于裝配、仿真和加工。
2、產(chǎn)品的布局設計:在復雜產(chǎn)品的布局設計中, 通過虛擬現(xiàn)實技術可以直觀地進行設計, 避免可能出現(xiàn)的干涉和其它不合理問題。
3、產(chǎn)品的運動和動力學仿真:產(chǎn)品設計必須解決運動構件工作時的運動協(xié)調關系, 運動范圍設計, 可能的運動干涉檢查, 產(chǎn)品動力學性能、強度、剛度等。
4、熱加工工藝模擬:利用數(shù)值模擬和物理模擬方法,對金屬材料熱成形過程和材料成形過程進行動態(tài)仿真,預測不同條件下成形的材料的組織、性能及質量, 進而實現(xiàn)熱成形件的質量與性能的優(yōu)化設計。
5、加工過程仿真:產(chǎn)品設計的合理性、可加工性、加工方法, 機床和工藝參數(shù)的選用, 以及加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷等, 這些問題需要經(jīng)過仿真、分析與處理。
6、產(chǎn)品裝配仿真:機械產(chǎn)品的配合性和可裝配性是設計人員常易出現(xiàn)錯誤的地方, 以往要到產(chǎn)品裝配的時候才能發(fā)現(xiàn), 但采用虛擬制造技術可以在設計階段就對產(chǎn)品進行裝配, 發(fā)現(xiàn)裝配問題可進行修改,確保設計的準確。
7、虛擬樣機與產(chǎn)品工作性能評測:在虛擬制造中可以模擬出產(chǎn)品的使用情況, 對存在問題的地方進行修改,提高產(chǎn)品一次試驗成功率。
8、企業(yè)生產(chǎn)過程的仿真與優(yōu)化:產(chǎn)品生產(chǎn)過程的合理制定、工廠人力資源、制造資源的合理配置, 對縮短生產(chǎn)周期和降低成本有更大影響。
結束語
虛擬制造（Virtual Manufacture) 出現(xiàn)于上世紀90 年代，是以計算機軟硬件技術及網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展為基礎的一種全新的制造體系和模式。作為一種先進的制造模式，虛擬制造的應用范圍必然會不斷擴大，給更多的企業(yè)帶來更大的收益。
參考文獻
[1] 劉蓓華.虛擬制造技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀及策略研究[J]. 商場現(xiàn)代化. 2009(04)
[2] 朱煥立,李響.虛擬制造技術的產(chǎn)生、應用及研究現(xiàn)狀[J]. 科技風. 2009(06)
第8篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：粒子系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實；沉浸感
中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)12-21677-02
Research of Virtual Experimental Phenomenon Simulation
YANG Wei-ping, ZANG Wei, ZHAI Yong, YU Liang
(Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China)
Abstract:Take that particle system in virtual experiment, special efficiency simulating in virtual training as an example, the article mainly discussed the important effect of the particle system which incorporating flexibility, randomness and suitable into an integral whole in virtual teaching.
Key words:particle system; virtual reality; immersion
1 引言
隨著計算機技術、圖形學技術、光電子技術、仿真技術等的飛速發(fā)展，綜合運用上述技術，高度逼真地模擬仿真人在現(xiàn)實世界中視、聽、觸等行為的人機界面的虛擬現(xiàn)實技術也日趨完善。在虛擬現(xiàn)實技術構建的接近真實的虛擬環(huán)境中，人可以通過形體動作與其它仿真實體交互并達到一種沉浸的感覺。主動地交互學習比被動地接受說教更具折服力，因而基于具有強大交互能力的虛擬現(xiàn)實技術的虛擬教學，如雨后春筍迅速發(fā)展起來。目前，大多數(shù)虛擬教學局限于簡單的二維仿真與演示，或者是操作的簡單交互，缺乏對特殊現(xiàn)象及過程的三維動態(tài)仿真，使得現(xiàn)有的虛擬教學在生動性、逼真性上與理想意義上的“靈境”交互教學有很大差距，粒子系統(tǒng)的引入恰好能彌補上述不足。本文通過研究粒子系統(tǒng)在虛擬實驗、虛擬教學效仿真，進一步探討了它在虛擬教學中的重要作用。
2 虛擬教學發(fā)展現(xiàn)狀
在高校連年擴招造成的資金嚴重不足、實驗設備的折損嚴重、高精度昂貴設備誤操作易導致重大損失、高危險性實驗對初學者人身安全存在的潛在威脅等因素影響下，又有綜合了計算機技術、圖形學技術、仿真技術等的虛擬現(xiàn)實技術的日趨成熟的外界動力下，虛擬教學出現(xiàn)并在虛擬實驗、虛擬培訓等很多方面得到成功運用。虛擬教學比傳統(tǒng)教學更能充分調動學習者的感官及學習激情，利用虛擬現(xiàn)實技術營造自主學習的環(huán)境，學習者由傳統(tǒng)的“以聽而學”的學習方式變?yōu)橐酝ㄟ^自身與虛擬環(huán)境的相互交互獲取知識、技能的“以動而學”。本文簡單介紹虛擬教學的以下幾方面：
2.1 虛擬課堂
虛擬現(xiàn)實技術與課堂教學的完美結合打破了教學活動的時空局限性，學習者可在虛擬教室根據(jù)自身基礎與愛好自主進行課程內(nèi)容選擇，避免了傳統(tǒng)課堂的“同時、同地、同內(nèi)容”的授課形式與學習者基礎參差不齊之間的矛盾，使得教與學更人性化。
2.2 虛擬實驗
在傳統(tǒng)實驗中由于受設備、經(jīng)費、危險性、時空限制等外因所限，許多實驗無法開設，而利用虛擬現(xiàn)實技術建立的物理、化學等各種虛擬實驗環(huán)境中，學生可以安全操作各種虛擬實驗，并可獲得與真實實驗相近的體驗。虛擬實驗能徹底打破時空限制，在虛擬環(huán)境中學習者只需花費幾分鐘時間便可觀測到現(xiàn)實中需要幾天甚至幾年才能完成的過程，并且不會產(chǎn)生誤操作帶來的人身傷害和財產(chǎn)損失，使得知識的獲取更高效、更安全。
2.3 虛擬培訓
針對職工崗前培訓，特別是高危行業(yè)的崗前安全培訓，傳統(tǒng)培訓方式中通常采用文字形式或簡單二維形式，缺乏生動性及真實性，學員在接受完培訓后僅在短期內(nèi)對培訓內(nèi)容有二維的記憶，遇到突發(fā)事件由于現(xiàn)場實景與各自對培訓內(nèi)容的理解相去甚遠，往往無法快速運用所學知識解決生產(chǎn)實際問題。虛擬培訓使受訓者在培訓過程中感觸現(xiàn)場，在接受培訓后，對培訓內(nèi)容有三維、逼真的系統(tǒng)理解，能夠將所學知識準確應用于生產(chǎn)實際，當真正經(jīng)歷事故時能迅速反應，安全逃生。
3 粒子系統(tǒng)
3.1 粒子系統(tǒng)基本原理
粒子系統(tǒng)算法是Reeve于1983年提出，它通過采用大量形狀簡單且具有一定屬性的基本粒子作為基礎元素來表示不規(guī)則模糊物體，這些基本粒子都有一定的生命周期，基于它們不斷改變形狀、不斷運動，所以粒子系統(tǒng)能充分體現(xiàn)模糊物體的動態(tài)性與隨機性。粒子系統(tǒng)不是靜態(tài)的系統(tǒng)，而是一個動態(tài)表現(xiàn)過程，是隨時間變化處在不斷運動中的粒子群，粒子群的分布狀態(tài)可以隨機改變，動力學性質決定各粒子位置的移動方式，新粒子的不斷產(chǎn)生同時可以伴隨著舊粒子的消亡。
3.2 粒子系統(tǒng)繪制的基本步驟
Step1 由粒子源產(chǎn)生新的粒子并加入系統(tǒng)中；
Step2 給每一個新粒子分配一定的靜態(tài)屬性；
Step3 刪除系統(tǒng)中已存在且超過其生存期的所有粒子；
Step4 根據(jù)系統(tǒng)中剩余粒子的動態(tài)屬性對粒子進行移動和變換；
Step5 繪制并顯示由有生命的粒子組成的圖象。
可將粒子系統(tǒng)與所描述物體的自身特征與運動模型結合，進行相應的模型建立。為體現(xiàn)系統(tǒng)的隨機特性，常采用隨機過程進行粒子形狀、運動等的控制。每個粒子都有各自的變化范圍，該范圍內(nèi)隨機給數(shù)以確定它的大小，而變化范圍則由即定的期望與方差來確定，基本表達式為：Para=MeanPara+Rand()'VarPara，其中Para代表需隨機確定的參數(shù)；Rand()為[-1，1]中的均勻分布的隨機函數(shù)；MeanPara為該參數(shù)的期望值；VarPara為其方差值。
4 粒子系統(tǒng)與虛擬教學
因在虛擬實驗與虛擬培訓環(huán)節(jié)中需進行大量特效模擬，因此本文僅以粒子系統(tǒng)在這兩方面的應用來介紹并說明它在虛擬教學中的重要地位。
第9篇：虛擬仿真技術的基本步驟范文
關鍵詞：偵查初訊 網(wǎng)絡仿真 輔助教學
中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0175-02
1 網(wǎng)絡仿真訓練偵查初訊的因由
公安業(yè)務教學中如何解決好理論與實踐，教學與應用的結合問題是公安教學改革的首要問題。如何改變傳統(tǒng)的教學和實踐形式，更好地運用現(xiàn)代科技手段，實現(xiàn)專業(yè)教學的目的等要求，促使可以遠程的、基于網(wǎng)絡仿真的訓練模式建立想法的出現(xiàn)。
1.1 偵查實踐彰顯偵查初訊重要性
偵查活動中，偵查訊問犯罪嫌疑人是法定的一個程序，偵查初訊是其中的一個關鍵環(huán)節(jié)。偵查初訊作為典型的程序性手段，對查清案件事實和收集證據(jù)及審案線索具有重要的作用。偵查初訊成功與否，對于案件審理的質量和法律的正確實施都是至關重要的。
1.2 偵查初訊在教學中的突出問題
隨著時代的發(fā)展，在公安院校的專業(yè)教學工作中，實踐教學簡單模擬不全面、不真實、難以提高綜合能力的問題更加突出。傳統(tǒng)的訊問模式及舊的偵查活動受到重大的影響和挑戰(zhàn)。公安專業(yè)教學如何利用便捷的現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和信息資源，采用多媒體仿真的高效教學方法就是一個切實的嘗試。
1.3 大型實景三維游戲的啟發(fā)
實景三維游戲是把實際與虛幻體驗相融合的一種方式，是現(xiàn)在生活體驗的“前期展覽”。如大批玩過網(wǎng)游的“粉絲”都積極參與網(wǎng)絡游戲情境旅游（俗稱網(wǎng)景游）。在現(xiàn)實環(huán)境中以網(wǎng)絡游戲中地圖作為基礎，創(chuàng)建出游戲內(nèi)的場景、設施以及對應環(huán)境的實景，讓旅游者像在游戲內(nèi)部存在一樣，進行實地、實景技能應用。使旅游者能夠在實際中體驗到虛幻世界中的真實存在。
正是由于公安業(yè)務實踐和教學中存在問題解決的需要、實景三維游戲的啟發(fā)，產(chǎn)生了研究和建立網(wǎng)絡仿真訓練偵查初訊的想法。
2 類似網(wǎng)絡仿真訓練的情況調查
2.1 電腦游戲對操作者的訓練
通過電腦游戲的方式進行操作訓練是有效的。如排雷游戲，筆者認為最初感受是對使用鼠標的訓練，然后才是邏輯分析、判斷等內(nèi)容的訓練。駕駛汽車和飛行訓練游戲中所用到的訓練模擬器就是一種操作動作型的模擬仿真。如“模擬城市”等智能加動作操作型的模擬仿真大型游戲的內(nèi)容更廣泛、情況更復雜。從小型游戲到大型游戲、從單機游戲到網(wǎng)絡配合、從簡單游戲到復雜游戲、從二維游戲到三維游戲，要求的不斷提高也使這些電腦終端的操作者得到了很好的訓練。
2.2 實用性的電腦模擬仿真訓練與對抗
電腦游戲的廣泛應用也得到了軍方的重視。發(fā)達國家早在90年代就已經(jīng)運用電腦游戲模擬“虛擬戰(zhàn)場”對士兵進行訓練了。幾年前中美進行的電子對抗演習就是以網(wǎng)絡仿真的形式進行的。2003年末，“阿爾法”特種部隊應用電腦模擬手段，憑借著模擬出的數(shù)據(jù)制定作戰(zhàn)計劃后，安全地救出被挾持在俄羅斯文化宮的人質。電腦模擬仿真技術的應用為這次營救行動的成功起到不可磨滅的作用。據(jù)報道，美軍在對伊戰(zhàn)爭中戰(zhàn)后的統(tǒng)計，未參加過對抗游戲訓練的人員首次執(zhí)行任務生存概率只有60%，接受過游戲訓練的人員生存概率提高到90%。游戲可以供給被訓練的軍人一種利用數(shù)字化虛擬技術模擬出“人工虛擬氛圍”，讓訓練的軍人們在相對逼真的戰(zhàn)爭氛圍（尤其是模擬未來戰(zhàn)爭氛圍）里開展“現(xiàn)實”的練習。模擬手段解決了現(xiàn)實中實戰(zhàn)的預案設計和預演。
3 網(wǎng)絡仿真訓練的優(yōu)勢分析
3.1 運用電腦模擬技術能夠節(jié)約時間、降低成本
傳統(tǒng)的、常規(guī)的模擬訓練中會有時間以及空間等因素的抑制，可能會因為驗證一個實際操作必須要進行多次的重復演練，如此下來，不但耗費的時間長，同時其費用也十分高昂。假如訓練的初始階段使用電腦模擬技術，就能增加全面性、縮短訓練時間、降低訓練成本。同時能夠利用反復的演練或者單次的演練很多種方案。
3.2 運用網(wǎng)絡技術可以隨時、隨地進行
借助先進的網(wǎng)絡仿真技術和課件資源，有效構造出“仿真虛擬初訊場景”，學員能夠跨越時空，隨時隨地參與模擬教學，向同行、有經(jīng)驗者或老師請教，與同學進行實時探討，研究和試驗不同的技術實施方案及其可能性、可行性和必要性。尤其是靈感突發(fā)的時候，通過網(wǎng)絡技術進行記錄和交流，會激發(fā)和調動集體的智慧和能量，更好地完成訓練的任務和工作。
3.3 運用網(wǎng)絡模擬可以進行真實對抗
許多軍事研究機構通過研究和實踐認為，運用網(wǎng)絡模擬可以進行真實對抗。借助構建的虛擬現(xiàn)場環(huán)境，模擬對抗演練平臺來實現(xiàn)模擬作戰(zhàn)的情形，不僅能夠提升受訓者技能和素養(yǎng)，還能進行多種對抗訓練。
3.4 運用網(wǎng)絡模擬可以進行在線指導及主導仿真訓練
通過仿真環(huán)境組織對抗演練，組織操控和指揮者、可以在線指導、指揮，充分利用網(wǎng)絡的便利條件，制造矛盾，激化矛盾，使參與訓練的雙方?jīng)_突更激烈，氛圍更緊張，情形更逼真，塑造出有聲有色、豐富多彩的訓練場景。可以按照事先制定好的訓練方案為主線，根據(jù)訓練的過程和情況進行適當?shù)恼{整，提高訓練的趣味性和復雜性；也可以根據(jù)情況調低技術難度，達到因人施教，因材施教的目的。
3.5 運用網(wǎng)絡模擬可以進行總結、回顧
借助網(wǎng)絡和電腦技術的強大存儲功能，使得網(wǎng)絡模擬可以不受限制地再現(xiàn)出來，通過視頻功能展現(xiàn)訓練的細節(jié)和過程，提供認真分析和總結的條件，對訓練的整個過程、細節(jié)和個人作用加以回顧進行糾正和規(guī)范，以有效避免再次出現(xiàn)失誤，取得訓練的成效。同時也便于進行總結、回顧參訓人員的訓練效果，改進訓練的內(nèi)容和方式方法，促進仿真模擬訓練的發(fā)展。
3.6 變枯燥的學習、訓練為趣味性體驗
網(wǎng)絡仿真訓練可以變枯燥的學習、訓練為趣味性仿真體驗。將數(shù)字化的仿真訓練場景及相關環(huán)境、設施和設備，以逼真動態(tài)形式生動地呈現(xiàn)在參訓者面前，在虛擬仿真平臺中，仿真出現(xiàn)的各種環(huán)境、道具、季節(jié)、人員，使參訓者置身于仿真的模擬系統(tǒng)中，體驗訓練過程帶來的真實感和明確的震撼。虛擬仿真平臺就能集趣味性、知識性、掌握技能的應用于一身適合于現(xiàn)代人的習慣和興趣愛好。
4 偵查初訊網(wǎng)絡仿真訓練可行性探討
訊問是當今公安院校偵查業(yè)務教學的主要內(nèi)容之一。是一項實踐性和操作性都很強的業(yè)務活動。偵查初訊是訊問當中的一個重要組成部分，是整個偵查訊問的基礎活動。無論是在學習專業(yè)的過程中，或是公安預審業(yè)務的實踐當中，都是起著相當重要的作用。網(wǎng)絡仿真訓練的建立對于這一業(yè)務活動的學習和掌握是切實可行的。
4.1 解決模擬人員主觀干擾的問題
模擬訊問是培養(yǎng)學員模擬實戰(zhàn)的一種手段。然而，在實際的教學過程中，卻遇到了種種不可預見的問題。如很多模擬訊問由于模擬者的內(nèi)在動因影響，沒有實質性地貼近真實感覺進行深入模擬，存在一定的主觀干擾，導致教學效果不佳。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，模擬者扮演的角色不夠深入生活。在具體的模擬訊問中，由于條件的限制，所有的角色都是由共同學習的學員來擔當，由于學員之間都彼此相互了解，很難入戲，在一定程度上制約著真實感覺和場景的體現(xiàn)。第二，模擬訊問程序和模擬訊問內(nèi)容沒有充分地相結合。在模擬訊問前如果學員對模擬訊問課沒有做足充分的準備工作和沒有得到有關教師的指導，就會導致學員在模擬訊問過程中只匆匆地走完訊問程序，卻沒有掌握訊問犯罪嫌疑人的方法和技巧。
4.2 編程技術成熟并有可資借鑒樣本
當今，偵查訊問數(shù)字仿真重構理論已通過計算機網(wǎng)絡技術、仿真重構技術等獲取了在數(shù)據(jù)共享等方面的技術支持。從發(fā)展觀的角度來看，計算機軟硬件技術和相應支撐軟件的出現(xiàn)，使信息科學與偵查訊問有機地結合在一起，利于偵查訊問教學工作的開展。目前，雖然偵查訊問數(shù)字仿真重構理論的技術支持還不趨向成熟，但在具體的教學過程中，只需考慮其中的核心技術就可以完成偵查訊問仿真教學的目的。較為經(jīng)濟可行的方案是利用現(xiàn)有的高檔計算機，把相應的網(wǎng)路技術和仿真軟件相互融合，通過虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)偵查初訊數(shù)字仿真，同時也可用于偵查訊問的某一個特定過程。而且計算機編程技術的成熟，以及豐富的可資借鑒樣本，都為偵查初訊仿真模擬提供了借鑒。
4.3 具有偵查初訊教學訓練的基礎
經(jīng)過多年的教學實踐，積累了一定的偵查初訊教學訓練經(jīng)驗。偵查初訊專業(yè)模擬實訓課程教學已逐步走向成熟，并取得了顯著的教學效果，為網(wǎng)絡仿真訓練提供各種條件。
一是具備警學相結合的基礎和條件。通過上級主管部門協(xié)調批準，讓公安預審教師參加有關的公安預審業(yè)務會議，對公安機關的預審現(xiàn)狀有所了解和熟悉；對于那些難度比較大的案件，公安預審實踐基地的辦案單位邀請專業(yè)教師參與、共同審訊，充分發(fā)揮出專業(yè)教師的特長；專業(yè)教師與基層公安機關建立長期合作關系，公安預審部門將成功審訊的案例提供給專業(yè)教師參考。
二是人力資源齊備，實踐專家、專業(yè)教師和編程技術的人才相結合。通過“走出去，請進來”的方法，派教師到基層公安機關去學習審訊經(jīng)驗，并邀請骨干預審員和專家來校授課，請編程技術人員對模擬審訊過程進行數(shù)字模擬。
三是素材條件充裕。擁有大量的實踐案例和相關資料的基礎，學院前身于十多年前開展綜合訓練，并設置了偵查初訊訓練的項目，主要有“模擬訊問”和“模擬犯罪現(xiàn)場勘查”等，是“偵查初訊學”和“犯罪現(xiàn)場勘查”理論教學中的一個環(huán)節(jié)。
四是形勢發(fā)展需要，學院支持。提倡教學改革以來，學院對實訓課程所占全部課程的比重有大幅度的增加，陸續(xù)開設了偵查技術實訓和刑事偵查綜合實訓等專業(yè)課程。在偵查初訊和模擬勘察等實訓課的效果來看，教學大綱完備、模擬實訓實施方案詳實、業(yè)務教材豐富權威、教學實踐指導的經(jīng)驗積累等等，已具備了網(wǎng)絡仿真訓練實訓課的基礎。
五是網(wǎng)絡仿真模擬訓練的資源豐富，有大量案件審理材料和實戰(zhàn)部門及人員可提供的成功經(jīng)驗和素材等資料為藍本。具有一批業(yè)務能力強，熱情高、團隊意識好的計算機和公安預審專業(yè)教師。
5 偵查初訊網(wǎng)絡仿真模擬訓練設計舉例
偵查初訊模擬訓練內(nèi)容涵蓋模擬仿真、虛擬場景和訓練內(nèi)容三個方面。要想通過模擬仿真訓練的方式達到教學的預期目的，就要讓訓練者處在相應的訓練環(huán)境中，被虛擬場景所吸引并產(chǎn)生興趣，然后才能全身心投入模擬過程。在模擬訓練教學過程中，無論是電腦游戲還是模擬仿真，其實大家最為關注的還是模擬的效果。不論是認知還是訓練，最終所關注的是參與訓練之后的結果，是訓練前后對參訓學員帶來的變化和提高。
根據(jù)上述事實，在構建偵查初訊網(wǎng)絡仿真訓練模式探討的基礎上，可以構建成型的仿真系統(tǒng)。初步設想擬建系統(tǒng)采用VR技術、仿真技術和分布式交互通訊技術， 實現(xiàn)對偵查初訊專業(yè)進行教學和訓練的計算機模擬仿真訓練系統(tǒng)。構建內(nèi)容見圖1。
偵查初訊網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)過程主要包括需求分析、仿真邏輯、模型設計、代碼實現(xiàn)、系統(tǒng)集成等步驟，在項目實施過程中設計的技術有以下幾方面。
5.1 場景建模
為了構造一個真實的虛擬化偵查初訊教學環(huán)境，要按照系統(tǒng)分析真實體現(xiàn)場景，場景建模所用主要是3DMAX系統(tǒng)。
5.2 場景仿真
業(yè)內(nèi)常用的VR場景仿真軟件有Converse3D、multisim、softimage、maya等，其中EON Studio較為完善。EON Studio是一種依據(jù)圖形使用者接口，主要設計實景程序，常在教育訓練、數(shù)字旅游、建筑空間等領域應用。研發(fā)步驟包括輸入3D對象，通常這些對象會先由3D繪圖軟件完成，如3D Studio MAX、Lightwave等等，或者CAD應用軟件如ArchiCAD、ProENGINEER、AutoCAD等。最后，EON程序檔案可以經(jīng)由網(wǎng)絡或封包展示，也可以與其它支持微軟ActiveX組件的工具進行互動，（Powerpoint、Word、Macormedia、Authorware、Director、Shockwave、Visual Basic等等）。
6 結語
綜上所述，偵查初訊仿真模擬系統(tǒng)可以作為公安預審課程的新型教學組件，參與教學，使學員通過網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)達到學習、掌握、提高和練習實際技能的目的。通過觀摩審訊場景，感受訊問范圍，親身體驗，回顧總結等環(huán)節(jié)，加深加強理論與實踐的結合和技能的提高，進而更好地把握初訊基本技能和技巧。在達到教學大綱要求的基礎上提高和實現(xiàn)教、學、練、戰(zhàn)一體化，培養(yǎng)應用性人才。這一模式還將為相關的業(yè)務訓練和實踐能力的提高訓練奠定基礎并在實踐中進一步完善，不斷改進，更好地發(fā)揮實訓與教學結合，提高教學質量的作用。相信隨著科學技術的發(fā)展，仿真模擬訓練還將有新的課題在等待人們的開發(fā)。
參考文獻
[1]張希黔，張利.虛擬仿真技術在建筑工程施工中的應用現(xiàn)狀和展望[J].施工技術，2001（8）：31-32.
[2]王樹杰，張繼偉，肖成志.Windows環(huán)境下虛擬仿真界面的研究與開發(fā)[J].微計算機信息，2006（10S）：140-142.
