虛擬仿真技術特點
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虛擬仿真技術特點范文第1篇
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.
虛擬仿真技術特點范文第2篇
【關鍵詞】虛擬仿真；實訓教學；應用方法
虛擬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，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，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。虛擬仿真技術逐漸應用于教育領域當中，形成一種新的教學模式——虛擬仿真教學，即利用實物或計算機創設相應的虛擬環境或工具，并模擬真實事例進行操作、驗證、設計、運行等實驗、實訓的教學方式。
1.背景分析
教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中指出：高職教育“人才培養模式改革的重點是教學過程的實踐性、開放性和職業性，實驗、實訓、實習是三個關鍵環節”，加強實訓、實習基地建設是高職院校改善辦學條件、突出辦學特色、提高教學質量的重點，高職院校在各個專業教學計劃中開設足夠的實訓實踐課程是對上述要求的積極響應。
傳統的實訓教學過程大多圍繞硬件實物，在實驗室、實訓室或企業車間等場所中實地展開實施，因其直觀易感和接近生產實際，向來都是高職實踐課程的主流教學方式。然而這種教學方式存在先天不足，投入大、適應性差且難于開放等問題，往往使實踐教學進程面臨窘境。充分利用計算機技術和現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬實驗、虛擬工藝，是許多高職院校尋找行之有效的技術手段來緩解傳統實踐教學模式所帶來的壓力的努力方向。虛擬仿真教學技術具有多感知性、沉浸性、交互性、構想性等特點，這些特點有益于教師的實訓教學和學生專業技能的訓練，為解決高職教育面臨的實訓難、實習難和就業難等問題開辟了一條新思路，因此迅速發展起來的虛擬仿真技術應用于實驗實訓教學必然成為高職院校的最佳選擇。
2.虛擬仿真技術的比較優勢
目前高職院校很多專業，如數控技術、焊接技術、計算機網絡技術、應用化工技術等專業都引入了虛擬仿真實訓教學方式。虛擬仿真技術非常適合高職院校的人才培養模式，高職教育采用虛擬仿真技術具有必要性、可行性和優越性。虛擬仿真軟件在企業中也得到了廣泛應用，很多企業都采用虛擬仿真軟件進行產品設計，如芯片設計采用的Tanner EDA軟件，網絡設計采用的OPNET、NS2軟件等。因此，學生在學校使用虛擬仿真教學軟件所獲得的實踐技能，同樣可以應用到以后的工作之中。
與傳統的實物形態實踐教學不同，虛擬仿真技術教學是通過計算機軟件實現的。與傳統實踐教學模式相比，采用虛擬仿真技術進行實踐課程教學具有明顯的技術優勢。主要體現在以下幾個方面：
2.1 節約教學成本，具有高效性
基于計算機軟件的虛擬仿真技術實訓教學模式與實物教學模式相比，設備和資金投入少，更新、維護方便。學生在虛擬仿真教學平臺上，無需完成實物教學中的許多重復性工作，縮短了學生完成工作任務的時間。同時，針對存在的問題還可進行反復的操作訓練，也不用考慮設備的損壞和材料的消耗，極大地節約教學成本，提高了學習效率。從教學資源規劃、建設和使用的全過程質量管理角度看，虛擬仿真實踐教學模式的綜合運行成本遠低于傳統的實物操作教學模式。
2.2 廣泛的適應性和適用性
傳統實踐課程教學模式的適應性較差，虛擬仿真技術不受課程、學科門類和專業技術領域限制，是一種普遍適用的技術手段，具有廣泛的適用性。
（1）通用性、兼容性強
虛擬仿真技術具有極強的教學功能兼容性，適用于從教學設計直到考核測評的實踐教學全過程。對于工科實踐教學，多數通用型應用軟件兼具仿真功能，通常一款軟件可以同時支持多門課程的仿真教學，一門課程的教學也可以由多款軟件來實現，并且凡能以實物方式展開的實踐教學內容，理論上虛擬仿真技術都可以做到。比如電類各專業基礎實驗、實訓項目教學，都能用通用型EDA軟件（如Multisim或Protel等）的仿真功能實現，化工類專業實訓則可用化工仿真DCS操作系統的單元級、工段級仿真軟件實現。
（2）打破時空限制，具有靈活性，易于改進升級
虛擬仿真教學可以擺脫傳統現場教學地點固定、時間有限、設備不足和內容難改的局面，學生只要在計算機中安裝了虛擬仿真軟件，就可以把虛擬仿真教學延伸到教室、宿舍甚至家庭，隨時隨地的運用虛擬仿真教學軟件進行學習和探索，突破了時間和空間的限制，也不受場地等外界條件的限制，使學習變得更加靈活。
虛擬仿真技術的改進和升級在很大程度上就是軟件的改進與升級，速度快、風險小，利用網絡信息資源能夠緊隨技術進步，更能切中時需，保證實踐教學的動態有效性，也更能彰顯出對實踐類課程教學的催化作用。
（3）容錯功能強
生源不理想、學生基礎較差是高職院校中普遍存在的實際問題，學生對一些偏深的理論知識點常常一知半解，實驗、實訓過程中出現操作失誤在所難免。以實物為操作對象的傳統實踐教學，某些情況下誤操作有可能導致教學事故，危及儀器設備甚至是人身安全。基于虛擬仿真技術的實踐教學操作對象是計算機軟件，教師盡可設置各種正常、故障甚至極端故障狀態以便“虛擬”地歷練學生，學生也盡可按部就班地執行各種規范操作去“證明”或者嘗試誤操作去“證偽”，完全沒有損壞儀器設備或危及人身安全的顧慮。仿真可以通過參數控制模擬真實設備的機械性能，實時反饋實驗結果，檢驗各種指令的正確性，通過反復練習達到操作練習的目的。
3.虛擬仿真技術在實訓教學中的應用
3.1 樹立虛實結合的實訓教學理念
虛擬仿真實訓教學有助于學生理解實訓內容，并在一定程度上提高學生的動手能力。不過虛擬仿真實訓只是模擬真實的實訓教學，實訓過程缺少“實物感”，并不能完全代替實物實訓。因此，應該認識到虛擬仿真實訓與實操實訓各有特點，二者優勢互補，不可相互取代。如在網絡實訓教學項目中，用到的網絡設備，包括路由器、交換機等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓教學軟件，學生雖然也能使用到這些設備，但仿真設備與實物還是有一定的區別，到真正的實操實訓中可能會無從下手。因此，應該注重將虛擬仿真實訓與實物實訓結合起來，相得益彰。在進行虛擬仿真實訓的基礎上，有目的地安排一些實訓內容在真實環境中操作，這樣學生會對實訓的設備有親身的體會，更能加深實訓的印象，提高實訓的效果和質量。在實訓內容的安排上，可以讓低年級學生先進行虛擬仿真實訓，在學生完全掌握實訓的內容和流程之后，再進行實物實訓，這樣就能夠達到事半功倍的效果。
3.2 根據實訓要求建立仿真模型
仿真模型既包括電子裝備外觀、結構的三維物理模型，也包括揭示其內在工作機理及行為的數學模型。對三維物理模型的建立，主要依據裝備本身的物理狀態，其原則是在盡量減小面數的同時提高逼真度。對系統數學模型的建立，則需要視系統的復雜程度進行取舍和優化，本著夠用為度的原則，盡量減小運算量。建立數學模型時，還應考慮到系統運行時的參數調整。
3.3 創建仿真裝備的虛擬場景并驅動
對于虛擬場景的驅動，應根據使用方式的不同，采用不同的方式。如果進行的僅是裝備外觀、結構的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅動；如果需要對裝備進行虛擬操作仿真，則使用GLStudio軟件先進行操作面板、虛擬儀表的編輯和制作，然后再利用Vega Prime驅動以實現更復雜的交互操作。
3.4 整合教學仿真軟件要素、系統集成
系統集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式其有機地整合在一起，使之成為一個完整的、規范的教學軟件。系統集成可以使用目前常用的軟件開發平臺（如VB、vc++等）。由于上述虛擬現實驅動軟件（如EON、GLStudio及VegaPrime等）均以ActiveX控件方式提供了可用于常用軟件開發平臺的運行插件，因此，系統集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。在進行系統集成時，還需要將系統行為仿真的結果通過視景仿真表現出來，即用行為仿真的數據來驅動三維物理模型的動作。由于系統行為仿真采用了專門的運行平臺，與視景仿真處于不同的系統進程中，因此這種驅動是通過兩進程間的實時通信（需考慮進程間的同步）來完成的。
4.虛擬仿真實訓教學應注意的問題
4.1 注重虛擬仿真系統設計和教學人才隊伍的建設
虛擬仿真實訓教學系統的建設和發展，離不開高素質高技能人才隊伍的支撐。虛擬仿真實訓教學系統科學合理設計和有效使用，需要教師在教學理念和教學能力上都達到一定的水平。目前，國內各高職院校都有信息管理中心或者信息類專業，可以此為依托，培養虛擬仿真教學系統的開發隊伍。與此同時，可考慮與企業合作進行虛擬仿真實訓教學人才隊伍的建設，聯合培養虛擬仿真教學軟件開發和設計人才。
4.2 虛擬仿真實訓操作與現場操作的區別
仿真操作是模擬真實的生產裝置，再現真實生產過程的一種教學方法。其操作的模擬性和程序化與現場操作的靈活性和不可預見性還有距離。
仿真操作中的參數控制調節反復訓練，與實際生產中的參數嚴格準確控制相違背。這些問題在學生訓練過程中一定做出正確的指導和說明，以使學生適應實際的工廠現場操作。
4.3 構建網絡化的虛擬仿真實訓教學系統
虛擬仿真教學環境能夠有效利用網絡信息資源，緊隨技術進步，保證實訓教學的動態有效性。如Flash mx等工具可以實現網上虛擬實訓，由于可以在網絡上瀏覽，因此其教學覆蓋面較廣，是一種具有發展前景的輔助實訓教學手段之一。采用信息技術建設遠程服務中心，構建網絡化的虛擬仿真實訓教學系統，推進虛擬仿真實訓教學系統的共享，是虛擬仿真教學系統建設的努力方向。
參考文獻
[1]教育部.關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見[DB/OL].[2012-12-26].http：///jwzx/jsfw/ShowArticle.asp？ArticleID=1553.
[2]艾倫.賈納斯澤烏斯基等.教育技術：定義與評析[M].北京：北京大學出版社，2010.
虛擬仿真技術特點范文第3篇
【關鍵詞】虛擬仿真技術；建筑施工；應用從傳統角度來看，所謂的系統仿真技術很難對人的感知情況進行模擬，也就是說這種仿真技術很少涉及到對人的感知進行仿真建模。但是伴隨著信息技術的蓬勃發展，仿真技術與傳感技術漸漸滲入到現實領域，這也導致人們開始對外界環境感知進行建模研究。現如今，虛擬仿真技術越來越成熟，通過虛擬現實技術進行仿真建模，使仿真技術實現了圖像化，人們甚至可以通過仿真立體模型有種身臨其境的感覺，此外，由于仿真系統與生俱來的三維屬性、實時交互等特點，給仿真技術的發展也來了極大的推動作用，這就使得虛擬現實技術在今后社會中更加具有生命力。
1.虛擬仿真技術應用于建筑施工中的意義
近幾年來，由于國內經濟發展需求以及國民需要，建筑工程的開展如火如荼，我國在針對建筑工設計時，在套用規范的基礎上，仍然依據加大設計安全系數的方法來實現對建筑受力與變形的控制，這就導致了建筑工程造價普遍過高的現象。建筑設計作為工程實施的基礎條件，對整個建筑工程系統以及周邊建筑環境都有著重要的意義和影響，并在總體的規劃目標等方面給其他的專業設計提供了正確的引導。考慮到建筑內部結構的復雜性與多變性，因此在研究時不得不在施工工藝方面謹慎考慮，從而涉及到信息化設計的全部內容，在此方面，關于優化方案、現場施工等較為少見，這就間接體現了我國建筑建設在信息化技術上存在的不足。
虛擬仿真技術的出現大大彌補了這一不足，虛擬施工技術具備交互性、高度仿真性等優點，通過它建立的設計數字幾何模型與施工，不但能同時滿足設計師、業主、施工方等參建單位的需要，對多種施工方案展開模擬、驗證、對比和優化，并最終找到一種最優的施工方法，實現低成本、短工期、高質量的效益目的。可見，虛擬仿真技術給建筑工程帶來了一定的時代挑戰意義，虛擬仿真技術在施工中的應用無疑決定著施工方案的優劣與否，它一方面對建筑工程的施工產生影響，另一方面也決定著工程的設計方案。所以說，應用虛擬現實技術建立建筑工程的三維模型，對施工的各個階段實施三維可視化的模擬，在施工前了解各種構件在實際結構中的相對位置和相互關系，勢必有利于我國建設的技術經濟效益，對建筑工程的設計與施工都會有非常好的借鑒與指導意義。
2.虛擬仿真技術在建筑設計中的應用
伴隨現代化科學技術的飛速發展，計算機網絡技術和新型載體的應用越來越廣泛，在這種趨勢下，傳統的園林設計模式必將被淘汰，新的設計理念也就呼之欲出了。“虛擬仿真”設計概念的提出可以追溯道上世紀80年代，它從理論的角度上對園林布局進行分析，認為所有建筑的地理數據都能在多維的虛擬模型中得到表示，這些表示形式除一般的時空維數之外，色彩、光影、甚至聲音等因素也被歸納入額外的“維度”中，用以增強視覺信息效果。經過三十多年的發展，虛擬仿真技術漸趨成熟，比較傳統模式下的設計理念，虛擬仿真技術打破了傳統思維上建筑的局限性，在系統作業上對設計的表達可以說是較為全面的。
如今，虛擬仿真技術的發展方向極為明確，它通過操作系統的便捷性，圖形的設計時間快、質量高、系統處理能力強。這些方面的改進勢必對建筑設計中虛擬仿真技術的應用產生影響，也將進一步領導建筑設計方法論和本質革新，建筑設計者在園林設計領域的地位也將重新定論。我們可以試著想象，當建筑設計者在挖掘虛擬仿真技術潛能的時候，他們對建筑的復雜性與微妙性的理解也將日益深刻，這不但有利于虛擬仿真技術的發展，對現代建筑工程的設計創新也會有著莫大幫助。
3.虛擬仿真技術在建筑施工中的應用
計算機在全球范圍內的運用，推動了工程仿真模擬技術的迅猛發展，這一階段，虛擬仿真技術也不斷成熟，其優點是可以對施工環境下的復雜環境條件（介質的非均質特性、不連續性和各向異性等因素）進行綜合考慮。簡單地來說，建筑施工的過程就是把設計圖建成實物的過程，虛擬仿真技術在建筑施工中的應用步驟大抵可以分為四個階段，即工程調研階段、概念模型抽取階段、力學模型建立階段、數值計算以及結果檢驗階段。虛擬仿真技術可以將工程結構同環境整合起來并建立理論模型，通過“仿真試驗”獲取最佳設計方案。
站在傳統的角度來看，建筑工程從設計階段開始，一直到施工執行階段，由于施工方法的多樣性，并且現場情況的可變化性，很難按照設計者的初衷開展作業。而虛擬仿真技術中所建立的仿真系統，無論是施工前后，對工程環境的外景仿真都能做到很好的把握。在建筑工程施工階段，對于土層規律發生變化而產生沉降時，及時修改施工方案無疑是重要手段之一，在這種土質變化的不確定性因素下，仿真模擬技術遠遠不能僅靠簡單的運算就能解決所面臨的問題，它更多地是要進行野外地質調查，到室內試驗研究、計算模擬、地質力學模型抽取以及野外驗證的全過程，在很大程度上，其準確性與可靠性都決定了工程對地質認識的正確性。
在虛擬仿真系統中，場景中的一切物體，與實體都有著高度的仿真效果。對于建筑物模型，完完全全按照設計圖紙進行仔細地建模，并把建筑物旁邊環境的場景、道路等也實施建模渲染，與真實場景可謂是如出一轍。虛擬仿真技術作為信息化設計的重要環節，直接左右著信息的來源渠道，可以毫不過分地說，虛擬仿真技術直接影響到建筑信息化設計與施工的實施。它是監督設計施工的法眼，是規避工程風險的有力手段，更是建筑工程建設中不可或缺的內容。其建模內容涵蓋了地質與支護的現狀觀察、位移監測、應力與應變監測、圍巖擾動及彈性波測試、支護質量檢查等等，至于具體的量測手段、工具和時間，要根據工程現場具體要求而設定。
虛擬仿真技術滲入工程施工中，除了外形三維的仿真之外，聲音仿真、動作仿真等“三維外”的技術也有突破，這使得場景的真實感極強，給人的感受尤為逼真。觀察者可以從不同的入口進入虛擬仿真系統，在虛擬的建筑模型中邊走邊看，并從不同的角度實施觀察，借助鼠標等媒體工具同虛擬仿真模型實時交互，使漫游場景中所見到的各種實體可以切實地反映現實中的每種狀況，它對施工全過程進行模擬，在施工前了解各種構件在實際結構中的相對位置及相互關系，試驗多種施工方法，并在一系列的應用實踐之下，取得了舉世睹目的應用成效。
此外，針對我國建設工程中的一些不安全因素，如基礎沉降、塌方、滲水等不利于工程實施的一系列現象，虛擬仿真技術在工程施工上的應用能夠很好的解決此類問題，它不但可以通過建模很好地掌握基礎和支護結構的工作狀態，利用測量數據對設計進行整改，并指導施工作業；還可以預見事故風險，采取一系列的事前措施，給工程的安全施工提供信息，將工程的事故突發率降至最低；在分析處理量測數據后，通過反饋上來的信息，可以很好地保障施工環境的安全與穩定；另外，通過積累相關的工程資料，也可以作為以后相似工程的實施的重點依據。
虛擬仿真技術特點范文第4篇
【關鍵詞】虛擬仿真 現場實習 教學效果
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0189-02
【Abstract】This paper briefly describes the necessity of introducing virtual simulation technology into the field practice， the characteristics of virtual simulation technology and the implementation method of the virtual simulation teaching； the effect of the introduction of virtual simulation technology on the field practice teaching was also summarized in this article.
【Key words】 Virtual simulation； Field practice； The teaching effect
化工虛擬仿真是通過數學模型的方法，將集散控制DCS操作與化工生產相結合，對過程參數進行精確控制與調節，建立一個與真實系統相似的操作控制系統，模擬真實的生產裝置，再現真實的生產過程。目前，仿真軟件琳瑯滿目，挑選合適的虛擬仿真軟件與學生的認知實習和生產實習相結合，既可以讓學生在學習理論知識的同時，學習實踐知識，理論與實踐相結合，增強學生的感性認識，解決學生對實際應用知識的欠缺問題，又能在進入工廠實習前使學生首先了解原料、中間產物、最終產品的生產原理、流程和重要工段的主要問題，節省了學生需要在工廠實習的時間和學校在這方面所需花費的資金。因此，引入虛擬仿真技術用于實踐教學是增強學生感性認識、實際操作技能和提升實習實踐教學效果的重要手段。重點結合我院實際情況分析虛擬仿真技術在實習實踐教學中的具體應用。
一、引入虛擬仿真技術的必要性
1.化工專業課程門類多，學生學習任務重，很少有時間被安排到工廠中進行實踐應用知識的學習，盡管在大四上學期通過認知實習和生產實習環節被安排到化工廠中，但由于化工生產具有易燃易爆、高溫高壓、有毒有害等特點，生產過程都是在相對封閉的環境中進行，學生們不能動手操作，只能是看看設備、摸摸流程，被動地聽講解員講解一遍，難以深入掌握實際的知識，短暫的實習結束回到學校，幾乎沒有理解和記住任何東西，使該十分重要的環節成為了過場，造成了理論學習與實踐操作的脫節[1]。
2.作為工科，化工專業培養出來的學生除了應該具有比較扎實的專業知識外，還應該具有較強的實踐動手能力，化工虛擬仿真軟件可以實現化工生產設備的冷態開車、正常運行、故障處理和正常停車等操作，學生在進入工廠前就能搶先了解化工產品的生產和設備操作過程，從而帶著問題去有目的進行認知和生產實習。
因此，無論從理論與實踐相結合的角度，還是從培養學生的實際動手能力和分析解決實際問題的能力的角度，在化工認知實習和生產實習實踐教學環節引入化工虛擬仿真技術都是很有必要的。
二、化工虛擬仿真技術的特點
1.化工虛擬仿真技術首先可以實現理論知識和實踐知識的結合，在理論知識的學習過程中，由于無法看到實物，老師對設備和單元操作的講解比較抽象，學生也很難對設備產生實際的感官理念，無法真正理解基本的原理并與實際工 業生產中的裝置相聯系。化工虛擬仿真可以將各種設備的結構以及運行方式等直觀地顯示在計算機上，學生可以根據所學理論知識對設備進行操作。操作錯誤，系統會做出提示并將錯誤的原因一一列出，指導學生去進行相應的調試，直到得到正確的結果[2]。讓學生進一步理解生產過程的基本原理，使理論知識與實踐緊密的聯系起來。
2.化工虛擬仿真技術具有直觀性和可調節性，它能夠模擬真實的生產設備，通過冷態開車、正常運行、停車以及出現事故時數據的波動，再現生產過程的實際動態特性，使學生直觀地看到生產過程中涉及的參數及其變化，形象生動展現設備結構、基本原理和工藝流程等。仿真軟件還可以設定各種故障、極限運行狀態等，鍛煉學生分析和解決實際問題的能力。
3.化工虛擬仿真技術還具有安全、綠色、經濟的特點，通過仿真系統模擬實際生產過程，因不會生產出實際的化工產品，故不會造成設備破壞和環境污染，也不會發生人身傷亡。另外，通過一次購買軟件可以節省大量的空間和購買設備、每次設備運行、購買原料的大量費用。因此，采用虛擬仿真軟件是最安全、綠色、經濟的實習方法。
4.虛擬仿真技術也具有不足之處，首先它缺乏真實性，畢竟只是輔助培訓，只是學生接觸實際過程的一種手段，其與現場操作靈活性、不可預見性還有相當的距離[3]。這往往需要操作人員憑借豐富的經驗和技術迅速反應并及時果斷處理。其次是實踐性差，即使開始選擇的數據有很大的偏差，也可以通過后續的調整，彌補前一次的過失。而在實際生產中參數控制比較嚴格，如果在實際生產中控制參數隨意變化，后續生產將無法進行下去。
三、虛擬仿真教學的實施
1.虛擬仿真設備的接入。我學院是化學化工學院，本科專業包括化學工程與工藝、應用化學、材料科學與工程、環境與生物工程等。考慮到距離問題，我院選擇實習單位為新疆心連心能源化工有限公司、新疆大全新能源有限公司、石河子污水處理廠等，針對這些單位的產品生產情況，我們從東方仿真軟件技術有限公司相應購買了尿素工藝仿真軟件（煤頭）、多晶硅生產工藝仿真實訓軟件、城市污水處理工藝仿真軟件和企業運營教學模擬平臺等幾款軟件，同時，學院配套有 70多臺電腦，每臺都配套了高性能的CPU、顯卡及顯示器。并且對既懂專業又懂計算機的專任教師進行培訓[4]。
2.生產過程仿真內容的學習。在現場實習前的兩周內，安排學生進入化工仿真實訓技術中心有目的地進行仿真軟件和工藝過程的學習，內容包括化工生產設備的冷態開車、正常運行、故障處理和正常停車等操作生產過程中涉及的參數及其變化，讓學生熟悉設備結構、基本原理和工藝流程等[5]；最后，老師通過教師站管理系統自由組卷（思考題和工藝題），向學生編輯及下發考題，考察學生對工藝過程的掌握情況，合格后準備開始現場實習。
3.開展現場實習。根據仿真工藝內容的學習情況，分配學生到相應的工廠進行有目的的現場實習。目前，大多數化工廠不愿意接收實習學生，一方面是由于化工企業具有易燃易爆、有毒有害的特點。另一方面是由于工作人員比較緊張，還要抽身顧及實習學生的講解和安全[6]；所以，得到來之不易的機會，首先就必須要求學生做好計劃，實地驗證自己學習到的知識，帶著化工仿真中遇到的問題去現場向師傅請教。其次對學生高標準、嚴要求。到化工企業實習最大的要求是強調安全性，必須要求學生嚴格遵守企業規定。
四、結語
一線生產過程中復雜化和連續性程度比較高，現場實習使學生親臨現場掌握全方面知識，這是化工虛擬仿真所不可比擬的；化工虛擬仿真雖只是對生產操作的初步接觸，但其因具有很強的直觀性、安全、綠色和經濟的特點而對現場實習效果起到極大的提升作用。虛擬仿真技術與現場實習相結合可以做到理論聯系應用實踐，鍛煉學生分析和解決實際問題的能力，提高學生的學習興趣和就業競爭力，真正培養出優質的技能人才，為化工企業注入新鮮血液。
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虛擬仿真技術特點范文第5篇
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。
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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）
