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關(guān)鍵詞：計算機；虛擬仿真技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 22-0000-01

The Analysis of Computer Virtual Simulation Technology and Its Applications

Meng Qingchao

(Institute of Information Technology,Luoyang Normal University,Luoyang 471022,China)

Abstract:Virtual simulation technology known as visual simulation or virtual reality technology (Virtual Reality,VR),refers to the use of computer technology as the core,the use of modern science and technology to produce high vivid touch,hearing,visual integration of the virtual environment,users with the appropriate tools in a natural way to interact with virtual objects,interactions,resulting in the ground,experience and feelings of empathy.In this paper,the introduction of virtual simulation technology to analyze its application in various fields.

Keywords:Computer;Virtual simulation technology;Application

一、計算機虛擬仿真技術(shù)的概念

虛擬仿真技術(shù)又叫視景仿真或者虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，VR)，是指運用計算機技術(shù)為核心，采用現(xiàn)代高科學(xué)技術(shù)制作出栩栩如生的觸覺、聽覺、視覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助相應(yīng)的工具以自然方式與虛擬客體進行相互影響、交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境、感同身受的體驗和感受。虛擬現(xiàn)實是融合了信息與人的一門科學(xué)，是一些三維的交互式計算機為核心而生成的環(huán)境組成。這些環(huán)境可以是想象世界中的模型，也可以是真實的，其作用是運用人工合成的各種經(jīng)歷或環(huán)境來表示知識與信息。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使抽象或復(fù)雜系統(tǒng)的概念變成確切含義的符號。

二、計算機虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

（一）在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用。在教學(xué)過程中，多媒體課件被越來越多的應(yīng)用與教學(xué)。設(shè)計人員依據(jù)教學(xué)內(nèi)容的信息和自己的創(chuàng)意，對教學(xué)內(nèi)容分類組織，并綜合各種動畫、聲音、圖形、文字等多媒體素材，制作許多種多媒體課件進行教學(xué)。多媒體課件具有良好的共享性、極大的交互性、豐富的表現(xiàn)力三大特征，因此產(chǎn)生了多種多樣的教學(xué)方式方法。制作課件的常用工具有flash、authoware、director、PowerPoint等軟件，但是他們有存在不同程度的缺陷，例如authoware課件表現(xiàn)行較差，不能制作出很完善的動畫；PowerPoint課件交互性不強，只能作為展示各種資料的工具。虛擬現(xiàn)實技術(shù)因其很好的想象性、沉浸性和交互性，因此逐漸地被應(yīng)用于多媒體課件的開發(fā)中。在教學(xué)過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要運用在分布式虛擬現(xiàn)實和桌面虛擬現(xiàn)實，由于沉浸型虛擬現(xiàn)實的設(shè)備設(shè)施非常昂貴，因此在教學(xué)中很少運用。在多媒體課件開發(fā)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用主要是開發(fā)虛擬實驗室、制作三維課件以及仿真實踐訓(xùn)練。

（二）在計算機組裝中的應(yīng)用。計算機組裝有著較強的實踐性和直觀性、操作性，因此，計算機組裝實驗在計算機組裝教學(xué)和計算機研發(fā)中有著極其重要的作用，而在計算機組裝實驗中，往往由于相關(guān)設(shè)備的不足和計算機部件翻新較快的緣故，從而使得計算機實驗操作具有一定的難度，影響了實驗的效果。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對計算機組裝實驗中的各種設(shè)備硬件進行仿真模擬，從而建立計算機組裝虛擬實驗。計算機組裝模擬實驗系統(tǒng)主要是通過VRML技術(shù)，讓實驗操作者利用人機界面對虛擬的現(xiàn)實環(huán)境中各種計算機設(shè)備硬件進行組裝。整個計算機組裝模擬實驗系統(tǒng)一般包括了計算機各部件設(shè)備的三維瀏覽、各設(shè)備之間的組裝過程演示和計算機設(shè)備的組裝實驗，同時也包括了實驗說明。其中，實驗說明主要是為了介紹整個實驗的目的、原理以及實驗過程中應(yīng)該注意的事項及所用的各種實驗儀器等等；計算機各部件設(shè)備的三維瀏覽是指通過VRML對計算機各設(shè)備部件進行三維仿真，從而能使參與實驗的人可以在任何參觀地點進行多角度的詳細觀察，在計算機的有關(guān)設(shè)備部件發(fā)生更新后，其可以即時地對虛擬系統(tǒng)中的相應(yīng)虛擬設(shè)備進行修改，從而降低了現(xiàn)實實驗中更換部件設(shè)備的經(jīng)濟負擔(dān)。

（三）在城市、小區(qū)視景規(guī)劃中的應(yīng)用。在城市、小區(qū)視景規(guī)劃中，仿真建模是最為基本的環(huán)節(jié)。通過虛擬仿真技術(shù)將想法付諸理論現(xiàn)實。在視景仿真項目的開發(fā)過程中，其最重要的工作是虛擬模型的建立以及特效紋理與音效的制作工作。其具體的制作過程如下：我們往往選擇以運行于SGI320桌面圖形工作站的MAYA軟件為主來完成。建成的模型生成模型庫則通過在多媒體計算機中運行的CULT3D軟件來執(zhí)行三維交互查詢和顯示；并且通過在多媒體計算機中運行的director軟件來進行模型庫的調(diào)用和存儲以及三維交互瀏覽的集成。同時，特效紋理和聲效的制作也能通過以上在多媒體計算機環(huán)境下運行的軟件進行制作，并且可以將其獲得的結(jié)果變成數(shù)據(jù)庫格式進行儲存，從而促使便于瀏覽和檢索的特效模型數(shù)據(jù)庫的建立。最后，進行實景仿真，可根據(jù)仿真所需的具體要求，通過交互式視景仿真驅(qū)動軟件EASYSCENE進行特效和模型的調(diào)用并對其進行高速逼真的仿真環(huán)境顯示以及模型交互操作的實時響應(yīng)。

如武漢市南湖大道旁的津發(fā)小區(qū)，對其實景仿真的開發(fā)過程進行介紹。在其中，精細實際的尺寸模型、真實DEM匹配、坡地別墅、蜿蜒貫穿的水系、森林級綠化、繁華的交通、模擬云霧，是該小區(qū)仿真項目的表現(xiàn)特點。如圖所示：

其所涉及到的技術(shù)有：1.視點定位、相機動畫；2.多維子材質(zhì)；3.混合紋理材質(zhì)；4.HDR實時反射水面材質(zhì)；5.仿云霧效果；6.描邊輪廓效果；7.地形碰撞檢測；8.立方盒天空節(jié)點；9.噴泉、煙例子系統(tǒng)；10.3D音效。

參考文獻：

[1]馮允成.虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)及在計算機裝配中的應(yīng)用[J].北京計算機技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2010,27(2):213-216

篇2

【關(guān)鍵詞】建筑電氣；系統(tǒng)故障；診斷

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人們對居住環(huán)境和生活質(zhì)量提出了新的要求，而建筑物作為人們居住、辦公或休閑的主要場所，為了滿足人們這種逐步提升的需求，也進行了鮮明的變革，使得現(xiàn)代建筑更具服務(wù)，樓宇自動化和智能化的新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，使建筑電氣施工的難度變得越來越大，項目實施越來越復(fù)雜，給建筑電氣系統(tǒng)施工質(zhì)量的實現(xiàn)帶來了新的挑戰(zhàn)。而建筑電氣系統(tǒng)故障診斷，直接關(guān)系著建筑投入運行后預(yù)期功能的實現(xiàn)以及電氣系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

1 建筑電氣系統(tǒng)故障分析

建筑電氣系統(tǒng)故障控制的最終目的就是要使最終完工的建筑物的各個結(jié)構(gòu)、設(shè)施及其整體功能能夠達到業(yè)主的要求，同時能夠滿足相關(guān)法律、法規(guī)對其提出的質(zhì)量規(guī)范。而對建筑電氣工程而言，其質(zhì)量控制工作應(yīng)該包含對建設(shè)完工的建筑電氣系統(tǒng)的適用性、安全性及可靠性能夠滿足業(yè)主要求，能否符合法律、法規(guī)規(guī)定要求等問題在工程施工過程中就采取必要措施進行監(jiān)管和控制。可以說，建筑電氣施工整個過程的質(zhì)量控制是工程項目總體質(zhì)量控制的重要組成部分，建筑電氣施工總體質(zhì)量目標(biāo)需要通過相互銜接的各道工序的質(zhì)量控制來完成，這就決定了電氣施工管理及質(zhì)量控制工作必須從各工序的質(zhì)量控制到分項工程質(zhì)量控制、再到分部工程質(zhì)量控制形成的具有整體性和系統(tǒng)性的系統(tǒng)管理和控制過程完成。

2 影響電氣系統(tǒng)故障的因素

2.1 建筑電氣施工現(xiàn)場的線路安全

在施工現(xiàn)場線路的不安全有可能會導(dǎo)致火災(zāi)的形成，對施工的質(zhì)量造成極大的損失。所以，現(xiàn)場的用電要極其謹(jǐn)慎。線路的不安全因素主要有以下幾個方面：電氣線路的短路。電氣線路短路包括相間短路以及電線絕緣層失效。首先是相見短路，引起相間短路的原因主要是由于接線的疏忽以及安裝時出現(xiàn)的問題。如果斷路器接線電阻增大，那么就很容易引起相間短路。其次，在安裝電線的過程中，如果裸電線過低或者是電線間距過小都不可以，如果電線過低導(dǎo)致金屬物質(zhì)與電線碰撞，這樣同樣會導(dǎo)致相間短路。如果間距太小，更容易發(fā)生線與線的碰撞問題。在安裝斷路器時，不能保證空間的干燥，這樣就會導(dǎo)致水汽擊穿短路。最后是電線的絕緣層失效，絕緣層實效也就說明失去了的絕緣的能力，一般是由于受損壞或者是老化的現(xiàn)象，導(dǎo)致線芯外露或者是電壓擊穿絕緣。

2.2 用電布置問題

正常情況下，在比較潮濕地點的直接下層不會出現(xiàn)配電布置，比如在衛(wèi)生間的浴室或者是廁所的下層。除去這一點還要注意的是一些發(fā)電機用房的布置，發(fā)電機用房同樣不可以布置在潮濕的空間，要有一定的防潮設(shè)施才可以進行安裝。

2.3 電梯電源的專用性問題

電梯在運行的過程中，供電線路不可以出現(xiàn)負荷現(xiàn)象，工程在實施的過程中，要保證電梯運行的質(zhì)量安全。另外在施工時必須保證了解電梯負荷電流的最大限制，這樣才可以正確選擇有保護特性的主開關(guān)。因此，在對電梯電源進行安裝時，要把相關(guān)規(guī)定的條文作為依據(jù)，為了防止電梯電源被一些用電設(shè)備的干擾，電梯必須擁有一個專用性的電源，以此來保證電梯的運行安全。

2.4 防雷問題

電氣施工的防雷安裝是非常重要的一個環(huán)節(jié)，對此應(yīng)該進行嚴(yán)格的監(jiān)督和檢查。首先，有很多避雷帶的彎曲弧度大小不一，而且避雷帶轉(zhuǎn)角的彎曲半徑也打不到設(shè)計的要求，這就需要專業(yè)人士在安裝時進行細微檢查，如果對產(chǎn)品質(zhì)量進行認真檢測，可能還會發(fā)現(xiàn)支持卡的間距大小不夠均勻等問題。其次是屋面的金屬管道連接的問題，對于突出屋面的金屬物或者是貼爬梯在安裝時可能會出現(xiàn)與防雷裝置沒有穩(wěn)固的連接。另外還有引下線的截面與避雷帶焊接的質(zhì)量差，而且小于避雷帶的截面。最后，接地極電阻測試點設(shè)置不符合要求，防雷接地裝置測試點金屬物的防腐措施并不到位。

3 建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法及措施

3.1 施工前要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作在工程項目開工之前，電氣安裝的相關(guān)技術(shù)人員首先要對電氣的施工圖紙進行熟悉；然后與土建施工的技術(shù)人員對電氣施工圖以及土建施工圖進行共同的查對，把出現(xiàn)交叉的施工部分列出來；接著依照土建施工的有關(guān)進度計劃，對線路保護管理、支吊架以及有關(guān)的基礎(chǔ)型鋼進行預(yù)埋等。對配合工程交叉施工要排出相應(yīng)的計劃，并對配合的時間確定好，防止差錯的發(fā)生和工程項目的遺漏。而在配合施工前，要及時制作好各種預(yù)埋件，在其防腐方面要做好相關(guān)的處理工作。此外，還要充分做好在施工開始之前的材料和技術(shù)準(zhǔn)備工作。

3.2 施工過程中處理好協(xié)調(diào)的環(huán)節(jié)在專業(yè)技術(shù)人員進場的時候，總包單位就要對此進行限時的掃管，然后對交接的手續(xù)進行及時辦理，才能予以批準(zhǔn)。由于專業(yè)技術(shù)隊伍出于自身的效益考慮，會對交接的手續(xù)匆忙辦理以防止漏項情況的出現(xiàn)，因而總是一邊進行掃管一邊進行穿線，對時間進行拖延。關(guān)于這個問題，有關(guān)管理人員要適當(dāng)增加專業(yè)技術(shù)隊伍的人力。通過集中掃管，使得交接手續(xù)能夠抓緊時間辦理。

3.3 施工階段所進行的質(zhì)量控制

在基礎(chǔ)工程進行施工時，要與土建配合好，做好止水板的預(yù)留和預(yù)埋工作以及弱、強電專業(yè)的電纜線的穿墻管。這一項工作要求各專業(yè)之間的施工工作要做好相應(yīng)的協(xié)調(diào)工作，其中電氣專業(yè)的施工必須要在土建進行墻體的防水處理前就完成相應(yīng)的施工工作，這樣才能防止由于防水層被電氣施工破壞而出現(xiàn)墻體的滲漏現(xiàn)象。對于需要預(yù)埋的配電柜基礎(chǔ)型鋼、吊桿基礎(chǔ)螺栓、木磚、吊卡以及鐵件等需要預(yù)埋的預(yù)埋件，有關(guān)施工人員應(yīng)提前與土建配合好，要對這些預(yù)埋件及時的埋入和保證施工到位，防止出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象。在安裝電器的過程中，管理人員要對自身的專業(yè)能力和素質(zhì)提高，實現(xiàn)質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)。

4 結(jié)論

在建筑工程中電氣系統(tǒng)故障對于人們的生產(chǎn)生活會產(chǎn)生很大影響，所以施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定質(zhì)量管理制度，加強對企業(yè)員工的培訓(xùn)；通過過硬的技術(shù)，確保建筑電氣的安全運行，保障廣大人民生命財產(chǎn)的安全。

參考文獻

[1] 婁玉冰，和小娟，楊書顯. 建筑電氣設(shè)計存在的問題及主要對策 [J]. 四川水泥，2015，01：12

篇3

關(guān)鍵詞：低壓電器；數(shù)字化仿真設(shè)計；發(fā)展；應(yīng)用

一、低壓電器仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)進展

解決了從三維造型軟件，如UG-Ⅱ和pro/E的三維建模與三維仿真，到如ADAMS和Ansys的接口問題，為低壓電器的仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在實踐中的應(yīng)用打通了前進的道路。該項技術(shù)的開始階段，著眼于低壓電器各個部件的仿真，依靠靜態(tài)至動態(tài)特性仿真，尋求各個部件的優(yōu)化設(shè)計，如以低壓斷路器的機構(gòu)操作速度為提高目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計，磁脫扣器的保護特性仿真與優(yōu)化設(shè)計，交流接觸器磁系統(tǒng)的靜、動特性仿真與優(yōu)化設(shè)計等。但一個電器的基本性能不是僅由單個部件的優(yōu)化設(shè)計所能決定的。對低壓斷路器來說，分?jǐn)嗵匦耘c各個部件的配合有關(guān)，與多種物理現(xiàn)象的綜合有關(guān)；另外，與仿真條件是否完全按照國家和IEC標(biāo)準(zhǔn)的要求進行也有關(guān)，因為實際樣機的型式試驗和出廠試驗都是嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行的。為了滿足上述要求，當(dāng)前低壓電器仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)正向以下幾個方面進展：

（1）多場域、多物理現(xiàn)象綜合的仿真技術(shù)

例如，在對低壓器結(jié)構(gòu)進行仿真設(shè)計的時候，如果不考慮計算連桿本身的應(yīng)變、應(yīng)力，而只針對連桿之間的相互配合，那么這種低壓電器無論是從部分結(jié)構(gòu)到整體功能都不能實現(xiàn)設(shè)計的最優(yōu)化；另外，如萬能式斷路器短時耐受的仿真設(shè)計，它的仿真不是單領(lǐng)域、單獨部分的，而是對瞬態(tài)電磁場、熱場和電路瞬態(tài)包括材料相變等相結(jié)合的仿真設(shè)計。想要將這種仿真技術(shù)實現(xiàn)好，不僅需要利用當(dāng)下的電磁場仿真軟件，還需要將自開發(fā)設(shè)計的軟件、代碼和商品軟件的特點綜合起來進行整合利用。

（2）基于磁流體動力學(xué)（MHD）電弧數(shù)學(xué)模型

想要實現(xiàn)滅弧室的仿真，一定要對滅弧室的電弧的物理現(xiàn)象進行具體的分析掌握，才能使滅弧室的仿真設(shè)計達到最佳效果。當(dāng)前，已經(jīng)有數(shù)位研究人員對電弧數(shù)學(xué)模型進行分析，研究表明電弧的磁流體動力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確具體的將滅弧室的分段過程的物理現(xiàn)象表現(xiàn)出來，從而加快了其應(yīng)用發(fā)展。電弧數(shù)學(xué)模型可以將滅弧室內(nèi)的溫度、磁場、壓力以及離子密度等在分段過程中的先向變化進行分析，可以得到以下結(jié)論：滅弧室的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)、材料等都會影響到電弧電壓和電弧電流過后的介質(zhì)性強度的恢復(fù)。MHD的電弧數(shù)學(xué)模型發(fā)展還不完善，對于一些復(fù)雜的計算，難以同電路瞬態(tài)、電極表面、機構(gòu)動態(tài)等物理現(xiàn)象結(jié)合起來，計算中涉及電流過大時，難以進行收斂。

（3）建立簡化的工程用電弧數(shù)學(xué)模型

對低壓器的分段過程進行仿真，分段特性作為低壓開關(guān)電器的主要特性，若要實現(xiàn)低壓器的優(yōu)化仿真設(shè)計，就要保證低壓電器在無論尺寸怎樣縮小的同時，都能夠?qū)㈩~定極限短路分?jǐn)嗄芰CU和額定短路分?jǐn)嚯娏鱅CS提高。要想實現(xiàn)這樣的優(yōu)化目標(biāo)，其關(guān)鍵不是磁脫扣器、機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)，重點是建立簡化的工程用數(shù)學(xué)模型，在電弧模型MHD難以耦合的時候，進行應(yīng)用。

（4）使仿真技術(shù)嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)要求進行

產(chǎn)品通過仿真和優(yōu)化設(shè)計后是否滿足技術(shù)要求，需要用國家標(biāo)準(zhǔn)來考核，因而仿真工作必須嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)要求來進行。如萬能式斷路器的短耐仿真，在規(guī)定的功率因數(shù)條件下，選擇合閘相角使短路電流第一個半波峰值達到可能的最大值；又如接觸器的熱仿真，按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)熱試驗時接觸器的主回路和線圈要同時通電，且主回路觸頭間的連接導(dǎo)線要按規(guī)定選擇。

（5）建立更有效的工程計算方法

在對多場域的靜態(tài)或者動態(tài)仿真進行計算時往往會耗費大量的時間。因此我們應(yīng)該從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，找到一種簡單省時且不影響計算準(zhǔn)確度的計算方法這也是仿真技術(shù)發(fā)展的需要和前進的目標(biāo)。例如，我們將三維有限元熱場應(yīng)用于電器熱計算當(dāng)中，另外，當(dāng)前所被廣泛應(yīng)用的熱路網(wǎng)絡(luò)計算方法，不僅能夠減輕計算難度和計算量，還能夠確保計算的準(zhǔn)確度。

（6）仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)和節(jié)能減排的關(guān)系

社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的用電需求越來越大，而我國的主要電力供給都是以煤炭資源為主體，所以說，節(jié)能減排、加大利用可再生能源、發(fā)展智能電網(wǎng)已經(jīng)成為當(dāng)今電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢和目標(biāo)。在配電系統(tǒng)中，低壓電器是其中最主要的元器件，所以在進行研究的時候始終將低壓電器作為重點研發(fā)對象。為了節(jié)能減排的需要，要加大對小尺寸低壓氣的開發(fā)，保證其性能和可靠性，從而使配電系統(tǒng)能夠正常運行。隨著直流系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)作為可再生能源的發(fā)展應(yīng)用，因而要不斷提高直流開斷技術(shù)。

二、實例應(yīng)用介紹

1、與多體動力學(xué)耦合求解

近些年，我國對接觸器的動態(tài)性仿真技術(shù)已經(jīng)有了一定的研究分析，接觸器動態(tài)性仿真的主要功能就是減少在分閘時出頭的彈跳，從而延長AC―3的使用壽命，對觸頭彈跳進行仿真，將電磁場、電路瞬態(tài)兩者結(jié)合起來，同時與多體動力學(xué)進行耦合，之后運用ADAMS軟件以對偶和計算的接口進行計算。

2、熱路網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及緊湊型斷路器的設(shè)計

想要減少原料，避免資源浪費，那么就要加強對緊湊型開關(guān)電器的設(shè)計，從而避免工藝與資源的浪費。核心技術(shù)是降低溫升和熱計算，之前一般都是借助三維有限元熱仿真技術(shù)，但是這種方法計算復(fù)雜且耗時過長，因此當(dāng)前一般都發(fā)展并廣泛應(yīng)用熱路網(wǎng)絡(luò)的熱分析，不僅計算簡單還能夠在工程中得以應(yīng)用發(fā)展。

3、基于MHD電弧數(shù)學(xué)模型的中間和兩側(cè)出氣

中間和兩側(cè)出氣在直流分?jǐn)噙^程中存在差異性，出氣結(jié)構(gòu)不同從而決定了電弧不同的動態(tài)過程，尤其是電弧弧柱運動到出氣口附近。中間出氣是比較傳統(tǒng)的的方式，出氣口的電弧前端為尖形，并主要集中在滅弧室中間區(qū)域，這是由于在出氣口處流體受到明顯壓縮作用；兩側(cè)出氣結(jié)構(gòu)中，由于氣流場的作用，在出氣口處電弧呈現(xiàn)向兩側(cè)出氣口分裂，有利于增大電弧與滅弧柵片和介質(zhì)的接觸面積，增加電弧在滅弧柵片“腹部”的運動。

4、 基于鏈?zhǔn)诫娀∧Ｐ?，實現(xiàn)低壓斷路器的分?jǐn)嗵匦苑抡?/p>

雖然低壓電器一直在發(fā)現(xiàn)進步，各個零件特性的仿真性也越來越好，但是仍舊受到電弧數(shù)學(xué)模型的制約，特別是低壓器在分?jǐn)噙@一部分的仿真性還需要深入研究。雖然MHD在國內(nèi)外都收到廣泛的關(guān)注，但是MHD模型的最高斷電仿真不能高于幾千分，否則電弧不容易收斂，而且該模型不能和機構(gòu)運動、觸頭拆開等階段進行結(jié)合，因此，在實際的應(yīng)用中，國內(nèi)外都普遍選擇比較簡單的電弧數(shù)學(xué)模型，達到使低壓電器達到整個過程的仿真。

三、結(jié)語：

綜上所述，本文主要分析了低壓電器數(shù)字化仿真設(shè)計的發(fā)展進程，并通過具體的實力應(yīng)用做進一步的詳細分析，從而進一步證明了數(shù)字化仿真技術(shù)的可信、可靠性，以及在低壓電器上的應(yīng)用推廣，為今后低壓電器數(shù)字化仿真設(shè)計的發(fā)展和應(yīng)用提供一定的借鑒參考意義。

參考文獻：

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篇4

關(guān)鍵詞： 流固耦合； 仿真技術(shù)； 中小型企業(yè)

中圖分類號： TB115.1； TB126文獻標(biāo)志碼： B

引言

流固耦合是流體力學(xué)與固體力學(xué)交叉而成的一門獨立的力學(xué)分支，它的研究對象是固體在流場作用下的各種行為以及固體變形或運動對流場影響.流固耦合仿真技術(shù)早期主要用于航空航天領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍已經(jīng)擴展到石化、機械和能源等工業(yè)領(lǐng)域.其中，以中小型企業(yè)對這項技術(shù)的應(yīng)用需求最為迫切.因此，調(diào)查研究流固耦合仿真技術(shù)在中小型企業(yè)中的應(yīng)用具有深層的意義和廣闊的市場.本文著重從3個方面闡述流固耦合仿真技術(shù)在中小型企業(yè)中的應(yīng)用.（1）柴油機、齒輪泵、變速器和風(fēng)力發(fā)電機等機械設(shè)備中齒輪箱飛濺設(shè)計；（2）各種液態(tài)空氣、石油化工產(chǎn)品儲液壓力容器的晃動計算；（3）以板式太陽能換熱器熱應(yīng)力分析為例，模擬防凍液在銅管中流動，計算銅管和鋁板的溫度分布，并以此為基礎(chǔ)，對板式太陽能換熱器的熱應(yīng)力進行計算.最后，對流固耦合仿真技術(shù)在中小型企業(yè)中的應(yīng)用范圍進行分析總結(jié).

1應(yīng)用案例1.1變速齒輪箱飛濺設(shè)計

由于變速齒輪箱的工作環(huán)境、承受載荷和相對運動速度不同，對強度要求也不同.飛濺是目前變速器方式中的一種.在一定工作環(huán)境的情況下，某種結(jié)構(gòu)所采用的飛濺設(shè)計是否滿足強度的要求，可以通過流固耦合仿真技術(shù)，對飛濺過程進行模擬，可以在設(shè)計方式確定之前獲得效果的評估，這樣可以縮短設(shè)計周期，提高工作效率.

本文采用Abaqus軟件建立變速齒輪箱中齒輪和油之間的流固耦合仿真模型，設(shè)置油的材料參數(shù)和相應(yīng)的邊界條件，最后提交求解器進行計算.求解后得到變速齒輪箱飛濺設(shè)計的效果，見圖1.

由圖1可以清晰地看出油的飛濺狀態(tài)，并評估其強度.這對飛濺方式的設(shè)計和油使用量的確定具有很好的參考價值.

1.2儲液壓力容器晃動計算

壓力容器的用途非常廣泛，它在能源工業(yè)、石油化工、軍工和科研等國民經(jīng)濟的各個部門都起著很重要的作用.壓力容器由于密封、承壓和介質(zhì)等原因，很容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全以及污染環(huán)境的事故.因此，密封性和安全性是壓力容器的關(guān)鍵性能.本文應(yīng)用流固耦合仿真技術(shù)，研究在極限工況（沖擊作用）下某儲液壓力容器中液體的晃動問題，獲得壓力容器表面所承受的壓力，為其安全評估提供依據(jù).

采用FLUENT軟件建立油箱以及油介質(zhì)的仿真模型，定義油箱及介質(zhì)的材料參數(shù)和沖擊過程中的加速度及其他邊界條件，最后提交流固耦合分析求解器進行計算.容器晃動過程中，不同時刻油箱壁所承受的壓力見圖2.

由圖2可知，最大流體壓力為1 634 Pa，此結(jié)果與壓力容器的規(guī)格相對應(yīng)，可以分析極限工況下儲液容器是否存在安全隱患.

1.3板式太陽能換熱器熱應(yīng)力分析

對于太陽能行業(yè)來講，目前涉及到的主要問題是如何降低材料使用量和滿足安全性，所涵蓋的知識領(lǐng)域包括傳熱、流體、壓力和機械強度等方面.因此，有限元仿真分析在太陽能行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要涉及以下方面.

（1）傳熱方面的設(shè)計.主要涉及到集熱器當(dāng)中的熱傳導(dǎo)設(shè)計相關(guān)的問題.

（2）機械強度計算及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計.如太陽能安裝過程中有很多需要安裝支架，必要時須對支架進行滿足要求的強度優(yōu)化設(shè)計.

（3）抗風(fēng)阻設(shè)計.尤其是在高樓或者大風(fēng)地區(qū)，要進行支架的抗風(fēng)核算.

本文以平板集熱器條帶的傳熱分析和熱應(yīng)力分析為例，說明流固耦合仿真分析在太陽能行業(yè)的應(yīng)用.平板集熱器條帶的焊接形式見圖3.

（a）帶肋片的管子（b）縫焊（c）弧面焊（d）滾焊（點焊）（e）銅鋁（全銅）復(fù)合

圖 3集熱器條帶的焊接形式

以圖3（b）形式為例，其實際結(jié)構(gòu)見圖4，集熱管為銅管，上面為鋁板.銅管直徑為8 mm，鋁板和銅管為激光焊接，平板表面的單位輻射量為800 W/m2，條帶的吸收率為90%，防凍液在銅管中流動.平板集熱器系統(tǒng)的簡化物理模型見圖5.

圖 4平板集熱器（a）防凍液 （b）平板圖 5平板集熱器系統(tǒng)的簡化物理模型

在FLUENT中建立其流固耦合的傳熱分析模型，并設(shè)置銅管中防凍液的材料參數(shù)以及平板的熱量吸收等，最后提交FLUENT進行計算求解.求解完成后，獲得平板集熱系統(tǒng)的溫度分布場，見圖6，并將溫度分布和模型輸出為Abaqus格式，用于平板集熱系統(tǒng)的熱應(yīng)力分析計算.

（a）管道中防凍液溫度分布 （b）平板中液體溫度分布 （c）系統(tǒng)溫度分布圖 6平板集熱系統(tǒng)的溫度分布

將FLUENT的溫度計算結(jié)果導(dǎo)入到Abaqus中，計算平板集熱系統(tǒng)從初始溫度20 ℃，上升到FLUENT計算結(jié)果溫度過程中的熱應(yīng)力.熱應(yīng)力分析結(jié)果見圖7.綜合以上分析，用FLUENT軟件建立流固耦合分析模型，得到平板集熱器的最終工作溫度場，然后采用Abaqus軟件計算溫升過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，后續(xù)可以根據(jù)此熱應(yīng)力進行平板集熱器的熱應(yīng)力疲勞分析估算其使用壽命.此方法對于優(yōu)化平板集熱器的設(shè)計有很重要的指導(dǎo)意義.（a）管道主應(yīng)力分布圖（b）平板主應(yīng)力分布圖（c）系統(tǒng)主應(yīng)力分布圖

圖 7平板集熱系統(tǒng)熱應(yīng)力（主應(yīng)力）分布圖

2結(jié)束語

通過列舉幾個比較典型的流固耦合仿真分析方法在一些中小型制造企業(yè)的應(yīng)用，可以看出，在產(chǎn)品的設(shè)計階段就能夠通過計算機流固耦合仿真分析模擬出產(chǎn)品的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中存在的缺陷和問題，并可以給出產(chǎn)品設(shè)計的更改思路.

在產(chǎn)品更新?lián)Q代如此之快的今天，企業(yè)的生存發(fā)展之道就是不斷推陳出新，且生命周期還要很短.該技術(shù)對于以傳統(tǒng)設(shè)計方式為主，產(chǎn)品生命周期長的中小型企業(yè)是一個新的希望.但是，由于該技術(shù)應(yīng)用過程中的軟硬件投入很大，一般中小型企業(yè)無法承受，所以并沒有在中小型企業(yè)中廣泛的應(yīng)用.目前出現(xiàn)一種軟硬件同時租賃使用的新的經(jīng)營模式，能很好的解決這一問題.相信以后流固耦合仿真分析技術(shù)在中小型企業(yè)中的應(yīng)用會更加廣泛.參考文獻：

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[2]郭術(shù)義， 陳舉華. 流固耦合應(yīng)用研究進展[J]. 濟南大學(xué)學(xué)報， 2004， 18（2）： 123126.

篇5

【論文摘要】將虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)領(lǐng)域后對傳統(tǒng)教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學(xué)中如何應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)給出了應(yīng)用方法和體會。

1．引言

自 20世紀(jì) 9O年代以來，以計算機仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現(xiàn)，并逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。作為一種新型的實驗教學(xué)手段，虛擬仿真教學(xué)對傳統(tǒng)的教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊，并引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明，虛擬仿真教學(xué)將是今后實驗教學(xué)改革的一個重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗，探討在航空電子裝備教學(xué)軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和體會。

2．虛擬仿真技術(shù)簡介

虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。

2．1虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形 生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真，它主要用于產(chǎn)品設(shè)計與展示、商業(yè)廣告、游戲設(shè)計等。

在航空電子裝備教學(xué)中，大量用 到對裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ，傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代，因受經(jīng) 費、場地及使用壽命等因素的限制 ，傳統(tǒng)教學(xué)方法 已遠遠不能滿足要求 ，而采 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。

目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發(fā)，主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫 OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ，在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺 ，解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等問題。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 ．同時采用嵌入 OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互問題。

2．2系統(tǒng)仿真技術(shù)

系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科 ．它通過建立實際系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模 型 ，利用計算機運算來達到對被仿真系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對真實系統(tǒng)的內(nèi)在機理、運動方式 的仿真，也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業(yè)部門，并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。

在航空電子裝備教學(xué)中，對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過教員的講述，配合一些靜態(tài)的圖形幫助學(xué)員理解 ．教學(xué)效果主要依賴于教員的授課水平和技巧 。近年來．我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學(xué)中，根據(jù)被仿真裝備的工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài)，對模型進行動態(tài)運行．結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的逼真場景．較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學(xué)軟件不但可供教員教學(xué)使用．也可供學(xué)員自學(xué)，并達到了較好的教學(xué)效果。

目前，有許多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件．如 Simulink、SystemView等，這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎．但價格較為昂貴，且大多未提供對外的仿真數(shù)據(jù)接口．仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當(dāng)然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。

3．虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學(xué)中的應(yīng)用方法和步驟

3．1建立仿真模型

這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ，也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù) 學(xué)模 型。對三維物理模型的建立，主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài)，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時提高逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行取舍和優(yōu)化，本著夠用為度的原則 ，以盡量減小運算量。建立數(shù)學(xué)模型時 ，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。

3．2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動

對于虛擬場景的驅(qū)動，根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式如果進行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)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(qū)動以實現(xiàn)更復(fù)雜的交互操作。

3.3系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學(xué)軟件所需的形式將其有機的整合在一起，使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)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。

系統(tǒng)集成時，還需要將系統(tǒng)行為仿真的結(jié)果通過視景仿真表現(xiàn)出來，即用行為仿真的數(shù)據(jù)來驅(qū)動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)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(tǒng)進程中．因此這種驅(qū)動是通過兩進程間的實時通信來完成的。這里還需要考慮進程間的同步問題。

篇6

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真；項目教學(xué)；工學(xué)結(jié)合；

一、概述

《液壓與氣動技術(shù)》是高職機械類專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課，應(yīng)用性很強，在機械類的各個專業(yè)如機械制造及自動化、機電一體化、數(shù)控等專業(yè)都占有十分重要的地位，是專業(yè)課中的重點課程。這門課程不僅理論性強，而且具有很強的實踐性，與企業(yè)的生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密。

從我國職業(yè)教育的實際出發(fā)，堅持理論聯(lián)系實際，通過課程組成員的國外學(xué)習(xí)和國內(nèi)交流，針對《液壓與氣動技術(shù)》理論與實踐結(jié)合緊密的特點，在實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中逐步引入"項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動"的理念，但是在項目教學(xué)過程中存在一個瓶頸問題：實訓(xùn)資源相對缺乏，加上上課時間可訓(xùn)練的時間有限，限制了同學(xué)們課后實訓(xùn)練習(xí)。

針對這一現(xiàn)實問題，在新一輪的課程建設(shè)中，借助虛擬技術(shù)和三維建模技術(shù)，實現(xiàn)《液壓與氣動技術(shù)》實訓(xùn)教學(xué)資源立體化、動態(tài)化、可視化和網(wǎng)絡(luò)化，建設(shè)虛擬實訓(xùn)環(huán)境，解決了項目教學(xué)過程中實訓(xùn)資源相對缺乏，促進了主動式、協(xié)作式、研究型、自主型學(xué)習(xí)，形成開放、高效的新型實訓(xùn)教學(xué)模式的重要途徑。

二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，為其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支持，使人們的生活、工作和學(xué)習(xí)變得更加快捷和方便。虛擬實訓(xùn)是現(xiàn)代職業(yè)教育中必不可少的一種形式，在教育領(lǐng)域應(yīng)用必將得到進一步的開發(fā)與應(yīng)用。現(xiàn)就國內(nèi)外研究現(xiàn)狀敘述如下：

將虛擬實訓(xùn)運用于運動技能方面的研究由來已久。早在1985年，訓(xùn)練籃球的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)已被開發(fā)。訓(xùn)練者戴上特制的手套和眼鏡，在虛擬的空間里練習(xí)投球。與在真實環(huán)境中相比，在虛擬的空間里練習(xí)投球有其顯著的特點及優(yōu)勢。如模仿真實世界中球的運動軌跡，并控制其運行的速度以適應(yīng)訓(xùn)練者的訓(xùn)練進程。開始時，球下落的速度非常緩慢，以便使訓(xùn)練者看清球運行的路線，找出偏差，調(diào)整自己的動作。隨著訓(xùn)練者投籃準(zhǔn)確率的提高，球速也開始加快，直到球速與現(xiàn)實中的完全相同。最終，訓(xùn)練者掌握了投籃技巧，并且這與在真實的世界里練習(xí)的效果沒有多大區(qū)別。后來美國Michigan大學(xué)虛擬實驗室的學(xué)生開發(fā)了一套運用于足球訓(xùn)練的系統(tǒng)--Virtual Football Trainer。這套系統(tǒng)為使用者提供了一個近乎真實的訓(xùn)練場景，非常適合訓(xùn)練足球隊員的實戰(zhàn)能力。

虛擬實訓(xùn)在國內(nèi)的研究主要集中在高校和職業(yè)院校應(yīng)用。例如，北京航空航天大學(xué)計算機系是最早進行虛擬現(xiàn)實研究、最具權(quán)威的單位之一，研發(fā)了用行員訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實演示系統(tǒng)，研究了虛擬環(huán)境中的物理特性的表示和處理并提出相關(guān)算法和實現(xiàn)方法。北京科技大學(xué)鐘延教授研制的VR-4的汽車駕駛模擬器，模擬仿真各種路況上進行駕駛技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，產(chǎn)生逼真的效果。VR-4可以提供多項教練場的正常條件下無法提供的訓(xùn)練項目，如惡劣天氣

下的訓(xùn)練，跟隨前車的訓(xùn)練等。

三、虛擬實訓(xùn)資源的開發(fā)

實訓(xùn)資源相對缺乏，加上上課時間可訓(xùn)練的時間有限，限制了同學(xué)們課后實訓(xùn)練習(xí)。

因此，在立體化教學(xué)資源的建設(shè)，主要解決實訓(xùn)資源的相對缺乏及如何引導(dǎo)學(xué)生完成實踐任務(wù)，并留有足夠的時間完成各個環(huán)節(jié)的學(xué)生綜合評價問題。

針對項目化的教學(xué)內(nèi)容，通過虛擬技術(shù)Solidworks composer軟件創(chuàng)建虛擬實訓(xùn)資源，借助于多媒體教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)過程。在立體化實訓(xùn)教學(xué)資源的建設(shè)中，為保證與工業(yè)現(xiàn)場的一致性，采用三維建模技術(shù)，按照實際元件的圖紙尺寸建立立體元件庫，結(jié)合實際的實驗平臺建立元件調(diào)用和系統(tǒng)構(gòu)建平臺。三維液壓仿真設(shè)備與真實的YCS-A液壓實驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理完全一樣的功能，可以仿真操作、任意拆裝、任意設(shè)置故障、排除故障，所有的設(shè)備元器件及儀器儀表能夠根據(jù)其相應(yīng)的物理屬性實時做出反應(yīng)，就跟學(xué)生操作真實實驗設(shè)備的效果一樣，達到學(xué)生動手實驗實訓(xùn)的目的。對比現(xiàn)有課程資源主要進行四項轉(zhuǎn)化：

1、二維圖片立體化，改變傳統(tǒng)教學(xué)圖片的展示，將液壓實驗臺和氣壓實驗臺及液壓與氣壓的所有元件通過實地測量，然后借助Solidworks軟件進行建模，渲染，使更加形象、逼真。

2、靜態(tài)過程動態(tài)化，改變液壓和氣壓元件工作過程的靜態(tài)分析，借助Composer軟件對已建好的實驗臺及模型進行拆裝動畫及回路的拆裝及工作原理的動畫，通過機構(gòu)仿真和動畫技術(shù)實現(xiàn)靜態(tài)過程的動態(tài)化，完成二維到三維再到動畫的轉(zhuǎn)換。如圖1所示：

3、系統(tǒng)機構(gòu)可視化，通過Solidworks軟件剖視、透明等技術(shù)，將工作臺及所有的液壓元件的結(jié)構(gòu)及工作過程完全展示，每一個液壓元件都是透明可見，將一些簡單的液壓回路，在虛擬的實驗臺上進行搭建，可以交互操作。如圖2所示：

4、教學(xué)實訓(xùn)資源網(wǎng)絡(luò)化，所有的實訓(xùn)教學(xué)資源均為電子文件，借助于網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)遠程實訓(xùn)教學(xué)和自學(xué)環(huán)節(jié)的虛擬仿真實驗平臺。

四、虛擬實訓(xùn)資源的應(yīng)用推廣

1、運用現(xiàn)代教育技術(shù)，計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)等充分發(fā)揮各種媒體的優(yōu)勢，將各種相互作用、相互聯(lián)系的媒體和資源有機地整合，形成了立體化、網(wǎng)絡(luò)化、精品化教學(xué)實訓(xùn)資源庫。立體化實訓(xùn)教學(xué)資源的實施，深化了校企合作的教學(xué)模式；克服了教材形式的單一性，提高了其實用性，滿足了現(xiàn)代學(xué)習(xí)者個性、自主性和實踐性的要求。既充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，創(chuàng)建了有利于大學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式；

2、教學(xué)實訓(xùn)資源既為教師備課提供了規(guī)范而有彈性的參考，又為教師實施教學(xué)提供了完善便于操作的技術(shù)支持。資源庫的教學(xué)素材豐富且新穎，既增加了教學(xué)的容量，充實、拓寬了教學(xué)內(nèi)容，增強了教學(xué)的時代感，又提供了比較完整的教學(xué)解決方案，最大限度滿足了教學(xué)要求。同時改進了教學(xué)方法和教學(xué)手段，使教學(xué)中抽象、難以理解的內(nèi)容變的生動直觀，達到黑板授課不可比擬的效果，從而突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式。建構(gòu)了有利于大學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式。

3、為學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)平臺。為學(xué)生提供了一個具有科學(xué)性、先進性、易操作的網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境。增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的信息量，有利于學(xué)生課外學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)，使教學(xué)活動實現(xiàn)了從信息的單向（教師對學(xué)生）傳遞向雙向（師生之間）乃至更廣的范圍（生生之間、教師之間、教師與社會之間）交換傳遞的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了交互教學(xué)及人機結(jié)合、師生結(jié)合、課內(nèi)外結(jié)合，大大提高了教學(xué)效率和效果。為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供多樣的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具，有助于啟迪學(xué)生的形象思維，提高學(xué)習(xí)效率。完善教學(xué)實訓(xùn)室的建設(shè)與管理。

五、結(jié)束語

根據(jù)高職教育的培養(yǎng)模式，全面提高學(xué)生素質(zhì)和能力。以信息技術(shù)的有效應(yīng)用為突破口，建設(shè)立體化實訓(xùn)教學(xué)虛擬實訓(xùn)資源，改造提升傳統(tǒng)教學(xué)，加快信息技術(shù)應(yīng)用。大力開發(fā)數(shù)字化專業(yè)教學(xué)資源庫，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，豐富教學(xué)形式、提高教學(xué)效果，促進優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)空間。拓展學(xué)習(xí)時空， 結(jié)成學(xué)習(xí)同盟， 化解學(xué)習(xí)難點，提高學(xué)習(xí)成效。從而推動《液壓與氣動技術(shù)》課程的改革與發(fā)展，為現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)做出貢獻。

參考文獻

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篇7

[關(guān)鍵詞] 輸尿管癌；腔內(nèi)超聲；腹部高頻；聯(lián)合診斷

[中圖分類號] R445.1；R737.13 [文獻標(biāo)識碼] B [文章編號] 1673-9701（2017）16-0090-04

[Abstract] Objective To analyze the combined application of abdominal high frequency and intracavitary ultrasound and its effect on the diagnosis of ureteral carcinoma， so as to provide the references for clinical treatment. Methods 51 patients with ureteral carcinoma who were diagnosed by operation in our hospital from March 2015 to June 2016 were selected as the study subjects. The patients were examined by ultrasound， and the data of ultrasound examination were collected. The values of intracavitary ultrasound， abdominal high frequency and the combined diagnosis were compared. Results All the patients had varying degrees of ureteral dilatation， hydronephrosis and other symptoms. According to the ultrasound diagnosis of ureteral carcinoma， there were atrophy and thinning in renal parenchyma， and ureteral stenosis or interruption at obstruction site. The form of cauliflower was shown from the ureteral mouth at the lower part of the tumor. The majority of the tumor had low echo， and a few had moderate echo. There was no significant difference in the number of diagnosed cases between abdominal high frequency and intracavitary ultrasound（P>0.05）. The diagnosis ratio of combined diagnosis was significantly higher than that of single application of abdominal high frequency and intracavitary ultrasonography（P0.05）. The sensitivity and specificity of the combined diagnosis were significantly higher than those of the other two diagnostic methods（P

[Key words] Ureteral carcinoma； Intracavitary ultrasound； Abdominal high frequency； Combined diagnosis

泌尿系統(tǒng)原發(fā)性輸尿管癌是臨床較為少見的惡性腫瘤之一，多數(shù)在輸尿管下段位置，解剖位置較深，由于輸尿管解剖結(jié)構(gòu)非常特殊，腹部超聲診斷清晰度不高[1]。在臨床診斷中，輸尿管癌臨床表現(xiàn)無特異性，以間歇性無痛性肉眼血尿、腎積水、腰部脹痛為主要表現(xiàn)，部分患者伴隨腰腹部腫脹，隱秘性大[2]，多為單側(cè)發(fā)病，早期診斷難度很大，多數(shù)患者在確診時已經(jīng)處于中晚期，預(yù)后極差。如何提高診斷準(zhǔn)確性有重要價值。為分析腹部高頻與腔內(nèi)超聲聯(lián)合應(yīng)用方法及其診斷輸尿管癌的效果，以我院輸尿管癌患者為研究對象開展研究報道。

1 資料與方法

1.1一般資料

選取我院2015年3月～2016年6月收治手術(shù)病例確診為輸尿管癌患者51例為研究對象，患者臨床出現(xiàn)間歇性無痛性肉眼血尿，年齡46～79歲，平均（59.2±6.3）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：手術(shù)病理確診，臨床癥狀以間歇性無痛性肉眼血尿為主，部分患者伴隨腰痛、下腹痛等。排除標(biāo)準(zhǔn)：膀胱癌、輸尿管結(jié)石。

1.2方法

1.2.1 儀器型號 診斷使用儀器包括超聲診斷儀logic e9、logic vivid e9。

1.2.2 參數(shù)指標(biāo) 高頻探頭頻率6～15 MHz、9 MHz，腔內(nèi)頻率5～9 MHz，腹部探頭頻率3～5 MHz。

1.2.3 檢查方法 患者開展超聲檢查，患者檢查前，適量飲水，充盈膀胱，檢查腎臟內(nèi)是否有積水、輸尿管擴張情況，重點檢查生理狹窄處。所有患者均開展腹部超聲、腔內(nèi)超聲、腹部高頻超聲檢查。（1）腹部超聲檢查：采用超聲診斷儀logic e9，探頭頻率3～5 MHz。（2）腔內(nèi)超聲檢查：腔內(nèi)探頭頻率：5～9 MHz。（3）高頻超聲檢查，高頻探頭頻率6～15 MHz、9 MHz。腹部超聲常規(guī)方法掃查，多探頭多頻率聯(lián)合檢查，發(fā)現(xiàn)輸尿管腔內(nèi)存在異常團塊狀回聲，從而判斷腫瘤的大小、信號、性質(zhì)等。

1.3觀察指標(biāo)

整理患者超聲檢查資料，比較腔內(nèi)超聲、腹部高頻和聯(lián)合診斷價值，記錄腔內(nèi)超聲、腹部高頻、聯(lián)合診斷敏感性、特異性，均以手術(shù)治療病理診斷為標(biāo)準(zhǔn)，敏感性=診斷準(zhǔn)確例數(shù)/真實診斷例數(shù)，特異性=未診斷病例數(shù)/（誤診病例數(shù)+未診斷病例數(shù)）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用 Microsoft Excel建立數(shù)據(jù)庫，用SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)分析。計數(shù)資料采用[n（%）]表示，采用卡方檢驗，以α=0.05作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 診斷結(jié)果分析

輸尿管癌超聲診斷腎實質(zhì)萎縮變薄，梗阻部位輸尿管腔狹窄或者中斷，下段腫瘤部分自輸尿管口呈現(xiàn)菜花狀，多數(shù)腫瘤低回聲（封三圖5），少數(shù)中等回聲。腹部高頻和腔內(nèi)超聲確診病例數(shù)差異不明顯（P>0.05），聯(lián)合診斷確診比例顯著高于腹部高頻和腔內(nèi)超聲單一使用（P

2.2 不同診斷方法敏感性、特異性分析

腹部高頻和腔內(nèi)超聲兩種診斷方法敏感性、特異性均無明顯差異（P>0.05），聯(lián)合診斷敏感性和特異性顯著高于其他兩種診斷方法（P

2.3聯(lián)合診斷病變和誤診病例分析

聯(lián)合診斷結(jié)果顯示，5例無腎盂擴張，所有患者均存在不同程度輸尿管擴張、腎積水等，最小腫瘤體積1.8×1.1×1.1 mm3，最大腫瘤體積4.3×3.1×2.1 mm3，腫瘤直徑與擴張程度無明顯相關(guān)性。6例腫瘤發(fā)生在上段，35例中下段，10例下段。腹部高頻超聲診斷中，患者誤診為輸尿管結(jié)石，后經(jīng)腔內(nèi)超聲聯(lián)合診斷為輸尿管癌，手術(shù)病理證實。

3討論

輸尿管結(jié)構(gòu)包括盆部、腹部以及壁內(nèi)部，位于腹腔后壁、胸椎兩側(cè)，沿著腰大肌向外行走，輸尿管壁內(nèi)部長約1.5 cm，是輸尿管斜穿膀胱壁部分，和盆部相比而言，輸尿管腹部位置較深[3，4]，在這種解剖結(jié)構(gòu)和走行特點下，輸尿管壁內(nèi)部和盆部只能夠采用高頻探頭顯示，輸尿管腹部病灶的位置采用腹部超聲診斷效果更好。

根據(jù)病變侵潤范圍的不同，輸尿管癌臨床病理分期包括四期，A期病變侵犯黏膜下層，B期病變侵潤黏膜下層，還沒有出現(xiàn)輸尿管周圍侵潤，腫瘤病變沿著輸尿管內(nèi)生長，在超聲診斷中能夠觀察到輸尿管結(jié)節(jié)病變，C期病變侵潤到周圍組織，D期病變已經(jīng)侵潤到周圍組織，而且可能表現(xiàn)出遠處轉(zhuǎn)移和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，聲像圖出現(xiàn)腫塊、周圍期間侵潤。有學(xué)者在研究分析中指出，B期、C期以及D期輸尿管癌采用高頻超聲和腔內(nèi)超聲均具有很好的診斷效果，A期輸尿管癌與輸尿管炎性肉芽膿腫存在一定差異，超聲診斷能夠為臨床分期檢查提供一定參考價值[5]。輸尿管癌影像學(xué)診斷中，不同影像學(xué)技術(shù)均有自身的局限性，X線檢查無法顯示正常輸尿管，CT平掃無法顯示輸尿管盆段[6]，尿路造影無法診斷輸尿管病變，而且患者一般不會接受。雖然不少研究指出MRI檢查，能夠多層面顯示輸尿管，但是價格昂貴，而且容易受到增厚腹壁脂肪組織的干擾[7，8]。輸尿管癌采用超聲診斷能夠初步排除膀胱、腎占位性病變，能夠早期發(fā)現(xiàn)輸尿管腫瘤間接征象，而且超聲診斷簡便、快捷。

在本組研究中重點分析腹部高頻和腔內(nèi)超聲診斷價值，腔內(nèi)超聲診斷優(yōu)點在于能夠縮短病灶與探頭的距離感，清晰顯示病灶表現(xiàn)[9]，同時能夠避免患者腹壁脂肪的干擾，減少偽影的出現(xiàn)，比較適合身體虛弱、難以接受頻繁檢查的老年患者。另外腔內(nèi)超聲頻率較大，分辨力較高，能夠清晰顯示病變范圍[10，11]、病灶血流特點，能夠滿足臨床需求。在診斷中針對存在不明原因單側(cè)腎積水、血尿等，采用腹部低頻超聲能夠診斷，盡早發(fā)現(xiàn)輸尿管腔內(nèi)占位病變[12]，但是聲像圖如果顯示輸尿管實質(zhì)腫塊，低頻超聲診斷就容易受到多種因素影響，難以發(fā)現(xiàn)腫塊。高頻超聲能夠克服以上缺點，清晰顯示終端輸尿管腔內(nèi)腫塊，而且能夠判斷腫瘤的性質(zhì)。聲像學(xué)表現(xiàn)為腎集合系統(tǒng)分離，最終腎盂，在聲像學(xué)上能夠看到條狀無回聲區(qū)域，腫瘤區(qū)域有低回聲團塊，邊界不清晰，能夠探測到高阻力勇鲅躚流頻譜。其他研究中有學(xué)者采用腔內(nèi)彩超診斷輸尿管腫瘤[13，14]，可見同側(cè)腎積水，輸尿管梗阻，部分患者伴隨其他泌尿系統(tǒng)腫瘤，同側(cè)盆腔淋巴結(jié)腫大等。研究結(jié)果顯示輸尿管癌超聲診斷腎實質(zhì)萎縮變薄，梗阻部位輸尿管腔狹窄或者中斷，下段腫瘤部分自輸尿管口呈現(xiàn)菜花狀，多數(shù)腫瘤低回聲，少數(shù)中等回聲。腹部高頻和腔內(nèi)超聲確診病例數(shù)差異不明顯（P>0.05），聯(lián)合診斷確診比例顯著高于腹部高頻和腔內(nèi)超聲單一使用（P0.05），聯(lián)合診斷敏感性和特異性顯著高于其他兩種診斷方法（P

輸尿管癌超聲診斷中需要做好鑒別診斷工作。位于輸尿管開口的膀胱癌與輸尿管癌臨床表現(xiàn)類似[18]，如果輸尿管腫瘤合并輸尿管積水?dāng)U張，可以考慮屬于輸尿管腫瘤，在其他研究中，也有研究報道指出宮頸癌切除術(shù)后，膀胱壁局部增厚，輸尿管下段管腔可見實質(zhì)樣低回聲，考慮是膀胱癌引起，侵犯到輸尿管。輸尿管腫瘤也有部分發(fā)生于中下段[19]，壓迫輸尿管導(dǎo)致管腔狹窄，容易與輸尿管周圍腫瘤相混淆，可以通過高頻探頭相鑒別診斷。在超聲診斷中，輸尿管上端容易受到腸道氣體的影響， 圖像質(zhì)量不佳，回聲不強[20，21]，很容易與輸尿管結(jié)石相混淆，在臨床超聲診斷中，叮囑患者口服甘露醇，減少誤診。輸尿管結(jié)石容易引起炎性病變，表現(xiàn)為輸尿管管壁增厚，聲像學(xué)表現(xiàn)與A期病變相一致，在診斷中還需要結(jié)合患者病情診斷。

在研究中輸尿管癌存在漏診情況，考慮與以下因素有關(guān)：（1）部分超聲醫(yī)師對于輸尿管癌認識不足，沒有聯(lián)合采用多種探頭檢查辦法；（2）腹部超聲技術(shù)不高，尤其是經(jīng)引導(dǎo)超聲檢查，需要右手持探頭，左手按壓下腹部推開腸管干擾；（3）針對存在典型臨床癥狀的輸尿管擴張，沒有及時開展追蹤掃查。當(dāng)前A期和B期輸尿管癌與輸尿管息肉還存在很大診斷難度，有待尋找更多鑒別診斷依據(jù)。

總之，腹部高頻與腔內(nèi)超聲聯(lián)合診斷輸尿管癌準(zhǔn)確性更高，比常規(guī)腹部探頭檢查更加具有應(yīng)用價值。

[⒖嘉南]

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篇8

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：計算機技術(shù) 虛擬現(xiàn)實 計算機仿真技術(shù)

一、計算機仿真發(fā)展歷史

仿真模擬方法可以追溯到1773年，法國科學(xué)家用仿真模擬的方法做物理實驗，然而，第一個用這種方法做隨機試驗的人也許是美國統(tǒng)計學(xué)家E.L De forest，那是在1876年。比較早而且著名的蒙特卡羅方法使用者是W.S.Gosseet。他在1908年以”Student”為筆名時，使用了蒙特卡羅方法來證明他的t分步法；盡管蒙特卡羅法起源于1876年，但是直到約75年后，它才命名為蒙特卡羅法。其原因是直到數(shù)字計算機出現(xiàn)以前，這種方法在許多重要問題上不能運用。從1946年到1952年數(shù)字計算機在一些科研機構(gòu)得到發(fā)展。

與今天的計算機相比，早期的計算機預(yù)算速度慢且不能存儲任何東西?，F(xiàn)在可并行計算機已成主流。自計算機誕生以來，性能的提高，幾乎是每四五年提高100倍，每十年提高1萬倍的速度持續(xù)發(fā)展著。

二、仿真的定義和分類

1.仿真定義

計算機仿真技術(shù)是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。

仿真是在數(shù)字計算機上進行實驗的數(shù)字化技術(shù)，它包括數(shù)字與邏輯模型的某些模式，這些模型描述某一事件和經(jīng)濟系統(tǒng)，在若干周期內(nèi)的特征。

系統(tǒng)仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計算機和其它專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假想的系統(tǒng)進行試驗，并借助于專家經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對實驗結(jié)果進行分析研究，進而作出決策的一門綜合性的和試驗性的學(xué)科。

三、需求牽引 技術(shù)推動

相互推動

計算機技術(shù)作為一個獨立的研究領(lǐng)域已有多年的歷史，計算機仿真技術(shù)隨著計算機科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，除了本身日趨成熟，并且或得了廣泛運用外，目前正面臨挑戰(zhàn)。

“需求牽引、技術(shù)推動“是促使計算機仿真技術(shù)在近年內(nèi)去得飛速發(fā)展的重要。計算機仿真的形成是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的結(jié)果。

計算機仿真技術(shù)首先可以以高效地處理科學(xué)數(shù)據(jù)和解釋科學(xué)數(shù)據(jù)。其次，計算機仿真技術(shù)豐富了信息交流手段。

計算機仿真技術(shù)的形成推動工業(yè)發(fā)展、提高工業(yè)競爭能力的需要。

四、仿真軟件

仿真軟件的應(yīng)用和定義

仿真建模軟件系統(tǒng)，是為科研人員進行仿真實驗提供支持的系統(tǒng)。如果在計算機上進行仿真實驗必做一場軍事演習(xí)，那么科研人員就是這場軍事演習(xí)的指揮官，仿真建模系統(tǒng)則為這場演習(xí)提供場地和手段。他能為指揮官加工信息、預(yù)計結(jié)果和進行輔助決策。其用途非常廣泛，經(jīng)濟價值極高。仿真軟件是一項面向仿真用途的專用軟件，他的特點是面向用戶、面向問題。仿真軟件一般是由模型和描述語言、翻譯程序、使用程序、算法庫、函數(shù)庫、模型庫、運行控制程序等組成。應(yīng)具有建模、運行控制、結(jié)果處理以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫等組成。

五、計算機仿真的基本理論

計算機仿真是由系統(tǒng)工程、現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計算機技術(shù)相結(jié)合的新型學(xué)科。

計算機仿真是一種科學(xué)方法，科學(xué)研究通常有三種途徑：理論推導(dǎo)、科學(xué)實驗和仿真模擬。

計算機與數(shù)學(xué)學(xué)科的相互作用促進了進算計技術(shù)的發(fā)展。在本質(zhì)上數(shù)學(xué)是計算機的靈魂。

在計算機仿真技術(shù)中引入人工智能技術(shù)，能夠優(yōu)化系統(tǒng)，做到有優(yōu)化機制自動修改系統(tǒng)參數(shù)，并啟動仿真模塊，最終獲得最優(yōu)解，但在離散事件系統(tǒng)仿真重這種機制還處于研究階段。

新技術(shù)的研究開發(fā)、利用，大大提高計算機的仿真軟件的功能與性能，解決計算機仿真系統(tǒng)開發(fā)的軟件瓶頸問題。隨著以智能化、集成化、自動化、并行化、開放化以及自然化、為標(biāo)志的計算機仿真軟件新技術(shù)的深入研究、開發(fā)、利用，不僅是仿真軟件的功能與性能迅速提高，而且有可能從根本上解決仿真軟件生產(chǎn)率低下的問題。結(jié)合軟件工程實踐，探討軟件理論，有可能從理論弄清楚軟件開發(fā)的復(fù)雜度，進而采取有效的測試進行控制，從理論與實踐兩方面解決計算機仿真系統(tǒng)開發(fā)的軟件瓶頸問題。

六、計算機仿真技術(shù)的支撐技術(shù)

計算機仿真技術(shù)的支撐技術(shù)主要有分布式計算機仿真技術(shù)、協(xié)同式計算機仿真技術(shù)、沉浸式計算機仿真技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境計算機仿真技術(shù)。

計算機仿真技術(shù)分布式，既是由于數(shù)據(jù)分布的需要，也是應(yīng)用分布式計算環(huán)境進行并行計算，以達到實時顯示目的的重要手段，分布式計算平臺有互聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)機組成，包括高性能的SMP和DSM多處理器、工作站/PC機機群系統(tǒng)。

來自不同地區(qū)、不同學(xué)科的學(xué)者過去式通過出差或開會等方式進行交流的，現(xiàn)在，隨著高速網(wǎng)絡(luò)投入使用，采用多媒體技術(shù)支持下是、的CSCW技術(shù)可以達到快捷、高效協(xié)同工作的目的。

計算機仿真技術(shù)采用傳統(tǒng)上為虛擬環(huán)境所裝用的投影式顯示設(shè)備，標(biāo)志著這兩個研究方向融合的發(fā)展趨勢。由于沉浸式顯示設(shè)備能使用戶獲得臨場感，更有利于用戶獲得對數(shù)據(jù)的直觀感受，有助于結(jié)果的分析。

七、仿真系統(tǒng)的作用和意義

隨著軍事和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，仿真已成各種復(fù)雜系統(tǒng)研制工作的一種比不可少的手段。尤其是在航空航天領(lǐng)域，仿真即使已是飛行器和衛(wèi)星運載工具研制必不可少的手段。在研制、堅定、和定形全過程必須全面的應(yīng)用先進的仿真技術(shù)。否則，任何新型的、先進的飛行器和運載工具的研制都將是不可能的。

計算機仿真技術(shù)在軍事的應(yīng)用是很廣泛的，如運用交戰(zhàn)模型進行的計算機仿真，新型武器裝備發(fā)展過程中的仿真、部隊作戰(zhàn)訓(xùn)練方面的仿真、高層論證和規(guī)劃計劃中的仿真、軍事作戰(zhàn)理論和學(xué)術(shù)研究中的仿真、作戰(zhàn)指揮和戰(zhàn)爭計劃中的仿真，以及戰(zhàn)后后勤保障的仿真等。

參考文獻

篇9

【關(guān)鍵詞】城市仿真；應(yīng)用系統(tǒng)；城市規(guī)劃

一、引言

Bill Gates認為：“在當(dāng)今世界，一座城市如果不跟蹤最新觀念，將技術(shù)運用到極限，明天它就可能成為一座鬼城?！?近年來，伴隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化潮流已是全球經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，建立在城市信息化平臺上的虛擬銀行、虛擬商務(wù)、虛擬政府、虛擬學(xué)校、虛擬影劇院、虛擬旅游、虛擬醫(yī)院等已紛紛出現(xiàn)。由于城市的各個子系統(tǒng)都可以在計算機中直觀地發(fā)映出來，從而可以很方便地對城市的物流、人流、信息流進行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先進的計算機技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)代城市本身的數(shù)字化，是城市管理者、規(guī)劃部門、企業(yè)、城市居民所共同關(guān)心的問題，而城市仿真技術(shù)作為數(shù)字城市的支撐技術(shù)之一，也成為當(dāng)前的研究熱點。

二、城市仿真技術(shù)簡介

2.1什么是城市仿真

城市仿真(Urban Simulation)對大多數(shù)人來說，還是一個比較陌生的概念。簡單來說，“城市仿真”就是將“虛擬現(xiàn)實”技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計等領(lǐng)域。近幾年，城市仿真在國內(nèi)外已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、大面積三維地形仿真等特性，都是傳統(tǒng)方式所無法比擬的。

2.2與傳統(tǒng)方法的比較

傳統(tǒng)的規(guī)劃、建筑設(shè)計表現(xiàn)方法基本包括以下4種：人工手繪、建筑微縮模型、建筑效果圖和三維動畫。其中，人工手繪（或非真實渲染-NPR）只是偶爾作為點綴用在早期的概念設(shè)計中。建筑效果圖、三維動畫、建筑微縮模型是目前廣泛采用的三種方式。由于其市場的成熟，單做其中某一個或幾個方面即可支撐一個中型公司(100人以下)的發(fā)展。

這三種方法雖然流行，但它們各自的不足還是很明顯的。制作建筑微縮模型需要經(jīng)過大比例尺縮小，因此只能獲得建筑的鳥瞰形象，無法以正常人的視角來感受建筑空間，無法獲得在未來建筑中人的真正感受；常用的效果圖表現(xiàn)也只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗；三維動畫雖然有較強的動態(tài)三維表現(xiàn)力，但不具備實時的交互性，人是被動的，而且對方案的修改以及觀察路線的變化需要重新計算，幾天甚至幾周后才能看到結(jié)果。

而在城市仿真應(yīng)用中，人們能夠在一個虛擬的三維環(huán)境中，用動態(tài)交互的方式對未來的建筑或城區(qū)進行身臨其境的全方位的審視：可以從任意角度、距離和精細程度觀察場景；可以選擇并自由切換多種運動模式，如：行走、駕駛、飛翔等，并可以自由控制瀏覽的路線。而且，在漫游過程中，還可以實現(xiàn)多種設(shè)計方案、多種環(huán)境效果的實時切換比較。這是傳統(tǒng)的建筑效果圖和預(yù)渲染回放的三維動畫所無法達到的。

2.3城市仿真技術(shù)的重點

1、在一定軟硬件的基礎(chǔ)之上，創(chuàng)建盡可能真實的場景

在城市仿真中，場景的真實感是最為關(guān)鍵的一個因素。而如前面已提到過的，由于實時三維渲染的要求及硬件顯示能力的限制，場景的復(fù)雜程度不能太高。同時，由于實時仿真技術(shù)的限制，一些比較費時的渲染選項，如動態(tài)陰影、Bump map等實現(xiàn)起來還有一定困難。這些都會直接影響場景的真實感。

在硬件渲染能力的限制下，為創(chuàng)建盡可能真實的場景，一方面需要發(fā)掘各種軟件的功能，進行優(yōu)化組合；另一方面，要發(fā)展更為高級的算法，如程序幾何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。

但“發(fā)展算法”不是一件簡單的事，非個人所能為，只能是由某家公司開發(fā)出相應(yīng)的軟件，我們再來應(yīng)用。所以，從一般的制作者而言，要創(chuàng)建真實場景還是在于充分利用各種已存在的軟件工具。從實際的開發(fā)經(jīng)驗來看，主要有以下幾種軟件：

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實時三維模型創(chuàng)建軟件：Multigen Creator；

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紋理處理軟件：Photoshop

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實時場景管理/驅(qū)動軟件：Vega

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輔助軟件：

建模方面可以用3DsMax/Maya輔助，Maya有免費的flt文件(Multigen Creator格式文件)輸入/輸出插件，3DsMax則要通過Okino Polytrans軟件來進行格式轉(zhuǎn)換；

在三維紋理貼圖方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV輔助；

在燈光效果貼圖方面，可用Lightscape；

AutoCAD用于接收用戶原始DWG文件，預(yù)覽并輸出DXF。

在項目之初，就要詳細規(guī)劃、分配任務(wù)，根據(jù)任務(wù)思考如何充分利用上述各種軟件達到最終效果。除了從這幾個方面著手以外，我們所能期待的就只能是計算機硬件顯卡能力的迅速提高了。

2、在三維漫游的基礎(chǔ)之上，開拓新功能

不滿足于僅僅簡單的三維場景漫游，在此基礎(chǔ)之上進行人機互動效果的開發(fā)，并和用戶應(yīng)用緊密結(jié)合，如在Vega/VC下開發(fā)數(shù)據(jù)庫點擊查詢、三維/二維結(jié)合、多媒體結(jié)合、3D GIS(地理信息系統(tǒng))等。 三、城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)與城市規(guī)劃

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計，在規(guī)劃的各個階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計者、城市建設(shè)管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。城市仿真技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運用城市仿真技術(shù)建立的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾在一個統(tǒng)一的平臺上，可從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。

3.1城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計、方案評估、領(lǐng)導(dǎo)決策、規(guī)劃審批、市民公示、宣傳展示及招商等各方面。

3.2城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的特點

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仿真的虛擬環(huán)境:

類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項目進行真實的“再現(xiàn)”。但是城市仿真技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴(yán)格意義上來說屬于一種演示作品。

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多方式、運動中感受城市空間：

在城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)中，可以全方位，多種樣式（步行、驅(qū)車、飛行、UFO等），完全由用戶自由控制在場景中漫游。城市仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動畫最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動畫的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場景；而城市仿真技術(shù)可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設(shè)計缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質(zhì)量。

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實時多方案比較：

運用城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計意圖通過城市仿真技術(shù)實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶作出決定。從而大大加快了方案設(shè)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。

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三維空間信息交流：

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數(shù)據(jù)接口與GIS信息相結(jié)合，從而可以在實時的虛擬環(huán)境中隨時獲取項目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)、報批、管理等需要。此外，城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實現(xiàn)對三維空間數(shù)據(jù)的遠程操作。

3.3城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的功用

一套完善的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)能夠很好的展示城市規(guī)劃、宣傳城市建設(shè)、提升城市形象。系統(tǒng)根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對城市的未來規(guī)劃，將城市的過去、現(xiàn)在和將來任意時間的情況展示在規(guī)劃設(shè)計者、政府決策者、投資開發(fā)者和普通市民面前。系統(tǒng)首先根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對城市的規(guī)劃資料完成城市的設(shè)計，然后該系統(tǒng)的交互控制軟件可以幫助使用者從不同角度遍歷城市的各個部分，幫助有關(guān)人員作出決策。

提高項目管理能力和效率

規(guī)劃部門使用城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，可以使方案評估更為準(zhǔn)確、公正和快捷。另外，如果系統(tǒng)中需要增加新的項目，或其中的項目遇到方案修改，可以隨時導(dǎo)入或更新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并且可供日后存檔，極大地方便了政府規(guī)劃管理部門的管理工作，提高了效率，節(jié)省了成本。

提高公眾參與度和部門協(xié)同作業(yè)

由于城市仿真技術(shù)打破了專業(yè)人士和非專業(yè)人士之間的溝通障礙，使得各部門能夠在統(tǒng)一的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)平臺下進行交流，能更好的理解設(shè)計方的思路和各方的意見，能更快的找到問題、達成共識和解決一些設(shè)計中存在的缺陷。

提高方案設(shè)計和修正的效率

通過城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意對設(shè)計方案進行修改，改變用地布局，改變建筑高度，改變綠化密度，改變外立面的顏色……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)就可以輕松實現(xiàn)，大大加快了方案設(shè)計的速度和質(zhì)量。

提高展示和城市形象宣傳的效果

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的沉浸感和交互性不但能夠讓用戶獲得身臨其境的體驗，同時還能隨時獲取項目的相關(guān)數(shù)據(jù)資料。對于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項目，在項目方案設(shè)計過程中，城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當(dāng)項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。

四、結(jié)語

篇10

關(guān)鍵詞: OpenGL，三維模型，系統(tǒng)仿真

Abstract: this paper introduces the concept of system simulation and OGL in establishing the function characteristic of the simulation model, and the simulation system, and the application of the simulation system based on subject development, very good that the established with OpenGL simulation model is convenient, easy to control the modeling, etc.

Keywords: OpenGL, 3 d model, the system simulation

中圖分類號：TU74文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

1、引言

系統(tǒng)仿真是近30 年在系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)識別、控制理論、計算技術(shù)和控制工程等多種技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性很強的新興技術(shù)。計算機系統(tǒng)仿真就是，以計算機為工具，以相似原理、仿真技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。從計算機系統(tǒng)仿真的定義可以看出，計算機系統(tǒng)仿真包含了三個方面的信息（三要素）：系統(tǒng)、模型、計算機，而聯(lián)系著它們?nèi)咧g的基本活動是：系統(tǒng)模型建立、仿真模型建立、仿真試驗。

“系統(tǒng)”是指被研究的對象，任何事物都不是孤立地存在著的。因此，仿真研究的對象也不可避免地與其周圍的環(huán)境之間存在著相互聯(lián)系。建立系統(tǒng)模型就是要把待研究的系統(tǒng)從周圍的環(huán)境中界定出來，并把它描述成數(shù)學(xué)模型。建立被研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 就是為了能用計算機語言實現(xiàn)。從數(shù)學(xué)模型到仿真模型的轉(zhuǎn)換過程，就是仿真模型建立。只有經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的仿真模型才能為計算機識別并運行。綜上所述，建立仿真模型是系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵一環(huán)，選擇什么工具來建模也顯的由為重要。在這里就我們的課題，工業(yè)機器人動態(tài)仿真選用的工具OpenGL來探討。

2、 OpenGL 的功能特點

OpenGL 是SGI 公司推出的三維圖形庫（GL），它表現(xiàn)突出，易于使用而且功能強大。利用GL開發(fā)出來的三維應(yīng)用軟件頗受許多專業(yè)技術(shù)人員的喜愛，隨著計算機技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，GL 已經(jīng)進一步發(fā)展成為OpenGL，OpenGL 已被認為是高性能圖形和交互式視景處理的標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL最大的特點首先是與硬件無關(guān)，可以在不同的平臺上得于實現(xiàn)，用OpenGL編制的程序，可以隨心所欲的控制三維模型，由于OpenGL同時提供了顏色緩存、模板緩存、深度緩存、累積緩存等基于雙緩存技術(shù)的動畫操作函數(shù)，因而可以實現(xiàn)實時的虛擬仿真。其次是建模方便，OpenGL不僅提供基本的三維幾何像素生成函數(shù)，而且提供了大量的點、線、面以及曲線曲面等基本圖元操作函數(shù)，可以構(gòu)建相當(dāng)復(fù)雜的幾何造型。第三個特點是高度的真實感顯示，由于OpenGL 提供了大量的著色、光照、景深、陰影、混合、消隱、反走樣、明暗處理、圖像處理、紋理映像、深度檢測等功能函數(shù)，保證了三維仿真圖形顯示具有高度的真實感。第四OpenGL 具有出色的編程特性，OpenGL 體系結(jié)構(gòu)評審委員會獨立地負責(zé)OpenGL規(guī)范，使之具有通分的獨立性。程序的通用性和可移植性。由于OpenGL可以集成到各種標(biāo)準(zhǔn)視窗和操作系統(tǒng)中，因此基于OpenGL的三維仿真程序有良好的通用性和可移植性。最后是應(yīng)用廣泛，Microsoft 、SGI、IBM、SUN、HP 等都采用OpenGL作為三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，許多其它軟件商也紛紛以O(shè)penGL作為基礎(chǔ)來開發(fā)自己的產(chǎn)品，目前已成為高質(zhì)量三維圖形的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 。

3、OpenGL 在仿真中的應(yīng)用

以上的優(yōu)點決定了OpenGL在建立仿真模型時的優(yōu)越性，我們在建立多自由度工業(yè)機器人模型時選用了OpenGL。

3.1 工作過程

OpenGL的指令的解釋模型是客戶/服務(wù)器模式，既客戶(試圖用 OpenGL進行繪制工作的應(yīng)用程序)向服務(wù)器(OpenGL的內(nèi)核)命令，這些OpenGL命令由服務(wù)器來解釋?；诳蛻?服務(wù)器模式，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下很容易使用OpenGL，且在不同計算機上的多個客戶可以得到在其它計算機上服務(wù)器的服務(wù)。這樣OpenGL就具有網(wǎng)絡(luò)透明性。

OpenGL的庫函數(shù)被封裝在Openg132.dll動態(tài)鏈接庫中，從客戶應(yīng)用程序的對OpenGL函數(shù)的調(diào)用首先被Opengl32處理，在傳給服務(wù)器后，被Winsrv.dll進一步進行處理，然后傳遞給DDI(Divice Driver Interface)，最后傳遞給視屏驅(qū)動程序。

3.2建立的仿真模型

由于機器人是一個復(fù)雜的物體，為了建模的方便，有必要把它分解為一個個圖形模塊。然后把模塊集成起來，組成整個機器人模型，同時我們知道工業(yè)機器人大體上是由機座，關(guān)節(jié)和桿件聯(lián)接組成，據(jù)于此我們設(shè)置了如下三個圖形

模塊函數(shù)：

（1）基座模塊函數(shù)

（2）桿件模塊函數(shù)

（3）關(guān)節(jié)模塊函數(shù)

各個模塊按不同的順序進行組合,經(jīng)過大量的平移和旋轉(zhuǎn)，然后渲染就能得到效果圖。

我們可以進行多自由度工業(yè)機器人的運動分析和動力分析，相對簡化了工業(yè)機器人的開發(fā)過程，降低開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期。

參考文獻

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