導語：如何才能寫好一篇虛擬仿真技術方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：電纜虛擬布線；安裝仿真技術

電纜是機電產(chǎn)品的重要組成部分，電纜的布局直接影響著機電產(chǎn)品的散熱性能、抗震性能以及電磁兼容性能，如果電纜的布局不合理，那么機電產(chǎn)品在工作的過程中常常會出現(xiàn)搖擺的情況，端頭也會出現(xiàn)脫落和松動，直接造成機電產(chǎn)品在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)安全隱患，因此，電纜的布線已經(jīng)成為機電產(chǎn)品布局和設計中的重點問題，傳統(tǒng)機電產(chǎn)品電纜的布線一般使用柔性線纜和膠布進行，在布局前會對產(chǎn)品的實物做好模擬實驗，以便確定好電纜的長度、路徑以及卡箍的位置。但是，由于傳統(tǒng)的模擬布線方法屬于串行設計的方法，必須在實物建立完成之后才可以進行布線，且這種布線方法布線的效率低，需要進行反復的修改才能夠確定，產(chǎn)品的設計問題往往在模擬試驗的階段才能夠暴露出來，也難以對整個布局進行整體的規(guī)劃，產(chǎn)品的開發(fā)周期長、開發(fā)成本高，因此，繼續(xù)探討一種新型的布線方法，虛擬樣機技術就是一種基于智能技術、仿真工程以及網(wǎng)絡化的陷阱設計手段，可以才產(chǎn)品加工前對產(chǎn)品的功能、此女崗位、性能以及可制造性進行科學的預測，以便對設計方案進行優(yōu)化和評估，從而達到最優(yōu)設計目標。將虛擬技術用在電纜布線的設計過程中，可以在開發(fā)初期就得到需要的各種信息，就對布線的結果進行檢驗，下面就對電纜虛擬布線以及安裝仿真技術進行研究。

1 電纜虛擬布線技術

電纜虛擬布線即在機電產(chǎn)品中，用電氣系統(tǒng)需求作為性能約束、用剛性組件裝配模型作為空間約束，合理的對電纜進行分叉和合并，正確的規(guī)劃卡箍以及電纜路徑的位置，計算出電纜的重量、長度等布線信息，為實際的工程安裝提供科學合理的指導。電纜虛擬布線技術是一種綜合性很強的設計技術，涉及著幾何建模技術等，還要對電纜的對象模型進行建模，規(guī)劃好電纜的起點、終點以及路徑，在電纜虛擬布線技術中，電纜路徑的規(guī)劃是其中的核心技術，也是電纜虛擬布線技術中研究的關鍵問題。

1.1 布線思路

現(xiàn)階段下的布線方法有兩種，即人工智能布線和人機交互布線的方法，人工智能布線代表方法是Conru自動化布線法，這種布線方法可以在空間約束下進行電纜路徑的自動搜索，布線的準確率較高，但是這種布線方法仍然有一定的局限性，突出表現(xiàn)就是性能約束難以實現(xiàn)，布線成功率不高，布線結果誤差大。布線的目的就是為了對電纜路徑進行科學合理的規(guī)劃，從而獲取關于電纜重量以及長度的信息，人工智能方法在這些方面還存在一些局限性，因此，現(xiàn)階段下使用人機交互的布線方法進行布線。

1.2 電纜幾何建模

電纜幾何建模即電纜數(shù)學模型的建立，并將建立起來的模型利用現(xiàn)代可視化手段、計算機圖形技術將數(shù)學模型轉化為三維模型，電纜是具有界面信息的曲線，因此需要使用能量優(yōu)化的方式進行幾何建模，電纜幾何建模需要滿足幾個要求：

電纜幾何模型必須可以近似的反映出電纜的形態(tài)，這種形態(tài)包括物理特性以及幾個特性，此外，幾何建模還需要具備一定的精度。

電纜的長度不宜過長，由于機電產(chǎn)品中布線的空間相對較小，因此，在滿足實際需求的情況下，電纜的長度要盡量短，以便滿足機電產(chǎn)品的經(jīng)濟性原則。

幾何模型的建立應該保證電纜的變形能較小，從力學的角度而言，最小性能的物體可以處在穩(wěn)定狀態(tài)，這樣就可以在很大程度上延長電纜的壽命，提高電纜工作的可靠性。

幾何模型的建立必須要滿足電纜最小彎曲半徑，電纜在實際的工作條件下，大多會有最小彎曲半徑的需求，即電纜的幾何模型必須要滿足彎曲半徑且大于電氣系統(tǒng)的最小彎曲半徑。

1.3 虛擬布線中的對象模型

1.3.1 剛性組件裝配模型

剛性組件就是產(chǎn)品中除了卡箍、電纜等組件以外的剛性部件，包括電氣元器件以及機械零部件兩種，剛性組件裝配模型的信息包括零件信息、裝配關系信息以及層次關系信息三種，零件信息就是剛性組件的工程設計屬性、物理屬性、電氣元部件與機械零部件之間的約束關系；裝配關系信息就是產(chǎn)品裝配模型中的各種電氣元器件、機械零部件的相對位置和方向關系；層次關系信息就是產(chǎn)品虛擬樣機的轉配結構。

1.3.2 電纜路徑的規(guī)劃準則

電纜路徑的規(guī)劃涉及這多種學科，在實際的規(guī)劃過程中，需要遵循以下的原則：

在電纜的布局過程中必須要考慮到電磁的散熱、兼容、抗震以及拆裝與維修是否方面，在滿足系統(tǒng)需求的前提之下，電纜的長度要盡量短，避免電纜的往返穿越，同時，信號電纜與電源電纜之間要避免距離過近和發(fā)生交叉的情況，如果必須要有交叉，相互之間要保持垂直。

電纜應該遠離設備內(nèi)部的部件以及發(fā)熱元件，且電纜不能應先冷卻風道，同時，電纜路徑的設置好綜合裝配工藝進行考慮，保證電纜的長度和路徑要滿足產(chǎn)品的可裝配性。

2 電纜的安裝仿真技術

在產(chǎn)品的設計過程中，設計的失誤的影響較大，設計中的問題常常會在整個產(chǎn)品的裝配階段中才會暴露，這就會導致開發(fā)成本增加，因此，為了較早的檢查出電纜設計的合理性，可以將虛擬裝配技術應用到電纜的安裝方針過程中。

2.1 電纜運動學建模技術

電纜組件在其安裝過程中不僅存在形狀的變化，也存在位置的變化，因此，可以采用逆運動學法進行建模，在實際的建模過程中，需要對裝配件進行完全拆卸，在拆卸過程中，要遵循以下原則：

2.1.1 自由平面的規(guī)則

自由平面就是在裝配單元中，留有具有自由平面的候選件，在拆卸的過程中，需要根據(jù)自由平面法線原則進行拆卸，這種規(guī)則可以將深層次的裝配單元過濾。

2.1.2 線性自由的原則

作為裝配單元，需要具備一定的線性自由度，線性自由度可以保證候選件從裝配單元中拆卸出來。

2.1.3 拆卸測試規(guī)則

拆卸測試規(guī)則可以保證候選件的拆卸可能性，實現(xiàn)具備相互運動趨勢兩個裝配單元之間的可拆卸性。

2.2 裝配序列的優(yōu)化

對于產(chǎn)品的裝配問題，除了要考慮裝配的可行性，還要考慮到裝配的成本、裝配的精度以及裝配的工時，對于復雜機電產(chǎn)品的裝配，裝配的順序變化較多，但是并不是所有的順序都適宜產(chǎn)品的開發(fā)，因此，必須要對裝配的序列進行優(yōu)化?？紤]到基準件的選取原則，一般建議選擇體積大、重量中、重心位置低，可以用于輔助定位的零件最為基準件，同時，在裝配過程中應該從同一方向進行裝配，控制好定向的次數(shù)，減少消耗的時間，此外，從工程學的角度而言，剛性組件和電纜組件的交叉裝配常常發(fā)生，但是前者的裝配技術更加成熟，因此，在裝配過程中要盡量減少交叉的程度，具體的安裝過程應該遵循先拆后裝的原則，當然，具體的產(chǎn)品對于裝配序列有著不同的要求，因此，還要綜合考慮其實際要求。

參考文獻

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【關鍵詞】虛擬仿真技術建筑工程工程施工

中圖分類號：TU198文獻標識碼： A

工程建筑的信息技術研究與開發(fā)，包括工程信息化技術和括管理信息化技術。在建筑工程生產(chǎn)的過程中加強信息化技術的開發(fā)，不僅可以提高工程建筑的生產(chǎn)效率，還可以有效提高工程的生產(chǎn)力，提高建筑企業(yè)的管理水平。從建筑企業(yè)施工應用的需要，結合信息化技術的發(fā)展，對虛擬仿真技術實際應用于工程建筑施工中的現(xiàn)狀進行分析。

一、虛擬仿真技術概述

仿真是基礎學科，通過對理論和相似原理及模型、信息等相關技術作為基礎，借助計算機設備作為工具，進行實際的或者設想的動態(tài)的綜合實驗技術研究。有著可控性和無損壞性等優(yōu)勢，而且耗費小，可以多次重復試驗，具有強大的生命力與潛力，是目前比較經(jīng)濟有效的綜合技術集成法，可以推動科學技術的進步與發(fā)展[1]。

仿真是系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，通過對模型的試驗與研究，進行各種技術的設計，系統(tǒng)的創(chuàng)建可以是機械、土木、電子等類型，也可能是社會、經(jīng)濟與管理非技術的系統(tǒng)類型。虛擬仿真技術已實現(xiàn)了深入的研究也發(fā)展，并且和控制、系統(tǒng)及計算機的發(fā)展有著十分密切的關系?？刂?、系統(tǒng)等工程技術的發(fā)展推動了虛擬仿真技術發(fā)展的腳步，計算機技術則為仿真技術的實現(xiàn)提供了基礎的工具和表現(xiàn)方法。

仿真模型可以類似預測器，通過系統(tǒng)的運行，為用戶提供系統(tǒng)運行的信息與資料，使用戶更好的進行項目的更改與決策實施效果分析。仿真模型就是一種訓練器，通過系統(tǒng)的操縱，實現(xiàn)對技術人員或者管理人員的控制。尤其應用于建筑工程領域，虛擬仿真技術能大幅度降低系統(tǒng)研制的成本，使系統(tǒng)保證安全、可靠的運行[2]。

二、建筑工程施工中虛擬仿真技術應用的意義

虛擬仿真技術應用于建筑工程施工中，可能使工程施工前對工程實際的結構位置進行了解，對多種工程施工方法進行嘗試，計算出詳細的工況應力，使工程設計方案進一步優(yōu)化，對于工程施工來說具有重要意義。

1、優(yōu)化施工方案

建筑工程施工中選擇何種施工方案，如何對施工方案進一步優(yōu)化，是工程施工中一直難以解決的問題，這是由于工程施工的鮮明特點決定的，工程施工具有不可重復性，所以，只是憑借工程施工經(jīng)驗，對施工方案的選擇進行預估就具有十分明顯的局限性。

2、技術革新與引進

建筑工程施工的虛擬仿真技術可以使施工的技術人員實現(xiàn)低成本的施工工藝試驗，為新工藝的創(chuàng)新提供了廣闊的發(fā)展空間，使工程設計人員更好的發(fā)揮設計的優(yōu)勢，設計出真正具有實際效果的新技術，使建筑工程施工能夠?qū)夹g進行大膽的革新，對新技術更快的引進，降低由于使用新技術為工程施工帶來的風險。

3、工程施工及建筑市場的管理

工程施工的虛擬仿真技術可以通過預前的模擬仿真施工，對工程施工管理中管理質(zhì)量、管理安全等進行隱患的排查與預防，強化管理使工程施工質(zhì)量得到進一步的提高。

建筑市場需要建立規(guī)范的標準，虛擬技術可以應用于建筑工程的招投標過程中，通過仿真施工對評標起著重要的參考作用，也可以實現(xiàn)評標的透明化與公正化。

4、安全與生產(chǎn)的培訓

建筑工程施工過程中，通過虛擬仿真技術的直觀顯示，可以更好的應用于工程生產(chǎn)技術流程的培訓與安全生產(chǎn)的培訓，使施工人員更好的了解工程施工，保證施工安全。

5、虛擬仿真技術帶動建筑行業(yè)的發(fā)展

建筑工程施工行業(yè)引入虛擬仿真技術，可以使建筑工程行業(yè)全面的發(fā)展與進步，使城市規(guī)劃與市政規(guī)劃進一步的完善，實現(xiàn)投資意圖，更好的開展市場營銷。

三、建筑工程施工中虛擬仿真技術應用的現(xiàn)狀

虛擬仿真技術作為新興的學科，并沒有形成體系。目前為止，對虛擬仿真技術的應用與研究主要在三方面開展：

虛擬仿真技術建造理論研究，通過建造理論研究，為虛擬仿真技術提供了堅實的理論基礎。為建筑工程領域?qū)崿F(xiàn)可視化的仿真再現(xiàn)，使工程建筑實現(xiàn)更精益的建造、更敏捷的建造等研究方向。這些研究方向，組成虛擬建造核心的技術。

虛擬仿真技術應用于建筑工程中，一般應用于軟件研究與系統(tǒng)的開發(fā)，例如：CAD技術與虛擬仿真技術的應用結合等方面如對虛擬技術于建筑的設計、建模與仿真中的研究與應用。我國對虛擬仿真技術建筑工程的應用也有了很大的發(fā)展，例如：上海正大廣場，通過創(chuàng)建虛擬仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了商業(yè)建筑與城市場景的虛擬和溫游，在建筑物真正建成前，就實現(xiàn)了建筑物建成后的環(huán)境虛擬顯示。對正大廣場鋼結構的施工方案，也進一步的選擇與優(yōu)化，通過虛擬仿真技術的應用，為工程施工帶來了十分重要的資料與信息經(jīng)驗[3]。

四、虛擬仿真技術在我國建筑工程施工中應用的展望

虛擬仿真技術可以在建筑工程行業(yè)取得重大的發(fā)展和進步，與計算機行業(yè)的發(fā)展有著重要的聯(lián)系，可以說是計算機技術的發(fā)展，帶動了虛擬仿真技術在工程施工中的應用。

1、虛擬仿真系統(tǒng)對于開發(fā)與應用的硬件要求比較高，所以，有必要建造專業(yè)的實驗室進行虛擬系統(tǒng)的研究，這需要從國外進口設備與軟件，需要投入大量資金。而且系統(tǒng)實驗的演示效果受研究設備限制，并不適合到處移動。

2、我國對建筑工程的單項開發(fā)，也需要國外進口的VR軟件平臺。我國缺少建筑工程施工中的虛擬仿真系統(tǒng)集成軟件，建筑工程施工受很多條件的限制，如果開發(fā)項目需要提高工程成本，滿足建筑工程集成的軟件系統(tǒng)，可以使單項的工程開發(fā)提供開發(fā)的平臺。

3、建筑企業(yè)需要引進大量專業(yè)的軟件人才，進行培養(yǎng)，使軟件人才成長為建筑企業(yè)發(fā)展的主力，但是，專業(yè)人才的引進，需要建筑企業(yè)投入大量的資金。我國很多大型的建筑企業(yè)都有自己企業(yè)的設計研究院，這就為技術骨干的培養(yǎng)創(chuàng)造了條件。而且我國建筑工程技術人員已經(jīng)掌握了一定的軟件開發(fā)能力，高等院校與技術研究院也對工程中計算機設計軟件進行了開發(fā)與研究，為計算機集成技術進行了深入的探索與實踐，取得了重大的成果?？梢哉f，我國的建筑工程施工行業(yè)伴隨著計算機技術的發(fā)展逐漸完善，使仿真技術獲得了實際推廣的可行性。

虛擬技術中應用了并行計算的新方法，使仿真平臺與編程技術得到更大的開發(fā)性，可以應用于更廣闊的領域。

建筑企業(yè)可以和專業(yè)研究院進行合作，對高校與科研機構的專業(yè)人才進行合理利用，對虛擬仿真系統(tǒng)進一步的開發(fā)與應用。當前社會發(fā)展是高新技術的發(fā)展，也是信息技術的發(fā)展，建筑工程企業(yè)一定要對新信息和新技術進行吸收和利用，使工程施工技術實現(xiàn)更大的進步與發(fā)展，使建筑工程企業(yè)早日實現(xiàn)現(xiàn)代化的管理與施工，使建筑企業(yè)提高經(jīng)濟效益，獲得更大的市場競爭力。

參考文獻：

[1]張利,張希黔,陶全軍,等.虛擬建造技術及其應用展望[J].建筑技術,2013, 34(5).

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關鍵詞：虛擬仿真技術；房建施工；應用研究

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：

我國在將虛擬仿真技術應用在房建施工方面，有許多成功的案例，比如中央電視臺新址、上海的環(huán)球金融中心以及廣州珠江新城西塔等等。在房建施工中，應用虛擬仿真技術具有很多的優(yōu)勢，可以對其進行推廣和應用。

1、虛擬仿真技術

虛擬仿真技術指的是人們借助于計算機技術、傳感技術、仿真技術以及多媒體技術等，來研究外界環(huán)境感知模型。以往的系統(tǒng)仿真技術很少涉及到這個領域，因此，可以說虛擬仿真技術是一項重大的科技突破。

2、虛擬仿真技術在房建施工中的應用

虛擬施工技術的應用研究：從理論層面上來講，依據(jù)相關的要求來將施工設計圖具體的實施，是非常簡單的過程，但是，在實際的施工中，這個過程卻是十分困難的。因為，在具體的施工中，會遇到各種各樣的地質(zhì)情況，會選擇各種各樣的施工方法，那么在施工的過程中，必然會遇到一些突發(fā)的事情。在以往，我們遇到困難的時候，總是依靠施工經(jīng)驗來進行解決，優(yōu)化施工方法和施工組織，但是施工經(jīng)驗會有一定的局限存在，那么在局限的經(jīng)驗下指導施工，就很可能出現(xiàn)一些失誤。特別是隨著建筑風格和結構的多樣化，這種全新的建筑是沒有經(jīng)驗可循的，如果依然走過去那種老路，就會產(chǎn)生很多的問題，施工的質(zhì)量和施工的安全得不到保證，此外，還會增加施工成本和能源資源消耗。

在建筑施工中應用虛擬施工技術，就可以有效的解決這些問題；利用虛擬施工技術，可以依據(jù)相關的工程情況來建立幾何模型，有著高度的仿真性和交互性。工作人員可以依據(jù)相關的要求來進行模擬施工，在施工中尋找最為合適的方法和手段。相對于傳統(tǒng)的方法，這種方法可以有效的降低施工成本，縮短工期，并且還可以有效的提升施工質(zhì)量。目前，很多的企業(yè)都開始應用虛擬施工技術，他們只需要建立一個三維模型，可視化模擬施工的全過程，在實際施工之前，就可以對各種構件的關系和位置進行準確的把握，這樣施工安全控制參數(shù)就可以依據(jù)比對來有效地的出來。

仿真技術在建筑施工中的應用研究：在建筑施工中應用仿真技術，主要的作用就是讓虛擬的建筑物更加的真實。應用仿真技術，可以讓建筑物周圍環(huán)境的外景十分逼真。只需要按照設計圖紙的樣本來進行建筑物的施工，就可以建模渲染建筑物和周圍的各種元素，比如周圍的建筑、場景和道路等等。在仿真場景中，任何一個物體的高度都和現(xiàn)實中一樣，并且有靜有動，有著十分強烈的真實感，讓人仿佛身臨其境。設計人員要想體驗其中，只需要從多個角度來觀察仿真環(huán)境即可。目前，在很多的建筑中都應用了這種仿真技術，并且取得了不錯的效果。

虛擬仿真技術在復雜空間鋼結構施工中的應用：現(xiàn)代建筑中鋼結構施工十分常見，它非常重要，并且十分復雜；它的復雜性指的是鋼結構并不是一下子完成的，需要一個部分一個部分來進行，在不同的施工階段，會有著不同的結構形態(tài)、受力特性、邊界條件和負載情況，那么下一個環(huán)節(jié)施工的時候，平衡狀況可能就達不到相應的要求。并且，再接著進行下一個階段的施工時，新的平衡又會產(chǎn)生。也就是說，接下來的每一個階段都需要重新尋找平衡。要想保證這么復雜的工程質(zhì)量，就需要在實施的過程中認真的把握每一個微小細節(jié)，對所有的因素進行綜合的考慮。鋼結構工程對建筑整體十分的重要，如果在這個工程的施工分析中出現(xiàn)了問題，那么就不能有效的指導具體的施工，從而增加資源浪費和施工成本，還有可能導致一些重大安全事故的發(fā)生。如果依然采用的是傳統(tǒng)的施工方法和經(jīng)驗，那么就不能保證這個工程的質(zhì)量，針對這種情況，就可以采用虛擬仿真技術；通過實踐研究證明，在工程施工中采用虛擬仿真技術，可以全程跟蹤分析復雜的空間鋼結構施工，這樣比較危險的階段就可以及時的找出來，從而采取一系列的措施來進行控制和防范，降低事故發(fā)生的幾率。

虛擬仿真的三維動畫在施工中的應用：在以往，分析研究工程進度的時候，依據(jù)的是主觀的判斷和經(jīng)驗，這樣研究出來的結果也不具備指導意義，因為它沒有足夠的科學性。而在建筑施工中應用了虛擬仿真技術中的三維動畫，就可以科學合理的分析施工的全過程。采用虛擬仿真技術的三維動畫，可以詳細的表現(xiàn)出施工過程中的每一個細節(jié)；那么設計員、業(yè)主和專家就可以迅速的找到工程施工中的一些重難點、關鍵環(huán)節(jié)以及注意事項等等；并且依據(jù)具體的需要來及時的調(diào)整和修改施工方案。虛擬仿真技術不需要投入大量的資金，也沒有很大的難度，因此，可以進行積極的推廣和應用。

虛擬仿真技術在施工安全方面的應用：主要體現(xiàn)在兩個方面，一是可以實現(xiàn)施工安全控制方案的最優(yōu)化；如果采用傳統(tǒng)的模式，很可能會遺漏一些安全隱患；而采用虛擬仿真技術就不會出現(xiàn)這個問題，因為它可以模擬演練各種各樣的施工安全管理方案，對演練效果進行分析，采用科學的手段來綜合比較施工中不安全的人、物以及可能存在的一些安全隱患等等，制定出合理的施工方案，既能夠減小安全事故發(fā)生幾率，又可以保證工程施工的質(zhì)量。二是可以實現(xiàn)安全預防和演練的最優(yōu)化，首先依據(jù)虛擬仿真模擬，工程師就可以及時發(fā)現(xiàn)一些可能存在安全隱患的環(huán)節(jié)和部位，并且，三維動態(tài)仿真模型的建立，也可以起到協(xié)助的作用，總結本次現(xiàn)場模擬的分析和演示結果，避免日后發(fā)生類似的事故；其次，緊急逃生可以用三維動態(tài)仿真模型來進行有效的模擬，現(xiàn)場人員可以依據(jù)在模型中出現(xiàn)的建筑物事故模型，來充分的了解并且有效的選擇事故發(fā)生現(xiàn)場的應急措施、自救方式以及逃生路線，從而在很大程度上降低事故所造成的損失。

3、結語

通過大量的實踐研究表明，在建筑施工中應用虛擬仿真技術，可以有效的控制施工成本和安全風險，提高施工質(zhì)量。隨著時代的發(fā)展和社會經(jīng)濟的進步，虛擬仿真技術的應用范圍將會越來越廣。本文簡要分析了虛擬仿真技術在房建施工中的應用，希望可以提供一些有價值的參考意見。

參考文獻：

[1]嚴勇.建筑施工中虛擬仿真技術的實踐應用探究[J].建筑與文化，2012,2（3）：123-125.

[2]范振學.淺談虛擬仿真技術在建筑施工中的應用[J].城市建設理論研究，2013,2（4）：87-89.

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基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控在建筑工程行業(yè)的應用還處于發(fā)展階段，雖未完全普及，但部分施工單位已嘗試應用物聯(lián)網(wǎng)技術遠程監(jiān)控現(xiàn)場工人、設備和環(huán)境等，取得了很大成效。

一般來說，基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控分為三個步驟：“前端采集”、“信號傳輸”以及“終端控制”。鑒于物聯(lián)網(wǎng)的基本原理以及施工現(xiàn)場安全管理的特點，首先進行前端采集，采用標簽等對施工現(xiàn)場內(nèi)的人員、設備、材料等進行標識，靜態(tài)屬性可以直接存儲在標簽中，動態(tài)屬性由傳感器實時探測。再應用射頻識別技術（RFID）以及無線感應網(wǎng)絡（WSN）對物體屬性進行捕捉和獲取，并將信息轉換為網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，采用網(wǎng)絡通信技術傳輸?shù)浇K端信息系統(tǒng)。最后，通過相關軟件對接收信息進行處理和計算，并通過終端顯示設備實現(xiàn)直觀的界面展示。

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控包含以下具體應用：遠程定位是實現(xiàn)遠程監(jiān)控的基礎，通過該功能隨時定位某個區(qū)域內(nèi)人員、設備及材料的身份、數(shù)量、分布情況及活動軌跡，為終端的分析提供原始數(shù)據(jù)。人員管理是在遠程定位的基礎上，記錄現(xiàn)場工人及管理人員的到崗及離崗信息，同時，在事故發(fā)生后，能夠立即顯示事故地點的人員信息、人員數(shù)量及具置，提高搶險效率和救援效果。模擬現(xiàn)場巡查是在遠程定位的基礎上，模擬巡查員巡查施工現(xiàn)場，主管部門、建設單位、施工單位、監(jiān)理單位的管理人員能夠在辦公室、家里隨時通過網(wǎng)絡查看施工現(xiàn)場材料、設備等的位置及使用情況，從而分析施工進度，對重大危險源進行監(jiān)控，及時了解現(xiàn)場的安全狀態(tài)，實現(xiàn)遠程協(xié)調(diào)、指導工作，減輕建設單位現(xiàn)場監(jiān)督檢查的工作量。報警功能是當系統(tǒng)監(jiān)控到施工現(xiàn)場出現(xiàn)違反安全規(guī)定的行為時（如生產(chǎn)參數(shù)偏離正常范圍），自動報警，防患于未然。

通過以上應用，可以提高施工管理的工作效率和管理水平，有效節(jié)約管理費用。

基于虛擬仿真技術的建筑施工模擬

在建筑工程行業(yè)中，施工方法及施工組織的選擇和優(yōu)化主要是建立在施工經(jīng)驗的基礎上，存在一定的局限性。同時，現(xiàn)代建筑基本都具有鮮明的個性，建筑工程施工成為不可完全復制的過程。使用施工虛擬仿真技術可以直觀、科學地展現(xiàn)不同施工方案的真實效果，定量地完成方案的對比，有助于施工方案的選擇和優(yōu)化，真正實現(xiàn)最優(yōu)施工。

通過施工虛擬仿真技術，一方面能使廣大施工技術人員低成本地試驗設計思路，真切展現(xiàn)設計成效，方便對擬改進部位進行修改，縮短設計周期，降低設計風險；另一方面設計的仿真也有利于設計單位與業(yè)主、施工單位進行設計交底，在評標過程中可以直觀對比各投標方的設計方案，增加評標的透明度與公正性。

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

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關鍵詞：仿真技術；機械設計；應用

1 計算機仿真技術在機械制造行業(yè)的重要作用

計算機仿真也被稱作虛擬樣機技術，設計人員利用特定軟件在計算機上建立模型，通過各種動態(tài)性能參數(shù)分析來優(yōu)化樣機方案，不需要大量制造實物樣機，從而用數(shù)字化新型技術取代了傳統(tǒng)的實驗方法，并且具有節(jié)約資金、安全可靠、方便靈活以及可重復使用等優(yōu)點。如今在機械工程計算中，為了解決許多復雜系統(tǒng)的設計、分析和實驗等諸多難題，都需要在計算機中建立真實系統(tǒng)的仿真模型，來分析實際系統(tǒng)的活動特征。在研發(fā)設計的初始階段，設計人員只需用工具軟件做不同的初始設計并建立起虛擬樣機，就可以對現(xiàn)實的或者假設的系統(tǒng)進行仿真研究和試驗了，監(jiān)測和改進系統(tǒng)也很便利。仿真技術的引入不僅極大地提高了機械設備研究設計的質(zhì)量，而且大幅減少了零部件的開發(fā)周期和降低了制造的成本。

2 計算機仿真的實現(xiàn)

計算機仿真技術實現(xiàn)的前提是建立符合實際的電腦數(shù)學模型和仿真模型，這個過程涉及到圖形學、幾何造型學、數(shù)據(jù)處理技術和力學等知識的集合運用。計算機系統(tǒng)是無法直接識別和處理研究對象的，所以要產(chǎn)生一個既能被計算機接受又可以呈現(xiàn)研究客體實質(zhì)的數(shù)學模型。

計算機處理這些將真實系統(tǒng)的實質(zhì)抽象出來的數(shù)學模型，并輸出這些模型的相關參數(shù)來展示真實系統(tǒng)的某些特質(zhì)，這種展示也可以是具象的（如三維立體的）。三維立體模型具有更加直觀清晰的特點，所以越來越多的被研究人員所采用。數(shù)學模型建立起來以后，計算機仿真的精度將由建模的精準程度來決定。綜上所述，要想實現(xiàn)計算機仿真大體上分為三個步驟：

2.1 模型的創(chuàng)建

針對要研究的目標或問題，首先需要抽象出一個能達到仿真目的的可靠系統(tǒng)，并且要給其加上邊界條件和約束條件。然后，運用相關學科的知識把這個系統(tǒng)通過數(shù)學表達式準確地闡述出來，闡述的內(nèi)容就是計算機仿真的核心――數(shù)學模型。數(shù)學模型根據(jù)時間的關系可劃分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型，而動態(tài)模型又分為連續(xù)時間、離散時間和混合時間三種；模型分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型是以系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式為依據(jù)的。

2.2 模型的變換

模型的變換就是把抽象出來的數(shù)學表達式轉換成計算機能夠處理的形式，這需要運用適當?shù)乃惴ê陀嬎銠C語言，這種形式所表達的內(nèi)容就是進行計算機仿真的關鍵――仿真模型。實現(xiàn)這個過程，既可以根據(jù)自身需要研發(fā)一個新的系統(tǒng)，也可以把當下市面上已有的仿真軟件拿來直接運用。

2.3 模型的實驗

將創(chuàng)建的仿真模型輸入電腦中，運行仿真模型會獲取一系列的仿真結果，這就是模型的仿真實驗。由于是按照先期設計的實驗方案來運行的，所以仿真實驗是一件很簡單的事情。但是，仿真的結果又應該按照什么標準來衡量呢？這就需要具體辯析仿真結果的可靠性，檢驗仿真結果可靠性主要有兩種方法（置信通道法和仿真過程的反向驗證法）。

3 在機械設計制造行業(yè)中計算機仿真技術的廣泛應用

3.1 在齒輪設計研究中的應用

齒輪是機械裝備的主要基礎零部件，研究它的計算機仿真是很有意義的。如運用Visual Lisp語言可以從幾何角度研究齒輪任何端面齒形的建模和傳動仿真；圓弧針齒行星傳動的動力學研究也能運用電腦仿真技術；利用計算機仿真研究了影響正交面齒輪傳動接觸點的主要參數(shù)（包括主動齒輪與刀具齒數(shù)差、齒數(shù)比、模數(shù)等）；在齒輪泵的齒輪研發(fā)設計中也很好的應用了計算機仿真。

3.2 在機械結構件設計方面的應用

機械產(chǎn)品要由大量的機構組裝起來實現(xiàn)設定好的工藝動作，在進行新產(chǎn)品研發(fā)時，這些機構是否能正確地實現(xiàn)所設定的動作，機構與機構之間的運動是否配合得當，機構間是否存在干涉和干涉的部位，怎樣選擇各種機構組合方案來更好地滿足設計標準，這些問題都需要借助計算機仿真來解決。大型的三維機械設計軟件都會提供一個機構運動仿真的功能模塊，在虛擬環(huán)境中設計好的裝配體可以模擬演示機構的運動，是一種直觀方便的工具軟件。這種軟件可以依據(jù)裝配的關系自行主動來計算機構中的運動副，并能自動增添附加的運動發(fā)生器、鉸鏈和彈簧；要進行運動學的仿真只需要設定主運動件就可以了，還能從任何角度來觀察，軟件還能對機構的運動干涉進行檢查，設計人員可以很方便地進行檢查驗證。

3.3 在復雜數(shù)值計算分析方面的應用

隨著計算機技術在機械工程中的應用越來越廣泛，以往許多由于條件限制無法進行計算分析的復雜問題，都可以通過計算機仿真得到滿意的解決；另外，計算機輔助使大量復雜的工程計算分析簡單化、層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平的重復勞動，使計算分析更快、更準確，在新產(chǎn)品研發(fā)的設計、分析等方面發(fā)揮了重要的作用。機械產(chǎn)品開發(fā)的基本過程是概念設計初步設計詳細設計試驗修正設計再試驗，直到滿足產(chǎn)品的要求標準，仿真技術的引入最大限度的減少了材料的浪費和縮短了耗時。對機械產(chǎn)品的動力學模型進行計算機仿真技術分析，可以獲得產(chǎn)品結構的強度應力、剛度應變和變形、動態(tài)特性固有頻率、振動模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場、熱變形等參數(shù)，根據(jù)計算分析能得到容易導致機械出現(xiàn)疲勞失效的風險因素以及其它潛在的問題。

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關鍵詞：3D數(shù)字仿真技術；城市服務；應用

1 概述

3D數(shù)字仿真技術主要是通過計算機技術，為用戶創(chuàng)造一個逼真的虛擬環(huán)境，既可以是對現(xiàn)實環(huán)境的虛擬，也可以是對一些想象的物體的虛擬。目前在城市建設以及工業(yè)產(chǎn)品等領域中的發(fā)展比較廣泛。本文主要通過分析3D數(shù)字仿真技術的發(fā)展情況，探討其在當前的城市服務中的應用情況。

2 3D數(shù)字仿真技術概述

2.1 3D數(shù)字仿真技術概念及特點

3D（三維）數(shù)字仿真，一般也稱虛擬仿真，主要是通過計算機技術生成一個無限逼近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境，該環(huán)境中存在視、聽、觸、味等多種感知，用戶則通過各種傳感器設備接收自身自然反應的行為、活動，從而實現(xiàn)與虛擬世界中的個體產(chǎn)生聯(lián)系的一種技術。

3D數(shù)字仿真技術一般具備三個特點：（1）沉浸感。由于3D數(shù)字仿真技術創(chuàng)造出了一個虛擬的現(xiàn)實世界，單從視覺效果上來看，用戶很容易產(chǎn)生一種置身于這種虛擬環(huán)境的感受。（2）多感知性。雖然目前的3D數(shù)字仿真技術能夠?qū)崿F(xiàn)的感知只有視覺、聽覺發(fā)展的比較成熟。但是理想狀態(tài)下，3D數(shù)字仿真技術還應該具備味覺、嗅覺以及觸覺等在現(xiàn)實生活中存在的多種人類感知行為，為人類營造一個真正逼近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境。（3）交互性。所謂交互性是指用戶可與虛擬環(huán)境中的實體進行交流、操作等行為，而且通過這些行為可以得到實時的反饋。

2.2 3D數(shù)字仿真技術發(fā)展

進入21世紀以來，隨著計算機技術的大量普及，3D數(shù)字仿真技術也隨之進入了快速的發(fā)展時期。而美國作為該技術的發(fā)源地，目前在該技術領域依然處于世界領先地位，于2007年率先提出六方沉浸體驗虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，并期望達到1億像素的顯示效果。然而目前最大的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中能夠提供的像素僅為4300萬，且只有五方沉浸體驗效果。因此，這項技術被美國業(yè)界認為是下一世紀重要競爭技術，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有對應的大型研發(fā)中心。我國雖然起步較晚，但是許多高校、企業(yè)也都在積極研制3D數(shù)字仿真技術，目前也都取得了十分顯著的進步。

3 3D數(shù)字仿真技術提供的城市服務探究

3.1 城市建設領域

隨著房地產(chǎn)行業(yè)的競爭越來越激烈，房地產(chǎn)廠商主要宣傳的要點包括：地理位置、社區(qū)規(guī)劃、戶型設計等。然而目前對于戶型的空間設計等方面發(fā)展已經(jīng)很難再有革命性的突破，一些廠商的宣傳手段還僅限于條幅、實物模型等。但是隨著社會的發(fā)展，人們希望能夠更加直觀、快捷、方便地看到整個樓盤的詳細信息。傳統(tǒng)的手段是無法滿足這些需求的，而3D數(shù)字仿真技術，這一專注于營造仿真環(huán)境的技術就得到了廣泛的應用。房地產(chǎn)廠商通過制作一些建筑動畫，直觀地展現(xiàn)小區(qū)虛擬場景、樓盤樣式、以及三維虛擬樣板房等。通過使用這些3D動畫作為宣傳手段，能夠讓居民非常直觀的體驗、感受到住房的樣子，因此取得了非常好的宣傳效果。

3.2 工業(yè)領域

現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活也因為各種工業(yè)產(chǎn)品的快速發(fā)展而變得非常方便。像汽車、醫(yī)療器械等一些與人們生活息息相關的工業(yè)產(chǎn)品，一般在最終上市之前都會進行嚴格的檢驗。之前由于技術水平有限，只有等到產(chǎn)品研發(fā)出來之后才能進行相關的檢驗，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題勢必造成大量資源的浪費。

隨著3D數(shù)字仿真技術的產(chǎn)生，技術人員可將設計出來的產(chǎn)品進行虛擬實驗，既可以將設計出來的產(chǎn)品整體、空間構造都非常詳細地展現(xiàn)出來，而且還可以通過虛擬現(xiàn)實技術，在虛擬的環(huán)境中對，對這些產(chǎn)品進行安全、事故模擬實驗。像汽車行業(yè)，一般會利用3D數(shù)字仿真技術進行車輛撞擊事故模擬；在煤礦產(chǎn)業(yè)，一般利用3D數(shù)字仿真技術進行安全生產(chǎn)實驗，確定最終的安全挖掘方案等。

3.3 事故模擬

傳統(tǒng)的事故分析都是通過事故現(xiàn)場照片或者是現(xiàn)場遺留下來痕跡等來進行相P的判斷，但是這種缺乏動態(tài)模擬過程的分析方式缺乏直觀性。而事故一旦發(fā)生，通常會伴隨著賠償、處罰等后續(xù)事件，如果能夠完全還原當時的情景，有助于相關負責人十分方便、快捷、準確的處理相關事故。目前已經(jīng)開展的研究內(nèi)容包括：橋梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤礦事故分析等。其中交通事故分析發(fā)展相對的較為成熟，而且現(xiàn)在已經(jīng)有很多交通管理部門引進這些技術，對交通事故進行模擬還原，從而對發(fā)生當事人進行相關責任判斷。

3.4 施工演示

目前國家各項基礎設施建設正在如火如荼的進行中，面對這些大型的工程項目，以前只能通過工程圖紙或簡單的模型等形式進行展示。對于缺乏足夠的空間想象能力或者項目新手來說，很難去想象到整個工程中每個實物的具體樣式，而3D數(shù)字仿真技術大到整體效果，小到部件的構造等，可以非常逼真的展示工程項目實景。不僅方便進行施工演示，而且在進行工程匯報時，也可以非常具體的展示當前的具體施工狀況，以及與完整項目之間的差距等。

4 結束語

3D數(shù)字仿真技術，隨著計算機技術的快速發(fā)展，正處在高速發(fā)展的階段，而且正在以其獨特的方式改善人們的生活、學習和工作方式。除上述提到的一些應用領域之外，3D數(shù)字仿真技術還有許多其它的應用領域，而且隨著5D時代的到來，還會產(chǎn)生更多的現(xiàn)在還無法想象的應用領域。但同時還應該意識到，由于一些技術難點，比如說在虛擬空間中實現(xiàn)嗅覺、味覺等技術，目前還沒有攻克，3D數(shù)字仿真技術未來的發(fā)展道路還有很長。

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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?；谟嬎銠C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(zhì)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(diào)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?qū)嶒瀻ьI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?；谟嬎銠C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。

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【關鍵詞】虛擬仿真教學；基礎醫(yī)學實驗；應用

醫(yī)學專業(yè)的實踐性較高，也是具有較強的科學性，而且在醫(yī)學的相關教育上所占的地位是十分重要的。在醫(yī)學的實驗室中有些受到一定制約，例如：試題、標本、試驗試劑等等，在正常的試驗內(nèi)容上進行該規(guī)劃，進行試驗效果的預見和實驗室物品的擺放，并且在過程中的還要考慮到運行的成本，這樣的問題無疑是給醫(yī)學院的教師們提出了一個巨大的挑戰(zhàn)，無形之中提供了醫(yī)學實踐的質(zhì)量要求。所以，對于醫(yī)學實驗來說，解放人力勞動力，提升學生們對于醫(yī)學實踐和理論的興趣是促進實驗成功的前提，依托互聯(lián)網(wǎng)的資源共享是在醫(yī)學教學系統(tǒng)中較為重要的一部分。對于現(xiàn)有的仿真教學平臺與實踐相結合進行良好的總結。

一、仿真技術的模擬

所謂的仿真技術就是創(chuàng)造一個提供體驗的模擬社會，創(chuàng)建具有互動性和真實性的具有感知的計算機軟件系統(tǒng)，對于醫(yī)學的相關專業(yè)也是有輔助的功能，可以探索所有未知的領域及獲得一定的計算機應用技術。對于虛擬的仿真技術要完全依靠電腦進行圖形上的修正和再現(xiàn)，這與傳統(tǒng)意義上的圖形再現(xiàn)是不同的，更為高科技更能讓大家所接受，例如：電影、電視等等。虛擬技術可以利用在查顯示畫面上，現(xiàn)在的計算機硬件發(fā)展的更為速度，并且也是遍及這個領域的，例如：實踐上的教學和娛樂等等在操作上的預測等。但是現(xiàn)階段的虛擬仿真是深受教育界的信賴的，這對于醫(yī)學教育來說是質(zhì)量上的改革。

二、仿真技術教學平臺的建設

很多醫(yī)科大學在申請了專利和科研經(jīng)費，對醫(yī)學院的計算機仿真技術與互聯(lián)網(wǎng)之間的結合，是現(xiàn)代醫(yī)學用處較為廣泛的，針對每個不同的機構和低于，制定出不同的學習平臺，對于醫(yī)學形態(tài)學實驗自主學習要在平臺上設置3個實驗教學方案，其中涵蓋了基礎教學和實驗教學兩個部分。大面積的提升了醫(yī)學教學的深度和涉及的廣度，擴展了醫(yī)學教學的發(fā)展空間，加強學生自主學習的能力，形成較為有規(guī)模的實際場景醫(yī)學教學體系。

（一）智能自主學習平臺從1997年被研發(fā)開始，從計算機的仿真引擎到數(shù)據(jù)庫的處理、虛擬的環(huán)境頁面及互聯(lián)網(wǎng)的硬件平臺等等。學生和教師在實驗過程中利用校園網(wǎng)在客戶端進行真實場景的虛擬模仿，針對實驗的標本進行網(wǎng)絡上的虛擬操作。這樣的系統(tǒng)可以不受任何的時間、場地和實驗品的限制，可以在電腦上進行反復的操作，增加學生的學習興趣和自主性的學習。這非常有利于學生進行復習和預習，并且在考試過程中的可以得到更好的補充。

（二）形態(tài)學實驗在實驗教學中計算機虛擬仿真技術在虛擬仿真技術被研發(fā)的過程中，利用計算機的圖像處理和數(shù)據(jù)管理，通過多媒體的途徑進行有形態(tài)的切片觀察，還可以用標本展示的計算機系統(tǒng)。在沒有顯微鏡的情況下，可以微觀的進行虛擬操作，例如，三維、虛擬展示來進行具體操作，提升分倍率的技術上，還突破了纖維鏡本身，與病人的病理進行充分結合，進行自我并診斷自測和考試測評。對于學生來說，進行管理端的功能模擬，例如：視頻的點擊量、對于虛擬環(huán)境的點播量、對于計算機的職能點讀量、計算課堂的自測和自身考察的模塊。

（三）人體解剖學實驗在計算機虛擬仿真技術上進行自主評估人體解剖學實驗通過自主學習進行互聯(lián)網(wǎng)上的模擬測試，這是2006年經(jīng)過長時間的實驗性操作后，進行向許多高校進行使用。通過學生的自主學習，在考試上和正常的自主學習上都是辨識度較為高的，在題型的選擇上和類型上都有較大的選擇性。根據(jù)學生的等不同，提醒也會隨著進行變化。系統(tǒng)中有加大量的標本展示和質(zhì)量較高圖像清晰的展示部分，這樣能提高學生對于解剖學的理解，針對不同結構和自身出現(xiàn)的不同問題進行及時的調(diào)整和解決。

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Abstract: In the actual teaching of project cost, if take the simulation technology in engineering cost course to construct the three-dimensional panoramic display of highways, bridges and tunnels in civil engineering, we can freely control the viewing angle and picture zoom, with real pictures, the effect is direct and can improve the effect of learning. This paper, taking the tunnel project as an example, talks about the applications of simulation technology in engineering cost courses.

關鍵詞：三維空間結構；模擬仿真技術；課程教學；應用

Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application

中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0161-02

1工程造價課程的發(fā)展瓶頸

在實際的工程造價課程教學中，學生由于缺乏空間想象，對工程結構沒有感性認識，無法理解抽象的理論，給教師教學及學生學習帶來了瓶頸。因此，我們希望通過虛擬仿真系統(tǒng)來解決傳統(tǒng)工程造價教學中存在的種種弊端。在教學中使用仿真技術，可以充分調(diào)動學習者的感覺和思維器官，使所觀察的事物栩栩如生地展現(xiàn)在面前，任學習者正面、側面、反面仔細觀察仿真技術的發(fā)展被認為是解決傳統(tǒng)工程造價教學瓶頸的一把利器。

本文正是從當前工程造價教學的基本情況以及教學難點出發(fā)，將仿真技術引入到開發(fā)工程造價教學軟件的過程中。本研究選擇隧道工程作為研究的案例，通過利用目前比較成熟的計算機模擬仿真技術，為老師和學生提供一個模型展示平臺。

2模擬仿真技術的應用的效果

模擬是指用一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結果。有時也簡稱為仿真，是用模型（物理模型或數(shù)學模型）來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，是產(chǎn)品設計和制造中的常用技術手段。

從國內(nèi)外職業(yè)教育專業(yè)信息化可以看出，模擬仿真技術具有先進、便捷、安全等優(yōu)點，仿真教學系統(tǒng)向工程類職業(yè)學校提供了培訓學生的高技術工具，將專業(yè)課程和實習環(huán)節(jié)相結合，培養(yǎng)學生了解生產(chǎn)操作、熟悉生產(chǎn)原理的能力，提高了學生動手操作的興趣與水平。以較少的投入滿足了學生的實踐需要。許多專業(yè)課程由于受到設備、場地和經(jīng)費等條件的限制，可以選擇采用模擬仿真技術。但模擬仿真技術應用于工程造價課程教學實踐的研究很少，可參考的研究成果幾乎沒有。

3研究方法

3.1 文獻研究法在研究中，通過對多種學習資料的閱讀、分析，了解到了當前研究的發(fā)展狀況，為論文的撰寫奠定了必要的理論基礎。

3.2 個案研究法在研究中，通過具體的案例，對工程造價教學進行研究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、優(yōu)化教學策略，設計教學軟件開發(fā)方案，最終完成系統(tǒng)的設計與開發(fā)。（圖1）

4模擬仿真技術在造價教學中的應用

重點是構建土木工程中公路、橋梁、隧道的立體全景展示。在三維仿真動畫展示過程中，可自由控制觀看角度及畫面縮放，配合實景照片，效果直觀。施工流程部分以簡單的工程施工3D動畫，配以實景圖片及施工工藝文本說明，使學生能更直觀地了解工程施工的流程步驟。公路、橋梁、隧道的分解結構模塊通過點擊結構圖中的交互熱點，顯示該局部結構的名稱、所在位置以及該結構的詳細說明窗口，其中包含局部結構3d展示、工程量復核、定額、工程圖紙。為了滿足課堂教學的需要，支持文本和圖紙的縮放、自由拖動功能，以增強課堂教學實際效果。人性化的人機交互界面及流程分類設計，學生在課余時間也能通過簡單直觀的軟件操作進行學習。選題立足于公路工程造價專業(yè)，重點在于利用該模擬仿真技術將造價及工程量復核等內(nèi)容更加形象地展示出來，使課程的實效性更強（表1）。

5隧道工程案例

在傳統(tǒng)課程教學中，教師都會按照既定的教學過程來實施教學活動，那么在仿真公路系統(tǒng)中，學習者的學習活動應當如何開展？隧道模型概述為由以下幾個部分：

5.1 用戶界面呈現(xiàn)在工程仿真系統(tǒng)中，學習者必須是通過用戶界面與仿真系統(tǒng)進行交互。因此，構建和諧友好、方便操作、逼近工程實體虛擬系統(tǒng)要解決的首要問題。仿真系統(tǒng)的真實性可以豐富學習者在虛擬情境中的體驗，方便性主要表現(xiàn)在學習中按照學習者的進度，適時的為其提出指導性建議（圖2）。

5.2 仿真情景設計仿真系統(tǒng)要依據(jù)學習者的經(jīng)驗、知識背景及需求，呈現(xiàn)具體的公路工程、橋梁工程、隧道工程等信息。設計工程實例，仿真場景和工程對象，通過情境設計，以激發(fā)學習者的興趣（圖3）。

5.3 工程造價數(shù)據(jù)分析通過仿真系統(tǒng)的現(xiàn)象觀察，具體進行工程造價結果的分析，處理工程數(shù)據(jù)，并根據(jù)反饋信息及時調(diào)整策略，這有助于提高學習者對造價編制過程的反應能力以及對因果關系的敏感性。該過程中須關注在工程內(nèi)容的一致性、工程過程的交互性等問題（圖4）。

6實用價值和重要的現(xiàn)實意義

6.1 課件制作方法的探索使用直觀的設計方法取代繁瑣的傳統(tǒng)編程式的課件制作，老師把更多精力放在課程本身的教學設計上，只需根據(jù)實際教學需求，設計課件，向?qū)W生展示工程結構；體現(xiàn)新一代課件的廣闊應用前景。

6.2 促進學生探索性的學習現(xiàn)在的教學所采用的方法比較單一，學生在上課中往往很被動，面對各種各樣的公路、橋梁、擋土墻，結構物感覺一片茫然，老師怎么說，學生就照著怎么做。很多時候上課只停留在不動腦的機械勞動階段，達不到提高學生動手能力的目的，這樣的知識傳遞過程較為單調(diào)，效果也不明顯。在仿真平臺上，學生可以擺脫了原有模型設備條件的約束,在更形象的知識領域內(nèi)自主探索，促進了學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

6.3 降低了各類開支費用工程仿真系統(tǒng)降低了科研成本，節(jié)省研究經(jīng)費，并能夠充分發(fā)揮現(xiàn)有計算機技術、,提高使用效率。

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[關鍵詞]游戲引擎；機械動力仿真；虛擬現(xiàn)實技術

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

一、引言

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

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

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

本論文研究的技術充分利用了游戲平臺的優(yōu)勢，它不僅具有傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所有的優(yōu)點，而且具有3D游戲般的交互性和逼真的動力學模擬。從開發(fā)角度而言，游戲引擎的實時渲染能力、快速的計算能力、組件化、可重用性以及面向?qū)ο蟮木幊谭绞降?，都使得應用游戲引擎成為一種非常便捷和有效的仿真技術手段。本文描述了利用游戲引擎模擬簡單的機械動力實例的核心技術。

二、機械動力仿真技術研究背景

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

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

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

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

三、游戲引擎技術

1.三維游戲引擎

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

2.游戲引擎技術的優(yōu)勢

（1）利用游戲引擎可以簡化系統(tǒng)制作的復雜度，縮短開發(fā)時間，降低制作成本。

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

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

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

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

（6）在游戲引擎平臺上的二次編程代碼被稱為“腳本”，大多數(shù)腳本語言都是面向?qū)ο蟮木幊烫攸c，具有封裝、多態(tài)、可復用性等特性。簡單易學，使虛擬系統(tǒng)設計者易于開發(fā)應用。

四、主要結論

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

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

參考文獻

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[3] 石其樂.簡易型虛擬現(xiàn)實技術的實現(xiàn).寧夏工程技術，2003 年8 月，第2 卷第3期：227～245