生物力学与仿真技术

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生物力学与仿真技术范文第1篇

［关键词］推拿学；课程教学；虚拟仿真；网络教学平台

全球化信息化时代背景下，用于线上远程教学的虚拟仿真教学是发展趋势所在［1，2］。本团队与上海梦之路数字科技有限公司进行了深入的合作，初步构建了“推拿学”虚拟仿真教学实验教学项目平台软件，并应用于教学实践过程中，取得了一定进展，现报告如下。

一、“推拿学”传统教学特点

“推拿学”实验教学课程的目的是使学生通过教师指导、实操训练掌握常用的推拿手法操作技能、动作要领、注意事项和临床应用思维。推拿手法注重技巧与感受的统一，因此学生需要通过观察教师示范操作、感受教师手法动作、实践操作练习，不断体会，逐步地掌握手法的动作要领。所以传统推拿教学方法主要以课堂教学为主，并且需要教师手把手地教，同时需要分小班上课。“推拿学”实训课的传统教学的特点正是其远程教学的难点所在。

二、“推拿学”虚拟仿真项目建设的意义

在师资力量和教学资源有限的情况下，“推拿学”教学在传统的教学模式下难以推动发展，无法较好地保障教学质量。在面对重大紧急公共事件情况及复杂的国际形势下，为应对不同时期不同情况下的“推拿学”教学要求，急需开发适合“推拿学”教学特点的线上教学方式应对将来远程教学的需要，保证远程教学的质量。

三、“推拿学”虚拟仿真项目建设难点

根据目前教学研究中虚拟仿真建设“能实不需”的共识，“推拿学”大部分内容其实是属于难以虚拟、不需仿真的。许多线上教学平台采用视频示范动作加教师讲解来实现线上教学，即用操作视频代替线下教师示范动作。这种模式基本能从形式上完成教学任务，但学生对于手法力学和动作结构的理解以及手法的感受经验的缺失成了线上教学难以突破的重要方面。虽然多媒体教学中使用的图像、视频、流程图等能达到一定的辅助教学的效果，但难以让学生深入理解其内涵，特别是生物力学和运动解剖方面。而这两方面难以理解的方面正是“推拿学”虚拟仿真教学的突破口。四、“推拿学”虚拟仿真教学项目的构建

（一）构建设计思路

本系统通过数字化模拟，主要利用人体内部结构透视、骨骼3D建模、生物力学分析、病例情境动画等，展示手法和病例的相关教学内容，有利于解决学生课后深入学习推拿手法技术和临床应用思路的难题，并通过对动作要领和临床应对的判别，辅助教师检验学生对推拿手法和临床思路的掌握程度。（见图1）对推拿教学中学生最复杂的最难以理解的十余种重点手法采用动作结构生物力学虚拟的形式，通过人体内部结构透视、骨骼3D建模、生物力学分析等，让学习者掌握重点推拿手法核心技巧。可以让学生形象生动的了解蕴藏于传统推拿手法姿势、着力部位、动作结构、注意事项中的要领，让学习者掌握推拿临床应用的思维和方法。采用动画模拟常见的5种推拿临床常见重点病症的病例，再现临床临证情境，通过虚拟病例的问诊、检查、诊断、处方、操作设计等环节锻炼学生临床思维能力和手法应用能力。本项目基于互联网平台，不受时间、地域的限制，支持PC端、手机端、平板，评价机制合理，与推拿实际操作紧密结合，虚拟推拿手法动作要点，能够服务于广大的学生，是传统中医课堂教学的有效延伸与拓展。

（二）模块设置

本项目包含实验目的、学习简介、手法学习、临床情境及考核测试5大模块。1.实验目的模块：点击进入第一模块实验教学目的，学生浏览后有后台记录学生学习过程，观看后点击首页可返回主菜单。2.学习简介模块：点击第二模块学习简介，即可进入相关内容页面，动画观看完毕，点击继续按钮，即可切换内容页面。学习简介介绍了《推拿学》绪论，让学生在开始学习之前先了解《推拿学》的起源，基本内容及学习方法。3.手法学习模块：返回主菜单，点击手法学习模块，或进入实训按钮，均可进入手法学习页面，页面左侧是重点手法菜单，右侧是重点手法展示内容。软件涉及的重点手法涵盖推拿六大类手法中的重点代表性手法共十一种。以摆动类手法——一指禅推法的教学设计为例：点击播放按钮，可以动态观察到摆动类手法——一指禅推法的重点姿势：例如“沉肩”的手法展示：通过3D解剖结合真人视频（将肩关节骨骼的透视效果在动作示范视频上显示）。其他还包括动作角度的生物力学显示、骨骼肌收缩产生手法动作的显现等，动态地让学生了解到该项手法的主要要领。5个姿势要领均可点击查看，反复学习，关键内容可以暂停观摩。点击动作解析按钮，可观看到该重点手法的肌肉发力动态，通过3D建模，结合真人动态，将动作分解开来，让学生更能直观学习，掌握发力要点，并通过对动作用力方向和大小以及错误动作要领的判别。4.临床应用模块：点击进入将有5个病例，分别通过动画展现临床常见的颈椎病、腰痛、肩周炎、头痛和失眠的临证情境。病例发声口述症状，系统提示临床检查等病历资料，学生通过分析可进行诊断和推拿治疗手法处方的开列。在学生开设推拿处方时，需从设定好的手法库中选定适宜该疾病、证型的手法，并按合理的手法顺序安排实施。5.考核模块：以上每一项学习过程均附有考核按钮。点击考核按钮，通过平时教学经验总结了学生常犯的错误，通过视频展示，考核学生掌握情况，对每种错误手法都会标识出错误之处。另外临床情境考核需要学生作出诊断和处方，特别是推拿手法处方的合理应用，由后台程序脚本规定每一种手法的应用范围，当学生应用合理时给予肯定分数。考核结果通过后台最终得出形成性评价，能辅助教师检验学生对推拿手法和临床思路的掌握程度。

（三）主要开发技术

本项目采用3D动画技术进行场景和动画绘制，并对实验内容进行分解，采用了AnimateCC技术进行程序合成，实现人机互动。AnimateCC对HTML5Canvas和WebGL等多种输出提供原生支持，并可以进行扩展以支持SnapSVG等自定义格式。新增HTML5创作工具，为网页开发者提供更适应现有网页应用的音频、图片、视频、动画等创作支持。管理平台开发语言及开发工具：本项目管理平台采用Java语言开发，Java是一门面向对象编程语言，Java语言作为静态面向对象编程语言的代表，极好地实现了面向对象理论，允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程。本项目管理平台采用了Eclipse作为开发工具，Eclipse基于Java的可扩展开发平台。通过集成的（JavaDevelop-mentKit）JDK，完成开发工作。

五、实施过程与实施效果

（一）建设实施过程

在教学实施过程中，本软件没有时间空间限制，学生随时可以通过多种数字化终端登录进行学习和实训，以弥补课后自学效果不良的短板。学生在实训的过程中，通过直观视频操作识别进行考核，能够快速发现自己在推拿操作上的误区和差距。系统后台对考核进行数据统计，从而建立对于学生的形成性评价，能够明显提升学生的手法动作学习能力和手法实践操作的信心。在本课程平台初步建立之后的两个学期（2020年秋季学期、2021年春季学期），对我校2018级中医学专业两个试点班，共计128名学生的“推拿学”教学进行了初步的实验教学。实施过程中将本虚拟仿真实验内容作为“线上线下教学”中线上部分，用于学生平时课后复习与练习，并按30%的比例作为形成性评价的一部分。同时对于学生期末成绩进行对照分析以及问卷调查。

（二）实验教学及问卷调查结果

初步的实验教学结果显示，与同年级同学期两个平行班相比较，虚拟仿真实验班的期末考试中笔试成绩平均分提高4.8分（P＜0.05），操作考核成绩平均分高6.2分（P＜0.05），差异有统计学意义。说明虚拟仿真在一定程度上有助于学生理解手法操作内涵。另外通过“问卷星”小程序问卷调查显示，92%的受访学生认为虚拟仿真网络教学平台操作便利性良好，教学满意度为87%。说明本教学平台基本得到学生认可。讨论以虚拟情境（VirtualRealityTechnology,VR）等为代表的虚拟现实世界，突破了传统教学的时间、空间和安全等限制，构建高度仿真的实验教学环境，通过人机交互和网络通信等技术实现远程操作流程和场景［3］。自2013年教育部推动建设级虚拟仿真实验教学工作以来［4］，许多高校都开展了虚拟仿真实验建设，成绩斐然［5-7］。虽然虚拟仿真教学具有很多显示的和潜在的优点，但需要肯定和强调的是，传统的实验教学方式和手段对提高学生的动手能力与思维能力有着不可替代的作用，因此虚拟仿真教学设计理念中有“能实不虚”的原则和共识。推拿学作为注重动手能力和手法感受的一门实践性操作性学科，在虚拟仿真建设中有一定难度，同时也存在一定争议，认为推拿学不能也不需要虚拟仿真教学改革。随着时代的发展，特别是全球化诸多的不确定因素存在的背景下，为了应对可能存在的线上教学需要，“推拿学”虚拟仿真的需求显而易见，近年来有不少学校开始尝试“推拿学”虚拟仿真教学平台建设［5］。所采用的方法有线上讲解、视频多媒体、动画、VR等形式。这些方法中，VR技术的使用相对传统线上教学更贴近虚拟仿真情境模拟。有学者认为将VR技术运用于针灸推拿教学训练，是医学教育发展的必然趋势，VR技术在针灸推拿教学训练中的应用也取得了一定进展［8］。同时指出VR技术存在一些不足。特别是推拿教学中力量检测和力学反馈技术还远不够成熟［9，10］。基于以上考虑，本教学团队在项目设计时经过反复斟酌考虑，确定暂时抛弃设备依赖的VR技术的使用，转而采用人体结构透视、骨骼三维建模、生物力学以及动画情境等多种相对较为成熟的易于可及的虚拟仿真手段，综合应用于“推拿学”不同种类不同特点的手法和临床应用的教学，基本实现了较为普及的应用终端上的使用，如智能手机、PC端、平板设备等，实现了虚拟仿真教学的可及性。根据目前教学反馈，在一定程度上达到了虚拟仿真教学的要求。

参考文献

［1］姜姗,林燕,闫永红,等.基于虚拟仿真技术构建虚实结合的实践教学体系［J］.中国中医药现代远程教育,2017,15(21):20-22.

［2］吴若霞,刘慧萍,李玲,等.建设虚拟仿真实验平台的意义与内容初探［J］.中国中医药现代远程教育,2017,15(5):48-49.

［3］倪萍.VR技术在微生物实验教学中的应用［J］.科技创新导报,2018,15(13):230+232.

［4］徐进.2013年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作小结及2014年申报建议［J］.实验室研究与探索,2014,33(8):1-5+25.

［5］季静,刘娜,寇蕊蕊,等.虚拟仿真实验技术在预防医学实验教学中的应用与研究［J］.预防医学论坛,2019,25(6):417-420.

［6］安红,母小云,陶欧,等.基于虚拟仿真技术物理实验教学模式的创新实践［J］.中国中医药现代远程教育,2020,18(23):6-8.

［7］车萍,夏雷,郑志娟,等.中医院校虚拟仿真系统在病理学实验教学中的应用［J］.中国中医药现代远程教育,2019,17(6):15-17.

［8］祁赛,谭涛,李华南,等.虚拟现实技术在针灸推拿教学训练中的应用［J］.中医药导报,2019,25(10):135-137+141.

［9］罗溪，李松声,王月帆,等.虚拟现实技术在高等医学教育中的应用［J］.中国医学教育技术,2016,30(4):420-423.

生物力学与仿真技术范文第2篇

由于该项目的创新性和实用性较强，市场前景广阔，除能在国内推广应用外，还有望进入国际市场。尹志勇团队正积极工作，完善系统硬件和软件，力争早日形成产品，让其能够在全国甚至全球推广使用，造福人类。

踏实刻苦 在求学科研的途中

尹志勇出生在四川省一个偏远小镇，从小成绩优异，对数学和物理有浓厚兴趣，对难题更是情有独钟，常常为破解难题花费1整天甚至1周的时间不放弃。初高中阶段，他多门学科成绩全年级排名第一。1979年，尹志勇考入重庆大学无线电系学习，大学毕业又考取了重庆大学生物医学工程专业的研究生，获硕士学位后志愿到第三军医大学大坪医院野战外科研究所工作。

从小立志当工程师的尹志勇到部队后充分发挥自己动手能力强的优势，帮助同事解决了很多技术难题。将“复杂问题简单化”、“把不可能变成可能”是他最感兴趣的事情。到部队不久，看到课题组正在通过外协方式研制用于纠正偏瘫病人足下垂的电子助行器，便主动请缨对原有产品进行改进。针对原有产品存在的问题如灼烧皮肤引起刺痛、功耗大导致电池使用时间短、电路复杂导致成本高调试维修困难、功能单一等问题，采用高频变压器替代普通变压器解决体积、重量问题；采用一级按需升压电路降低助行器能耗，大大延长电池使用时间，降低使用成本；采用导电橡胶电极取代不能与皮肤很好贴合的金属电极，减少皮肤刺痛感；采用变频脉冲刺激避免神经肌肉产生适应性；采用低功耗时基电路控制输出，使助行器不仅用于助行，还可用于早期治疗，使之更加实用。改进后的产品在1988年首届北京发明博览会上一举夺得银奖。随后得到了广东珠海飞梭集团的青睐，愿意花100万买断该技术。为了更好地将该产品推向市场造福人民，最终与飞梭集团成立联合实体共同开发系列产品。除电子助行器外，还开发了用于地震截瘫病人镇痛的生理镇痛仪。

精业博学 在追随导师的路上

1997年，尹志勇有幸师从王正国院士开展博士后研究，研究方向转向交通医学。期间除对原有的BIM-Ⅰ生物撞击机、BIM-Ⅱ卧式生物撞击机等致伤平台进行改造外，还针对交通伤基础研究工作需要对大量小动物进行致伤的需求，研制出小型多功能生物撞击机。

为了解决交通心理研究效率低且不太适合国情的难题，擅长对人体生理信号采集和分析的尹志勇开始思考：若研制部分仪器设备来开展交通心理研究，则能起到事半功倍的效果。在第国际交通医学大会上，尹志勇的相关研究工作得到了外国专家的好评。

随后尹志勇被抽调去负责院所重点建设项目：组建大型生物碰撞实验室。在系列生物撞击机的基础上，构建和完善了能逼真地模拟现场交通事故且国内唯一的生物碰撞试验平台，即使与国外发达国家的生物碰撞实验室相比，在实验室规模、设备的先进性和研究内容方面，该平台也具有显著优势。实验室竣工后，尹志勇积极组织开展对外服务和生物碰撞实验研究。一方面积极为汽车厂家提供法规碰撞实验、新车型研发试验、进口车商检试验和出口认证试验，为我国汽车工业提供技术服务；另一方面又开展了大量的生物碰撞实验研究，明确了部分损伤生物力学机理，如深入地探讨了脏器损伤规律，在实验研究的基础上还提出了一种新型的约束系统，并通过生物碰撞实验研究证实其有效性，伤亡率和创伤评分大大降低。该平台的建成为我国交通医学研究工作的深入提供了强大的技术支撑。

过去交通事故处理的主要依据是刹车痕迹和散落物等，如今由于多数车辆装备了ABS，这些车辆在高速公路的柏油路面上发生事故时，由于ABS的作用，痕迹越来越少，甚至部分事故根本就看不见痕迹。如何分析事故成因、如何区分责任成了难题。能否根据车辆的变形等情况确定事发时的车速？能否根据现有信息确定事故形态？而当时尹志勇正面临一个难题：如何将王正国院士领导下的交通医学研究成果应用于社会？如何才能促进交通医学研究的深入？为解决这一难题，尹志勇带领团队积极思考、查阅国内外相关文献，最终建立了多种车辆速度分析方法，并于2009年2月成立了重庆市八益交通事故司法鉴定中心，一方面为相关部门处理交通事故提供技术支撑，另一方面又通过大量典型交通事故案例的研究，促进交通医学研究的深入。

他在国家自然科学基金项目的资助下，建立了“颅脑损伤过程的动态可视化技术”，为揭示颅脑减速伤的发生机制提供了直观影像学证据。该可视化定量分析方法是一种无损、非接触式的测试手段。通过该实验研究可望从另一角度揭示颅脑减速伤的发生过程，并为颅脑减速伤的防护和诊治提供生物力学依据。

为解决现有交通伤研究方法存在的诸多不足，尹志勇建立了一种全新的研究方法：即基于有视频的典型交通事故案例的“真人”碰撞生物力学研究。该方法选择有监控录像的典型交通事故案例，通过视频分析获取事故发生时的碰撞速度、碰撞角度等致伤物理参数；在获得遇难者家属同意的情况下对尸体进行64排CT扫描和三维重建获取人体损伤细节；采用3D激光扫描获取事故现场信息和车辆的变形；最后通过计算机仿真技术建立它们之间的联系，再现交通事故的发生过程和人体损伤过程，逐步建立伤害严重度与损伤物理参数之间的量效关系。随后，尹志勇团队又通过与公安局共建实验室、通过司法鉴定工作、通过参加NAIS体系建设、通过与保险公司合作、通过与其他司法鉴定机构联合实现数据共享方式获取更多的研究案例来支撑该项研究，并取得了很好的效果。

一路向前 精彩每一个瞬间

随着研究的深入，常年战斗在交通事故一线的尹志勇开始思考一个问题：交通事故发生后，最常使用的工具就是皮尺和相机，近年来尽管引入了全站仪、三维激光扫描仪、摄影测量技术等新技术新方法，但收效甚微。交通现场信息的采集还是没有解决耗费时间长、工作量大等难题，现场数据漏测、漏标、错标等情况时有发生，而一旦现场撤除交通恢复就不能再次测量和核实数据了。经过数月的冥思苦想，尹志勇想到了采取从空中拍摄事故现场照片，快速获取事故现场信息的方法。此外，他们还在单位领导和学术带头人的大力支持和指导下，积极攻关，逐步筛选出了能满足项目技术指标要求的四轴飞行器、航拍相机、云台伺服系统，为了便于交警使用，还引入GPS定位技术。

在拍摄宽广的交通事故场景时，为避免飞行器飞得过高影响航空飞行安全，便引入广角镜头进行拍摄，由此又带来镜头畸变和透视畸变等问题。攻关小组又采用新技术对镜头进行标定和校准，并提出了相应的补偿算法，解决了现场实景照片畸形的校准难题，随即编制了相应的软件，除能对图像畸变进行校准补偿外，还可采用图像测量的方法将过去交警必须在事故现场进行测量的工作移至办公室完成，大大减少交警在恶劣天气下在室外的停留时间。此外，由于现行的法律法规需要交通事故现场图存档，尹志勇团队又增添了软件功能，可根据交通事故现场实景照片快速生成事故现场图。为了确保结果的准确性，在不同高度拍摄现场照片，并采用图像测量的方法获取事故现场数据，并开展测试结果的精度分析，结果表明：现阶段航拍技术测试数据的相对误差可控制在2.5%，即10米的测试距离误差在0.25米以内。对精度要求较高的个别数据，可采用激光测距仪进行补充，误差仅1毫米。从而大大减轻了交警的劳动强度，尽可能避免人为因素的影响，缩短交通事故现场的处置时间，尽可能避免因交通事故造成的拥堵。该系统在重庆市公安局交巡警总队和重庆市高速公路行政执法总队试用后，得到了相关专家和领导的一致好评。

生物力学与仿真技术范文第3篇

    工业工程(Industrial Engineering,简称IE)是20世纪产生的一门学科。工业工程学科产生于美国,但是在许多发达国家得到了广泛的传播和应用,并在这些国家的工业现代化过程中发挥了重要作用。近年来一些学者为工业工程下了一些新定义,用以反映现代工业工程的内容和职能。其中我国学者对工业工程的认识为:工业工程是以系统科学和运筹学为理论基础,从技术角度对各种系统(主要是生产系统)进行分析、规划、设计、优化、评价和实践,以达到不断提高生产率和整体效益的目的。下面就对工业工程涉及的管理、规划与设计进行浅析。

    1.项目管理

    在一个项目中,个人和组织之间的协调是一项非常复杂的任务。为了确保成功,要求来自不同组织的工作人员在不同时间和不同地理位置上有一个整体的沟通。在项目管理中,主要可以分为几大部分:综合管理、范围管理、时间管理、成本管理、质量管理、人力资源管理、沟通管理、风险管理和采购管理。

    随着项目过程和项目生命周期的集成出现的项目管理方法学中,首先确定在项目生命周期的各个阶段施行过程的哪一个部分;其次指派专门人员完成各个过程或是一个过程的一部分,这些人员都要进行特定工具或特定技术的培训;最后将各个过程所需的信息输入或传出给负责项目的人员,以保证项目参与者良好协调的信息流和很好的沟通。一系列设计严密的过程由适宜的信息系统支持且由训练有素的团队执行,那么该组织定会有很大的竞争力。

    成功的项目管理要求成功的进行项目范围和成果范围的计划、执行、控制。而建立团队和组织学习在项目环境中占有举足轻重的地位,建立一个清晰的流程,并知道如何在过程中正确的走每一步,这样在项目管理中才可以取得卓越的绩效。

    2.产品规划

    2.1规划与产品整合开发

    当前市场的特性是:越来越激烈的国际竞争、迅速增长的商品复杂度和极度变革的技术创新。在创新周期逐渐缩短的同时,产品的生命周期和投资回收期也在不断缩短。这样,时间就成为目前最富挑战的因素。企业如何快速成功的占据市场便成为了重中之重,这就要求加速创新产品的开发,而产品原型的生产则成为了快速开发产品的关键。

    2.1.1快速开发产品的特征

    特征有完整的生命周期、正确的组织形式、流程的实施、人力和技术资源的协调以及产品开发流程的结果。这些独立模块在有一个大致边界后可自由发展至成熟,但这些带来的资源的重新配置、整个项目过程的同步等问题需我们进一步研究。

    2.1.2快速产品开发的基本方法

    (1)过程计划,计划是规划各种过程的第一步,在涉及一个复杂的研发项目时,过程的计划是必须的。目前已经开发出的面向小组的项目计划系统(TOPP)的协调是通过单一通道下的计划来实现的,它实现了面向阶段和面向结果的集成,并且可支持计划制定者来协调快速产品开发和研发中的全局性工程项目。

    (2)物理原型

    (3)数字原型

    总体而言,建立整个系统的物理或者虚拟原型极其重要,尤其在产品开发的初始阶段。

    掌握了快速开发产品的特征和快速产品开发的基本方法之后,还要考虑研发队伍成员之间的通信与协作问题。在研发创新性产品这个动态的过程中,小组成员之间的交流会为实现高效率和高效益的项目合作起到重要作用。

    3.以人为中心的产品规划与设计

    3.1以人为中心的3个基本目的

    目的是:设计应该促进人的能力提高、应该帮助克服人的局限性、培养人的接受能力。这些目的应该在整个设计过程别是初始设计阶段成为设计人员的驱动性思维。运用以人为中心的框架会保证产品或系统的生存性、认可性和有效性等方面的成功。

    3.2面向制造的设计

    面向制造的设计的目标在于在早期的产品设计阶段就考虑可生产性的问题,以便在较短的交付时间内以较低的价格吸引顾客并满足顾客需要。面向制造的设计将被运用于工业环境中,所以我们要关注提高工程师个体在设计与制造方面的专业知识水平以及促进设计与制造小组之间较好较早地交流沟通。

    4.工业工程未来的发展趋势

    20世纪90年代以来,特别是进入新世纪之后,工业生产的全球化日益加深,市场竞争愈演愈烈,新技术不断涌现,工业技术水平日益提高社会需求不断变化,工业生产规模不断扩大。这些都客观上要求工业工程不断吸收新技术,以适应全球化的工业生产。工业工程的发展趋势体现出新形势下发展要求。

    (1)多学科融合加快。现代生产日趋复杂,新产品新技术不断涌现,这些促进了工业工程学科大量的引进系统的科学思想及系统的工程理论和方法,广泛吸收各种现代科学理论和方法,如计算机技术、微电子技术、机电一体化技术、计算机集成制造系统、管理信息系统、决策支持技术、人工智能技术、计算机专家系统以及生物力学、心理学、运筹学等,使工业工程这门综合性学科不断充实完善,日趋现代化。

    (2)应用领域日益扩大。工业工程的研究应用领域遍及生产工程、物料搬运与存储管理、工厂与车间管理、成本分析与控制、价值工程、可靠性工程、投资分析、财务分析与管理等各个生产领域。近年来,工业工程技术的应用扩大到如流通、商贸、服务业、非盈利性组织等非生产制造领域。

    (3)研究手段日趋复杂。随着计算机技术以及其他科学领域的发展,新的工业工程研究手段不断出现,其研究方法也日趋复杂。如传统的数字仿真只能得到用数字表示的仿真结果,以及相应的二维图像,其应用深度受到很大的限制,而最新的仿真技术可以将仿真与虚幻现实技术结合,将设计者置于虚拟现实的环境中,使其能“身临其境”地发现潜在问题,从而降低制造成本、缩短实施时间、避免反复的设计。模糊数学、遗传算法和神经网络等,也不断引入到方法研究中。

    (4)强调以人为本。现代工业工程对生产要素优化组合新规律的探索不断深化,其中心问题是对人和其他生产要素之间的关系的研究。在生产系统中,人始终是重要角色,提高生产率的问题归根到底是以人为中心来展开研究。人、机器和设施的最佳组合,人在变速、高速系统中的适应性,环境对人的影响等这些人类工程学的课题也是工业工程的重要研究领域。

    5.结语

生物力学与仿真技术范文第4篇

关键词：

中图分类号：G80-05文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)02-0145-03

1基本认识

信息化是当今世界发展的大趋势，是推动社会各领域快速发展与变革最重要的源动力。推进信息化是顺应世界信息化发展潮流的重要部署，是覆盖我国现代化建设全局的战略举措，是贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会、构建社会主义和谐社会和建设创新型国家的迫切需要和必然选择。

近十几年来，我国各行业积极贯彻中央信息化战略决策，不断开拓进取，以金关、金税、金穗、金审等典型应用案例为代表的信息化工程在促进我国社会发展、繁荣与稳定等方面正发挥着无可替代的重要作用。信息化是社会发展的助推器。

信息技术是信息化建设最重要的技术支撑。信息技术主要包括感测技术、通信技术、网络技术、计算技术、多媒体技术和控制技术等。感测技术是获取信息的技术。通信技术和网络技术是传递信息的技术，近年来日趋合一，难分彼此。计算技术是处理信息的技术。多媒体技术是计算技术中的一种，只是特指处理声音、图形和图像的技术。控制技术是利用信息的技术。信息技术的定义不但涵盖了信息技术的门类，也明确了这些技术门类的概念与关系。其中通信技术和计算技术是信息技术的两大支柱。

信息技术应用深度在拓展。1) 应用范围在不断拓宽。20世纪50年代基于主机应用，70年代基于微机和局域网应用，90年代基于国际互联网应用。2) 处理内容在不断变化。50年代为数据处理，70年代为信息管理，90年代互联网的飞速发展和广泛应用，使计算机处理的内容向着知识管理的方向发展。3) 信息技术应用在不断深化。50年代主要侧重数据处理，70年代侧重业务流程控制，90年代人们借助互联网对现有的组织形态和结构进行改造，使其更能够适应信息时代的要求。

信息技术是高速发展中的技术。现主机速度每18个月提高一倍，存储量每12个月提高一倍，网络带宽每9个月提高一倍。换言之，信息产品具有更新淘汰快、技术寿命短的特点。由于该特点在信息化过程中始终存在，且代谢速率日趋加快，因而在信息化项目实施前，需要根据实际情况和条件，在投入力度、所需性能和实际效益三者间做客观的权衡和严谨的抉择。

信息技术的发展是一个过程，信息化建设是随信息技术发展而发展的一个实践的、应用的过程，它随人们认识的深化而提高，随需求的变化而发展。因此，信息化建设是一项长期的、永无止境的工程，它可划分阶段，没有结束，不可能一次建成，一劳永逸，它需要维护、升级和更新。

信息技术应用十分广泛，已应用于产业、服务业及家庭社会的一切领域，已成为一场空前的技术、信息和产业革命。信息技术不仅促进科学技术的快速发展，促进劳动生产率的极大提高和生产力的巨大发展，同时它还在深刻地影响着人们思想、观念的深刻变化，促进着社会体制的变革。体育信息技术的应用同样深刻影响着体育事业的发展和进步，它对群众体育、竞技体育与体育科研体育教育、体育产业等各领域的发展已经起到了重要促进作用，今后必将会发挥更大作用。

2体育信息技术应用概况

体育信息技术是信息技术用于满足在体育行业应用的技术，涵盖了感测、通信、计算机和控制几乎所有信息技术。在大型运动会、电子政务、科研、教学、训练等领域，已经越来越多依赖于信息技术的支持。

2.1奥运会信息技术应用

1960年，第17届罗马奥运会，计算机穿孔卡片被首次用于记录比赛成绩，这是在奥运会上使用计算机的最早记录。

1984年，第23届洛杉矶奥运会。以光纤通信网、信息系统集成等先进技术为支撑的赛事电子信息服务系统首次问世。当十几个国家突然宣布抵制洛杉矶奥运会时，该系统在短短几天时间内就对已安排就绪的住房分配、参观计划、比赛日程、器材预算和交通组织等进行了全面调整，保证了该届奥运会的顺利进行。此后，通信系统和信息系统被国际奥委会列为申奥国家的必备条件。

1988年，第24届汉城奥运会。与洛杉矶奥运会最大差异是，在通信系统方面主要选用本国的技术和生产商，这极大地促进了韩国民族信息通信业的发展。汉城奥运会直接盈利4.7亿美元，间接经济效益则高达70亿美元。

1992年，第25届巴塞罗那奥运会。首次使用高清晰电视系统；建立了功能强大的信息网络系统AMIC，为75000人提供了广泛的信息服务查询；实现了奥运空间的计算机控制；建立了体育评论员系统，实现了现场即时报道，通过触摸屏可跟踪所有比赛进展情况；还首次推出“全能运动操作系统"，通过网络将原来分散在赛场上的电子计时、光电测距和自动记分等装置有机地连接在一起协同工作。

1996年，第26届亚特兰大奥运会。特色一，是首次使用了以网络计算机为支撑的比赛组织管理系统。特色二，是建立了三个主要网站：一为奥委会官方网站，二为本届奥委会与IBM为奥运信息而共同设立的网站，三为NBC奥运会网站。这是现代奥运会第一次与因特网“联姻"。

2000年，第27届悉尼奥运会。可称得上是最“e"化的奥运会：信息系统主要包括三套核心系统，即奥运管理系统、奥运成绩系统和奥运信息服务系统，再加上互联网的广泛应用，堪称历年来最“e"化的奥运会。

2004年，第28届雅典奥运会。本届奥运会成为有史以来高科技含金量最高的一届奥运会。1) 它使用了美国科学应用国际公司（SAIC）联手德国西门子共同研发的、规模空前奢华的监控系统“C4I"。该系统是一个高度数字化的神经中枢，借助宽带网络，覆盖了雅典和希腊的主要港口、飞机场以及其它赛事协办城市，它包括12艘巡逻船、4000部车辆、9架直升机、1架空中飞艇、4个移动指挥中心，数千台电脑终端、1577个监视摄像机、报警器、传感器等，总价值超过3000万美元，技术水平达到美英情报部门的顶尖水平，能在一秒钟内向奥运会116个紧急行动中心提供赛场内外的信息。C4I设在各地的传感器将采集的大量多媒体数据传给专业服务器，经处理后只将可疑数据提供安保人员分析，提醒安保人员酌情处置。C4I系统体现了高度智能化、自动化的网络科技发展趋势。2) 宽带固网、高端无线网络技术也在雅典奥运会得以普及或崭露头角，这种专用于奥运会的无线宽带系统被称为“无线奥林匹克工程"（WOW）。无线网络涵盖了移动电话、智能电话、车载系统、PDA终端等。使用者可以从公共WAP网站获得信息，发送e-mail，或者交换文件，强大的功能和移动通讯的便利使得移动装置成为一些奥运会赛场工作人员的理想工具。短信、视频点播、移动上网等新型通信服务也给雅典奥运会带来更多看点。3) 雅典奥运会是第一次启用多个3G网络的奥运会，在奥林匹克主赛区，3G网络覆盖率达100%。4) 2004年雅典奥运会期间，欧洲空间局启动名为“奥林匹克瞬间"的计划，为雅典提供卫星定位导航服务（EGNOS），也称“位置服务”（LBS），从而大大改善和加强了雅典奥运会期间的信息服务、安全保卫和交通等方面的工作能力。现代信息技术的综合运用，保证了雅典奥运会从安全检查、信息通讯到其它各环节的顺利进行，也把现代奥运装点得熠熠生辉。

2.2我国举办的国内外历届赛事信息技术应用我国赛事信息化的应用基本与国际同步。自1983年上海第五届全运会起，在赛事管理信息化方面进行了长期的尝试与探索，取得了可喜应用成果。

1983年上海第5届全运会首次使用计算机记录成绩。

1987年广州第6届全运会上，首次使用了计算机系统，实现了竞赛成绩的综合处理和信息内部。此后，信息系统便成为国内承办综合运动会的规定要求。

1990年，北京第11届亚运会，由我国自行设计、研制并保驾运行的“第11届亚运会电子信息服务系统"为大会组委会提供了快速、准确、全方位的信息管理与服务，满足了赛事管理、指挥调度、赛事组织、赛程编排、裁判仲裁、成绩处理、成绩、新闻宣传、安全保卫、交通运输、团队接待、人员注册、食宿安排、参观游览等工作的需求，获得了极大的成功。

此后，该系统的实现技术在国内举办的全国夏运会、全国冬运会、全国城运会、全国体育大会、43届世乒赛、远南残运会、东亚运动会、亚洲冬运会及世界大学生运会上都得到了广泛应用，并随需求拓展及信息技术发展而不断地完善与优化，逐渐形成了一套行之有效的管理模式和体系结构。

近两年，我国赛事信息技术服务的范围已拓展到香港、澳门和越南，相信在以后国内举办的各种赛事及2008年北京奥运会和残奥会上将有更精彩的应用展现。

2.3我国体育信息技术其它方面的应用我国体育信息技术从1983年开始，已经历了二十余年的建设历程。目前，在体育信息技术公共应用平台、门户网站、公文运转、外事管理、经济管理、赛事管理及彩票管理等方面的建设都取得了不小成绩：

1) 服务于备战2008年北京奥运会的政务内网、政务外网、信息安全及身份认证系统已运行三年，这标志着我国体育信息化的统一基础应用平台基本搭建完毕。

2) 总局门户网站“中国体育信息网"经十年建设，开设了全民健身、竞技体育、奥运知识等服务栏目500余个，日访问量近万人。

3) 采用最新技术开发的，以“一站式"服务为特色的第三代“电子政务系统"于2007年正式运行，实现了国家体育总局系统的网上办公。

4) 以体育外事、竞技体育、体育彩票、财务结算、校园网建设、体育教学、体育科研等为代表的一些体育业务管理软件及数据库的建设与应用取得良好效果。

5) 全国一些省级体育局的信息技术基础设施建设、电子政务应用和省体育局网站建设已经展开。

2.4我国体育信息技术应用存在的主要问题我国体育信息技术的应用和发展还存在以下主要问题：

1) 体育信息技术系统缺乏总体规划和技术标准，建设还没有完全摆脱各自为战的状况，重复多、孤岛多、效能差、难以互联互通和信息共享的现象普遍存在。2) 体育信息化“重硬轻软"的现象未得到根本扭转，“有路无车"现象普遍。3) 应用的领域和范围还不广。各管理业务的应用还没全面展开，群众体育、竞技体育的应用都还比较少，特别是运动项目的管理中的信息技术应用基本上还是空白，利用计算机仿真、模拟等信息技术进行运动训练还在初始阶段。4) 认识不高投入不足。还没真正认识到信息技术对体育各领域的提高与发展的重要作用，投入上严重不足，影响了信息技术在体育中的广泛和深入应用。

3体育信息技术应用前景

3.1体育场馆信息技术应用随我国的社会发展水平的提高，人民群众强身健体的愿望日益热切，全国正掀起现代化体育场馆设施的建设。因而，现代化场馆设施的智能化应用（弱电系统）将有广阔应用前景。该系统一般包括楼宇自控系统、办公自动化系统及面向赛事管理的通讯系统、网络系统、检票门禁系统、竞赛信息系统、电视转播系统、新闻系统、大屏幕显示系统、指挥调度系统等等。

需注意的是，因我国体育场馆设施智能化发展历程短，故国内还没有专业从事体育场馆设施智能化设计的单位。由于一般工程设计单位缺乏体育场馆设计常识和赛事比赛常识，业主方又往往对场馆智能化技术实现与要求不甚明了，致使场馆布局不合理，信息化设备不符合赛事要求的事情屡有发生，或造成赛事不能顺利进行，或需重新设计、改造、施工，给工程各方带来不必要的麻烦和损失。如能在今后的场馆弱电建设中，能加强业主方、设计方、赛事方和国家体育总局相关职能单位的商洽与沟通，这些问题应能得到较好的解决。

3.2体育电子政务应用国家体育总局以“一站式"服务为特色的电子政务系统已经运行，并将稳步推广到全国体育系统，体育电子业务的应用也取得了一定进展，今后的建设重点是电子业务和电子商务的应用，并将呈现如下发展态势：

1) 《国家电子政务总体框架》将引导全国体育系统的信息化建设总体框架的设计自上向下展开，并趋于协调发展。

2) 为企事业及体育爱好者提供“一站式”体育在线服务，将成为体育电子政务发展的主旋律。

3) 体育电子政务的工作重心将转向对体育信息资源的采集、研究、分析、开发和利用。

4) 体育门户网站的主要职能将从信息公开逐步转变为提供公共体育信息服务。

5) 网络安全、信息安全、互联互通和信息共享将愈显重要。

3.3体育赛事管理信息技术应用今后体育赛事信息技术应用主要是突出更安全、更可靠、更准确、更快速、更便捷、更先进、更完善等方面的提高和发展，同时将会加大对“电子商务”及“位置服务”等技术的应用。

3.4运动项目管理信息技术应用体育运动项目管理是体育业务的核心，因而运动项目管理信息化应是体育信息化的重点。

鉴于我国的流体力学、运动力学、生物力学、运动医学及现代搏弈理论等方面都卓有建树，而且在一些重点体育科研院校中已部署了很先进的此类仪器设备，且当今信息技术中的虚拟宽带网技术、数据仓库变粒度分析技术、浏览器/服务器技术、多级集散式异构环境下多库协同技术、多媒体与模式识别技术、计算机仿真技术、数据挖掘与知识发现技术等又发展得较为成熟，因此，借助先进仪器设备和当代信息技术的支持，稳步构建适合我国体育特点的“多级、递阶、变粒度、宽带、集散式、智能化”的体育运动项目管理系统，努力满足体育运动项目管理不同层面、不同类型的应用需求，进一步提高中华民族身体素质，进一步提高我国竞技运动水平，促进我国体育事业更大发展，不仅意义重大，而且应用前景广阔。

运动项目管理系统主要包括运动项目的日常业务管理和运动队竞技训练管理，后者是建设重点。竞技训练管理应包括选材育人、训练计划、技术统计分析、训练成绩评估、国际对手档案、教练赛场助手及辅助决策支持等功能。技术统计分析要尽量融合多学科理论和多媒体技术，对训练竞赛情况力求给出定量或定性与定量相结合的科学技术分析，以利竞训水平的不断提高。我国跨栏运动项目竞技水平的迅速提高，已凸显出科学训练的重要作用。

3.5体育科研院校信息技术应用随着体育科研院校信息化进程的加快，其信息化环境得以逐步完善，以体育科研和教育为核心的信息技术应用将成为体育科研院校信息化的主旋律。体育运动科学的研究、重点体育信息的研究、体育教育与教学的研究，借助于信息技术的支持，将向更高层次发展，并将硕果累累。

3.6基于位置服务的信息技术应用位置服务（Location Based Services）是卫星导航技术与地理信息系统（Geographic Information System）、遥感技术、移动通讯技术、嵌入式系统技术融合的产物，是一种依赖于移动设备位置信息的服务，它通过空间定位系统确定移动设备的地理位置，并利用地理信息系统数据库和无线通讯向用户提供所需的基于这个位置的信息服务。汽车定位导航系统就是这方面的应用之一。

位置服务应用于体育领域，可广泛支持体育赛事管理和体育休闲健身等需要动态地理空间信息的应用。它可为体育赛事的组织指挥、安全保卫、交通管理、物流管理提供相关信息服务，还可为各类人群随时随地提供安全、方便、快捷、高效、无语言障碍、个性化的体育场馆、交通路线、赛事票务、比赛信息、住宿、餐饮、娱乐、购物、旅游、气象、交通、加油站、医院、剧院、博物馆等各类综合信息服务。