虚拟仿真技术特点
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虚拟仿真技术特点范文第1篇
作者简介：刘镇（1978-），男，大连职业技术学院讲师，硕士，注册一级建造师、造价师，研究方向为工程管理、工程造价。
中图分类号：G712
文献标识码：A
文章编号：1001－7518（2012）17－0034－02
一、虚拟仿真技术的含义
仿真技术，也被人称之为模拟技术，即用一个系统模仿另一个真实系统的技术。而虚拟现实技术则是在仿真技术的基础上发展而来的，当前仿真系统正在向虚拟环境的系统演变。虚拟现实技术和仿真技术作为对现实世界的模拟，都是基于模型而开展的，都是对现实世界尽可能的再现，因此，由仿真技术和虚拟现实技术两者相结合形成了虚拟仿真技术。
虚拟仿真技术是指运用计算机和专用物理效应设备，借助相应的系统模型，对实际的或假想的系统进行相关动态试验研究的一种新技术，具有可控性、经济性、快速性等特点，有助于解决抽象与实体之间相互联系的问题。
二、目前虚拟仿真教学与高职土建类专业教育的关系
职业教育是以就业为导向的教育，技能教育是职业教育的核心，同样职业教育信息化也要为职业技能服务，信息技术已经成为提高教育质量的重要手段。教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（［2006］16号文件）指出，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。
当前，建筑技术含量要求越来越高，不断呈现出结构多样、工艺复杂、施工难度加大等特点，这就需要教育和培养出更多的建筑技术人才，不仅能进行工程设计，而且具有较强的实践技术指导和管理能力。根据2010年统计，开办土建类高职学校达1099所、专业3423个、招生人数307412人。数据表明高职土建类教育不仅规模大、分布广，而且发展速度快。高职土建类教育在强调系统地设计基于学科系统性原则的理论教学体系基础上，应系统地设计基于工作过程化的实践教学体系。而虚拟仿真技术通过交互式环境、情景复现功能，实现对抽象概念的具体化，对传统教学进行革新的一种方式，能够很好的满足“情景教学”与“项目教学”需要。目前，虚拟仿真技术已在多学科领域的教学及实践中使用，并且虚拟仿真技术已运用于工程建设。这些都表明了在土建类教学中采用虚拟仿真技术是可行的、必要的。
三、虚拟仿真技术在土建类专业教学中的应用
（一）形象直观，利用情景教学
心理学指出：传统的课堂教学，学生一般只能吸收不到三成的内容，并且随着时间推移，所掌握的知识会逐步遗忘。[3]同时，研究证实：阅读到的信息我们能学习到10%；听到的信息我们能学习到18%，但所亲身体验过的事我们能学习到80%。毫无疑问，学习体验是最好的方式。土建类学科是一门技术复杂多样，设备材料繁多，实践性强的学科，在教学中需要学生有亲身经历体验。虚拟仿真技术通过虚拟现场情景，仿真施工工艺和过程等，充分调动学生的积极性。将学习目标与教学主题相结合，通过形象直观的方式让学生学习知识。在情景体验教学中，教师与学生更加的积极主动，使教学效果得到明显提高。
（二）提高学生空间想象能力
土建工程是将二维表现的设计图纸实现为三维的、立体的、复杂的建筑物。这就对学生的空间立体想象能力提出了较高的要求。但刚接触该专业的学生，总有想象不出或理解困难的感觉，以往授课中需要通过教师绘图、模型展示等，但效果一般。利用虚拟仿真技术，能够模拟出建筑物的建筑构造，能够真实展示建筑物的各个结点，空间布局、立体图形的生成过程。通过虚拟仿真技术能够使学生置身虚拟建筑空间内，从而对这些建筑空间的认识和理解更形象、更全面、更深刻。
（三）改进管理类课程授课方式
在土建类专业课程体系中，存在很多管理类的课程，这些课程突出特点是很难看到真实场景，甚至在学习中也不可能亲身经历，只能阅读到成果性资料。以工程招投标与合同管理为例，标书制作、合同签订，开标过程等，教学中很难体验这类过程的工作流程和内涵。虚拟仿真技术则能够虚拟相关情景，让学生在课堂中，分角色扮演，经历开标、评标、谈判这些工作，使学生得到充分体验，真实的领悟，从而有效的促进管理类知识转化，完成项目教学。
（四）促进实践教学
土建类专业的实践课程是非常重要的，对学生理解知识点，以及理论与实践相结合有着很强的促进作用。土建类专业需要的实训项目及设备种类数量繁多，各院校受资金、场地、安全教学管理等多方面的制约，很难具有全面的实践条件，而虚拟仿真技术利用自身优势，能够很好的促进实践教学。
第一，保证实训科目的质量，节约成本。为确保实践项目教学的效果，传统的实践教学模式需要巨大的资金投入及购置教学所用的设备，并且在教学过程中会消耗大量的材料，容易淘汰教学仪器和设备，因此很难满足教学所需。从教学资源全过程管理来看，虚拟仿真技术实践减少投入包括占地、建筑投入、设备投入、材料投入、指导教师投入，经过考察统计可以降低30%~80%。同时也降低实训污染（如粉尘实训、噪声污染等），而学生因为得到多次实践机会，效果也远远好于传统教学。
第二，容错功能强，可开展探究性实验。土建类专业实践存在较高的安全风险，尤其是学生到施工现场实训，而企业也为回避对安全事故的各种约束处罚而不愿意接收学生现场实训。为了防止意外事故的发生，通常是采取增加实训操作过程的相关约束条件来确保师生的安全。但限制的越多，与实践就越脱节，教学质量难以得到保障。虚拟仿真技术可引导学生积极在仿真实践中进行实训，不必担心出现任何以外的风险，保证实训安全性（设备安全、人身安全）。通过运用虚拟仿真技术，教师在教学中可以设置各种不同的故障等状态，“虚拟”不同的事故，学生通过反复试验，运用各种方式方法，分析问题、解决问题，在这方面实际实训是无法做到的。
第三，科学定量考核，与职业资格接轨。在土建类的实践项目的考核常常仅是一份报告（施工组织设计、合同、招投标文件等）或是实践指导教师根据学生在实践中的表现，依靠主观给学生评定成绩。而在虚拟仿真实践的软件中，可根据不同需求，设计不同性质的考试、考核方式。而虚拟仿真实践软件通过采取随机出题、海量题库、在线考试等方式，保证考试考核的公平、真实。从而实现了考教分离、分量一致，实现了以考试、考核额成绩来衡量教学质量、评价教学效果、评估学生的学习能力的可能性。
四、如何制作虚拟仿真教学软件
仿真教学软件的研制的总体过程基本上可划分为两大阶段，即教学设计阶段和软件制作阶段，如图1所示。
虚拟仿真教学软件制作是一项复杂的项目管理工程。编制适应高职教育的虚拟仿真软件要把握以下几点:
（一）树立职业教育理念
教学设计应以教育科学的观点和方法为指导，按照职业教育额教学目标、教学内容、教学对象的特点等，结合国家相关职业（工种）标准，优化教学软件的系统结构与模块设计，并选择适当的媒体信息，使其在系统中得到有机结合，以实现课程与实训的教学目标。
（二）创作团队进行脚本编写
脚本作为仿真教学软件的第一关，事关教学实训内容的正确性与科学性，贯穿于脚本编写之中的教学设计，决定了教学软件的生命。
土建类虚拟仿真软件脚本通常由具有丰富教学与实训经验并了解现代教育技术的人来编写。因此，需要组成专业教师、现场工程师、教育技术专家组成的创作队伍。脚本创作中的整体结构要依据研制大纲的要求进行，除了在保证科学性的前提下，重视教学实训项目、任务、技能点、操作步骤的设计，重视文字符号图形的标准化外，还要格外重视屏幕设计，重视交互性设计，重视操作工艺、安全规范等方面的设计。
（三）素材制作要保证质量
素材不仅是构成教学软件的基本单元，也是教学软件完成系统合成的重要前提与基础。素材的制作（包括三维建模）是制作环节中耗费时间最多的环节，据统计，素材制作将占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是数字化教学资源开发的重心，是制作的重要环节，是制约开发周期的主要环节之一。土建类虚拟仿真软件中的素材要实物、现场场景严格匹配，这样就能保证软件的质量，防止给后期合成带来隐患。
五、虚拟仿真教学与实操教学之间的关系
（一）互补关系：实操教学不能实现的，利用仿真教学可以实现。
（二）融入关系：—份完整的现代化的教学方案，必定是仿真教学与实操教学的完美融入的方案。
（三）顺序关系：一般情况下，仿真教学在前，实操教学在后。
（四）不可替代关系：仿真教学与实操教学，二者不可替代。
（五）随着计算机技术快速发展，仿真教学对实操教学的互补作用会越来越强，同时，实操教学对虚拟仿真教学的依赖程度会越来越高。对于实操教学的设备，有与虚拟仿真系统实现一体化的趋势。
六、结束语
从微观层面看，高等职业教育是以技术人员的职业劳动为导向的，是产生于技术人员的能力、知识和素质，是一种专业劳动。因此，作为高职土建类专业的教学，应以生产目标为导向，有针对性地对学生进行体验式教学。应该通过虚拟仿真技术和赴实地现场进行教学，在课本之外给学生更生动易懂的知识，并通过虚拟的或者真实的实验、实训、实习等实践教学培养具备较高的知识、能力和素质等综合性的高端土建专业技能型人才。
参考文献：
[1]吕爱民，项秉人.生态建筑的数字化构建[J].新建筑，2005（6）：7-9.
虚拟仿真技术特点范文第2篇
【关键词】虚拟仿真；实训教学；应用方法
虚拟仿真技术在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。虚拟仿真技术逐渐应用于教育领域当中，形成一种新的教学模式——虚拟仿真教学，即利用实物或计算机创设相应的虚拟环境或工具，并模拟真实事例进行操作、验证、设计、运行等实验、实训的教学方式。
1.背景分析
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中指出：高职教育“人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节”，加强实训、实习基地建设是高职院校改善办学条件、突出办学特色、提高教学质量的重点，高职院校在各个专业教学计划中开设足够的实训实践课程是对上述要求的积极响应。
传统的实训教学过程大多围绕硬件实物，在实验室、实训室或企业车间等场所中实地展开实施，因其直观易感和接近生产实际，向来都是高职实践课程的主流教学方式。然而这种教学方式存在先天不足，投入大、适应性差且难于开放等问题，往往使实践教学进程面临窘境。充分利用计算机技术和现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟实验、虚拟工艺，是许多高职院校寻找行之有效的技术手段来缓解传统实践教学模式所带来的压力的努力方向。虚拟仿真教学技术具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点，这些特点有益于教师的实训教学和学生专业技能的训练，为解决高职教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路，因此迅速发展起来的虚拟仿真技术应用于实验实训教学必然成为高职院校的最佳选择。
2.虚拟仿真技术的比较优势
目前高职院校很多专业，如数控技术、焊接技术、计算机网络技术、应用化工技术等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真技术非常适合高职院校的人才培养模式，高职教育采用虚拟仿真技术具有必要性、可行性和优越性。虚拟仿真软件在企业中也得到了广泛应用，很多企业都采用虚拟仿真软件进行产品设计，如芯片设计采用的Tanner EDA软件，网络设计采用的OPNET、NS2软件等。因此，学生在学校使用虚拟仿真教学软件所获得的实践技能，同样可以应用到以后的工作之中。
与传统的实物形态实践教学不同，虚拟仿真技术教学是通过计算机软件实现的。与传统实践教学模式相比，采用虚拟仿真技术进行实践课程教学具有明显的技术优势。主要体现在以下几个方面：
2.1 节约教学成本，具有高效性
基于计算机软件的虚拟仿真技术实训教学模式与实物教学模式相比，设备和资金投入少，更新、维护方便。学生在虚拟仿真教学平台上，无需完成实物教学中的许多重复性工作，缩短了学生完成工作任务的时间。同时，针对存在的问题还可进行反复的操作训练，也不用考虑设备的损坏和材料的消耗，极大地节约教学成本，提高了学习效率。从教学资源规划、建设和使用的全过程质量管理角度看，虚拟仿真实践教学模式的综合运行成本远低于传统的实物操作教学模式。
2.2 广泛的适应性和适用性
传统实践课程教学模式的适应性较差，虚拟仿真技术不受课程、学科门类和专业技术领域限制，是一种普遍适用的技术手段，具有广泛的适用性。
（1）通用性、兼容性强
虚拟仿真技术具有极强的教学功能兼容性，适用于从教学设计直到考核测评的实践教学全过程。对于工科实践教学，多数通用型应用软件兼具仿真功能，通常一款软件可以同时支持多门课程的仿真教学，一门课程的教学也可以由多款软件来实现，并且凡能以实物方式展开的实践教学内容，理论上虚拟仿真技术都可以做到。比如电类各专业基础实验、实训项目教学，都能用通用型EDA软件（如Multisim或Protel等）的仿真功能实现，化工类专业实训则可用化工仿真DCS操作系统的单元级、工段级仿真软件实现。
（2）打破时空限制，具有灵活性，易于改进升级
虚拟仿真教学可以摆脱传统现场教学地点固定、时间有限、设备不足和内容难改的局面，学生只要在计算机中安装了虚拟仿真软件，就可以把虚拟仿真教学延伸到教室、宿舍甚至家庭，随时随地的运用虚拟仿真教学软件进行学习和探索，突破了时间和空间的限制，也不受场地等外界条件的限制，使学习变得更加灵活。
虚拟仿真技术的改进和升级在很大程度上就是软件的改进与升级，速度快、风险小，利用网络信息资源能够紧随技术进步，更能切中时需，保证实践教学的动态有效性，也更能彰显出对实践类课程教学的催化作用。
（3）容错功能强
生源不理想、学生基础较差是高职院校中普遍存在的实际问题，学生对一些偏深的理论知识点常常一知半解，实验、实训过程中出现操作失误在所难免。以实物为操作对象的传统实践教学，某些情况下误操作有可能导致教学事故，危及仪器设备甚至是人身安全。基于虚拟仿真技术的实践教学操作对象是计算机软件，教师尽可设置各种正常、故障甚至极端故障状态以便“虚拟”地历练学生，学生也尽可按部就班地执行各种规范操作去“证明”或者尝试误操作去“证伪”，完全没有损坏仪器设备或危及人身安全的顾虑。仿真可以通过参数控制模拟真实设备的机械性能，实时反馈实验结果，检验各种指令的正确性，通过反复练习达到操作练习的目的。
3.虚拟仿真技术在实训教学中的应用
3.1 树立虚实结合的实训教学理念
虚拟仿真实训教学有助于学生理解实训内容，并在一定程度上提高学生的动手能力。不过虚拟仿真实训只是模拟真实的实训教学，实训过程缺少“实物感”，并不能完全代替实物实训。因此，应该认识到虚拟仿真实训与实操实训各有特点，二者优势互补，不可相互取代。如在网络实训教学项目中，用到的网络设备，包括路由器、交换机等种类、型号很多。采用虚拟仿真实训教学软件，学生虽然也能使用到这些设备，但仿真设备与实物还是有一定的区别，到真正的实操实训中可能会无从下手。因此，应该注重将虚拟仿真实训与实物实训结合起来，相得益彰。在进行虚拟仿真实训的基础上，有目的地安排一些实训内容在真实环境中操作，这样学生会对实训的设备有亲身的体会，更能加深实训的印象，提高实训的效果和质量。在实训内容的安排上，可以让低年级学生先进行虚拟仿真实训，在学生完全掌握实训的内容和流程之后，再进行实物实训，这样就能够达到事半功倍的效果。
3.2 根据实训要求建立仿真模型
仿真模型既包括电子装备外观、结构的三维物理模型，也包括揭示其内在工作机理及行为的数学模型。对三维物理模型的建立，主要依据装备本身的物理状态，其原则是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立，则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化，本着够用为度的原则，尽量减小运算量。建立数学模型时，还应考虑到系统运行时的参数调整。
3.3 创建仿真装备的虚拟场景并驱动
对于虚拟场景的驱动，应根据使用方式的不同，采用不同的方式。如果进行的仅是装备外观、结构的展示，可使用EON进行动作的编辑和驱动；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操作。
3.4 整合教学仿真软件要素、系统集成
系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式其有机地整合在一起，使之成为一个完整的、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台（如VB、vc++等）。由于上述虚拟现实驱动软件（如EON、GLStudio及VegaPrime等）均以ActiveX控件方式提供了可用于常用软件开发平台的运行插件，因此，系统集成变得十分方便。编写程序时，只需考虑软件功能的安排，注意程序间的兼容性即可。在进行系统集成时，还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来，即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台，与视景仿真处于不同的系统进程中，因此这种驱动是通过两进程间的实时通信（需考虑进程间的同步）来完成的。
4.虚拟仿真实训教学应注意的问题
4.1 注重虚拟仿真系统设计和教学人才队伍的建设
虚拟仿真实训教学系统的建设和发展，离不开高素质高技能人才队伍的支撑。虚拟仿真实训教学系统科学合理设计和有效使用，需要教师在教学理念和教学能力上都达到一定的水平。目前，国内各高职院校都有信息管理中心或者信息类专业，可以此为依托，培养虚拟仿真教学系统的开发队伍。与此同时，可考虑与企业合作进行虚拟仿真实训教学人才队伍的建设，联合培养虚拟仿真教学软件开发和设计人才。
4.2 虚拟仿真实训操作与现场操作的区别
仿真操作是模拟真实的生产装置，再现真实生产过程的一种教学方法。其操作的模拟性和程序化与现场操作的灵活性和不可预见性还有距离。
仿真操作中的参数控制调节反复训练，与实际生产中的参数严格准确控制相违背。这些问题在学生训练过程中一定做出正确的指导和说明，以使学生适应实际的工厂现场操作。
4.3 构建网络化的虚拟仿真实训教学系统
虚拟仿真教学环境能够有效利用网络信息资源，紧随技术进步，保证实训教学的动态有效性。如Flash mx等工具可以实现网上虚拟实训，由于可以在网络上浏览，因此其教学覆盖面较广，是一种具有发展前景的辅助实训教学手段之一。采用信息技术建设远程服务中心，构建网络化的虚拟仿真实训教学系统，推进虚拟仿真实训教学系统的共享，是虚拟仿真教学系统建设的努力方向。
参考文献
[1]教育部.关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[DB/OL].[2012-12-26].http：///jwzx/jsfw/ShowArticle.asp？ArticleID=1553.
[2]艾伦.贾纳斯泽乌斯基等.教育技术：定义与评析[M].北京：北京大学出版社，2010.
虚拟仿真技术特点范文第3篇
【关键词】虚拟仿真技术；建筑施工；应用从传统角度来看，所谓的系统仿真技术很难对人的感知情况进行模拟，也就是说这种仿真技术很少涉及到对人的感知进行仿真建模。但是伴随着信息技术的蓬勃发展，仿真技术与传感技术渐渐渗入到现实领域，这也导致人们开始对外界环境感知进行建模研究。现如今，虚拟仿真技术越来越成熟，通过虚拟现实技术进行仿真建模，使仿真技术实现了图像化，人们甚至可以通过仿真立体模型有种身临其境的感觉，此外，由于仿真系统与生俱来的三维属性、实时交互等特点，给仿真技术的发展也来了极大的推动作用，这就使得虚拟现实技术在今后社会中更加具有生命力。
1.虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义
近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。
虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。
2.虚拟仿真技术在建筑设计中的应用
伴随现代化科学技术的飞速发展，计算机网络技术和新型载体的应用越来越广泛，在这种趋势下，传统的园林设计模式必将被淘汰，新的设计理念也就呼之欲出了。“虚拟仿真”设计概念的提出可以追溯道上世纪80年代，它从理论的角度上对园林布局进行分析，认为所有建筑的地理数据都能在多维的虚拟模型中得到表示，这些表示形式除一般的时空维数之外，色彩、光影、甚至声音等因素也被归纳入额外的“维度”中，用以增强视觉信息效果。经过三十多年的发展，虚拟仿真技术渐趋成熟，比较传统模式下的设计理念，虚拟仿真技术打破了传统思维上建筑的局限性，在系统作业上对设计的表达可以说是较为全面的。
如今，虚拟仿真技术的发展方向极为明确，它通过操作系统的便捷性，图形的设计时间快、质量高、系统处理能力强。这些方面的改进势必对建筑设计中虚拟仿真技术的应用产生影响，也将进一步领导建筑设计方法论和本质革新，建筑设计者在园林设计领域的地位也将重新定论。我们可以试着想象，当建筑设计者在挖掘虚拟仿真技术潜能的时候，他们对建筑的复杂性与微妙性的理解也将日益深刻，这不但有利于虚拟仿真技术的发展，对现代建筑工程的设计创新也会有着莫大帮助。
3.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用
计算机在全球范围内的运用，推动了工程仿真模拟技术的迅猛发展，这一阶段，虚拟仿真技术也不断成熟，其优点是可以对施工环境下的复杂环境条件（介质的非均质特性、不连续性和各向异性等因素）进行综合考虑。简单地来说，建筑施工的过程就是把设计图建成实物的过程，虚拟仿真技术在建筑施工中的应用步骤大抵可以分为四个阶段，即工程调研阶段、概念模型抽取阶段、力学模型建立阶段、数值计算以及结果检验阶段。虚拟仿真技术可以将工程结构同环境整合起来并建立理论模型，通过“仿真试验”获取最佳设计方案。
站在传统的角度来看，建筑工程从设计阶段开始，一直到施工执行阶段，由于施工方法的多样性，并且现场情况的可变化性，很难按照设计者的初衷开展作业。而虚拟仿真技术中所建立的仿真系统，无论是施工前后，对工程环境的外景仿真都能做到很好的把握。在建筑工程施工阶段，对于土层规律发生变化而产生沉降时，及时修改施工方案无疑是重要手段之一，在这种土质变化的不确定性因素下，仿真模拟技术远远不能仅靠简单的运算就能解决所面临的问题，它更多地是要进行野外地质调查，到室内试验研究、计算模拟、地质力学模型抽取以及野外验证的全过程，在很大程度上，其准确性与可靠性都决定了工程对地质认识的正确性。
在虚拟仿真系统中，场景中的一切物体，与实体都有着高度的仿真效果。对于建筑物模型，完完全全按照设计图纸进行仔细地建模，并把建筑物旁边环境的场景、道路等也实施建模渲染，与真实场景可谓是如出一辙。虚拟仿真技术作为信息化设计的重要环节，直接左右着信息的来源渠道，可以毫不过分地说，虚拟仿真技术直接影响到建筑信息化设计与施工的实施。它是监督设计施工的法眼，是规避工程风险的有力手段，更是建筑工程建设中不可或缺的内容。其建模内容涵盖了地质与支护的现状观察、位移监测、应力与应变监测、围岩扰动及弹性波测试、支护质量检查等等，至于具体的量测手段、工具和时间，要根据工程现场具体要求而设定。
虚拟仿真技术渗入工程施工中，除了外形三维的仿真之外，声音仿真、动作仿真等“三维外”的技术也有突破，这使得场景的真实感极强，给人的感受尤为逼真。观察者可以从不同的入口进入虚拟仿真系统，在虚拟的建筑模型中边走边看，并从不同的角度实施观察，借助鼠标等媒体工具同虚拟仿真模型实时交互，使漫游场景中所见到的各种实体可以切实地反映现实中的每种状况，它对施工全过程进行模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系，试验多种施工方法，并在一系列的应用实践之下，取得了举世睹目的应用成效。
此外，针对我国建设工程中的一些不安全因素，如基础沉降、塌方、渗水等不利于工程实施的一系列现象，虚拟仿真技术在工程施工上的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以通过建模很好地掌握基础和支护结构的工作状态，利用测量数据对设计进行整改，并指导施工作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给工程的安全施工提供信息，将工程的事故突发率降至最低；在分析处理量测数据后，通过反馈上来的信息，可以很好地保障施工环境的安全与稳定；另外，通过积累相关的工程资料，也可以作为以后相似工程的实施的重点依据。
虚拟仿真技术特点范文第4篇
【关键词】虚拟仿真 现场实习 教学效果
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】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
化工虚拟仿真是通过数学模型的方法，将集散控制DCS操作与化工生产相结合，对过程参数进行精确控制与调节，建立一个与真实系统相似的操作控制系统，模拟真实的生产装置，再现真实的生产过程。目前，仿真软件琳琅满目，挑选合适的虚拟仿真软件与学生的认知实习和生产实习相结合，既可以让学生在学习理论知识的同时，学习实践知识，理论与实践相结合，增强学生的感性认识，解决学生对实际应用知识的欠缺问题，又能在进入工厂实习前使学生首先了解原料、中间产物、最终产品的生产原理、流程和重要工段的主要问题，节省了学生需要在工厂实习的时间和学校在这方面所需花费的资金。因此，引入虚拟仿真技术用于实践教学是增强学生感性认识、实际操作技能和提升实习实践教学效果的重要手段。重点结合我院实际情况分析虚拟仿真技术在实习实践教学中的具体应用。
一、引入虚拟仿真技术的必要性
1.化工专业课程门类多，学生学习任务重，很少有时间被安排到工厂中进行实践应用知识的学习，尽管在大四上学期通过认知实习和生产实习环节被安排到化工厂中，但由于化工生产具有易燃易爆、高温高压、有毒有害等特点，生产过程都是在相对封闭的环境中进行，学生们不能动手操作，只能是看看设备、摸摸流程，被动地听讲解员讲解一遍，难以深入掌握实际的知识，短暂的实习结束回到学校，几乎没有理解和记住任何东西，使该十分重要的环节成为了过场，造成了理论学习与实践操作的脱节[1]。
2.作为工科，化工专业培养出来的学生除了应该具有比较扎实的专业知识外，还应该具有较强的实践动手能力，化工虚拟仿真软件可以实现化工生产设备的冷态开车、正常运行、故障处理和正常停车等操作，学生在进入工厂前就能抢先了解化工产品的生产和设备操作过程，从而带着问题去有目的进行认知和生产实习。
因此，无论从理论与实践相结合的角度，还是从培养学生的实际动手能力和分析解决实际问题的能力的角度，在化工认知实习和生产实习实践教学环节引入化工虚拟仿真技术都是很有必要的。
二、化工虚拟仿真技术的特点
1.化工虚拟仿真技术首先可以实现理论知识和实践知识的结合，在理论知识的学习过程中，由于无法看到实物，老师对设备和单元操作的讲解比较抽象，学生也很难对设备产生实际的感官理念，无法真正理解基本的原理并与实际工 业生产中的装置相联系。化工虚拟仿真可以将各种设备的结构以及运行方式等直观地显示在计算机上，学生可以根据所学理论知识对设备进行操作。操作错误，系统会做出提示并将错误的原因一一列出，指导学生去进行相应的调试，直到得到正确的结果[2]。让学生进一步理解生产过程的基本原理，使理论知识与实践紧密的联系起来。
2.化工虚拟仿真技术具有直观性和可调节性，它能够模拟真实的生产设备，通过冷态开车、正常运行、停车以及出现事故时数据的波动，再现生产过程的实际动态特性，使学生直观地看到生产过程中涉及的参数及其变化，形象生动展现设备结构、基本原理和工艺流程等。仿真软件还可以设定各种故障、极限运行状态等，锻炼学生分析和解决实际问题的能力。
3.化工虚拟仿真技术还具有安全、绿色、经济的特点，通过仿真系统模拟实际生产过程，因不会生产出实际的化工产品，故不会造成设备破坏和环境污染，也不会发生人身伤亡。另外，通过一次购买软件可以节省大量的空间和购买设备、每次设备运行、购买原料的大量费用。因此，采用虚拟仿真软件是最安全、绿色、经济的实习方法。
4.虚拟仿真技术也具有不足之处，首先它缺乏真实性，毕竟只是辅助培训，只是学生接触实际过程的一种手段，其与现场操作灵活性、不可预见性还有相当的距离[3]。这往往需要操作人员凭借丰富的经验和技术迅速反应并及时果断处理。其次是实践性差，即使开始选择的数据有很大的偏差，也可以通过后续的调整，弥补前一次的过失。而在实际生产中参数控制比较严格，如果在实际生产中控制参数随意变化，后续生产将无法进行下去。
三、虚拟仿真教学的实施
1.虚拟仿真设备的接入。我学院是化学化工学院，本科专业包括化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、环境与生物工程等。考虑到距离问题，我院选择实习单位为新疆心连心能源化工有限公司、新疆大全新能源有限公司、石河子污水处理厂等，针对这些单位的产品生产情况，我们从东方仿真软件技术有限公司相应购买了尿素工艺仿真软件（煤头）、多晶硅生产工艺仿真实训软件、城市污水处理工艺仿真软件和企业运营教学模拟平台等几款软件，同时，学院配套有 70多台电脑，每台都配套了高性能的CPU、显卡及显示器。并且对既懂专业又懂计算机的专任教师进行培训[4]。
2.生产过程仿真内容的学习。在现场实习前的两周内，安排学生进入化工仿真实训技术中心有目的地进行仿真软件和工艺过程的学习，内容包括化工生产设备的冷态开车、正常运行、故障处理和正常停车等操作生产过程中涉及的参数及其变化，让学生熟悉设备结构、基本原理和工艺流程等[5]；最后，老师通过教师站管理系统自由组卷（思考题和工艺题），向学生编辑及下发考题，考察学生对工艺过程的掌握情况，合格后准备开始现场实习。
3.开展现场实习。根据仿真工艺内容的学习情况，分配学生到相应的工厂进行有目的的现场实习。目前，大多数化工厂不愿意接收实习学生，一方面是由于化工企业具有易燃易爆、有毒有害的特点。另一方面是由于工作人员比较紧张，还要抽身顾及实习学生的讲解和安全[6]；所以，得到来之不易的机会，首先就必须要求学生做好计划，实地验证自己学习到的知识，带着化工仿真中遇到的问题去现场向师傅请教。其次对学生高标准、严要求。到化工企业实习最大的要求是强调安全性，必须要求学生严格遵守企业规定。
四、结语
一线生产过程中复杂化和连续性程度比较高，现场实习使学生亲临现场掌握全方面知识，这是化工虚拟仿真所不可比拟的；化工虚拟仿真虽只是对生产操作的初步接触，但其因具有很强的直观性、安全、绿色和经济的特点而对现场实习效果起到极大的提升作用。虚拟仿真技术与现场实习相结合可以做到理论联系应用实践，锻炼学生分析和解决实际问题的能力，提高学生的学习兴趣和就业竞争力，真正培养出优质的技能人才，为化工企业注入新鲜血液。
参考文献：
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[4] 王富花，沈发治，张占军.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化学工程与装备，2008，（10）：183-185.
虚拟仿真技术特点范文第5篇
关键词：虚拟仿真；医学；实践操作
中图分类号：G642.0 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）39-0043-03
随着高等教育改革的不断深化，传统的教学模式受到场地、设备、师资等众多因素的限制，极大地制约着学生创新意识和创新能力的培养。新兴的虚拟仿真技术在高等学校教学、实验中向着网络化、智能化以及互动化等方向发展，可以发展现代教育思想、提高教学水平、改善实验环境以及优化教学过程，从而增强学生的实验动手能力。虚拟仿真化教学模式可以极大地克服传统教学模式的一些弊端，必将成为现代化高等教育的重要途径和方式之一，并在飞速发展的信息化时代日趋完善和成熟，承担起培养现代化创新人才的重任。
一、虚拟仿真教学平台
虚拟仿真（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，具有交互性、真实性以及多感知性等特点。其以计算机软件及硬件为基础，相关的技术手段为辅助，通过对己知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种先进的计算机应用技术。虚拟仿真技术可以依靠计算机的图形处理进行图像再现，与传统的图像再现手段，如电影、电视以及DV等相比，有着本质的飞跃。虚拟仿真技术对于图像的再现不仅仅局限在对实物的再现，它更多地被应用在超现实画面的再现上。随着计算机硬件技术发展的突飞猛进，虚拟仿真技术已普遍应用于各个领域，如训练、教学、仿真、娱乐、遥控操作以及模拟预测等方面。[4]现阶段，尽管虚拟仿真技术优点诸多，越来越受教育界所青睐，但是虚拟仿真教学平台在医学教育领域的应用还处于起步阶段。如果能将虚拟仿真技术成功地运用到医学教育领域，势必会具有广阔的发展前景。
二、现代医学教育引入虚拟仿真教学平台的迫切性
医学是一门实践性非常强的学科，实验室操作和临床实习贯穿着整个教学的过程。实验教学环境的优良与否直接关系到学生们能否掌握好该门课程。心理学家瑞特拉研究表明，同样的知识采用不同的教学方式呈现时，其效果有着显著的差异，采取对不同感官进行多方面的刺激，所达到的记忆效果会有所不同。因此，现代教育技术有必要把多媒体技术、虚拟仿真技术、网络技术以及控制技术等进行综合运用并引入课堂，虚拟各种实验设备和实训环境；充分发挥现代信息技术的集成性、交互性和控制性，生动形象地展示教学内容，综合处理超文本、图形、图像、动画、视频、声音等多媒体信息，展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程。现代医学教育也是如此，虚拟仿真教学平台正是在现代教育思想的指导下，使用新技术改进教学方法的尝试。在现代医学教育课程中，医学生只有通过足够的实验室训练操作才能获得必要的综合技能，并初步具备一定的临床实际工作能力。在虚拟仿真技术平台中，教师能够采用“做中学”的教学模式，多种媒介的信息同时作用于学生的各个感官，有助于提高学生的理解能力和实践能力，直到形成合适的行为模式以及行为系统。同时，循序渐进的教学过程也符合学生的认知规律。三维虚拟仿真教学平台的引入，可对现代医学教育起到很大的促进和推动作用。虚拟仿真教学平台和虚拟课堂系统相结合，能够突破课堂实验教学的制约，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。但是，由于虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。[7]同时，医学领域又有着极强的专业性，其专业技术的要求比较高；另一方面，人体是一个非常复杂的系统，即使超大型的计算机虚拟仿真系统也与医学的模拟要求有相当的差距。现阶段，虚拟仿真技术在医学教育中的应用仍处于比较早期的纯画面展示类型，仅仅是将传统的图片、图谱变成了3D动画，缺乏应有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的观看。因此，有必要在现代医学教学中引入虚拟仿真教学平台，充分发挥虚拟仿真技术的优势。
三、虚拟仿真教学平台在医学教育中的优势
医学虚拟仿真教学平台环境是虚拟仿真技术与医学教学实践高级复杂的结合，是信息化教学的高级应用。随着现代信息技术的飞速发展、软硬件性价比的大幅度提高，医学虚拟仿真技术正逐渐从科研院所、实验室走向实际的临床教学应用中，有着传统教学手段所没有的众多优势。
1.虚拟仿真教学平台运用计算机全面仿真临床中现实的世界，为医学生提供生动、逼真的学习环境，在虚拟环境中模拟给患者进行操作。例如在口腔医学实践教学中，由于口腔视野狭窄、结构复杂、与颅颌面又是一个整体，学生掌握实验操作技能比较困难。然而医学虚拟仿真技术可以充分发挥其优势，利用仿真软件进行现场模拟构建，使教学活动更加生动形象、直观易懂，以此激发学生学习的兴趣和提高教学的效率。
2.虚拟仿真教学系统能够使学生们主动成为虚拟教学环境中的一名参与者，不仅仅成为教学“教”的工具，也起到与“学”的互动作用。这对调动其学习积极性、突破教学的重点难点、培养学生的临床操作技能都将起到积极的作用。同时，虚拟仿真教学平台可以解决许多真实实验中实现不了的困难，使学生在虚拟环境中接受多感官的刺激，并进行具体操作、感受和体验，更容易调动学生的情感参与，将抽象的内容具体化、形象化，留下深刻的记忆，以提高学习效率。
3.虚拟仿真教学平台提供开放性的实验平台，能够解除课堂实验教学时间、地点的限制，打破时间和空间的局限性，充分发挥学生的自觉性，利用其各自适合的时间在本地计算机上完成实验过程，为学生提供真正“开放性”的教学环境。在课堂上没能按要求通过实验的学生可以在课余时间利用网上虚拟仿真系统进行模拟实验，随时随地进行实践操作训练。
4.虚拟仿真教学平台为学生提供平等的实践操作资源。实验室操作与实践教学在整个教学过程中起着举足轻重的作用，能够促使学生将所学知识进行灵活运用，引导学生掌握规范操作的技能技巧，培养学生观察、分析和动手操作的能力。由于医学院校教学条件依然存在其多变性、复杂性等客观原因，各个学校实验环境存在一定的差异，虚拟仿真教学系统能够充分发挥网络的优势，使教学实验资源共享，以弥补实验室资源的不足。
5.虚拟仿真教学系统的应用还能在实验教学中节约相当的成本。在虚拟系统中训练可以为学生在实验室的实践操作奠定一定的基础，能在实践中收获更多，体会更加深刻。其次，虚拟仿真教学系统也可以代替传统实验条件下无法完成的实验操作，或由于实验设备昂贵而难以实现的实验训练。因此，虚拟教学和实验室相结合也是合理地利用、开发教育资源的一种途径。尽管计算机虚拟仿真系统与临床医学中的模拟要求还有相当的差距，但是也可以作为医学实验室操作训练的另一种补充。通过运用形象、直观、生动的现代教育技术手段为学生们创设学习情境，开拓教育信息交流的新渠道，使课堂教学具有交互性，其组织形式更加丰富和完善，可以充分调动学生的学习兴趣，发挥其主观能动性、独立性和创造性，让他们尽快熟练掌握临床操作技能。
四、虚拟仿真教学平台在医学教育中的前景
随着现代信息技术的发展，应用于医学实验室操作与实践教学的系统也将不断推陈出新，给教育的发展和改革带来了机遇、动力和挑战。虚拟仿真教学平台为学习者提供了一个既先进又灵活的环境，可以锻炼学生的独立构思和设计能力，激发其学习的兴趣，对提高教育技术水平、改善教学及实验实训环境、优化教学过程、提高教学效率、节约教学成本、加速培养现代化的医学专业技术人才产生深远的影响，并将推动学科研究，促进教学改革。
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基金项目：重庆市教学改革研究项目：结合口腔医学专业认证标准，优化口腔正畸学PBL教学模式（1203112），重庆市研究生教育优质课程（2011-56）
