虚拟现实与仿真技术

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虚拟现实与仿真技术范文第1篇

【关键词】虚拟操作；数控车床；Virtools

一、引言

近年来，虚拟现实与计算机仿真技术已在煤矿[1-2]、石油等领域取得了较好的应用。虚拟机床是随着虚拟现实和机床技术不断发展而提出的一个新研究领域，运用三维虚拟交互技术进行数控机床内部结构拆装与仿真是虚拟机床系统的一个重要组成部分，它能全方位表达和展示机床结构及其工作原理。本文首先对虚拟拆装系统的开发流程进行了阐述，给出了系统的技术路线和开发环境，从构建机床三维模型和管理模型数据、人机交互原理与实现、运动控制与实现、碰撞检测等方面对拆装与仿真系统进行详细研究。最后在Virtools环境下完成了数控车床内部结构的虚拟拆装与仿真系统，效果良好。

二、系统开发平台与技术流程

系统开发在WindowsXP平台下进行，运用三维交互图形软件Virtools进行虚拟拆装的交互设计与仿真，利用VisualStudioC++编程工具进行软件系统整合设计。系统技术路线如图1所示。

Virtools是法国达索公司开发的一套虚拟现实仿真软件[3]，该软件具备丰富的互动行为模块，可以开发出许多不同用途的3D产品，如计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等。

仿真系统的开发流程是：

（1）运用三维建模软件对机床内部各结构进行几何建模，然后通过数据优化软件对模型数据进行约减，将模型转换成三角网格的格式，再导入虚拟交互软件Virtools中进行交互拆装开发。

（2）导入Virtools以后，需要对模型数据进行管理，设置机床各部件的层次关系，将各个模块分类进行管理，同时对光照、材质、纹理、行为模块等数据类型进行分类管理。为后续的程序开发奠定基础。

（3）根据数据车床内部结构的拆装脚本和顺序，运用运动控制行为模块对各部件进行人机交互控制开发。在开发过程中，主要涉及运动控制、模型显隐、动画控制、实时渲染等。

三、数控车床拆装系统开发过程

1.三维模型的构建与管理

数控车床三维模型的构建是系统开发的基础，采用Pro/e三维建模软件对CK6140数控车床进行三维建模。将机床分为：X轴系统、Z轴系统、六工位刀架、四工位刀架、尾座等几个大部分。对这几部分的各个零部件进行详细测绘与建模，形成装配体。最后汇总进行装配，形成整装配体。装配体如图2所示。为了提高渲染速度，降低模型数据量，需要对模型几何数据进行优化处理[4]。

为了便于虚拟场景的管理和模型运动控制，需要对三维模型数据型层次管理，对机床各部件进行父子级关系设置，对灯光位置、材质和纹理映射、交互传感器等资源进行分类管理。如图3所示。

2.人机交互的实现

在Virtools环境下，人机交互的实现过程是通过鼠标、键盘或其他输入设备首先发起一个交互事件，虚拟环境中的虚拟传感器监听到事件后响应的对应事件，控制响应的行为模块动作来响应输入事件，直到事件完成后再返回。在人机交互编程中，可以采用Virtools自带的BB进行行为编程，也可以用Script脚本节点进行编程，考虑交互过程中各个动作之间是一个有序的紧密的衔接过程，在这里采用消息驱动机制来链接每个行为模块。

任何一个模块设计都需要对参数进行设置。在每个行为模块中，模块参数由名字（pName）、类型（pType）和数值（pvalue）三部分组成。输入参数通过BB、BG或者paramOp顶部的小三角来表示。参数输入特别是本地参数有一个源点，作为它的pValue。输出参数通过BB，BG，或一个paramOp底部的小三角来表示。参数输出能够有一个或者更多个目的地，目的地在参数值改变时立即被更新。

行为模块之间动作的输出和输入端用直线相连接，这条连线称之为bLink，bLink表达了模块间的运行顺序。当行为模块被触发激活时，就会执行它的功能，显示它的效果。行为模块的输入端接收以事件为基础的讯号，负责触发该行为模块。当行为模块完成它所负责的任务后，就会输出一个事件讯号，再作为另外一个行为模块的输入，触发下一行为模块进行动作，直到整个事件完成为止。图4为键盘控制事件的行为模块图。

3.运动的控制

三维虚拟模型的实时控制是通过对机床部件的无干涉运动路线进行分析后，确定各运动部件的自由度，再运用位置控制模块对三维虚拟模型的六个自由度来进行控制。在虚拟环境中，将模型定义为X、Y、Z、H、P、R六个运动类型。其中XYZ分别表示选着XYZ移动，HPR表示绕XYZ转动。对于模型之间存在关联运动的部件，系统采用矩阵换算和基于旋转角度的方法来进行求解运算。系统采用Translate、Rotate、Script等行为模块来进行联合编程开发。实现对虚拟零部件的拆装控制。

在Virtools软件平台中，对物理进行运动控制的行为模块BB主要有TranslateBB和RotateBB。其中TranslateBB有四个输入参数，第一个参数Targete是目标参数，用来指定该BB所要控制的物体，参数的类型是三维实体；第二个参数TranslateVector是三维向量参数，该参数有三个值，分别是X、Y、Z，三个值分别用来控制三个方向上的运动矢量；第三个参数Referential是一个参考值，即在移动时所参考的物体，因此也是一个三维实体类型的参数，第四个参数是一个用来设置是否在移动时影响该物体的子级物体。

RotateBB有五个参数，第一个参数Targate为目标参数用法与TranslateBB中的该参数相同；第二个参数AxisofRotation是一个三维向量参数，因此也有三个参数需要设置，分别是X、Y、Z，它们的作用是来控制物体将要绕着哪个轴转动，第三个参数是AngleOfRotation是一个角度参数，用来设置旋转的角度，其他参数跟TranslateBB中的参数用法相同。

4.碰撞检测

在虚拟环境中，由于人机交互和物体的运动，数控机床各部件间经常发生碰撞反应。碰撞检测是数控行为仿真中的一个难点，它需要具有实时性和精确性两个特点。

本系统采用基于层次包围盒的方法对机床部件进行碰撞检测。借助一个耗费函数来分析碰撞检测算法的合理性[5]。

其中T是碰撞检测的总耗费时间。Nv是参与重叠测试的包围盒的对数，Cv是为一对包围盒做重叠测试的耗费，Np是参与求交测试的几何元的对数，Cp是为一对几何元做求交测试的耗费，Nu是物体运动后其包围盒层次中需要修改的结点的个数，Cu是修改一个结点的耗费。

在Virtools软件中，碰撞检测模块有三个模式：Automatic、BoudingBox和Faces。每个模式的碰撞检测的精度不同，其中Automatic模式在碰撞检测中各物体采用自身的精度；BoudingBox模式采用六面体的包围盒；Face模式是在面与面之间进行的碰撞检测，这种精度最大。

四、系统实现

采用Pro/e进行三维几何建模和整体模型装配，然后通过RightHemisphere进行三维模型数据的分类管理，进行数据转换后通过Virtools控件将模型数据导入虚拟环境中，运用行为模块对交互事件进行编程开发，最后用VC++打包完成系统开发。系统界面如图5所示，图6为数控车床中四工位刀架的拆装图。

五、结束语

从机床三维建模与模型数据管理、人机交互与运动控制、碰撞检测等方面对机床内部结构虚拟拆装系统的开发进行了阐述。基于Virtools开发的虚拟机床拆装可以进行网络，因此，也适合在网络上传播，系统可以全方位任意视角对机床内部结构进行展示，可以人工进行虚拟拆装，非常适合于数控机床原理与结构的教学。

参考文献

[1]王长平，张志强，张晓强.基于Virtools 以及WinCC的采煤机远程监控平台构建[J].煤矿机械，2009，30（12）：202-204.

[2]张文磊，郑晓雯，陈宝峰等.基于虚拟现实的液压支架工作状态研究[J].煤矿机械，2012，33（10）：72-74.

[3]徐英欣，杨建文，张安鹏.Virtools虚拟互动设计实例解析[M].北京航空航天大学出版社，2012.

虚拟现实与仿真技术范文第2篇

关键词：系统仿真设计

一、系统仿真技术

所谓仿真就是建立系统的模型（数学模型、物理效应模型或数学-物理效应模型），并在模型上进行实验和研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统，如土木、机械、电子、水力、声学、热学等，也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。

仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策；

在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。在工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本，可以提高系统实验、调试和训练过程的安全。

一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型--一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。

仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。

二、虚拟现实技术

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境--虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。

虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托学科的高度综合化；

（2）人的临场化；

（3）系统或环境的大规模集成化；

（4）数据表示的多样化和标准化，数据存储的大容量、数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化。正是这些特征，使操作者沉浸其中，并通过多种媒体对感官的刺激，对所需解决的问题有了清晰和直观的认识，从而，也使模型的建立和验证更加方便。

三、系统仿真技术与虚拟现实技术的结合

传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)随着多媒体技术、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展，同时也使虚拟现实技术更加具有生命力。

四、仿真与虚拟现实技术在结构工程中的应用

仿真与虚拟现实技术近年来在机械、电子、水利、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。

在结构工程中，仿真与虚拟现实技术已经应用于如下几个方面：

1．在工程结构分析中的应用

工程结构在各种荷载作用下的反应，其破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。若用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。又如在高速荷载作用下，结构反应很快，人们在真实试验中只能观察到最终结果，而不能观察试验的全过程。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。对于长期的徐变过程则可在模拟中加快其变化过程，让人们清楚地看到其过程。在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来，给人以直观的印象。利用仿真与虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。

2．在岩土工程中的应用

岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。

在数值模型中，除了有限元方法外，还可采用分离单元。分离单元在平衡状态下的性能与有限元相仿，而当它失去平衡时，则在外力和重力作用下产生运动直到获得新的平衡为止。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。

3.防灾工程中的应用

长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。

4．在模拟施工过程中的应用

建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。

另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。

我国是一个发展中国家，有着大量繁重的基本建设任务，特别是在十五计划纲要中，提出进一步加强水利交通、能源等基础设施建设和西部大开发战略。这一大好形势，为结构工程高新技术的信息化和集成化，为结构工程学科及相关学科的发展提供了良好的机遇。仿真与虚拟现实技术作为结构工程高新技术之一，开创了结构工程学科的新纪元，其技术潜力巨大、应用前景十分广阔。

参考文献

（1）汪成为、高文、王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及其应用.清华大学出版社，1997

（2）陈清来.建筑结构的现代设计设计思想和发展.工程设计CAD及自动化，1996年，（4）

（3）张跃、张丛哲。土木工程中虚拟现实技术的发展与展望，计算机世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.从可视化到视算一体化.系统仿真学报，1996（5）

（5）张丛哲、张跃.计算机辅助设计(CAD)中虚拟现实技术.计算机世界,1998，（5）D版：5。

虚拟现实与仿真技术范文第3篇

[关键词]虚拟仿真技术；治安教学训练

应用型人才是公安院校人才培养工作的目标，而实践能力是人才培养工作的重要内容，治安课程是建立在治安专业理论基础上的应用性课程，具有较强的实践性，治安专业在实践能力训练中却大量存在实战训练中的高度危险性以及不可及、不可逆的训练环境条件和内容（比如处置、事故现场处置和暴力犯罪的处置、巡逻盘查等），这为发展治安学虚拟仿真实验教学提供了需求和空间。虚拟仿真技术是计算机、智能、传感、图像处理与模式识别、音响与语音处理、网络等多个领域技术的综合性技术。迅速发展的现代教育训练技术把虚拟仿真技术引入到了实践性的教育训练中，使传统的教育模式进一步得到改变，也使得教与学的方式发生了革命性的变化。治安管理虚拟训练系统主要用于公安院校治安专业学员和公安干警岗位能力训练，为公安院校创新开展实训教学提供有效支持。基于虚拟仿真技术内涵分析，探讨治安课程虚拟仿真训练环境设计以及在治安教学领域中的应用前景。

一、虚拟现实及相关技术

（一）虚拟现实概念及特点解析

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又称灵境），是指以计算机技术为核心的现代高技术生成融视觉、听觉、触觉等多位一体的虚拟环境，使用者利用匹配的设备以现实的方式与虚拟环境中的对象进行自然交互，从而让使用者会形成亲临真实环境的体验。虚拟环境指利用计算机建构的有逼真色彩的立体几何图像，它既可以是某特定的真实环境，也可以是能够满足使用者需求的虚构虚拟环境。匹配的设备指穿戴于使用者身上或置于使用环境中的传感装置。比如：头盔式显示器、数据手套等设备。自然交互是指用现实活动方式对虚拟环境内的对象进行互动并得到实时反馈，如使用者运动等。虚拟现实具有的三个特点。

一是沉浸性。虚拟仿真技术的沉浸性是其在训练领域的应用技术最突出的特点，运用该技术使受训者能全身心进入到建构的虚拟环境中，调动其感觉器官达到同真实环境相似或相同的逼真程度，成为知识掌握、能力训练直接w验化的工具。这种逼真体验不是获得的间接经验，而是受训者在逼真模拟情境中通过自身的体验获得的直接经验，因此，利用虚拟仿真技术使受训者获得的知识和能力效果最好的。

二是交互性。交互性是虚拟现实技术不同于其它媒体技术的重要特征，体现虚拟现实技术创设的是一个开放的互动性人机环境，利用先进的人机接口，通过多样受训者感觉通道的实时模拟交互，当使用者做出如手控、语言命令等相应的操作时，创设的情景里能具有相应的回应。因此，交互性是指使用者对创设的情景的可操作度和从情景里获得到回应的实时性。

三是构想性。构想性特征反映了虚拟现实技术运用具有无限宽广的想象范围，可拓展人的认知广度与深度，可任意构想现实不存在或是发生可能性小的情景。

随着虚拟仿真技术的在教育训练中的运用，虚拟仿真技术的沉浸感、交互性、构想性三属性，提高了受训者的综合能力培养效率。

（二）虚拟现实技术

1.利用三维建模技术，构建虚拟训练环境。三维建模技术需要CAD和视觉建模等技术的结合，以此提高数据获取的效率，当然在构建虚拟环境中更多需要采用视觉建模技术。而对象物体的三维模型是三维模型建构的基础。在治安学针对治安管理中的虚拟三维训练环境建构，通过建构相应的管理、处置环境图库，包括处置背景、场景、各种警用装备和处置人员等，为使用者创造一种变化多样、逼近真实的立体环境，使用者能够有置身其中的临场感觉。在训练中，可以采用综合了照片、影像和现实街区数字地形数据等生成处置区域三维立体环境，以几乎一致的三维环境来训练执行处置任务的学员，可以提高执行任务的效率。

2.交互技术。虚拟现实系统运用的交互技术主要功能是对物体和各种输入的处理。用户要完成的任务通过仿真引擎输送到虚拟空间，并计算完成动作并呈现在虚拟环境中。虚拟现实中的人机交互方式多样，可以通过计算输入设备，也可利用数据手套、跟踪器、三维探针、操作杆等交互技术等。比如：数据衣、手套可计算出身体、手的空间位置和状态，关节的位置和方向可通过手指动作以及各个部位传感器来确定，为使用者提供真实的三维交互方式，从而实现对虚拟环境中物体的操作，数据手套是VR系统常用的交互设备。

3.传感技术。传感技术包括定位、跟踪、感知反馈等技术。虚拟环境用户的定位和跟踪主要是通过空间传感器来确定。跟踪系统由发射和接收器、电子部件等构成。比如，声音跟踪可以包括多个发射、接受和控制单元，它可以与其它设备相连，如，数据衣和手套等。视觉跟踪技术是跟踪投影在图像投影平面不同时刻和不同位置上的光，确定跟踪对象的空间动静状态。感知反馈是使用者感知图像、声音、作用力等的过程。视觉反馈包括实体造型、光照模型、消影、纹理影射等内容。立体视觉反馈显示器可以使用者两眼呈现视差的平面图像合成并呈现立体视觉反馈。

4.计算处理技术。计算处理技术具有快计算、大储存能力、强处理能力属性，主要包括数据转换与预处理、实时仿真图像生成与显示、声音合成、多维信息数据融合、转换、压缩以及数据库的生成、模式识别以及信息检测、合成和识别、分布式与并行计算等综合性计算技术。可以说虚拟现实系统是以高性能计算技术为核心的创新科技，是系统性能强弱的根本。

二、虚拟治安管理训练模块及环境设计

（一）虚拟治安管理主要训练模块

虚拟治安管理训练模块，采用虚拟现实三维仿真引擎进行开发，主要模拟接处警、公共安全危机处置和消防仿真演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。以工作流程为主线，以交互的方式进行教学实训。主要开发以下实训模块：一是接处警教学实训模块。包括接警、处警、现场控制和现场制止违法犯罪行为等三维交互教学实训子系统。二是公共安全危机管理教学实训模块。包括了群体性危机事件处置、恐怖袭击危机事件处置、公共事故灾难危机事件处理等三维交互教学实训子系统。三是消防仿真应急演练模块。包括演练培训与考核、消防监督检查、消防装备与灭火技术、火灾救援指挥等三维交互教学实训子系统、应急疏散等三维交互教学实训子系统以及通过动作捕捉系统进行交互演练的半实物实训系统。

（二）虚拟治安管理训练环境设计

虚拟现实技术与治安管理实训相结合，可以产生虚拟治安管理及相关问题处理环境，这样的仿真世界如同身临其境，操作者能够进入该环境，直接参与该环境中事物的变化过程并能互动。虚拟治安问题处理环境设计这是基于治安问题分析模型、治安问题处理等虚拟现实，是呈现治安管理及问题处理系统的三维空间和处理过程的虚拟仿真环境，训练者可以根据构想和意愿去构建完善治安管理及问题处理时空关系、分析和处置模型等，并能实时检测交互结果，通过循环性反馈结果获取规律性认识。

一个高效虚拟现实系统，都需要设计模型、处理数据、分析评估等程序。当然，治安管理及相关问题处理虚拟现实系统也需要。根据虚拟现实系统的三属性及其之间关系，可以将治安管理及相关问题处理虚拟现实系统训练看着为一个空间系统，由治安管理相关载体和物理条件所构成。

通过虚拟现实系统实现环境逼真模拟，首先要进行治安管理及相关问题处理环境设计，即将治安管理及相关问题处理环境进行数字处理，这种把环境建构处理成符合治安管理及相关问题处理模拟训练要求的设计过程，就是治安管理环境的仿真设计。为了能够真实模拟治安管理及相关问题处理过程，就需要经过设计使用和验证过程，以保证模拟效果和质量。

治安管理虚拟训练系统涉及数据处理和感知虚拟现实。通过治安管理及相关问题处理数据来识别虚拟环境，并将其模型化，也就是将虚拟环境数据转变为计算机认知虚拟环境模型。虚拟环境感知是以运用虚拟环境影像、声音等内容呈现治安管理环境，训练者运用操作系统体验感觉管理环境，实现现场情况观察、态势走向把握以及决策辅助的目的，并评估和接受感知结果。治安管理虚拟训练系统是以数据处理虚拟仿真为核心，由于模型驱动导致数据信息变化可通过虚拟环境感知转递到训练者，同时，人机交互也可改变数据处理的结果。

建立虚拟治安管理环境需要现实调研获得特征数据。特征数据拥有精确坐标和特征编码，用于表现虚拟现实环境，比如建筑、道路、广场等。对于虚拟三维环境设计，要根据标准数据生成街区等公共场所中的静态以及运动物体，然后覆盖纹理，生成虚拟场景。对于治安管理环境，可以用航拍照片和特征纹理的方法建模，纹理可以通过扫描用数字相机拍摄场景照片和手工绘制图片生成，三维模型建立完成后，可以进行特殊效果处理。

三、虚拟现实在治安学中的应用前景

高速发展的信息技术，虚拟现实与GIS技术的有效结合实现了虚拟仿真，治安管理及问题处理训练仿真系统就是利用虚拟现实和GIS技术的仿真系统。近年来，公安院校大力加强校内外实践教学，虚拟仿真实验教学是公安院校实践教学建设的重要内容，是公安实战能力的重要基础。虚拟现实技术创造了一个新的训练环境，将训练领域和结果接近真实的展示，使其沉浸于其中，激发训练创造性思维，这将学生技能提高到一个前所未有的水平，通过虚拟仿真实验教学，也促进治安学实践教学的整体素质和教育水平。

（一）学生的教育训练

虚拟现实技术运用于教育训练，将更能引起受教育者的兴趣，提高教学训练效果。对治安学有关的教育训练，传统的治安专业知识大都以教科书来呈现，通过讲授以及借助于文字案例、有关的视频等教学工具来实现，但如能借助于虚拟现实技术，就可以将直观的综合性治安信息搭建模型，利用虚拟现实系统的功能系统，让受训者通过一次次足不出户的虚拟经历就能置身于治安问题处理和能力训练。治安学虚拟仿真训练主要结合接处警、公共安全危机处置、公共场所治安防控、治安事故现场处置等，包括的内容涵盖人群管控、违法犯罪的现场制止、公共安全危机管理、治安秩序管控、应急救援等教学训练模块，每个模块根据实际工作内容的复杂程度和工作量的大小不同定制开发一个或多个虚拟三维仿真模拟场景，旨在尽可能真实的还原公共安全工作的真实环境和人物行为，让参训者沉浸在高仿真的环境中，产生身临其境的感观体验，从而达到最佳的教学实训效果。目前，公安院校在处置训练上存在较多问题，由于受现实训练条件限制，实训展开次数少，如果训练操作不当还可能出现危险，如果运用仿真系统实现模拟发生及处置全过程，可以实现训练者在场景中沉浸，并能运用多种方法控制现场、处置事态，观察处置中的变化过程，可以让处置训练者体验并学习到如何对各种处置环节和情形做出反应，并且对处置结果进行直观评价。

（二）研究者理论研究

虚拟现实技术为治安学理论研究提供了特殊手段和方法，利用它可以为治安学理论进行全过程研究，让学者完全沉浸于计算机环境中的三维场景，充分表达学者构想，并得到构想形成的结果，获得规律性的认识。特别是一些难以记忆、掌握的统计数据可以转换成直观性强三维图形图像，寻找各种治安现象之间的关系，更能理解和把握，达到研究目的。比如警察巡逻规划和治安防控制w系建设研究。

（三）课程虚拟实验

利用虚拟现实技术可创建一个基于计算机为核心的虚拟实验平台，利用虚拟仿真技术进行技能训练、虚拟实验，创设的虚拟环境的演示物可摆脱实验室所需昂贵的器材，降低实验成本，而实验效果基本接近现实技能训练的教学效果。对于不具备现实条件开展训练的项目，也能在此环境实现。比如：对公共场所危爆物品处置，传统的教学训练主要依靠讲授和视频展开，而虚拟现实技术提供体验公共场所危爆物品的处置现实环境，并将结果呈现以此检验科学性、合理性。

（四）治安实践应用

虚拟现实与仿真技术范文第4篇

关键词：虚拟现实 军需装备 技术保障

军需装备技术保障是指为保持、恢复军需装备完好技术状态和改善、提高军需装备性能，以便遂行作战、训练、执勤等的保障任务而采取的技术性措施及组织实施的相应活动的统称。目前，我军军需装备技术保障的信息化程度比较低，存在着成本高、训练不足、受场地和气候条件限制多等问题，严重制约着军需装备保障力的生成与发挥。虚拟现实技术是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统，能够生成实时的、具有三维信息的人工虚拟环境。演练者可以进入其中，产生逼真的身临其境感，并可以像在真实世界中一样进行实时操作和相互交流。基于虚拟现实的军需装备技术保障系统不受场地、时间限制，运行成本低廉，能够有效地克服当前军需装备技术保障中存在的问题，提高军需装备技术保障信息化水平，具有重大的军事效益和经济效益。

一、军需装备虚拟装配

装配是指在生产或维修作业中，按技术要求将零件组合成部件或将零、部件组合成装备的过程。军需装备虚拟装配是以计算机仿真和军需装备生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、网络技术、数据库技术、并行工程、多媒体技术和虚拟现实技术于一体的综合系统技术。它是在计算机上完成军需装备零、部件的实体设计造型，并在计算机辅助作用下完成装配、干涉分析等多次协调的设计过程，实现军需装备的三维设计过程与零、部件装配过程的高度统一。军需装备虚拟装配能缩短军需装备装配过程，可广泛应用于军需装备的设计与开发、军需装备装配任务的培训和军需装备装配过程的演示，极大地改进军需装备制造和维修过程。应用虚拟现实技术能以直观的方式直接考察装配约束的施加过程、分析装配约束对零件运动的限制、检查装配过程中的动态干涉，从而验证军需装备零部件的可装配性；能在建模过程中识别装配关系中的配合关系、装配层次、装配顺序、装配规则与装配参数等，更完整地捕捉军需装备设计者的装配设计意图、设计经验与知识，动态地建立军需装备零件间的装配关系；能够结合物理仿真，实现装配力与物理约束作用下零件的约束运动，使军需装备零件的约束运动更为直观与自然，提供直观、自然的军需装备装配过程。

二、军需装备远程虚拟诊断

故障诊断是指为了确定故障原因以及如何防止其再次发生而收集和分析数据的过程。故障诊断的过程是一个信息采集、信息分析、信息处理和信息判断的过程。军需装备远程虚拟诊断是利用虚拟现实技术和远程网络技术，感知、接收数据网络传输的故障军需装备的信息，在军需装备虚拟样机模型上对故障进行虚拟再现，根据相关信息剖析故障原因，进而对故障进行判断的过程。军需装备远程虚拟诊断系统中虚拟现实技术的应用，可以使处于远程诊断服务器端的军需装备故障诊断专家直观地看到待修军需装备的三维模型，从而能够对故障有更准确的掌握，提高了诊断的直观性和准确性；可以充分验证"软件就是仪器"的理论，最大限度地减少硬件的配置和对硬件的依赖，省去大量的硬件设备，大大降低系统的运行成本；可以建立整个军需装备系统的权威性的故障诊断系统，实现资源共享，避免重复开发；还可以建立"B2C"模式的军需装备故障远程诊断系统，使权威全面及时的军需装备远程故障诊断和维修系统成为全军军需装备技术保障的强有力后方，军需装备现场用户无论身在何处，都可以通过网络连接到故障诊断中心的网络服务器，请求诊断服务，使军需装备的故障诊断方便灵活。

三、军需装备虚拟维修

维修是为使装备保持、恢复或改善其规定技术状态所进行的全部活动。维修是一个非常广泛的修理概念，一般维修的直接目的是保持军需装备处在规定状态，现代维修还扩展到对装备进行局部改进以改善装备的性能。军需装备虚拟维修就是在虚拟环境下，操作者借助于外部设备对虚拟环境中的军需装备进行维修的模拟。它突破了空间、时间的限制，可以实现逼真的军需装备故障维修操作，提取任何关于军需装备已有资料、状态数据，检验军需装备性能。军需装备虚拟维修是对军需装备进行"虚拟"地维修，通过运用虚拟现实技术，可以在维修过程实施以前，对待维修军需装备进行检测，判断故障部位，制定和验证修理方案的合理性，以降低维修成本、缩短维修周期；可以对军需装备实际维修过程进行建模，克服传统建模和仿真技术主要针对特定军需装备的维修过程建立相应的参数化数学模型难以模拟军需装备实际的维修过程和难以直观地反映军需装备实际维修过程发生变化的不足，实现对军需装备实际维修过程进行建模并进行仿真，从而加深对军需装备维修过程和维修系统的认识和理解，促进仿真与建模理论的发展；可使工程技术人员进行维修性校验，安排维修计划并验证结果，根据结果柔性地调整维修过程，极大地提高军需装备维修组织的柔性，降低维修资源和成本；能可靠地预测成本、风险和进度，使军需装备维修指挥员能直观地评判各种维修方案的优缺点，做出最优的决策，从而提高决策水平；还可使技术人员分析验证军需装备的维修性来积累技术经验，维修管理人员尝试各种不同的维修组织方案来积累管理经验，维修人员对装备的维修过程进行演验而积累维修经验，培养军需装备技术保障的各类人才。

四、军需装备虚拟仿真训练

装备虚拟仿真训练是虚拟仿真技术在装备训练领域的应用，它是一种理想的训练和实践系统。将仿真技术与虚拟现实技术这两类关键技术有机地结合起来，充分利用虚拟现实技术来创设逼真的训练环境，同时利用仿真技术来实现真实环境下的实时仿真，能部分或完全实现实装训练的效果。军需装备虚拟仿真训练具有安全、经济、可控、可多次重复、无风险、不受气候条件和场地空间限制，既能常规操作，又能培训各种环境下的应变能力以及训练的高效率、高效益等独特优势，可广泛应用于军需装备器材设备的演示、原理教学、操作训练和性能分析及排故训练。通过利用虚拟现实技术，可以建立高逼真度的军需装备模型和操作环境模型，构建与真实环境完全一样的训练环境，为学员亲身感受军需装备和操作训练环境提供可能；可以对所要构建的操作过程进行深入分析，找出其内在规律后建立符合其特征规律的数学模型，通过仿真后台引擎的支撑与虚拟场景中对象的交互，实现军需装备操作过程的客观反映和军需装备运行客观规律在虚拟环境中的真实反映，达到贴近现实的实时仿真效果；还可将多媒体课件功能嵌入到辅助教学系统中，满足军需装备原理教学、过程演示、内部构造关系、运行规律分析等理论教学的需要，具备辅助教学训练功能，充分体现军需装备虚拟仿真训练的自主性。

参考文献：

[1] 赵经成.虚拟仿真训练系统设计与实践[M].国防工业出版社.北京.2008（5）

虚拟现实与仿真技术范文第5篇

关键词：虚拟仿真技术；计算机网络基础课程；应用

一、虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是将虚拟现实技术和系统仿真技术有机结合的一种新的实验研究技术，人类、战略性技术。借助该技术可认识和改造世界，因而它有望成为继数学推理、科学实验之后又一虚拟仿真技术以多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等信息技术为基础，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟环境，如模拟器、仿真软件、数学模型、仿真实验等。其中虚拟仿真实验在我国高职院校的教学中广泛应用，已逐渐成为一种新的教学模式。

1.国内外虚拟仿真技术在教学中的应用

目前，国外虚拟仿真软件主要包括多功能电路模拟实验平台PSPICE、模拟和数字电路的Tina Pro、用于电路描述和仿真的语言与仿真软件Circuit Maker、仿真单片机Proteus、Cisco路由器和自定义网络拓扑结构及连接的Boson NetSim。在我国，北京邮电大学的电子信息虚拟仿真实验教学中心有“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”、Packet Trace软件、北京航天大学的分布式虚拟环境、GMDSS模拟训练实验室、导航雷达模拟训练中心等。

2.虚拟仿真技术应用于计算机基础课程的优势

通过实例操作演示非常抽象的概念，将抽象的网络概念具体化、形象化，为学生提供逼真生动的学习环境，加强老师与学生的互动，实现教与学双向互动，提高学生的学习热情和主动性。通过仿真实例的展示，为学生创造更多的实践机会，不仅可以激发学生的求知欲望，帮助学生充分吸收和掌握教学内容，更能激发他们的创造动机和创造性思维。

二、虚拟仿真技术在高职院校计算机网络基础课程的应用

1.虚拟仿真技术的应用，优化了网络课程实验教学环境

目前，很多高职院校计算机硬件设备与软件更新滞后，教师无法正常地开展实验教学，只能通过视频和文字等辅助资料来补充实际实验的不足。虚拟化技术可以有效解决上述问题，通过虚拟多种不同的计算机环境，学生可在一台计算机上完成服务器与终端机之间的切换，并能使用不同的操作系统与应用程序来开展网络实验。虚拟技术实现了改善高职计算机网络课程的实验教学中教学环境、提高教育教学实效的目标。

2.虚拟仿真技术的应用，更新了实验教学手段

高职教师们利用虚拟仿真技术实现了“一机多用”，有利于顺利开展计算机网络基础课程这一实践性较强的课程，学生可以通过精确地操作某些系统或者软件，了解其运行特征和过程，并以此进一步加深对理论知识的理解，近距离观察和分析实验现象。

3.虚拟仿真技术的应用，缓解了实训设备不足的难题

目前，在高职教育计算机网络课程的实训设备严重短缺，而虚拟仿真技术让虚拟实验室成为现实，尽管不能从根本上替代实际上的物理设备，但是学生可在虚拟机上做所有的操作实验，将理论与实践相结合，使学习更直观，教学更真实，既保证了教学质量，又促进了学生实践能力的培养。因此，虚拟仿真技术的应用，不仅解决了实验实训设备短缺的难题，又能更好地为高职教育培养更多的实用性人才助力。

三、结束语

综上所述，现阶段的高职院校计算机网络基础课程的教学中仍存在着一些问题，将虚拟仿真技术与真实实验相结合，可有效解决学校设备和场所短缺等问题，使学生通过虚拟仿真实验教学掌握网络技术，提高学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合运用计算机网络知识解决分析实际问题的能力，为社会培养出高水平高素质的复合型网络工程专业人才。

参考文献：