計算機仿真技術的優點范文

導語：如何才能寫好一篇計算機仿真技術的優點，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。

篇1

關鍵詞：仿真　計算機仿真　計算機仿真技術

一、引言

仿真是對現實系統的某一層次抽象屬性的模仿，人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現實世界中某一層次的問題做出決策。計算機仿真就是建立系統模型的仿真模型進而在電子計算機上對該仿真模型進行模擬實驗的研究過程。計算機仿真技術即以計算機仿真為手段，通過仿真模型模擬實際系統的運動來認識其規律的一種研究方法，也稱計算機仿真方法。在科技飛速發展的今天，它已經成為控制系統分析、研究、設計不可缺少的重要工具。

二、計算機仿真技術的特點

1.模型參數可根據要求任意調整、修改和補充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進一步完善研究方案提供了可能。與傳統的實物實驗相比，具有運行費用低、無風險、方便靈活等優點。

2.系統模型求解快速。運用計算機仿真，能夠在較短的時間內得出仿真運算的結果，為生產實踐提供最及時的指導。

3.仿真運算結果可靠、準確。在機器沒有故障的前提下，只要系統模型、仿真模型、仿真程序科學合理，那么計算機的運算結果是準確無誤的。

4.實物、實時仿真直觀、逼真。這一特點使它在一些復雜工程系統中例如核電、航天等領域得到了廣泛應用。

傳統的仿真技術是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設態勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，根據判斷的情況反復修改模型和有關的參數，不僅效率低，也存在環境、安全等因素的限制，所以很難達到實驗者滿意的仿真效果。而計算機仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真的系統的模型，并在試驗條件下對模型進行動態實驗，它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統尤其是復雜系統的重要工具。

三、計算機仿真技術的研究現狀

計算機仿真技術的發展與計算機的發展是密不可分的。20世紀50年代的計算機仿真大部分是以電子模擬計算機為主機實現的，在部分特殊應用領域內也有以液壓機、氣壓機或阻抗網絡作為主要模擬設備的。由于電子模擬計算機的精度較差等缺點，從70年代初開始，數字模擬混合計算機仿真得到發展。從70年代末起，以數字機為主機的各種各樣的專用和通用計算機仿真得到了普及和推廣。轉貼于 由于高性能工作站、巨型機、小巨機、軟件技術和人工智能技術取得了引人矚目的進展，在80年代人們對智能化的計算機仿真寄予了希望，也在綜合集成數字仿真和模擬仿真優勢的基礎上，設計出了在更高層次上的數字模擬混合仿真技術，在一些特定的仿真領域內，這種智能計算機仿真和高層次的數字模擬計算機仿真都取得了令人鼓舞的結果。80年代初推出了一些仿真機，SYSTEM10和SYSTEM100就是這類仿真技術的代表。90年代又開始了交互式仿真和虛擬仿真的研究并取得了一定的成績。特別是近20年來，隨著系統工程與科學的迅速發展，計算機仿真技術也得到了蓬勃發展，已經從傳統的工程領域擴展到非工程領域，在社會經濟系統、環境生態系統、生物醫學系統、能源系統、教育培訓系統等得到了廣泛應用。

四、計算機仿真技術的展望

隨著計算機應用技術和網絡技術的發展，計算機仿真技術也在不斷地發展。未來的發展主要有兩個方向：

1.仿真技術的網絡化

眾所周知，現在已經開發研制出來的仿真系統有很多，它們不能互相兼容，可移植性差，實現共享困難，與開發的高成本、低效率、長時間不成正比，更不能充分加以利用。要想解決這些問題，首先要解決的是采用兼容性好的計算機語言來編寫仿真系統，其次是采用網絡化技術實現仿真系統的共享。尤其是后者，在將來的仿真系統開發中具有重要的意義。實現仿真系統的網絡共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社會資源的浪費，而且可以通過適當的收費來彌補開發成本的不足。

2.仿真技術的虛擬制造

計算機仿真技術發展的另一個大方向是在虛擬制造技術領域的深入應用。虛擬制造技術是20世紀90年展起來的一種先進的制造技術，它利用計算機仿真技術和虛擬現實技術的結合，在計算機上實現了從產品設計到產品出廠以及企業各級過程的管理與控制。這使得制造技術不再主要依靠經驗，便可實現對制造的全方位預測，為機械制造領域開辟了一個廣闊的新天地。

參考文獻

[1] 王中鮮 MATLAB建模與仿真應用.機械工業出版社，2010。

篇2

關鍵詞：計算機；仿真；技術；環境；執法

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 18-0000-01

Computer Simulation Technology Application in Environmental Law Enforcement

Zhou Jing

(Changzhou Environmental Monitoring Unit,Changzhou 213022,China)

Abstract:This paper studies the computer simulation technology in environmental law enforcement applications,analysis of the advantages of computer simulation technology and the specific implementation,and enforcement of environmental chemical companies as an example,chemical companies environmental systems Fencheng water,air and solid Waste three parts,to establish a chemical environment,the system dynamics simulation model,has some practical significance.

Keywords:Computer;Simulation;Technology;Environment;Law enforcement

一、計算機仿真技術的優點以及實施過程

（一）計算機仿真技術的優點。計算機仿真技術可以十分迅速的對多種方案進行比較，通過計算機能夠在很短的時間之內對多種方案進行仿真模擬；計算機仿真技術的成本比較低，它和真實的原型試驗的不同之處是，它是虛擬現實技術，不會破壞原型，需要的只是軟件的開發和應用費用，而且，只要軟件投入到使用中，它就能夠進行多個方案的計算，并且具有極高的重復使用率，總體成本比較低；計算機仿真技術的可靠性高；計算機仿真技術的實用性強，它可以在多個方面進行應用，只要是能夠用數學進行描述的模型，幾乎都是能夠用計算機來對系統的行為進行模擬，并且還能夠對未來的發展趨勢進行預測等等。

（二）計算機仿真技術的實施過程。首先就是模型的建立，按照研究對象以及研究目的的不同，在進行仿真之前，首先就是要按照實際的問題來抽象出一個確定的系統，并給出系統的邊界條件以及約束條件，接著利用數學、動力學以及其他學科的相關的只是來把這一系統用數學表達式進行描述，這也就是我們所說的數學建模，按照研究目的的不同，系統的數學模型也不同，具體可以劃分成為靜態模型、動態模型、離散事件動態模型以及混合時間動態模型等等。其次就是要進行模型的輸入，也就是要結合軟件的不同特點來對前一步中所建立的數學表達式輸入成計算機所能夠處理的形式，也就是仿真模型，這一模型是進行計算機仿真的關鍵之所在。接著是模型的仿真計算，把前一步所得到的仿真模型載入到計算機中的計算模塊中，并根據預先設定好的實驗方案來進行仿真的計算，這也就是我們所說的“模型仿真計算”。

二、化工企業環境系統的仿真模型

仿真模型的建立

對于化工企業來講，資源對系統的影響主要體現在固體廢棄物污染、水污染以及大氣污染這三方面對環境的影響，所以，環境系統的結構是把資源作為核心，并且是由污水處理系統、大氣污染的處理系統以及固體廢棄物污染處理系統構成的，具體情況如下：

（一）污水處理系統。以蘇南某個縣區的化工工業園區的化工企業所排放的廢水為例，廢水中的污染物主要就是五日生化需氧量、化學耗氧量、氨氮含量、懸浮固體物質以及石油類等等，另外還有一些少量的鐵離子、硫離子以及氯離子等等污染物，經檢測，只有化學需氧量是超標的，所以污水處理系統把化學耗氧量存量作為狀態變量，把化學耗氧量產生量、化學耗氧量的減少量以及化學耗氧量的自然降解量來作為速率變量，并同時用多個輔助變量來和其他的子系統相互連接。這樣，就能夠把這一模塊的結構關系進行確定。并可以得出以下的方程：

水污染化學耗氧量存量（CSWR）CSWR.K=CSWR.J+DT×（CCSL.JK-CJSL.JK）

化學耗氧量產生量（CCSL）CCSL.JK=CCSL.JK+CSHWSL.JK

生產廢水化學耗氧量產生量（CSCFSL）CSCFSL.JK=SCFSPFL.JK×pndz.k

生產廢水排放量（SCFSPFL）SCFSPFL.JK=GYZCZZ.JK SCFSPFLgfwypfl.k

生活污水化學耗氧量產生量（CSHWSL）CSHWSL.JK=SHWSCSL.JK×Indz.k

生活污水產生量（SHWSCSL）SHWSCSL.JK=P.K×rjwscsl.k

化學耗氧量減少量（CJSL）CJSL.JK=CZRXJL.JK+CXJL.JK

化學耗氧量自然消解量（CZRXJL）CZRXJL.JK=CSWR.K×czrxjxs.k

化學耗氧量自然消減量（CXJL）CXJL.JK=WSCFSL.JK×（fsnd.k-dbnd.K）

污水廠進廢水量（WSCFSL）WSCFSL.JK=IF THEN ELSE（FSZL.K×fscll.k>=WSCCLL.K，FSZL.Kfscll.k）

廢水總量（FSZL）FSZL.K=SCFSPFL.JK+SHWSCSL.JK

污水廠污水處理能力（WSCCLL）WSCCLL.K=WSCLTZ.K×wywscll.k

污水處理投資（WSCLTZ）WSCLTZ.JK=HBZTZ.K×wstzl.k

區域地表水化學耗氧量濃度（CDBSND）CDBSND.K=bjnd.K+CSWR.K÷njjll.K

水質相對污染度（SZXDWRD）SZXDWRD.K=CDBSND.K÷bjnd.K

（二）大氣污染處理系統。對于化工工業區化工企業排放的大氣污染來講，主要污染物有二氧化硫、二氧化氮、總懸浮顆粒物等等。現在把二氧化硫存量作為狀態變量、把二氧化硫產生量和消減量作為速率變量，同時把多個輔助變量和其他子系統相互連接。這樣，就能夠把這一模塊的結構關系進行確定，就可以列出相應的方程，其方法和上述方法相同。

三、結語

總之，環境執法工程的計算機仿真是一項比較系統且較為復雜的工程，利用計算機仿真技術能夠為環境執法人員搭建出一個真實且能夠自然交互的管理平臺，從而為環境執法人員工作的有效開展提供有力的依據。

參考文獻：

[1]孫玉峰.礦區環境系統力學仿真模型的建立[J].遼寧工程技術大學學報,2006,2

篇3

關鍵詞： 職業教育 計算機仿真 應用

傳統的職業教育教學，大都采用課堂講授然后在實訓場所進行實習實驗的方法。盡管現在我國已進行了大刀闊斧的職業教育改革工作，盡量實行或者實現理實一體化教學，即邊理論學習邊實習實驗。但由于這樣那樣的原因，要使這二者有機地結合起來非常困難，當然勢必會出現理論和實際脫節的問題。尤其對于那些資金不足地實驗條件有限的學校，特別是一些中等職業學校和技校，相當數量的實驗和實習只能在黑板上或書本上進行，缺少教學應有的環節，導致學生在學習過程中完全受到教師和教材的束縛，缺少創新和學以致用的能力，直接影響教學的效果。

為了改變這種狀況，人們一直在追尋應用仿真技術盡量避免和減少理、實脫節的問題。早些時候的仿真通常都是物理仿真，隨著科學技術的發展，現在的仿真技術已分為了兩大類：物理仿真和計算機仿真。物理仿真的優點是直接、形象、易懂，但模型受限，易損壞難以重復使用。而計算機仿真則是將研究對象進行描述，建立虛擬模型，在計算機的運行中即可實現。優點是：不怕破壞，易修復修改，可以反復使用。實踐證明，職業學校的一些常設專業，比如電工、電子、機械、數控、模具、汽車、服裝、化工等均可引入仿真教學，計算機仿真教學即可應用于理論教學，也適用于實習實驗教學。最大的好處是能夠實現節能降耗，在一定程度上可緩解教育資金的不足，節約大量的教育經費。

計算機仿真教學與物理仿真教學和真實的實習實驗教學相比，具有一系列的優點。

一、直觀、形象

仿真教學能夠提供一個近乎實際的平臺環境，一些高校、科研單位研制的三維仿真軟件，能夠模擬和實際完全吻合的虛擬情景。例如，利用仿真軟件我們可以模擬一個個電子單元電路、直至一個完整的電路。而且能夠清楚地顯現這個電路工作時的各種電學狀態，甚至教師在授課時無法展示的波形圖。并能保存仿真中的各種技術數據，為電路的測量、記錄提供了非常方便有效、快捷的理論數據。另外仿真還能提供電路中各種元器件的模型參數，既能滿足同學們的感官要求，又能滿足在教學中的實際效果。在數控加工教學中，通過軟件，同學們可從任意的角度去觀察數控機床的加工過程，加工的毛坯變為成品的過程歷歷在目。再如化學仿真，仿真過程能夠對物質化學變化前后的形態、顏色、溫度等都可模擬得非常逼真。

二、節約、安全

應用仿真教學，無論是在理論課堂還是實習實驗場所，我們不必要準備大量的物質材料，不必具備很大的空間場所，僅此便可節約大量人力、物力和財力。例如，電氣課程，我們可以節約大量的模擬板、面包板及各種電器、電子元器件。數控加工可以不必設置場地、機床、可不必投放加工材料，化學實驗無需真材實料、無需瓶瓶罐罐，等等。由于這些教學情況均是在虛擬狀態下進行的，因此對于電氣、電子電路的數據測量，我們可以借助于虛擬的儀器、儀表進行操作。在安裝、調試、測量電路過程中，由于人與設備、電路非實際接觸，從而可以避免學生觸電。即便電路出現短路、漏電等故障，也不會毀壞設備與器件，安全系數大大提高。再說數控加工，機床和加工工件、材料、刀具在數控加工的過程中，投資是巨大的，一臺機床動輒幾十萬，甚至上百萬。虛擬毛坯代替實際材料，虛擬冷卻液替代實際冷卻液，極大地降低實習實驗消耗。且刀具不會因為進給量過大而損壞。在化學仿真中，酸、堿、鹽都是虛擬物品，沒有消耗更沒有污染。

三、高效、全面

仿真教學可縮短實驗、實習材料、儀器儀表、工卡量具的準備過程學習或實習完畢后，也節省了回收時間。在仿真教學過程中，教師、學生可以輕松對實行過程初始化，對未能完成的實驗實習進行狀態的存貯，對在實驗、加工、實驗過程中出現的錯誤及時地修正，對已經完成的實驗實習進行調入回顧，極大地提高了實驗實行的效率。

仿真教學軟件可充分考慮實際環境中的各種因素，避免由于特定條件而導致的操作結果的單一取向。如電氣仿真，可對失壓、欠壓、過壓、過載、短路、斷路、漏電、電路調節等諸多因素進行全面的仿真，可人為模擬各種狀態下的故意破壞而不損壞設備、電路?？傊抡娼虒W幾乎可以構建我們所要的一切。

綜上所述，計算機仿真教學，尤其是在職業教育教學中能夠起到前所未有作用與功效，既能節約大量教育資金，能夠收到在傳統課堂上達不到的教學效果，特別是由于它的安全性、無破壞性，可以反復修改或格式化，從而會激發同學們更高的學習、探索、創新的意識，會使得課堂氣氛更加活躍，互動性更強，真正使同學們由被動學習轉而變為主動學習，從而將我國的職業教育提升到一個嶄新的階段。

參考資料：

篇4

【關鍵詞】計算機；仿真方法；汽車工程

汽車指的是以汽油等燃料或者太陽能燈新型能源作為發動機動力的運輸工具，汽車在1885年由本茨所發明。汽車由原先簡單的結構變得越來越復雜，原有的汽車結構相當簡單，但是隨著科技的進步、物質水平的提高，人們對于汽車的要求越來越高?，F今的汽車包含有上萬個零部件，并且適應能力極強。為了確保汽車的行使安全在汽車的研發過程中就使用到了較多的計算機仿真方法來模擬實際情況，通過計算機仿真方法的應用，汽車的安全性以及穩定性得到了較大的保障。利用計算機仿真方法可以修改汽車設計的參數，并利用模擬技術來確定參數是否合理，如果參數不合理那么就可以利用計算機仿真軟件來重新設定參數直至符合安全要求。計算機仿真方法在一些豪華汽車或超級跑車的設計制造過程中運用的更多，因為這些汽車的設計要求更加嚴格。

一、基于數值模擬方法的仿真分析

數值模擬方法有較多的種類，其中包括有限元方法、統計能量分析方法、計算流體力學方法以及多體動力學分析方法，這些計算機仿真方法對于汽車工程有著較大的作用。

1、在汽車結構方面的應用 在汽車結構的設計中要考慮結構的強度大小、運動性能、耐久性等，為了使得汽車結構設計的更加合理就需要利用有限元方法以及計算流體力學等計算機仿真方法，利用這些仿真方法來設計汽車的結構，可以使得汽車的結構達到最優化[1]。利用數值模擬方法可以使得汽車各個部件的結構得到優化，并使得汽車的承載能力得到加強，通過這些優化必然會使得汽車的使用年限延長。另外通過數值模擬方法使得汽車的噪聲降低、汽車自重減輕，這就可以使得汽車的動力效果更強，降低了汽車油耗，提高了汽車的經濟性能。

2、汽車被動安全方面的應用 汽車被動安全指的是汽車在不可避免發生交通事故之后對于車內人員的保護作用，或者在發生車禍之后降低車內人員所受的損失[2]。為了提高汽車被動安全性能就需要進行大量的碰撞試驗，但是利用實車進行試驗的話會使得研究成本增大，那么就可以利用計算機數值模擬方法，即在不利用實車進行實驗的情況下來進行汽車被動安全實驗，這樣就可以顯著的節省實驗成本，當模擬實驗做到一定程度之后就可以利用實車進行實驗，用實際情況來檢驗汽車被動安全性能，由此可見計算機數值模擬方法對于汽車設計有非常重要的作用。

二、基于MATLAB/Simulink的仿真技術

MATLAB/Simulink仿真技術在汽車工程中的應用主要是預測汽車的性能、能量消耗以及車輛零部件的效率，這對于汽車工程有著非常重要的作用。該仿真技術可以完整的模擬汽車運行時的狀態以及邏輯結構，這對于車輛控制器的開發與測試有著較大的作用。利用該仿真技術還可以根據實際情況搭建，便于調整，使得仿真結果輸出結構更加直觀[3]。仿真過程中信息的流動分為前向仿真和后向仿真兩類，前向仿真的數據流方向與實際系統的能量流動方向相同，即以駕駛員的需求目標作為仿真的起點，這樣便可以真實的反應系統的運行狀態。后向仿真循環的數據流方向與實際系統的能量流動方向相反，能夠反映系統的靜態特性，后向仿真循環常用于設計階段的能量控制策略。

三、硬件在環仿真分析

硬件在環仿真最初是應用在結構復雜系統的開發和測試上，即用數學模型來描述一部分的仿真系統，然后利用虛擬運行環境進行逼真的模擬，其最大的特點就是實時性。硬件在環仿真分析可以充分的發揮物理仿真以及數學仿真的優點，避免了物理仿真與數學仿真的缺點，而且硬件在環仿真分析能夠在沒有車的情況下對于整車或者車部件進行仿真，這樣就可以對各個部件的組合進行較好的評價，使得汽車的結構更加合理[4]。硬件在環仿真分析不僅能夠縮短汽車的開發周期，而且在車輛測試過程中可以不必使用實際的硬件，有效的降低了車輛的研發成本以及維護資金。雖然硬件在環仿真分析能夠對實際情況進行逼真的模擬，但是并不會產生真實的危險。

四、虛擬現實技術

虛擬現實技術是一種新型的使用技術，虛擬現實技術是以計算機作為基礎，并在特定的環境下進行的虛擬實驗，虛擬現實技術可以讓人在虛擬的環境中感受到現實。現今虛擬現實技術在很多行業中都有較多的運用，包括軍事、游戲等，當然虛擬現實技術也運用到了汽車工程中，利用虛擬現實技術可以將汽車數字化，然后配合一定的環境，駕駛員進行仿真駕駛，駕駛員進行仿真駕駛的過程中就可以感覺到汽車的震動、噪音，這樣駕駛員就可以對于汽車的性能做出一個直觀的評價，而且不需要利用實車進行測試，這樣不僅減少了研發資金而且降低了汽車研發過程中的風險[5]。虛擬現實技術在汽車工程中的應用使得汽車的開發速度顯著加快，而且汽車的舒適性也得到了較大的提高。

五、高層體系結構技術

高層體系結構技術是美國在1995年所研發出的技術，高層體系結構技術能夠將應用層與環境分離，并最大限度的利用新技術來進行服務功能，這種系統有非常強大的適應能力。無人駕駛飛機就是利用高層體系結構技術發展起來的嗎，如果將高層體系結構技術與交通工程仿真技術結合起來的話便可以達到更好的效果。隨著計算機技術的不斷發展，更多的計算機技術將運用到汽車工程之中，并以此來達到人們對于汽車的各種要求，使得汽車行業得到更好的發展。

參考文獻

[1]李艷霞.計算機仿真五種方法在汽車工程中的應用[J].科技創新與應用，2013-12-18

[2]于志新，宗長富，何磊.基于LQR的重型半掛汽車列車穩定性控制策略[J].中國公路學報，2011年

[3]陳勇，羅大國，付軍.基于CAE仿真的量產雙離合器自動變速器開發實踐[J].汽車工程，2013年

篇5

關鍵詞：實驗教學改革；仿真技術；實驗整合

中圖分類號：G641.0 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2011)31-0000-00

Improving Experimental Teaching in the Electronic Information Profession by Simulation

WANG Yan, WU Bo, WANG Fang

(College of Physical and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China)

Abstract: The paper proposed a reform combined with the actual conditions and the experimental teaching problems. Adopting simulation in the experimental system can avoid the space and time constraints, enhance the initiative of students and improve the quality of experiment teaching.

Key words: experimental teaching reform; simulation technology; experiment integration.

實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。

1 實驗教學的傳統模式和問題

在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。

目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：

1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；

2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；

3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。

2 實驗教學方法改革勢在必行

隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。

對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。

3 實驗教學改革方案

3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗

在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。

在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。

以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。

另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。

3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗

驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。

驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。

3.3 硬件軟件都要抓，都要硬

計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。

3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術

在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。

4 結論

隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。

參考文獻：

[1] 丁美榮,柴少明.基于虛擬實驗與真實實驗整合的計算機網絡實驗教學改革[J].現代教育技術,2007,7(17):99-102.

[2] 孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[J].黑龍江教育,2006(11):59-60.

[3] 高金輝,楊軍平,邱愛中.虛擬儀器技術及虛擬實驗室的構建[J].河南師范大學學報:自然科學版,2008,36(2):63-66.

[4] 鄒自明.成人教育電子技術實驗教學改革的探討[J].高教論壇,2007(12):43-44.

篇6

【關鍵詞】物流系統仿真；Flexsim軟件

隨著我國經濟的發展，物流業迅速地成長，全國各地的物流工程建設也在逐步展開，但在項目的投資建設中產生了一系列的合理性分析的問題，如技術、經濟可行性和管理方法等。如物流配送中心在規劃建設過程中的選址是否恰當，其容量設計、裝備配置和場地規劃是否合理，是否能夠更好簡化工作，節約成本和時間，對理貨、存儲、分揀等工作區的劃分是否能夠更加方便各項作業的進展和管理。對于這些實際的問題，如果只憑經驗和感覺來判斷，難免會有些方面被疏忽，建成后再進行調整就會增加建設的成本，耽誤正常的工作，從而帶來巨大的損失。

物流仿真技術是借助計算機技術、網絡技術和數學手段，采用虛擬現實方法，對物流系統進行實際模仿的一項應用技術。它需要借助計算機仿真技術對現實物流系統進行系統建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統的性能和輸出效果。物流仿真技術最大的優點就是不需要實際設備的安裝，不需要實際實施相應的方案，即可驗證如下目標：①增加新設備后給企業帶來的效應；②設計新的生產線的好壞；③比較各種設計方案的優劣等等。本文主要研究物流系統仿真技術的基本理論，并通過Flexsim仿真軟件進行說明說明。

1.物流系統仿真的特點

物流系統仿真的特點主要體現在以下3個方面。

（1）物流系統中流的仿真：對于物流系統中的多種流，如貨流、車流、信息流、資金流等，可以采用動態仿真 描述流的產生、流動、消失、積累和轉換等。

（2）物流系統中排隊的仿真：由一個或多個服務臺和等待服務的顧客組成的離散系統成為排隊系統。物流系統是復雜的離散事件系統，并且各種設施設備可以看作是服務臺，各種實體貨物等可以看作是顧客等待接收服務。

（3）物流系統組織中資源的因素仿真：物流組織是通過各種人員和設備參與實現的，這些都是物流系統中的資源。通過對各種資源不同的規劃，物流服務質量和運作效率也是有差異。利用計算機仿真技術描述人和設備的行為過程，可以得出較優的物流體統組織方案。

2.物流系統仿真的優勢

在構建物流系統時，由于建設投資巨大，存在一定的投資風險，且建成后發現了不合理的地方需要改造，成本將會非常的高。利用仿真技術實現物流系統各個模塊的運行狀況，并得出適應發展、經濟有效的設計方案。物流系統仿真技術的主要有以下優點。

（1）對于復雜的物流系統可以采用仿真的方法構建模型；（2）對于新的物流系統，無需實際建設投資，可先利用計算機仿真模擬對新系統進行可行性和效率做出正確的評判，如方案合理再實施，降低投資風險；（3）可以對多個方案進行分析對比，從中選擇最優方案；（4）通過仿真調整目標函數和約束條件來優化方案。

3.物流系統仿真的步驟

物流系統仿真的一般步驟：（1）弄清問題，掌握實際情況；（2）收集整理資料；（3）確定各個因素之間的相互關系；（4）構造仿真模型模型；（5）確定模型參數；（6）檢驗模型的正確性；（7）仿真模型的運行及結果分析。

4.Flexsim仿真軟件

4.1 Flexsim仿真軟件介紹

Flexsim是由美國的Flexsim Software Production公司出品的，是一款商業化離散事件系統仿真軟件。Flexsim采用面向對象技術，并具有三維顯示功能。建?？旖莘奖悖@示能力強大，特別適合于生產制造、配送、交通運輸等領域。其主要特點包括：（1）基于面向對象技術建模；（2）突出的3D圖形顯示功能；（3）建模和調試的方便；（4）建模的擴展性強；（5）開放性好。

4.2 應用Flexsim仿真軟件建模仿真方法

（1）設置模型布局

Flexsim對象庫中的對象基本能夠反映各項實際設施。如進貨源和出貨源可以分別用發生器和吸收器來表示，加工作業可以用處理器表示，貨架、運輸機、操作員分別有相應的實體表示。并根據各個實體的數量尺寸，將其調整到適當的位置，使其與實際方案相符。在設置這些參數時，要根據具體的對象特征設置參數才能正確的模擬顯示。

（2）定義“流”

根據系統中各對象之間的邏輯關系，連接相應的端口，構建模型的邏輯流程。

實體與實體之間的聯系可用輸入輸出（A）連接或者中間端點（S）連接。作業的流程要與實際作業時的流程相符合。

（3）設施參數的設計

根據每個對象所描述的物流系統的特征，設定對象的參數。Flexsim中常用的一些仿真參數主要有：

①生成器參數：可按到達時間間隔模式、到達時間表模式、到達序列模式創建臨時實體。通過生成器可以設置貨物的到達類型和到達時間分布等。

②處理器參數：處理器參數一般用到的是處理器容量、處理時間、預置時間、平均故障時間和平均維修時間等。

③暫存區參數：暫存區參數主要有暫存區容量、暫存區大小、暫存區貨物堆放形式等。

④貨架參數：貨架參數主要有貨架容量、貨架列數、層數、列寬、層高、最小停留時間和堆存方式等。

⑤運輸工具參數：運輸工具包括工人、運輸叉車、堆垛機等，參數主要有裝載時間、卸載時間、運行速度、裝載量、加速度以及運輸線路設計等。

⑥臨時實體流參數：臨時實體流參數決定實體如何將臨時實體送到下游。這些參數主要有送往端口、是否使用運輸工具、是否拉動、拉動條件、優先級等。

4.3 編譯運行與仿真結果分析

在完成模型的建立后，可以對仿真模型進行編譯運行。為了減小誤差，可以通過反復多次的運行或根據不同的設定條件運行，得出仿真的結果。分析實驗中各個對象的工作狀況及效率，對比不同的實驗的結果，提出改進優化措施，并再次進行驗證。最終得出最優的方案。

【參考文獻】

[1]彭揚，吳承健.物流系統建模與仿真[M].杭州：浙江大學出版社，2009.

篇7

關鍵詞 電子計算機；電力拖動；虛擬實驗

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0132-02

Abstract： The emergence of electronic computer technology and development， is the cross time in the history of science innovation. Along with the development of the computer， that is associated with the electronic computer technology also emerge such as blowout， and the birth of the computer simulation technology is one of many new technology. Apply the simulation technology to the electric drive system of virtual experiment， the abstract theory of intuitive display in order to facilitate understanding. Combined with the virtual experiment also has the advantages of low cost and high efficiency， therefore to pay attention to and the use in the electric drive system.

Key word： electronic computer；electric drive；virtual experiment

隨著社會經濟的發展，以及人們素質的普遍提高，社會對人們的要求也日益提高。但是由于種種方面的限制，諸如資金的不足，實踐活動的缺乏等種種因素，導致實際操作能力與創新能力缺乏。而虛擬實驗技術的引用能夠大大緩解以上種種因素的限制。具體到電力拖動的虛擬實驗技術當中，MATLAB等軟件的運用，成為了虛擬實驗開發與創新技術培養的全新方式。

1 虛擬實驗

1.1 概述

虛擬實驗是在計算機仿真基礎上發展起來的一項應用技術。利用計算機的強大功能可虛擬仿真實際的物理系統。眾多計算機仿真軟件的不斷被研發出來，并應用于科研技術設計之中，做出了極為巨大的貢獻。PISPCE和MATLAB是當今較為常見的計算機仿真軟件，其中MATLAB是虛擬實驗的主要開發軟件。

1.2 優勢

在如今大多電機課程實驗設備條件下，運用直流電機作為調速對象，僅僅只能開出直流調速系統實驗。傳統實驗雖然擁有眾多優勢，但是劣勢也顯而易見，諸如體積巨大，維護繁瑣，故障頻出，購置需要大量資金等。同時在培養方面也具有巨大局限，如容納人數的數量方面受到限制，對實驗計劃和方案制定會提出很高的要求，容錯率很低，難以滿足人才培養的需求。因此，由于傳統實驗存在的種種不足，襯托出了虛擬實驗多種優勢。基于計算機平臺上的虛擬實驗技術將以上劣勢化為優勢，對儀器和設備幾乎沒有需求，同時節省資金和空間。

2 具體運用

通過在計算機外接設備上的點擊與拖動，將虛擬的各種儀器，按實驗的目標與步驟整合成一個完整實驗系統的過程，就是虛擬實驗。而實驗條件的變動，數據的收集匯總，實驗結果的分析歸納三個方面全部完成，才意味著整個實驗的達成。本文以帶有RLC濾波器的交流電機變頻調速實驗作為實例，實驗中包括電機、電力電子、驅動控制三個方面，分析虛擬實驗的強大作用，并與傳統實驗進行比較。

2.1 模型的建立

將電壓源型逆變器、電動機主回路以及RLC濾波器通過使用MATLAB中PSB庫中的元件模型完成建立。一般出現超過功率變換電路的情況，并產生多環節控制，多信號反饋，多非線性環節的特征，說明控制電路規模較大，需要大量運用集成電路。但是，基于對電路的控制，其輸入輸出特性是我們研究所要了解的主要目標，而其內部的電壓與電流則是可有可無的旁枝末節，導致無法使用虛擬實驗來進行電路的控制。所以想要實現仿真的方式，可以通過SIMULINK數學函數進行SPWM的調制電路模型的驅動控制。而右圖即為所示。

2.2 模型參數的構建

通過鼠標對元件圖標的點擊，在出現的參數設置對話框輸入諸如電機的額定電壓、功率、頻率、轉動慣量和定轉子數據等各種必要參數。通過濾波效果進行濾波器的RLC參數的設計與運算。在接收變頻調速的恒壓頻比所產生的調制信號之后，通過SPWM調制和驅動模塊內部函數的計算，再與設計的三角載波進行比較。

2.3 設置仿真模型

設置仿真參數是在仿真模型開始之前必須完成的步驟。包括對開始與終止的時間、步長以及解電路運算方式等仿真類型和相對與絕對的誤差等方面進行設置。較快模擬速度的得出需要使用如ode23tb、ode15s這樣的剛性系統的參數運算方式。同時，MATLAB軟件參數鎖設定的虛擬時間與現實的時間并不一致，只是一種對于時間流逝的表現手段。若是縮小步長，則會造成采樣點數的增加，使得現實中的執行時間變長。

2.4 實驗成果觀測

驗證參數設計以及電路結構是否合理，是虛擬實驗的主要目標。而上述實驗能夠經過觀測器觀測電機速度的變化方式與電壓的波形，并依靠給定頻率的大小，在進行理論的分析之后，對結果的正確性進行判斷。而下面兩圖中的前者是電機轉速的變化圖，后者則是在固定的載波頻率與固定的調制頻率之下的逆變器輸出線電壓幅度頻譜。兩張圖示將諧波各次的大小、總諧波的有效值和基波有效值三個方面十分明了的展示出來。由于電機的運行效率和機器壽命受到諧波的影響，因此，為了減少電機受高次諧波損害，將RLC濾波器安裝于電機與逆變器的中間成為了有效的解決方法。總諧波畸變率在經過RLC參數的設計與電機端電壓頻譜的觀測之后可以保持在10%之下。

2.5 實驗結果總結

由上面的實驗可以得知，作為旋轉機械的電機設備，作為是大功率電力開關的逆變器設備等傳統實驗設備，存在損耗高、構建繁瑣、危險性強、價格昂貴等種種弊端。因而既可以對已有系統展開研究又能對處于構想中的設備進行探索，虛擬實驗展現了極為顯著的優越性。比如上述實驗中，在模型庫中雖然并不存在滿足觀測要求的頻譜分析儀，但是在運用MATLAB函數展開構建之后，使不可能成為了可能。而虛擬實驗的自定義、自主性強的特點，成為了其另一個巨大的優勢。同時，虛擬實驗具有良好的通用性、與其他系統開展數據交換的便利性以及升級與擴展的成長性，使其在實驗數據的分析處理方面顯得極為高效迅速。

3 結束語

虛擬實驗的優越性，通過上文的分析與具體的實驗體現的淋漓盡致。但是，十全十美的系統終歸是不存在的，虛擬實驗盡管在各個方面上都具有顯著的優勢，然而也無法取代傳統實驗。建立極為準確的數學模型，始終是虛擬實驗仿真技術中的一個難關，各種限制會使之與實際情況產生差異，這也是傳統實驗存在的必要性體現。因此，只有現實實驗與虛擬實驗相互配合，才會使電力拖動等電子電路設計技術得以真正的進步與發展。

參考文獻

[1]木合亞提.“電力拖動自動控制系統”課程實驗的改革[J].實驗室研究與探索，2010（29）：131-133.

[2]盧衛娜，陳秀敏，馬玉泉，等.仿真技術在電力拖動實驗教學中的應用[J].大學物理驗，2011，24（6）：55-58.

[3]孫新柱，張浩，陳躍東，等.《電力拖動控制系統》虛擬實驗平臺的開發[J].淮北師范大學學報（自然科學版），2013，34（3）：62-65.

篇8

關鍵詞:虛擬人 行走模型 運動控制

中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(b)-0019-01

虛擬人是人在計算機上生成空間中幾何特性與行為特性的逼真表示。在虛擬環境中,我們利用虛擬人來模仿真人的各種行為,尤其是人類最普遍的正常行走運動,而且能模擬軍事的運用訓練和醫學的仿真實驗中,還能設計產品增加產品的真實性。

1 虛擬人行走模型

1.1 虛擬人行走模型的建立

虛擬人是由計算機合成的真實的人,人體是個復雜的機構,如果要建模生成一個三維立體的人體模型就要對真人身體的頭、四肢、軀干、皮膚肌肉等部位進行嚴格的分析,還包括人體上百個關節和細密器官的分析,建立一個運動模型,人體中肢體與肢體之間是相關聯系的,可以將人體的關節看成幾個點,各個骨骼之間形成一條一條的鏈條,根據關節之間不同的旋轉和身體部位安置的角度讓身體的各個部分相互融洽連接。

1.2 虛擬人行走過程

人體行走的過程看似簡單但是相對與虛擬過程就比較復雜,人在行走時每條腿會經歷承受期和擺動期,腿的承受期主要分為腳后跟著地到腳尖接觸到地面,行走周期是相對循環的,很多步子聚集到一起構成人體進行路線行走的平移,還要對支撐腳與地面之間進行準確的碰撞測試,由于兩條腿的來回擺動,以兩步為周期平移一步,以此循環也就形成了兩條腿的擺動過程,進一步地實現了在水平地面上的連續行走。

2 虛擬人的運動控制技術

2.1 運動控制的關鍵幀方法

關鍵幀技術來源與動畫片的制作方法,最初關鍵幀技術只是通過編入幀與幀之間的卡通的形狀,在動畫片中,所有的影像畫面都通過設計關鍵幀中位置角度的一些參數問題來設計,關鍵幀技術根據人體的運動和活動狀態將人體的動作分解成一系列的動作,每個動作對應相應的幀,但是電腦技術有時不會考慮人體的物理等一些特殊特性,所以會存在不恰當的插入導致虛擬人的不合理的動作,所以通常采用雙值插入的方法來有效解決關鍵幀出現運動軌跡錯誤的現象,通過設定動作和運動速度的插值參數,讓速度來控制動作形成流暢的軌跡。

2.2 運動捕捉技術

隨著技術的進一步成熟,運動捕捉技術有著非常廣泛的應用領域。運動捕捉方法是指通過記錄三維空間中的人體運動軌跡,并將運動軌跡轉化為運動數據,對這些數據合成編輯以此合成虛擬人運動的過程。用于動畫設計的運動捕捉技術通過一種光學設置將演員的表演姿勢頭部運動以及表情投射在計算機上,通過調整數據再加入真實的情感來完成制作。運動捕捉技術最大的優點在于能有效的捕捉真人的運動數據,數據傳輸能將運動數據從捕捉設備準確迅速地傳送到主機系統再生成很多高難度的動作,因而虛擬人的運動能和真人運動十分相似,模仿度逼真度超高。但運動捕捉技術同樣存在設備昂貴虛擬人本身的條件制約等一些缺陷,動力學控制虛擬人的運動體現了人體運動的真實性,但運動性太強。還可能因為冗雜的或者錯誤的數據和設備本身的干擾造成虛擬人身上跟蹤器的移位反而導致畫面運動的失真。但是運動捕捉技術仍然因能自動捕捉到人體運動的各個細節廣泛運用在各領域。

2.3 物理的仿真技術

物理的仿真技術利用生物學動力學等物理定律完成運動,從而彌補了關鍵幀技術的不足之處,一般有半物理仿真技術和全物理仿真技術,半物理仿真技術的逼真度較高,主要重視人機之間的關系,全物理仿真采用物理模型的仿真,主要通過對實物的模擬完成仿真。我們通常應用人體關節的基本動力學和動力學模型,通過分析物理規律計算運動的過程,來完成動態的仿真,使得創作出的虛擬人的運動更加逼真。物理的仿真技術的優點主要是能結合動力學相關物理定律實現關鍵幀技術無法實現的理想運動控制。優越于其它運動控制技術的優點主要表現在:首先,利用基于物理的仿真技術可以生成用關鍵幀技術無法實現的完全符合物理特性的理想的運動,人機之間的更多的交流使得捕捉到的技術更加精確。

3 虛擬運動的進一步發展

3.1 虛擬人運動控制的研究現狀

近幾年,國內外研究虛擬人運動控制的團體日漸壯大,國外相關團隊對虛擬人的運動行走運動控制技術和捕捉進行了透徹研究,還有團隊研究虛擬人面部的表情頭發衣服進行了動畫研究,實現了運動的仿真。國內的研究機構致力研究虛擬人運動的實時控制,通過對虛擬人身體部位的相關約束實現了虛擬人步行跑步等運動方式的拓展。

3.2 虛擬人的廣泛應用

虛擬人廣泛應用在國防航天和醫學等人類活動領域,應用虛擬人可以制作出符合中國人航天服的數據,在汽車防撞的實驗中也可以運用虛擬人檢測防撞強度質量,在醫學領域,虛擬人可以有效的幫助醫生觀察人體組織,提高醫學效率。例如美國公司開發了Jack的虛擬人行走,能實現人體模型的建立和行走的仿真控制,通過關鍵幀動畫方法,用戶可以自己實現虛擬人姿態的調節,拓展了虛擬人行走的仿真功能。Jack虛擬人除了能直立行走還能跑跳彎腰低頭行走,還能進行攀登跳躍等高難度的動作。本文對目前虛擬人幾何模型建市的幾種常用方法進行了闡述,并對它們的優缺點進行了對比分析,同時對走步、跑步等幾種典型的運動的控制方法進行了概述和對比研究?？偠灾?隨著科學技術的發展,虛擬人運動控制技術逐漸成為虛擬現實技術的關鍵,已經日益廣泛的滲透到人們的日常生活中,因而受到人們的關注和重視。我們應當繼續對虛擬人行走建模進行深究,通過多種技術的相融合解決運動控制的各方面問題滿足虛擬技術的需要和快速發展。

4 我們的工作

通過對虛擬人行走建模及運動控制的研究,我們建立了自主虛擬人智能行為的通用框架,包括兩個模塊,模塊一主要解決虛擬人骨架建模方法,虛擬人運動建模方法,骨骼蒙皮方法,模塊二重點解決了虛擬人運動控制問題,包括參數化關鍵幀方法,逆向動力學ik求解,基于運動融合技術的運動切換。該框架實現了一種生成真實感智能行為反應動畫的方法,具有較好的真實感。在實時虛擬環境中進行的仿真實驗結果表明作者提出的通用框架可有效進行自主虛擬人建模,為實時交互虛擬環境創建具有高度自主性、環境感知能力智能行為決策與運動控制能力的真實感虛擬人。

參考文獻

篇9

【關鍵詞】半實物仿真 飛行控制 實時性 MATLAB/simulink

1 引言

仿真技術綜合了當代科學技術中多種現代化專業手段，在科學技術領域起到了極其重要的作用。半實物仿真技術是所有仿真技術中仿真置信度很高的一類，它的應用不僅局限于理論研究，更多被工程設計、開發測試使用，從早期的航空、航天逐步擴展到今天的軍事、電子、通信、交通、艦船等多種行業。計算機技術的快速發展使得半實物仿真的核心――實時仿真計算機的運算能力得到極大提升，從傳統的純數字仿真逐步向人在環半實物仿真領域擴展。

傳統物理試驗或飛行試驗驗證直觀、真實，但是費時費力，且驗證不充分，一旦失敗則會造成較大的經濟損失，甚至發生嚴重的事故。純數字仿真簡單易懂，但難以模擬試驗件的復雜特性，仿真精度不高。半實物仿真結合了實物試驗和數字仿真的優點，將系統中的部分實物引入到計算機仿真系統中，既可以在實驗室條件下對試驗件進行各種狀態下的測試驗證，又可以保證試驗測試的可靠性和安全性。國內外的飛機或飛機部件的供應商在飛機的研發測試中大都應用了半實物仿真技術。

本文旨在淺述通用的飛行控制系統半實物仿真平臺設計思路，為以后試驗設計提供基礎。

2 系統設計

本文飛行控制系統半實物仿真平臺采用一體化設計，是基于MATLAB/simulink飛行仿真模型的實時仿真系統。飛行控制系統半實物仿真平臺的基本架構如圖1所示。系統可分為5個子系統：

（1） 實時仿真系統：為系統的主體部分，完成實時仿真和信號轉換功能，包括仿真主計算機（上位機）、實時仿真計算機（下位機）、信號轉化換算機、信號調理機箱、接線盒及附件（包括工作臺、機柜、電源、電纜等）。主要進行飛機模型實時解算，信號實時轉換及傳遞。

（2） 綜合控制臺：由仿真測試計算機和仿真測試控制軟件組成，完成實時仿真過程中數據顯示、曲線繪制和數據管理等功能，一般放置在近試驗人員的測控間，方便試驗人員實時分析及監控數據。

（3） 模擬座艙及儀表系統：是仿真中用戶和系統進行交互的設備，使系統支持人在回路的飛行仿真試驗，駕駛員可通過駕駛盤（桿）、腳蹬、油門等對飛機進行操縱控制，并通過虛擬儀表顯示，對飛機的參數進行監控。

（4） 實時網絡通訊系統：為系統的通訊設備，包括以太網和反射內存網兩種網絡，系統中對實時性要求不高的部分采用以太網傳輸；實時性要求較高的部分采用光纖反射內存網通訊。

（5） 簡易視景系統：模擬飛機座艙外的景象，給座艙內的駕駛員以足夠的視場角的景象顯示。簡易視景系統一般由圖形生成子系統、投影子系統、音響子系統組成，能接收來自實時仿真計算機傳遞的飛行數據，并進行3D顯示。

2.1 實時仿真系統。實時仿真系統為整個半物理仿真平臺的主體部分。本系統構建引入分布式布局思想，設計一對多的分布式模式。采用RTW-xPC作為實時仿真的框架。在半物理仿真系統中，飛機無法以物理部件的形式出現，為保證實時性飛機模型需要運行在實時仿真目標機上。飛控系統中其他部件的實現方式均有物理和數字兩種方式。當缺少該部件時可借助實時操作系統保證部件模型仿真的實時性，將運行該代碼的仿真目標計算機代替真實部件在半物理仿真系統中的位置。物理信號和數字信號之間的轉換以及物理部件在系統中的接口均通過信號轉化計算機實現。

飛行仿真模型是實時仿真系統的核心。在仿真主計算機的MATLAB/simulink環境下完成飛控系統離線和實時仿真模型的搭建，并運行在實時仿真計算機內。模型所模擬的部件要與真實物理部件的參數一致，是對物理部件的分析、抽象而建立，是真實系統的近似模型。在Matlab/Simulink環境下搭建模型，運用了模塊化的設計思想，便于今后對模型的修改和完善，提高系統的通用性。

2.2 模擬座艙及儀表系統。模擬座艙及儀表系統是半物理仿真平臺中的人機交互設備。模擬座艙采用虛擬現實技術模擬生成飛機在空中的飛行環境條件，使仿真人員具有身臨其境的“真實”感覺。儀表系統從實時網絡上接收實時仿真計算機發送來的飛機位置、姿態等信息，向駕駛員反饋飛機的實時操縱狀態和飛機飛行狀態，另一方面采樣駕駛盤（桿）、腳蹬、油門的輸出信號。當駕駛員操縱時，反映設備狀態的模擬量輸出就發生改變，模擬信號經過采樣濾波處理后，輸出給實時網絡。

虛擬儀表軟件開發平臺主要采用GL Studio，它可以創建實時的、三維的、照片級的互動圖形界面。GL Studio生成的C++和Open GL源代碼可以單獨運行，也可以嵌入其他視景軟件中使用，且能夠方便的被其他目標優化平臺使用。

2.3 簡易視景系統。簡易視景系統一般由視景計算機、投影系統、音響系統和視景管理軟件組成。由專門的視景軟件配合硬件在視景柱幕上生成3D景象。音響系統一般包括音響計算機、功放等，模擬飛機飛行中的各種聲音，包括那飛機起飛著陸及正常飛行的氣流聲、發動機聲、起落架收放聲等。

3 結論

本文提供了一種通用且實時可靠的飛行控制系統半物理仿真平臺設計手段。平臺采用一體化設計原則，可以在線調參、實時查看試驗及飛行效果，極大地提高了試驗效率。

篇10

關鍵詞：計算機技術；圖形圖像處理；應用

Abstract: The application of computer technology is more and more widely, the whole society into the information age, modern computer technology in the application of image processing on the break mode method of traditional image processing, so that it has good reappearance function, more flexible application, applicable scope is wide. Especially the BIM technology for the application of graphics and image building, is brought about a revolutionary upgrade. At the same time and the virtual simulation technology in the latest architectural aspects of the application, the computer image processing technology is becoming more and more important in building construction.

Key words: computer technology; image processing; application

中國分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章標號：2095-2104（2012）03-0001-02

隨著社會現代化的大發展，在很多的生產施工中，為了保證工作的高效、安全、準確，都趨向于生產的自動化。建筑業是國內經濟的幾大經濟支柱之一，將計算機技術與工程建筑業結合在一起的趨勢是有目共睹的。在追求低能耗、低污染、可持續發展的大背景下，工程建設信息化已成為時展的必然方向[1]。利用計算機技術對圖形圖像的處理就是通過計算機對圖片進行修飾，分割，除噪等一系列的步驟，從而實現對圖形圖像的優化設計。計算機技術在建筑業方面的發展經歷了兩次重要的變革。早期出現的計算機輔助CAD技術使工程建筑業由傳統的手工畫圖階段轉變為二維的計算機繪圖階段，給建筑業帶來來了第一次的技術革命。隨著建筑業與計算機技術的進一步的結合應用，又出現了專業應用于建筑業的3DStudio,FormZ,VIZ等技術。本文從工程建筑方面的角度出發，探討幾種計算機技術在施工圖象處理的科學策略和應用，比如，虛擬仿真技術，BIM技術等。

BIM技術的應用研究

BIM（建筑信息模型）技術是在社會對工程建筑領域的管理技術的需求增長的條件下應運而生的，是建筑業圖形圖像處理的。在建筑制造行業，大概有三分之一的工程是需要再次返工的，這樣就導致超過半數的勞動力以及資源流失，十分之一的材料損耗。不難察覺有數以億萬元的經濟損失，而BIM技術就是針對該問題的突破性研究。對建筑業來說，BIM技術在建筑過程的應用可以設計出精確的三維模擬和能耗模型，高效的實現高效率、高質量、低風險的、低損耗的理念，輕松的完成建筑項目，從而帶來更大的經濟效益。BIM技術的應用是貫穿于建筑的整個過程。現今已有一些成功的應用案例，例如美國webcor公司，舊金山某基督教堂的虛擬施工模型。并且計算出后期施工的一系列數據（如圖二）。只是應用簡單的CAD是無法滿足設計要求的。施工模型圖如圖一所示：

圖一

圖二

在施工階段的應用主要體現在以下幾個方面：

第一、可以創建三維逼真的設計方案圖，給人以真實、直觀的視覺感受，可以根據施工順序的選擇，形象的展示各個環節的施工方案，還可以進行四維的模擬，對比選擇不同的施工方案建立好的BIM模型，大大提高了三維渲染精度與效率，最終給客戶更為直觀的圖形圖象展示。比如在地鐵蓋挖逆坐施工中起到了很大的作用。

第二、有效虛擬施工過程，協同作用強。三維直觀的可視化功能加上時間維數，就可以虛擬施工過程，將施工計劃與實際的工程進展做對比，這樣有效的四維協同，可以讓工程師對項目的各個過程都了解得很清楚，以便對施工過程中可能出現的問題進行提前的防備，BIM技術和施工方案、施工模擬有效的結合可以大大減少人力物力的損耗，減少返工和修整，提高建筑質量，節約資源成本，縮短工程建筑周期。

第三、優化設計方案，精確計劃，提高質量。BIM技術最大的特點和優點就是三維立體逼真的可視化，它可以使圖形圖像形象地展示在人們的眼前。利用這個技術可以在施工前檢測在施工過程中可能出現的碰撞和錯誤損失，進而進一步優化設計方案，盡量減少返工，提高施工的質量。

虛擬仿真技術在建筑施工中的應用研究

虛擬仿真技術包括虛擬和仿真兩個方面，虛擬技術和仿真技術有效結合，并成功應用于設計施工中，打破了傳統的設計和施工模式，它具有高度仿真性，無破壞性，可無數次反復試驗，可控性高等優點，還具有高效、施工質量高、成本低等特點。其本身的軟件平臺是Revit軟件，是基于上述的BIM信息模型而配套的技術。對于建筑設計中的結構和水暖加以概念性建模。它是迄今為止最經濟有效的綜合集成方法,是推動技術進步的戰略技術。主要的虛擬仿真過程如圖三所示;

圖三

首先是利用現有的計算機水平建立三維模型，接著就是虛擬施工環境。某集團的新建住宅小區就是這一技術應用的實際案例，其平面是一個矩形圖，建筑面積為24.3萬m2。該建筑的設計造型需要使用很多的鋼型結構，導致整個吊裝工程巨大。只有通過虛擬仿真技術才能實際需求，得到一個可視化的虛擬模型，在施工前有一個準確的預估。建筑施工中圖形圖像的處理就是將設計出來的圖形轉化為更為直觀的、形象的三維圖像的過程，施工過程就是把圖像轉化為建筑實物的過程。在傳統的建筑模式中，保證施工質量的條件是經驗豐富的工程師，但這有很大的缺陷，光憑借經驗往往使得在施工過程中出現缺乏全面性、客觀性，具有主觀性、盲目性等缺陷，也會出現很多難以控制的問題。虛擬技術在建筑領域的應用大大彌補了這一不足，虛擬技術下建立的圖形具有高仿真性，交互性，沉浸性。工程師可以根據需要進行施工虛擬實驗，從而在不斷的實驗中找到最佳的方案，實現設計圖形的最優化，達到節約資源成本，縮短工程周期，提高質量等目的。

利用計算機技術對圖形進行處理可以極大地提高形成圖片的效率及提高圖片的質量，也會給工作帶來極大的方便，提高工作效率。圖形的處理技術包括圖形的屏幕顯示，圖形的字符處理以及成圖。首先是利用CDI和位映像圖來展現初步的繪圖的效果，然后就是對圖形的尺寸、特性用參數表示，所以在圖片上進行尺寸的單位的標注也是圖片處理的技術之一。

虛擬仿真技術為建筑的整個過程構造了一個整體、綜合的環境，虛擬場景中的任何一個物體，都可以有高度仿真的聲音、動作畫面模擬，使畫面的真實感強，它的三維動畫的應用。如圖四就是通過計算機仿真技術制作的該小區的外觀效果圖：

圖四

虛擬仿真技術可以實現對施工全程的分析，施工過程中的細節都以高清晰的畫面的形式展現出來，人們可以根據自己的需要在畫面上做修改，并且這項技術在預防施工過程可能出現的安全隱患具有很好的預測性。未來的圖象處理技術的發展，主要是朝著高度清晰、三維成像及多位成像、自動化、智能化的方向發展的，在技術的研究中，主要是將理論和實際操作結合起來，計算機技術在圖象處理中的應用也將得到進一步的發展。

三、總論

圖象處理技術的應用越來越廣泛普遍，CAD、CAM技術對于建筑工程設計的基礎構圖中也有充分應用。在建筑施工中對圖形圖像的處理給我們的社會帶來很大的經濟效益，可以不費成本的無數次的反復試驗施工過程，然后對施工過程進行細致的分析，盡量減少各種浪費，減少人力資源的耗損。BIM技術對圖形圖像的處理實質上也是對施工過程的一個模擬的過程，在計算機上近乎逼真的動態模擬，讓我們如身臨其境，達到一定實質性的效果。隨著時代的進步，該技術所提供的數據會越來越詳細和全面，對于建筑施工行業會帶來巨大的革命。同時，5D技術也會在計算機圖像處理中越來越多的應用。建筑設計等等中的問題依靠計算機技術的進一步發展來帶動其變革。綜上所述，計算機技術在建筑領域的應用有待于進一步的推廣和深入的發展。

參考文獻：

[1]劉剛，李鑫，王興龍，等．建筑施工企業BIM應用淺析與建議[J]．施工技術，2012，41(3)：39-40,44．

[2]潘佳怡，趙源煜．中國建筑業BIM發展的阻礙因素分析[J].工程管理學報，201226(1):6-11