虚拟样机技术论文大全11篇

虚拟样机技术论文篇（1）

作者简介：路永婕（1981-），女，甘肃靖远人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；陈娜（1979-），女，辽宁辽阳人，石家庄铁道大学信息学院，讲师。（河北　石家庄　050043）

基金项目：本文系石家庄铁道大学教育教学改革研究项目（项目编号：110408、110326）的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0033-01

在20世纪80年代，随着计算机科学技术的进步与发展，导致了虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology）的出现，从而加快了工业发展的步伐。虚拟样机技术以自身的优势大大提高了工业产品的设计和研发的效率，极大地缩短了产品的生产和制造周期。目前虚拟样机技术在各领域的企业和研究机构里已经取得了良好的经济效益，得到了广泛的应用。因此各企业单位对熟练掌握虚拟样机技术的人才需求不断增长，这就势必要求在高等教育过程中更加注重培养大量的此类人才，以满足人才市场的巨大需求，进一步促进我国工业水平的提高。

虚拟样机技术作为一种先进的技术，在推动工业发展的同时也为高等教育培养高质量、高水平的人才提供了良好的手段和思路。在机械工程类本科教学实践中充分应用虚拟样机技术将会有力地促进工科类教学方式和教学体系的改革，会大幅度地变革旧的教学模式，实现大学生学习的多元化和主体化，使学生跟随工业技术发展的步伐，牢固夯实知识要点，掌握学科体系。

一、虚拟样机技术的理论依据与应用前景

虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，该技术结合了先进的建模技术、仿真技术、信息技术、优化技术、制造技术和先进的信息管理技术，涵盖了工业产品的概念、设计、实验、生产和制造的各个环节。可见，虚拟样机技术重点强调了工业产品的系统观，它针对产品的全生命周期，对产品进行全方位的测试、分析与评估，实现了不同领域的虚拟化的协同设计。

总之，虚拟样机技术是以虚拟样机为主体，可视化为界面，仿真分析为主要手段，三维造型软件为工具，建立起的多学科、多领域、多角度的协同设计平台。在机械领域中，虚拟样机技术以机械系统运动学、动力学、传热学和控制理论为核心理论，几乎涵盖了机械工程体系中的各个子系统。目前基于虚拟样机技术，涌现出来了大量成熟的商业化软件，大体可以分为几何建模（SolidWork，UG，Pro/E）、结构分析（ABAQUS，ANSYS，NATRA）、多体动力学（SIMPACK，ADAMS，DADS）、液压与控制（AMESIM）、振动与噪声（SYSNOISE，AUTOSEA）等几个范畴，在机械工程、航空航天、国防和医学等各个领域发挥越来越重要的作用，在企业中已经得到了普遍的应用，获得了很多的成功案例。

因此在运用虚拟样机技术进行工业生产时，需要具备扎实的计算机、运动学、动力学和控制学多个学科的知识，这就对高等教育人才的培养提出更高的要求。从上述虚拟样机技术的内涵和理论依据可以发现，该技术具有很强的实践性强、可重复性和操作直观的特点，所以这些特点既是学生最终学习的目的，也为教师提高教育水平提供了很好的手段。

二、充分发挥虚拟样机技术在机械工程类教学中的作用

1.培养学生的仿真分析意识

在计算机技术高速发展的今天，基于虚拟样机技术的仿真分析已经日趋完善，分析的结果可靠、逼真，在工业生产中已经被广泛认可。所以，在教学过程中应引导学生积极掌握和利用仿真分析的技巧，在学习和吸纳新知识时充分应用仿真的手段进行分析和验证，提升对知识的理解程度，提高对专业知识的认知水平，形成良好的仿真分析习惯。

由浅入深地让学生在学习过程中随时借助虚拟样机技术对书本中的例题、课程设计中的案例和毕业设计命题从仿真的角度预演解题过程，树立起良好的仿真意识，这不仅提高了学生分析、解决问题的能力，而且在反反复复的仿真实践中对虚拟样机的综合应用能力得到提高，对专业知识的准确应用也会有一个比较深刻的认识。

2.注重理论与仿真实践结合

在机械工程相关专业的学习中，“机械原理”、“机械设计”、“机电控制”、“测试技术”等都是必修的专业基础课程，在以往的教学中，学生在掌握这些课程时比较头疼，教师在教授过程中诠释概念、分析原理时也比较吃力。分析其中的原因，主要就是学生在认知这些专业知识之前，相应的背景知识比较欠缺，对难懂的知识点存在很大的陌生感，教学的效果差强人意。然而虚拟样机技术恰恰可以弥补这一点，可以在教学的各个阶段都发挥不同的效用，在每门课程学习之前，教师可通过基于虚拟样机技术的成功工程案例的展示，激发学生对本专业知识求知的欲望，对课程设计的过程产生浓厚的兴趣，以最短的时间融入到课堂中。

虚拟样机技术论文篇（2）

 

0.前 言

新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。

1.虚拟现实的定义

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。

2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用

（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用

通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。

（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用

在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用

详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。

（4）虚拟制造

虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。

虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。

（5）虚拟评价和测试

在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。

3.结束语

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献：

[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003

虚拟样机技术论文篇（3）

 

0.前 言

新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。

1.虚拟现实的定义

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。

2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用

（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用

通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。

（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用

在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用

详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。

（4）虚拟制造

虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。

虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。

（5）虚拟评价和测试

在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。

3.结束语

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献：

[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003

虚拟样机技术论文篇（4）

引言

随着世界经济的快速发展，市场竞争日趋激烈，这种外部因素的影响下，机械产品要提高竞争力、满足客户需求，就必须针对市场环境和需求，改变产品开发模式，提高产品技术含量。随着计算机技术的快速发展，现代信息技术已逐渐的应用到机械产品的设计与研发中，并成为提高产品质量和性能的一种新技术手段，同时也为虚拟样机技术的发展和应用提供了更为方便的操作平台[1]。

1 虚拟样机技术的概念

虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价[2-3]。

在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计样机建造测试评估反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。

2 虚拟样机技术的特点

传统的产品开发过程如图1所示，机械产品的设计是一个不断的循环过程。为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。

图1 传统产品开发过程

利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程，其设计流程如图2所示。通过对多种设计方案进行如有限元、运动学和动力学等仿真分析，对仿真结果比较，最终确定一个最优化的方案，产品研发周期短，研发成本低，有效地提高了产品质量。

图2 虚拟样机技术产品开发流程

与传统设计方法对比，虚拟样机技术主要有以下特点：

（1）全新的研发模式。传统的产品设计研发是一个串行的过程，而采用虚拟样机技术则可以实现产品不同设计工作的同时进行，通过仿真得到产品在不同使用环境下的动态响应，进而评价不同设计方案可行性。

（2）产品研发周期短、成本低、质量高。基于虚拟仿真平台建立初步设计完成后的产品模型，对所建模型进行多次仿真试验，这样省去了样机的制作时间，缩短产品开发周期，同时也能够提高产品的质量和性能。

（3）实现动态设计的重要手段。企业间可以通过网络将各自的产品的信息进行传递，以便双方就一些产品设计信息进行交流，同时可以就设计问题进行讨论，实现了不同时间、地点、人员对产品设计的进行。

（4）支持产品的全方位测试、分析与评估。利用虚拟样机技术对产品在不同应用环境下的动态响应进行仿真，根据结果对产品结构进行分析，得到产品全方位的测试结果，有利于对产品进行全方位的分析和评估。

3 虚拟样机技术的应用与发展

虚拟样机技术在国外已得到了深入的研究，并已成功的应用在汽车制造、武器装备制造、船舶制造、医疗机械制造等诸多制造行业中。无论是海里的军舰、奔驰的火车等这些大型复杂的机械系统，还是自行车的链条、减速器的齿轮等较小的结构件，虚拟样机技术在其研发过程中都有应用，并为产品的设计生产提供了重要的保障。

随着我国对虚拟样机技术的研究不断开展，虚拟样机技术在我国应用的领域也在不断扩大，但主要集中在一些大学、科研院所和一些大型的制造企业。其中武汉理工大学利用虚拟样机技术实现了计算机对船用起重机在各种工况下作业过程的三维可视化仿真分析[4]；西北机电工程研究所采用虚拟样机联合仿真平台实现了发射药协调器的机电液一体化仿真[5]；交通运输部水运科学研究院对轨道式集装箱门式起重机虚拟样机模型进行了动力学仿真，并对门架结构进行了可靠性分析[6]；辽宁工程技术大学通过建立采煤机、掘进机和刨煤机的刚柔耦合模型，对不同工况下机械部件的可靠性、动态特性进行了分析，将虚拟样机技术成功的应用于工矿企业的产品设计研发当中[7]。

虽然我国对虚拟样机技术的研究虽然取得了快速的发展，但在理论和实践的深度方面的研究与国际水平还存在着较大的差距，应用范围还不够广阔，还有很大的提升空间。

4 结束语

虚拟样机技术作为一种新兴的设计制造技术，有着广阔的发展和应用前景，并且已被广泛的应用到机械制造业的设计研发中，对其进行深入的研究，有利于提高产品的质量，使其能够及时的适应市场经济发展的需要。同时对虚拟样机及其关键技术进行研究，扩大该项技术的工业应用领域，对于我国制造业的发展也具有重大的战略意义。

参考文献

[1]张卫，吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究[J].组合机床与自动化加工技术，2002（10）：12-14.

[2]刘国昌，韩虎.基于ADAMS协同仿真技术的研究与实现[J].起重运输机械，2008（6）：38-40.

[3]胡蓉，胡如夫.机械产品虚拟样机协同开发技术[J].机床与液压，2003（7）：145-146.

[4]杨宝林.基于虚拟样机技术的船用起重机技术结构动力学仿真[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[5]梁辉，王玉林，马春茂，等.发射药协调器虚拟样机建模与仿真[J].兵工自动化，2011，30（5）：86-88.

虚拟样机技术论文篇（5）

1常用虚拟技术

1.1虚拟仪器技术

虚拟仪器是基于计算机强大的数据存储、处理和显示能力，利用软件编程，模拟仪器各项功能，通过友好互动的图形界面让使用者在计算机上操作就像使用仪器操作一样。目前世界上最著名的3个虚拟仪器开发平台是LabWindows/CVI，Labview和HPVEE，也有学者利用3dmax，Unity3D等三维模型软件构建模拟三维虚拟仪器。

1.2虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它主要是利用计算生成所设定的三维立体虚拟环境或物体，使用人体感知技术将人类的思维、动作、感觉等经过三维交互设备与计算机交互反应，让人有身临其境的真实感觉。虚拟现实技术是现今仿真研究领域的前沿和热门，应用范围遍及各行各业。

1.3虚拟地理环境

虚拟地理环境是一类以地理特征、地理规律为本源，以地理感知、地理分析为目的，利用网络、计算机、虚拟现实等技术构建的开放式地理环境及空间［2］。虚拟地理环境技术涉及计算机、地理学、认知科学、GIS、RS、网络技术和虚拟现实技术，是对现实三维或四维地理环境的认知、抽象和模拟。

2虚拟技术测绘在实践教学中的应用形式

2.1虚拟测绘设备

测绘工程常用的仪器有全站仪、GPS接收机、水准仪、测距仪、平板仪等，种类繁多。不同厂家生产导致同种仪器型号众多。测绘仪器价格昂贵，动辄上千元，甚至上万元、几十万元。高校作为一个教学单位，很难在仪器上经常性地投入大笔资金。因此，采用虚拟仪器技术模拟各类物理仪器，学生可以通过计算机随时学习各类测绘仪器操作。通过虚拟测绘仪器实践教学，学生在接触物理仪器前，已经比较熟悉仪器操作，这样在实际操作物理仪器时就会避免不合理地操作，从而大幅减少仪器的损坏率。虚拟测绘仪器的制作可通过3种方式：（1）利用3dmax，Unity3D等三维建模软件模拟各类实体测绘仪器，生成测绘仪器三维模型，利用开发软件实现仪器模拟操作、语音告知等功能。这种方式最为简单，功能也最弱；（2）利用Labview虚拟仪器开发平台和计算机物理元件等，开发半软件、半物理的虚拟测绘仪器。这种方式较难，功能有所增强；（3）采用虚拟现实技术，利用虚拟设备，完全模拟测绘仪器操作过程。这种方式很难，真实性最强，功能也最多，使用者有最真实的感受。

2.2虚拟实习环境

测绘工程师经常会在野外工作，工作环境复杂，有城市、乡村，有山地、平原；工作任务也多样，有道路、桥梁，有地铁、煤矿等等。学生在大学学习过程中除了在校外实习基地能有简单的野外测绘机会，很难在毕业前经历多样的工作环境和工作任务。利用虚拟地理环境技术、GIS技术等，在计算机中构建各类三维地理环境和三维工作场所，让学生体验在复杂环境下如何进行项目测量，完整、真实地学习测绘项目。

2.3测绘工程虚拟仿真实验室

如果资金、技术和人才能够得到保证，建设测绘工程虚拟仿真实验室能从根本上改变测绘工程专业实践教学模式。测绘工程虚拟仿真实验室是利用虚拟教学技术开发的测绘工程项目实践模拟系统。从系统组成上，这个系统包括测绘工程虚拟现实应用开发平台、高性能图像生产及处理系统、虚拟三维显示系统、虚拟现实交互系统和集成应用控制系统。从内容上，这个系统包括仪器操作、各类工程项目实施、大地测量等。

3虚拟技术对实践教学模式的影响

3.1测绘工程专业传统实践教学模式

测绘工程专业的传统实践教学模式主要是围绕理论学习，以仪器操作为手段，建立起校内和校外实践教学体系。校内实习主要包括课内仪器操作和学期仪器操作，实习地点在高校校园内，其中，课内仪器操作是在教师讲授理论课后，按照课程教学安排仪器使用。校外实习是指在校外实习基地进行较长时间的仪器操作。传统的实践教学模式可以用“课上讲理论，课下将就练”来总结。测绘工程专业传统的实践教学模式是将实践教学环节从属于课堂理论教学，实践教学是为了配合理论教学，基本是属于解释型实践教学，是为了让学生更好地理解理论教学内容。另外，由于传统的实践教学主要是学生操作测绘仪器，但是由于测绘仪器较少，很难做到人手一台，且一个教师面对几十个学生，导致教师很难将实践教学内容传授给每一个学生，学生接触仪器的时间也很短，很难真正掌握实践教学内容。另外，测绘仪器价格较高，类型较多，学生很难接触到新款测绘仪器。学生由于操作不熟练导致仪器损坏，更加剧了仪器数和学生数的差距。这些都导致学生对仪器了解少，操作少，动手能力差。

3.2基于虚拟技术的新实践教学模式

基于虚拟技术的新实践教学模式是以实践为核心，理论教学围绕着实践展开，建立“虚拟实践教学+物理实践教学”教学模式。教师在课堂上利用虚拟技术讲授实践教学内容，并用理论解释，学生在课堂上既可以观看教师采用虚拟技术讲授的实践过程，也可以亲自动手模拟演练。在虚拟实践教学环节完成后，学生就可以操作真正的物理仪器，再一次熟悉实践过程。基于虚拟技术的新实践教学模式可以打破传统的实践教学无法课堂讲授的情况，把实践教学也搬到课堂上，让实践教学课上课下都可以进行，打破时间对实践教学的束缚。新实践教学模式也可以打破地域限制。由于场地和经费的限制，大学生很难接触到多样的工作环境和工作场景，通过虚拟技术，学生就可以在各类工作环境和工作场景中实习锻炼。新实践教学模式可以真正实现课程学习以实践教学为核心，激发学生的学习热情和主动性，提高学生的操作能力和实践能力，尽量避免“高分低能”现象的出现。

4结语

虚拟技术在测绘工程专业实践教学中的应用将会改变传统的测绘工程专业实践教学模式。它具有节省资金、更新快、全天候、全方位的特点，可以在很大程度上克服传统实践教学模式自身的缺陷，利用高新技术补齐高校传统教学模式在实践教学环节上的短板，具有很好的发展前景和利用价值。

参考文献

虚拟样机技术论文篇（6）

模拟现实世界的方法有实物仿真、机电仿真、计算机仿真等。实物仿真事例很多，草船借箭就是用稻草人对人进行模拟；军事训练中用木头棍模拟枪械进行拼刺刀训练。计算机诞生后，计算机仿真成为模拟仿真的一个主流技术和方向，早期是模拟机仿真，后来是数字计算机仿真。随着计算机处理能力，特别是计算机图形处理和人机交互能力的大幅度提升，上世纪60年代出现了VR概念。

VR有三个典型特征：一是沉浸感，参与者可以全身心沉浸于计算机生成的三S虚拟环境中；二是交互性，参与者可以通过一些VR交互设备与虚拟环境中的对象进行交互，产生与对应真实环境中的对象进行交互的体验。现在自然交互、体感交互是非常热的研究方向。三是构想性，参与者在虚拟环境中可以激发想象，或者可以构想未来世界和历史世界。

VR技术由于其特点，适合以下几方面应用：一是各行业领域的规划决策，如城市规划，手术规划等；二是设计评价，如在装备制造领域，可以先设计构造虚拟样机，通过对虚拟样机各种性能的评价测试，对设计进行修改；三是训练体验，比如军事训练，以及对航天设备、核设备的维护，可在虚拟装备上进行维护和操作训练；四是文化娱乐等领域的应用。

VR可以从两方面改变我们的世界：一是让我们的发展变得更加科学，先在数字空间进行充分论证，然后再实际实施；二是可以使广大人民群众的生活更加精彩。举一个VR应用的实例。2015年10月，在拉斯维加斯举行的美国总统候选人答辩会上，采用VR进行实时直播，拥有VR观看设备的观众可以现场前排座位观众角度进行观看，获得身临其境的体验。这将是新闻传播发展的趋势。

VR和应用领域的关系，类似于数学和物理。先通过数学理论方法给出一个假说，然后再用物理实验方法对其进行验证。比如爱因斯坦100年前就通过理论和数学预言了引力波的存在，但到100年以后的今天，我们才真正从物理上观测到了引力波。VR应用于各领域可实现先在虚拟环境或虚拟对象上进行研究论证，然后再构造实物或进行实物操作。

目前， VR已进入“+”的发展期。一是VR进入各个行业领域，二是VR进入大众生活，特别是进入互联网应用和移动终端应用。2006年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中就把VR列为信息领域优先支持的三个方面之一。《“十三五”国家科技创新规划》中，VR也是一个考虑重点，和大数据、云计算一样，国家会给予继续支持。

VR应用成果瞩目

VR已在许多领域取得引人瞩目的应用成果。面向制造领域，在装备设计、研发过程中，可以采用虚拟样机技术。例如波音公司上世纪90年代初期对波音777飞机中的各种管线布局设计采用VR技术，一次成功。

现在运用VR技术较多的是汽车制造业。近年来，梅赛德斯-奔驰、宝马、丰田等著名汽车公司在新车设计中采用VR技术，首先研发虚拟样车，设计人员在虚拟样车中沉浸式地体验新车性能和舒适感，进而对设计进行改进，大幅度缩短了研发周期，降低了研发成本。

航空航天也是应用VR比较早的领域。我们与中国商用飞机有限责任公司合作研发了大飞机驾驶舱的虚实结合的仪表布局和环境设计系统。驾驶员戴着头盔进行操作，测试飞机仪表布局、色度，起落时的光照是否合适，依此对设计进行调整。

VR在医疗健康领域也极具发展潜力。首先是对人体及人体器官的三维可交互展示。在国家自然科学基金的支持下，北航VR技术与系统国家重点实验室陆续研发了牙科手术模拟器、心血管介入手术模拟器以及腹腔镜手术模拟器，目前正在向产业化方向推进。民政部康复中心已经制定了建设基于VR的康复基地的规划。医疗健康领域将因VR应用而产生重大变革。

基于模拟器的腹腔镜手术与传统开放式手术不同，医生手术不是看着人体器官做，而是通过内窥镜看着屏幕来做手术。这就给虚拟手术、研发手术模拟器带来了机遇。虚拟手术中的人体器官都是通过几何、物理和生理建模得到的高度逼真的数字化器官，医生在这样的器官上进行手术操作，感觉与在真实器官上做手术一样。这样就可以通过虚拟手术模拟器对大夫进行手术培训。还可以采集个性化的病体器官数据，构建个性化病体器官模型，进行具体的手术规划和预演，从而大幅度提升手术效果，对医疗手术带来颠覆性影响。

VR与电子商务的结合，使得消费者不仅能看到商品逼真的三维图像，还可以进行首饰、服装等的试穿、试看。

数字化文化保护与利用是VR的传统应用领域。例如，通过VR技术可以再现历史文化遗产，特别是非物质文化遗产，使得参与者可以穿越时空，体验历史文化。目前，基于VR技术构建的虚拟博物馆和虚拟科技馆已经出现，如虚拟故宫、虚拟圆明园，以及中国科技馆的许多VR科普展品等。

教育领域对VR也有着巨大应用需求。目前的网络教学课件都是文字和图片，无法做实验，通过VR技术可以实现交互式物理、化学等的仿真实验，还有医学教学等各种实验。教育部现已批准建设了200多个虚拟仿真教学中心，支持这方面的发展，相信会对教学方式带来深刻影响。

VR将爆发式增长

近几年，Facebook、微软、谷歌等公司对VR产业的介入，导致VR在产业界和投资界迅速升温。

一些巨头公司通过收购或领投VR创新公司，或自身部署VR研发团队，开始抢占VR产业的制高点，特别是头戴式设备，头盔和眼镜。因为它们是VR的基础设备，是硬件平台，如果在这方面领先的话，就会像苹果手机、高端芯片一样，占领VR产业制高点。

2014年，Facebook以20亿美元收购了Oculus公司，该公司是VR头盔创业公司。头盔有两大类，一类是VR头盔，一类是增强现实AR头盔，两者技术路线不同。2015年，微软宣布推出Microsoft HoloLens全息眼镜；谷歌、阿里巴巴领投数亿美元支持Magic Leap创业公司。2015年，一项颠覆性显示技术得以突破，即光场全息显示，能使虚拟物体看起来完全与现实生活中一样。这一技术将给影视、游戏、商务、旅游和电信等行业带来全新的机会和颠覆性影响。此外，HTC也宣布与Valve联手，推出重量级头盔显示设备Vive，并于2016年4月开始发售。

虚拟样机技术论文篇（7）

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0128-02

计算机已经成为大学生学习中必不可少的工具之一，计算机组装与维护课程除了作为计算机专业必修的基础课以外，也作为高等职业类学校公选课之一，受到广大学生的欢迎。计算机系统安装与调试是《计算机组装与维护》课程中的一项重要的实验项目，该实验是理论与实践的有机结合，重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，掌握该技术后，学生能自己安装与调试计算机系统，方便了日常应用，同时还会对学生的未来就业产生一定的影响。

1 虚拟机技术

1.1简述虚拟机技术

虚拟机，也就是虚拟计算机，指的是在一台物理计算机的基础上虚拟出来的逻辑计算机。虚拟机技术指的是利用计算机软件来模拟硬件的技术，通过利用虚拟机技术，可以在一台物理计算机的基础上虚拟出来一台、多台虚拟计算机，进行操作系统与应用软件安装、硬盘分区、CMOS设置、格式化以及应用测试，而且每一台虚拟计算机都可以独立运行，就像真正的计算机一样，且每一台虚拟计算机的操作系统之间也不会互相干扰。因此，在实际对虚拟机进行操作的过程中，可以对其进行操作系统安装、磁盘分区、格式化等，甚至虚拟机的系统崩溃，也不会对其他虚拟机系统、主机产生影响。基于虚拟计算机的这个特点，其非常适合学生进行计算机系统安装与调试实验，即便是操作失误，也不会对主机软件资源、硬件造成破坏，便于维护、管理。

1.2常用虚拟机软件

就目前来说，较为常用的虚拟机软件主要有三种：①Microsoft Virtual PC；②Virtual Box；③VM ware。通过对比分析这三种虚拟机软件发现，与其他两种相比，VM ware的功能更加出色，且综合稳定性也更好，更能满足产品研发以及教学科研的要求。因此，本研究中以VM ware为例，探讨虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用。

1.3虚拟机的运行原理

在主机的操作系统上，VM ware是作为一个软件进行直接运行的，VM ware软件在主机操作系统上为虚拟机系统提供了一虚拟操作平台，而虚拟机的功能则主要通过这一虚拟操作平台实现（如图1）。从根本性质上来讲，虚拟机就是一个软件，其与一般的应用软件一样，只能依靠主机才可以完成操作。就功能方面上看，主机、虚拟计算机之间的差别并不是很大，也就是说虚拟计算机有主机所具备的所有功能，唯一的一个不同点就是虚拟计算机的运算速度相比较于主机来说比较慢。

1.4虚拟机的主要特点

以VM ware软件为例，探讨虚拟机的特点发现，其主要有以下几个特点：第一，可以同时运行多个操作系统。虽然VM ware软件仅仅是对一个虚拟机进行模仿，但与计算机相同的是其也具备BIOS，还可以修改和设置BIOS参数，从而能够在一个计算机上同时运行多个虚拟操作系统，还可以实现虚拟系统、主机系统之间的切换，此外，主机系统也可以参与虚拟机的任务，从而有效避免了由于主机系统受到损坏而导致的虚拟机程序数据损坏的问题；第二，虚拟机操作系统之间相对独立。由于虚拟机系统是独立的，且有着自己的网址，同时有主机所具备的所有功能，因此，在多台虚拟机系统同时运行的过程中，如果其中一台虚拟机出现问题或故障，其他的虚拟机系统也不会受到影响；第三，能够兼容多个版本。虚拟机能够兼容多个版本，那么在虚拟机的同一操作系统上安装不同版本的时候，就无需重新进行硬盘分区。例如，在“Red Hat Linux”目录下安装“Turbo Li flux”的时候，就无需重新进行硬盘分区。

2 计算机系统安装与调试实验项目的内容和特点

计算机系统安装与调试实验重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，本文讨论的虚拟机技术应用主要针对的是计算机软件系统模块，包括CMOS和BISO设置、硬盘分区与初始化、操作系统安装、驱动程序安装、系统的维护、工具软件安装与卸载等等。

计算机系统安装与调试实验项目的主要特点有：第一、知识更新速度较快。新的时代背景下，科学技术更新换代的速度不断加快，在计算机领域表现得尤为突出，无论是计算机软件、还是计算机硬件，更新的速度均比较快，往往学生还没有掌握好现有的技术、产品，而新技术、新产品又迅速出现，为适应社会需要，教学内容也要不断更新；第二，技能要求比较高。计算机系统安装与调试实验，重视技能培养，注重培养与提高学生的动手能力、实用技能，其目的是使学生通过实验，掌握计算机主板设置方法，并且对计算机软件、操作系统进行安装与维护，能够处理、解决实际问题。

3 虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用

3.1设置虚拟光驱

考虑到系统的安装与调试，需要各种安装光盘，而在实际的实验操作环境下，安装光盘的使用会有很多不利因素，如读盘速度、光盘磨损、光盘的管理。利用成熟的“光盘映像文件制作/ 编辑/转换工具”将相关的光盘制作成ISO 格式的文件，形成ISO 镜像库进行统一的管理。通过应用虚拟机技术，可以把ISO文件当作虚拟光驱，也可以利用真实光驱设置虚拟光驱。在使用光驱时，就可以直接通过网络下载ISO镜像文件，这样不仅在很大程度上节约了教学经费，节省了学校的开支，还大大减少了实验准备的时间，有利于提高教学效率。

3.2设置CMOS与BIOS

在启动虚拟机系统时，与启动普通计算机的过程一样，先进行自检之后，通过DEL进入BIOS，设置参数。这一实验地主要目的是练习开机启动顺序、计算机日期与时间、USB控制、CPU频率以及BIOS密码开机密码的设置等。每一台虚拟机均具备独立BIOS，也可以通过BIOS实现上述实验目的，在设置BIOS时，可以把光驱放在第一启动顺序中，从可以为之后的操作系统安装提供良好的基础。

3.3硬盘分区与初始化

在通用的学生上机机房中，硬盘分区与初始化这一实验是显然是不允许进行的，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。不管是硬盘分区，还是硬盘初始化，不仅可以利用工具软件实现，也可以通过在DOS环境下用命令实现，但大多数情况下是利用工具软件实现的。具体的做法如下所示：通过镜像文件、物理光驱，引导虚拟机系统启动DOS环境，之后使用分区软件或者命令进行硬盘分区、硬盘初始化，这些操作均是处于虚拟机系统中，因此不会破坏硬盘数据。

3.4安装操作系统

由于通用机房中配备了还原保护措施，因此，在通用机房中无法进行安装操作系统的实验，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。虚拟机中安装操作系统，与普通计算机安装操作系统相同，均是利用光盘或ISO镜像文件安装的，安装方式、安装流程也与普通计算机一样。

3.5 ghost备份

在计算机组装、维护时，克隆软件是一种应用比较频繁的软件，在计算机出现故障或问题，且通过还原不能使其恢复正常，这时就可以利用ghost恢复系统，为此，需要进行克隆，并在系统恢复时取代损坏的系统。为节约学生时间，计算机实验室可以向实验学生提供需要安装或恢复的系统备份，在日常的实验课中，保存不同实验环境下形成的镜像文件或GHO 文件，以待日后使用。

3.6病毒测试

随着计算机技术的迅速发展，病毒查杀的重要性日趋凸现出来，成为计算机操作的一项主要内容，因此，在计算机系统安装与调试实验项目教学过程中，也要重视病毒测试方面的内容。利用虚拟机技术开展实验，通过进行CPU虚拟以及硬件端口、寄存器的虚拟，并用调试程序把病毒程序调入到虚拟机系统中来，就可以使学生清楚地看到病毒执行的过程。需要注意的是做病毒测试时，建议关闭虚拟机与主机的共享和文件互通功能，虚拟机若不需要网络，关闭虚拟机网卡，这样可以避免对宿主计算机和网络产生影响。

4 结束语

综上所述，虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验项目教学过程的科学、合理、有效应用，不仅可以良好地保护硬件，大大降低了实验教学的成本，还丰富了教学环境，最佳程度上提供了真实的模拟环境，从而可以为学生提供更多的实验机会，有利于教学效率、教学效果的提高。

参考文献：

[1] 敦毫.虚拟机技术在计算机组装与维护教学中的应用研究[J].电脑知识与技术，2013（09）：2182-2184.

[2]谢瑞杰.虚拟机技术在高职计算机组装与维护课程中的应用研究[J].电脑知识与技术，2013（15）：3572-3574.

[3] 吴言.虚拟现实与仿真技术在计算机组装与维护实验教学中的应用[J].信息与电脑（理论版），2013（04）：201-202.

[4] 阳树铭.虚拟机技术在中职计算机组装与维护课程教学中的作用[J].新课程研究（中旬刊），2014（05）：99-100.

虚拟样机技术论文篇（8）

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-

Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology

GAO Ben-cai, LIU Guang-ran

(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)

Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.

Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic

在当今中国,技工教育受到全社会的高度重视,知识、技能和创造得到了充分的尊重和发挥,一个有利于技工教育发展的良好氛围正在形成。

随着经济全球化进程的加快,21世纪的中国已经成为全世界的制造中心,我国要想扮演好这个世界制造中心的角色,一大批高素质技术工人必不可少。现代产品的更新换代的周期已经完全的颠覆了一些人所能够承受时间概念高科技产品更是源源不断的推陈出新。传统的技工培训模式已经不能挑起这么艰巨的任务,亟待开发新的培训模式。

诸多难题阻碍着现代技工教育的发展,至今技工学校还没有走出一条适合中国国情的发展道路。我想基于虚拟现实技术的虚拟培训或许可以解决难题实现破冰,推动技工教育的良好的发展。

1 虚拟现实概念及特征

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是1989年美国的J.Lanier(后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长)提出的,国内也有人译为“灵境”,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。

虚拟现实有三个突出的特征:沉浸性、交互性、构想性。

2 桌面虚拟现实与虚拟培训

桌面虚拟现实(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在个人计算机和低级别的工作站上进行环境仿真,依靠计算机的屏幕提供给用户一个虚拟的平台,运用虚拟现实的输入设备实现与虚拟世界场景之间的交互。

虚拟现实技术是利用计算机生成极为逼真的环境,通过生动的视觉、听觉、触觉等效果以及随参与者的动作而变化的场景使人获得身临其境的感觉。现阶段由于完全的虚拟现实系统价格昂贵目前只用于科学研究,其中基于虚拟现实技术的培训(简称虚拟培训)采用增强现实的虚拟现实系统(也称桌面虚拟现实)改变了原有的培训方式,为用户提供一个直观、友好的图形化培训环境,适应社会需求。使得用户在计算机提供的逼真的三维虚拟环境中熟练掌握某一装置或某一系统的操作使用方法。大大减少了技工培训中的各种资源的消耗提高了培训质量和培训效率,有助于实现对于危险作业或不具备试验条件的高级培训。

3 职业技能培训

职业技能培训是现代经济增长的不竭动力。著名经济学家舒尔茨在考察经济增长的主要原因时指出:对人力资本的投资是最重要的生产性投资,也是经济增长不竭的动力。根据人力资本理论,人力资本比物质、货币等资本要素具有更大的增值空间,因为作为“活资本”的人力资本,具有创新性、创造性,具有有效配置资源、调整企业发展战略等市场应变能力。因此,职业技能培训是人力资本投资的一个组成部分,而且职业技能培训是实现终身教育,建设学习型组织的主要教育形式,其良性发展能满足社会经济发展对高素质、技能型人才的需要,必然对GDP增长带来更高的贡献率。

4 虚拟培训系统的开发过程模式探究与设计实例

虚拟培训系统是利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现,也可以是虚拟构想的世界。受训人员通过与虚拟环境进行交互获得经验达到学习和培训的目的。

4.1 虚拟培训系统的开发模式

在中国知网上以虚拟培训系统开发模式为检索词分别以题名和全文项进行精确查找,查找结果都是没有相关的文献资料,通过阅读虚拟培训系统的相关论文资料后也没有发现关于虚拟培训系统开发模式的有关论述。通过阅读虚拟培训系统的相关文献,比较各种虚拟培训系统的开发过程,结合本人实际的设计经验总结归纳出虚拟培训系统开发模式。如图1所示。

虚拟培训系统的开发过程大致分为四个阶段:首先,对将要开发的课程进行系统分析,其中包括对学习内容的分析判断虚拟培训系统是不是内容表现的最佳选择。如果可行就要继续将学习内容进行必要的分解分成若干的模块和单元,这样有利于将复杂的任务简单化使整个任务比较容易的得以实现;另外要对学习任务进行分析即通过培训要求学习者掌握的知识经验的总和并为接下来的教学策略的选择提供支持,在这项工作中还需要明确学习者要掌握预期的知识经验需要学习的各种理论知识、动作要领、技能流程以及必须完成的操作练习。其次,同时进行3D图像建模与交互的设计与实现两个阶段的工作。这两个阶段也是系统开发的两条主线,在3D图像建模阶段依据前期的素材的准备运用3D建模工具开发虚拟学习环境。这个阶段是整个开发过程中工作量最繁重的一个阶段,需要开发人员熟练掌握3D建模工具,通过反复细致的设计修改才能开发出逼真的虚拟环境。要根据学习者的特征(不同群体适应不同的交互方式)依据相关的交互理论运用恰当的交互工具科学合理的进行设计与实现。交互的设计与实现阶段要特别的引起重视,因为大部分学习任务的完成都有赖于系统的交互功能,交互设计的好坏与最终的学习效果有着直接的联系。最后,是系统的合成与调试,这一阶段能够保证系统顺利的得以实现并应用在教学中。在该阶段中包括了将必要的教学策略、理论知识以及一些必要的文字说明嵌入到系统中使它真正成为一个用于教学的工具。在调试是比较繁杂的工作,需要我们有足够的耐心和精益求精的精神通过不断的发现问题解决问题使系统不断的得到完善保证系统发挥最大的作用。

4.2 虚拟现实系统的设计实例

4.2.1 案例简介

数控机床是技工培训中的重要课程,由于数控技术较为复杂所以学习难度比较大,学员往往要用很长的时间来了解数控机床的工作原理之后才能够进入现场实际操练或是根本找不到相应的设备操练。我们设想开发这样一个虚拟训练系统使学员能够利用电脑实现理论与实践相结合,通过使用这么一个系统学员能够掌握数控技术的基本理论知识、数控机床的组成及工作原理、基本的操作练习。让学员在进入实训现场之前形成必要的知识经验的准备,增强训练的针对性提高培训效率。

4.2.2 设计构想

该虚拟训练系统首先呈现出的是数控技术的基础知识和数控机床的工作原理,此处用带有碰撞的行走动画来表现。围绕数控机床的工作程序来设计活动和交互,在给出零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后学员被要求编制出零件加工的数控程序单。对于形状复杂的零件,学员可以在计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计;编好的数控程序学员会被要求输入到数控装置的一种存储载体上,用动画形式抽象表现数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理,输出各种控制信息和指令给驱动装置,经功率放大后按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件;再用动画显示位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动;学员在呈现的辅助控制操纵界面中按下按钮后随之会发生相应的变化比如刀具的转换、指令交换工件和机床部件的松开、夹紧等动作。在以上几个步骤中适时现实必要的文字补充材料以便于学员理解。

4.2.3 技术实现

本系统的开发工作主要集中在虚拟场景建模、虚拟动画的制作以及交互的设计与实现三个环节。

在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常强大的完全能够满足桌面虚拟现实系统的建模需求。在虚拟动画的制作方面,可以用普通的动画制作软件如flash等。但是这样就存在一个不同格式文件相融合的问题,如果直接用3DSMAX制作的话相对来说会比较容易。在交互方面,较为简单的交互可以将MAX格式转换成VRML格式通过VRML内部的交互传感器来实现。在一些较为复杂的交互实现上编程语言更具优势,但是难度也是很大的。有很多交互我们根据学习任务要进行设计的但是实现起来难度很大,我们就要灵活掌握通过对能够实现的交互功能进行有限的组合达到预期的效果。在交互的设计实现过程中还要重点关注的一个问题就是有效的教学设计的使用。

5 结束语

全文主要探讨了虚拟现实技术应用于技工技能培训的新模式,介绍了虚拟培训系统的开发过程,至于具体的应用于技工教育的虚拟培训系统(软件)的设计和开发我们正在进行进一步的研究。

参考文献:

[1] 宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[硕士学位论文].长春:东北师范大学,2005.

[2] 薛瑞华.腹腔镜手术虚拟现实训练软件开发研究[硕士学位论文].济南:山东大学,,2005.

[3] 历俊丰.数控切割机虚拟训练系统研究[硕士学位论文].哈尔滨:东北林业大学,2007.

[4] 徐颖.新公共管理背景下的职业技能培训体系改进的研究:[硕士学位论文].上海:上海交通大学,2007.6

[5] Andies van Dam,Andrew S.forsberg et.al. Immersive VR for Scientific Visualization:A Progress Peport[R].IEEE Computer Graphics and Applications 2000.11.27

[6] 尹晓.虚拟培训技术在石油工业中的应用研究:[硕士学位论文].大庆:大庆石油学院,2006.

[7] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].高等教育出版社,2004:1-2,53-59.

虚拟样机技术论文篇（9）

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）12B-0139-02

随着信息化进程的不断加快，信息技术已成为高中一门重要的学科。受硬件条件的制约，很多农村学校的计算机机房难以满足教学的需要。虚拟机是信息技术发展的产物，通过虚拟机技术，可以模拟真实的计算机操作环境让学生进行学习，给信息技术教学提供更加安全、多样、高效的教学模式，不仅解决了学生无机可用的问题，弥补教学资源的不足，而且对于激发学生学习兴趣，培养学生的动手操作能力也有着重要的作用。

一、虚拟机技术的优势

虚拟机技术是一种新的科学技术，被广泛应用于各种行业、各个领域以及信息技术课堂教学中，并取得了很好的效果，其主要得益于虚拟机技术本身独特的优势。首先，虚拟机技术成本低。虚拟机技术由于所需的硬件设施较少，主要依赖于软件实现虚拟环境下的实践操作，这就决定了其投入较少、成本较低，这给资金压力较大的农村高中学校带来了便利，不需要进行大量的投入就能实现有效的教学，因而，虚拟机技术在学校机房建设中备受青睐。其次，虚拟机技术更安全。安全是信息技术应用过程中非常重视的一个环节，由于农村高中学生实践操作的机会较少，操作能力较差，再加上学生的好奇心重等因素，在进行计算机操作时，有时会进行一些危险的操作，这些操作对系统有时会造成难以弥补的损失。而虚拟机技术的应用克服了这一弊端，学生在虚拟环境下的任何操作都不会造成系统的崩溃和软件的损坏，保证了计算机操作的安全性。再次，虚拟机技术功能全。功能齐全是虚拟机的一个重要特点，虚拟机利用软件可以虚拟标准的设备，拥有与主机相同的功能和自己独立的 BIOS 和网络地址，在日常应用中可以进行独立的设置，功能非常齐全，提高了虚拟机的应用范围。最后，虚拟机技术效率高。虚拟机技术的应用不仅克服了传统的设备购入、运营造成成本增加的弊端，而且通过虚拟机可以迅速有效地进行设备资源的扩大，大大提高了工作效率，在满足学生需要，提高运营效率方面有着得天独厚的优势。

二、虚拟机技术在信息技术教学中的具体应用

（一）虚拟机在安装操作系统中的应用。操作系统的安装是学生必备的能力，也是信息技术教学的基本内容之一，但从现实情况来看，很多学生并不具备这一基本技能，主要原因：一是学校基于保护计算机使用的延续性，无法提供这一教学内容，如果学校放任学生在学校机房进行随意安装操作系统的实践活动，必然无法保证设备的完好性，并且在实际应用中必然会对计算机进行分区等也会造成计算机设备的损坏，影响学校的整体教学；二是即使有的学校安排了这一方面的教学内容，也会基于上述的原因大都是采用理论操作步骤的教学或实验演示的方法进行。这种现状导致了学生缺乏实践操作的机会，对于计算机操作系统的安装最多停留在理论层面，缺乏实践演练的机会，无法真正掌握计算机操作系统的安装技能，对学生实践操作能力的培养有着重要的影响。

虚拟机的出现彻底改变了这一不利局面。比如，在教学时，教师可以利用虚拟机技术，借助于软件为学生模拟出若干个 PC，这些 PC 与传统的计算机几乎完全一样，学生可以通过这些 PC 进行windows 系统、苹果 MAC 系统、Linux 系统等各种操作系统的安装操作，同时，利用虚拟机技术还可以在一台计算机进行多种操作系统的运行，并随时根据需要进行任意切换，有效提高了学生对不同操作系统的熟悉程度，培养了学生的动手实践能力。利用虚拟机进行操作系统的安装和使用有着独特的优势，既可以安装和运行多种操作，并且不必担心破坏宿主计算机的操作系统，又可以实现培养学生进行计算机操作系统安装能力的目的。

（二）虚拟机在培养学生系统维护能力方面的应用。培养学生的系统维护能力是信息技术教学的重要内容，也是学生计算机应用能力的重要标准，系统维护主要包括系统恢复、安全防护、CMOS设置、硬盘分区、垃圾清理等方面的内容，这些内容仅仅依靠教师的理论讲解效果显然不大，必须通过大量的上机实践操作才能慢慢积累经验，提高系统维护能力。但是这些操作在很多情况下难以实现，主要是因为进行系统维护时破坏力较强，可能会对现有计算机系统或文件等造成不同程度的损坏或丢失，影响教学活动的顺利开展。而要改变这一状况，做到理论与实践的有机结合，必须借助于虚拟机这一现代科学技术，为学生模拟出真实的情境，通过虚拟机完成这些教学内容，让学生在仿真的环境中提高系统维护能力。

比如，在培养学生硬盘分区这一基本能力时，教师绝对不可能让学生对现有计算机进行直接操作，因为这样不可避免地会造成数据的丢失，甚至导致操作系统的瘫痪，但这又是培养学生系统维护能力的重要内容，这给系统维护教学制造了困难。虚拟机技术的出现使得难题不再是问题，教师在进行教学时，可以通过虚拟机系统运行分区软件对虚拟机硬盘进行硬盘分区操作，由于这种硬盘并不是真正的硬盘，仅仅是保存在计算机硬盘上的一个特殊的文件，无论对虚拟硬盘进行怎样的操作，都不会影响系统，最多会造成这一文件的损坏，对真正的硬盘不会有直接的影响。通过对虚拟机技术下的系统维护操作，避免了因操作导致的系统损坏，同时培养了学生的系统维护能力。

（三）虚拟机在计算机安全方面的应用。随着信息技术的不断发展，计算机安全成为研究的重要课题，也是高中信息技术教学的重要内容。当前，病毒木马、黑客程序等危害计算机网络安全的因素日嚣尘上，研究典型病毒，了解病毒的危害，掌握病毒的清除方法对于保证网络安全防护有着重要的意义。但是直接在计算机上进行实践操作又会对计算机造成一定的病毒感染，导致系统瘫痪，影响正常的教学。因此，计算机安全防护的教学一直以来仅仅停留在教师的理论讲述中，这种教学方式一是无法激起学生学习的兴趣，影响到学生学习的效果，二是缺少实践操作不利于学生网络防护能力的提高。

虚拟机技术的出现解决了这一难题。比如，教师可以利用虚拟机技术虚拟出一个和原有计算机一模一样的计算机系统，这样教师可以先进行演示教学，在虚拟机系统上进行病毒文件的植入，直观地认识病毒木马的危害，以及如何进行有效的安全防护，然后让学生亲自进行实践操作。通过实践操作，使学生切身体会到病毒程序对计算机的危害，了解到进行病毒的清除的有效手段和措施，明确了提高计算机安全防护的操作程序。由于虚拟机与宿主计算机具有相互独立性，在虚拟机系统中进行的病毒程序的操作，不会对宿主计算机造成任何硬性的损坏，至多会造成保存在计算机中的虚拟机文件的损坏。这种利用虚拟机技术进行计算机安全防护的教学，既解决了不能在计算机上直接进行安全防护方面操作实验的难题，最大程度地提高了学生的计算机操作能力和安全防护能力，大大增强了信息技术课堂教学效果，给学生未来的发展创造了条件。

总之，虚拟机技术在高中信息技术教学中的应用非常广泛，除上述应用之外，虚拟机技术还被应用于信息技术教学的其他方面，如软件测试、课件制作、局域网创建等。可以说，虚拟机技术的出现，解决了传统信息技术教学中无法克服的难题，在不影响正常教学的情况下，最大程度地减少了农村高中学校的资金投入，方便了教学，激发了学生的学习兴趣，提高了课堂教学效率和学生的实践操作能力。

【参考文I】

[1]朱瑾.虚拟化技术在计算机系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（17）

[2]赵友.探究虚拟机软件在网络安全教学中的应用[J].网络安全技术与应用，2015（11）

虚拟样机技术论文篇（10）

目前大多数工程设计都进行了新技术改革，并且也取得了一定的进步和发展，在实现产品设计现代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虚拟样机技术使用于工程机械领域的过程中，许多产品设计实现了非物质化依赖化，主要依靠虚拟样机技术便可以实现产品设计的整个流程，有利于新产品设计技术的不断开发利用，实现新科技环境下的新技术开发。

1虚拟样机技术的特征

（1）概念的新颖性。虚拟样机技术在工程领域有着颇为成功的运用，其特征之一在于设计概念的新颖性，是一种全新的机械产品设计理念。传统的仿真机主要是对于单个子系统的模仿，人们已经逐渐意识到这种仿真机即使针对整个系统的性能都进行了优化，但并非这种简单的将已经得到优化的子系统进行叠加就可以使得整体系统得到优化。虚拟样机技术而是强调整体优化大于机械式的叠加优化，使得虚拟整机与虚拟环境进行不断的耦合，对于各种产品设计方案进行检测、评价，不断改进产品的设计方案以达到最优化，实现整体最优而不是局部优化。（2）设计的系统性。通过整机结构、液压系统、控制系统等的独立设计，实现局部优化促进整体优化是传统的产品设计方法惯用的套路。在虚拟样机技术中，注重各个子系统之间的动态交互与协调求解，改善了传统产品设计中，因设计考虑不周，在产品开发之后发现不足导致的浪费现象。通过虚拟样机技术，逐渐建立起各个子系统之间的多体动力学虚拟样机，实现产品的协同设计，及时的发现设计中存在的问题，解决问题，以系统的测试分析来驱动整个产品设计过程。

2虚拟样机技术的实际应用

（1）虚拟样机技术在国外的运用。早在美国最早研制出无图纸研发飞机波音777时，虚拟样机技术就已经在飞机研发的设计、装配、性能评价以及分析评估上发挥了重大作用，这项技术的应用不仅使得波音777飞机的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大缩短一半，并且确保了产品最终一次性成功装接，实现了飞机制造的一次伟大成功。著名的生产工程机械商JohnDeere公司在解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及重载下自己震动问题时，积极地采用虚拟样机技术进行原因查找，并且大胆的进行方案改进，虚拟样机技术大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能，解决了传统方式无法查找原因的问题。还有类似福特公司等美国的汽车制造公司也都相继采用了虚拟样机技术来进行样图的设计和产品检测、评估，其目的之一就是降低开开产品的成本，减少在研发使用的过程中存在的风险，从而改进产品的质量，并且获得较好的经济效益，由此来达到自己生产产品的目的。（2）虚拟样机技术在国内的运用。虚拟样机技术在国内的主要应用体现在对于虚拟样机技术的技术内涵、组成运行模式进行进一步的探讨，深入的研究虚拟样机技术在自主研发平台上的发展前景以及在科技高速发展过程中的环境支持。多领域研究虚拟样机技术有助与对于该技术的深入开发，实现虚拟样机技术在于各个行业内的广泛应用。在国内的虚拟样机技术应用实例比较多，在许多科学研究中广泛应用虚拟样机技术进行深入的开发，获得了较好的成果，这项技术为国内制造业创新发展带来了无限可能。研究员也纷纷将虚拟样机技术分散应用于汽车制造业、工程机械业等等各个行业，国防工业以及航天航空业等进行更加广泛的应用，不断的促进虚拟样机技术的完善和发展，增强我国的企业产品开发能力。

3虚拟样机技术在工程机械上的应用以及前景

（1）虚拟样机技术在工程机械上的使用流程。虚拟样机技术在工程机械上的应用优势主要体现在能够保证产品设计的美观性、舒适性。安全性、可靠性、制造的简便性以及可维护性等等。由于虚拟样机技术具备其他技术所没有的可视性特点，因此可以再计算机虚拟现实环境中进行技术设计、产品组装以及性能优化等，并且综合考虑产品的外观设计在虚拟的环境中进行进一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操纵和修改的生成模型进行产品的不断完善。市场上一些成熟的软件，如：CAD、CAE等都可以进行虚拟工程机械设计，虚拟样机技术主要是利用图1流程进行产品的开发利用。上述流程借助商业上的三围CAD软件进行构图设计分析，进一步实现虚拟样机技术在工程机械设计上的有效利用。（2）虚拟样机技术在工程机械上的发展情况。虚拟样机技术的广泛应用能够实现产品设计的低成本、高效益，并且摆脱产品设计的物质依赖性，是一种全新的开发模式，将会给工程机械设计带来重大影响。主要的发展前景体现在：加快产品更新换代、引发一轮虚拟产品的销售潮，企业引发新的竞争点和增长点、促进企业间联盟、加快技术人员的技术提高，优胜劣汰速度。如此一来，将有利于产品的研发和企业的发展，以及人员素质的不断提高，可见，在新时代虚拟样机技术将成为工程机械产品开发的主流，引发全球经济新挑战。

4结语

文章讨论了虚拟样机技术在工程机械上的应用，探讨了虚拟样机技术的特征以及该技术在国内外的应用情况，大胆的畅想了新技术在工程机械上的开发利用情况，虚拟样机技术的发展将有助于新产品设计开发，同时促进工程机械流程的不断改革完善，促进我国工程机械设计实现高效、资源节约、发展迅速、人员配置合理的高效设计系统。

参考文献

虚拟样机技术论文篇（11）

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等 。wwW.133229.Com将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1．1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1．2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2．1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法