導語：如何才能寫好一篇分布式交互仿真技術，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。

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隨著信息技術的發展，以信息技術、計算機技術為主的高新技術被廣泛的應用在社會多個生產領域，它們已經成為高新技術的代名詞。而計算機數據通信與網絡技術作為分布交互仿真的關鍵技術之一，它也是造成我國信息技術與國外信息技術差距的主要原因。因此我們有必要對分布交互仿真的概念和特征進行研究和分析。

1.1分布交互仿真概念

分布交互仿真是一種綜合性仿真環境，它一般采用協調一致的結構、標準和協議，通過網絡設備將分散在各地的仿真設備進行互聯，其特點主要表現為分布性、交互性、異構性、時空一致性和開放性。分布交互仿真技術主要解決兩個問題：一是使大規模復雜系統的仿真成為可能；二是降低仿真成本。分布交互式仿真技術可以實時計算并生成一個反映實體對象變化的三維圖形環境。通過計算機等設備，實驗人員不僅可以“進入”這種虛擬環境（主要是視覺聽覺環境），直接觀察事物的內在變化并與其發生相互作用，還能通過開放式的中斷處理來模擬各種隨機事件，給人一種“身臨其境”的真實感。

1.2分布交互仿真的發展

在分布式交互仿真發展的早期階段,通訊層和應用層是很難截然分開的。在應用層,為了能將實體的數據傳給其它實體,每個仿真應用都為自己所生成的實體定義了一個結構或數據塊,其中包括了傳送實體信息所必要的數據定義。這樣的數據可稱之為“不規范的數據”。可以說,這種數據定義方式完全滿足了實體間數據交換的需要,但缺點是每個實體的數據定義各不相同。每個仿真應用中不但要有本地實體的數據定義,還要有其它節點的實體的數據定義,才能在接到一個數據包后按照正確的格式來理解它。當網絡中要增加一個新實體時,其它仿真應用中都要增加這一實體的數據定義。也就是說,每增加一個實體就要對網絡中所有的仿真應用進行一次修改。

1.3分布交互方針的特征

分布交互仿真最大的特征便是沒有中央服務器。分布交互仿真是嚴格的對等網絡結構,在它里面所有數據傳送給所有仿真應用,而數據的拒絕與接收依賴于接收者的需要。取消了中央服務器,分布交互仿真減少了由于一個仿真應用向另一個仿真應用傳送信息的時間延遲。時間延遲嚴重影響網絡仿真的實時性和有效性。舉例說明,當一仿真應用向目標開火以后,被擊中的目標必須盡可能快知道將要發生的軍事行動,使其作出相應的防衛反應,通訊設備的延遲引入可能導致對方力量的加強,戰場態勢的變化。

2分布交互仿真中數據通信的研究

隨著信息技術為主的高新技術發展和廣泛應用，計算機數據通信與網絡技術得到前所未有的重視，它已成為分布交互仿真技術中的關鍵所在，這也是造成我國分布交互仿真技術與國外存在差距的主要原因之一。同時，由于我國沒有分布交互仿真技術規范和標準，這使得我國的分布交互仿真技術研究存在多樣、復雜以及多元化特征，因此就需要我們在工作中給予高度重視也探索。在目前的實時數據通信技術分析中，它主要包含了數據傳輸的準確性、及時性，數據發送的可行性、方便和快捷性，信息接收系統的智能性和自動化要求。

2.1數據通信的應用現狀

經過的一段時間的研究表明，分布交互仿真技術中實體的數量在不斷增多，仿真性能和仿真優越性也發生了翻天覆地的變化，這就給接受領域的額工作人員大大的增加了負擔，使得整個管理實體數量發生了一個瓶頸。此外，在這種交互方式中，我們需要滿足人們在回路上存在的仿真需要，但是對事件驅動、時間驅動上存在的仿真問題則無需要給予過多的重視和分析。

2.2實時數據通信協議分析

實施數據通信是基于網絡條件下的計算機數據分析，它在應用的過程中是以網絡通信部分和實現基礎為標準的，它在應用中需要解決的問題就是如何將信息從網絡的一個節點快速、準確的傳遞給另外一個節點，這個過程中是一個快速、及時傳遞的過程，它和人與人之間的交流一樣，采用合理、簡單的語言進行溝通無疑要比復雜的語言快捷的多。因此，在通信協議的制定中，它是針對網絡通信為基礎開展的，協議利用是否合理、科學和科學將直接關系到網絡通信的實現，也決定著網絡通信工作的開展。在一個分布式交互仿真系統中，必須要以科學的通信標準進行控制。在目前的交互仿真系統中，常見的協議包含了TCP/IP協議，它在應用中是以傳輸控制協議、網絡訪問協議為核心，它已經廣泛的被世界多個國家重視和認可。目前,HLA網關能轉化各種協議使用的PDU類型:實體狀態、開火、爆炸和碰撞,這些能夠支持DIS的仿真器。HLA網關預定是以聯邦對象模型(FOM)為依據的數據,它們放在設置文件中,且在運行時改變。另外RTI還提供詢問、刪除以及時間管理等服務。

3結束語

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【關鍵詞】計算機；仿真技術；發展；應用

1計算機仿真技術簡介

隨著計算機技術的發展，計算機仿真成為可能，使用專門的軟件，借助多媒體技術可以給人身臨其境的感覺。仿真技術的發展，很大程度上得益于控制工程技術的發展，在控制工程中需要使用計算機進行仿真實驗。計算機仿真技術的應用能夠加快產品開發周期，提高產品質量，提高工作效率，減少經費開支。

2計算機仿真技術原理

通常情況下，計算機不能夠對外界信息進行認知，因此需要建立相應的數學模型來反映事物的本質特點。通過數學模型能夠清楚地反映出研究對象的特點，通過模型轉換，使用計算機算法等將數學模型轉化成計算機能夠處理的形式，也即建立仿真模型。仿真模型是計算機仿真的關鍵，再進行仿真實驗，通過仿真實驗對之前設置好的模型進行模擬，獲得仿真結果。對仿真實驗的結果進行評價通常采用反向驗證和置信通道法。

3計算機仿真技術應用

隨著信息技術的發展，計算機仿真技術得到了廣泛的應用，改變著傳統的生產生活方式。計算機仿真在交通工程、制造領域、教育領域等都得到了較好的應用。

3.1交通領域

人和車輛是交通的主要組成部分，要考慮安全的前提下，提高交通效果。交通安全仿真通過虛擬技術，增加各種誘發因素，進而對某一路段的交通安全情況進行評價。計算機仿真可以有效地對交通安全進性評價。仿真過程能夠實現可視化操作，能夠更加直觀地進行分析，不同于傳統的數值仿真。比如，對某路段進行交通安全評價時，傳統的絕對數和事故率方法可以進行評價，還可以在虛擬環境中設置不同的交通工具，考慮人的行為感知的情況下，進行評價。

3.2制造領域

制造業是國家的第二產業，對各行各業影響深遠，汽車制造是制造業的重要組成部分。實驗課題難度大，成本高。計算機仿真可以很好地解決這個問題，比如對碰撞試驗來說，通過建立相應的數學模型，可以對實驗過程進行模擬。

3.3教育領域

使用計算機進行模擬仿真分析已經成為當前重要的研究方法，在教學模擬實驗中，采用多媒體可以很好地提高教學水平。計算機模擬實驗能夠在相關實驗設計思想和方法的指導下，改變傳統教與學、理論與實踐的關系，發揮研究人員的主動性。計算機仿真模擬可以加深對相關理論的理解，提高實驗水平。

3.4計算機仿真技術在其他領域的應用

計算機不僅僅在交通、制造、教育領域得到大量應用，在軍事領域、消防、音樂等領域均有較廣泛的應用。通過計算機仿真，可以使用模擬駕駛器進行模擬，從而降低戰機、戰車、燃油的損耗，在進行軍事武器研發時，可以縮短研發周期，降低研發成本。計算機仿真在消防中的應用，可以對現場的溫度、空氣流動速度、火荷載、逃生路線等進行模擬，從而提高應對突發事件的能力，提高設計科學性。

4計算機仿真技術的發展方向和趨勢

4.1計算機仿真技術發展方向

網絡化仿真。仿真系統開發兼容性不強、開始周期長，費用昂貴，難以實現信息共享，隨著計算機技術和網絡技術的發展，計算機仿真技術取得了較大水平的提高。利用網絡技術的優勢，可以實現仿真系統共享。系統的網絡共享能夠提高資源的利用效率，避免不必要的重復開發，減少科研經費。虛擬制造技術。虛擬制造技術發揮計算機仿真技術的虛擬現實技術的優勢，使用計算機完成對產品的管理和控制，虛擬制造技術已經成為計算機仿真技術發展的重要方向。

4.2計算機仿真技術發展趨勢

隨著計算機技術和仿真技術的發展，仿真技術很好地解決了各學科發展中的問題，很大程度上提高了工作效率，更加形象直觀地進行仿真實驗，節約了產品開發周期，降低了開發成本，提高了產品質量。計算機軟硬件性能得到了較大水平的提高，進一步促進了仿真技術的發展。仿真技術主要朝著面向對象的仿真建模、分布式仿真、智能仿真等方向發展。

4.2.1面向對象仿真建模發揮計算機的符號處理能力，可以提高人們對仿真對象的認知速度，與傳統的人工建模有著較大的進步。面向對象的仿真建模，可以最大程度提高系統的建模能力。此外，面向對象的仿真建模操作難度小，更容易使用，可以發揮仿真技術的優勢。

4.2.2分布式仿真分布式仿真將不同分布位置的計算機通過網絡進行連接，形成時間空間相互禍合虛擬仿真環境。分布式仿真系統由幾個子模型組成。部分是仿真系統中，主要有動態、靜態數據分割技術、功能分割技術等。

4.2.3智能仿真在仿真的不同階段引入知識表達和處理技術，可以縮短仿真建模時間，提高模型效率，幫助用戶做出最優決策，及時修正模型，界面更加智能化，增加仿真系統的尋優能力。

4.2.4其他仿真一些仿真可以實現高度的可視化，對仿真過程進行形象展示，便于研究人員真實地對仿真過程進行分析，易于理解。動畫仿真能夠將聲音、視圖等元素加入其中，交互性更強。

5結語

計算機仿真伴隨著其他學科的發展而快速發展，隨著計算機技術的快速發展，計算機仿真技術很好滴解決了其他學科的問題。計算機仿真經歷了從簡單的原型到物理模型，再到今天的動態顯示仿真過程，并可實現可視化操作。多媒體技術、人工智能、可視化等技術同仿真技術的結合，仿真技術的發展和應用將更加廣泛。在不遠的將來，計算機仿真技術在生產生活中會發揮更大的作用，促進社會經濟的發展。

參考文獻

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[2]周杰.檔案高仿真復制技術——檔案館應用傳統手工復制和計算機高仿真技術的研究[J].檔案學研究,2013(05):54-57.

[3]胡媛,吳正一,胡小峰,戴星.計算機仿真技術在優化就醫序列中的應用研究[J].中國醫院管理,2013(06):33-35.

[4]李劍虹,涂贛峰,戚喜全,毛繼紅,呂定雄,馮乃祥.我國鋁電解槽計算機仿真技術的研究發展及現狀[J].材料與冶金學報,2010(03):173-179.

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關鍵詞　列車自動監控， 仿真培訓系統， 分布式結構， 數據緩沖

城軌交通列車自動控制(A TC) 系統中的列車自動監控(A TS) 子系統位于管理級，列車進入正線運行要接受該系統的指令信號。它主要完成列車的調度和跟蹤，運行時刻表的調整控制和監督，列車進路的控制和表示，系統狀況、報警信息的顯示和記錄， 統計匯編、系統診斷等功能，對提高行車效率起著重要作用。本文利用現代仿真理論，并結合ActiveX 組件等新技術開發的A TS 仿真培訓系統，是實際工作環境下培訓行車調度員的一種高技術工具，為提高操作人員和技術人員的素質提供了良好的培訓手段。

1 　系統體系結構

A TS 子系統由控制中心的A TS 設備( 通稱CA TS) ， 車站A TS 設備和車載A TS 設備組成。CA TS 由A 、B 兩套冗余系統組成，每套又分別包括控制處理機和通信處理機。兩套計算機系統通過轉換模塊與外設相連，通過調制解調器與軌旁A TS 設備相連，通過以太網與4 個工作站相連。下面結合A TS 仿真系統的特點，介紹培訓系統的網絡拓撲和三層分布式結構。

1. 1 　網絡拓撲結構

考慮到仿真與培訓兩方面的需要，培訓中心內部局域網采用了星形結構，通信介質為雙絞線。以應用服務器為中心，以數據庫服務器為基礎，通過教師機、學員機終端為用戶提供服務。其拓撲結構如圖1 。

圖1 　網絡拓撲結構圖

1. 2 　三層分布式結構

三層客戶/ 服務器體系結構是在兩層客戶/ 服務器體系結構的基礎上發展和成熟起來的，它建立在分布式技術的基礎上，將業務處理從客戶程序中分離出來，形成獨立的應用程序服務器，從而將應用系統分為界面、業務和數據訪問等3 個功能層次。

系統具有以下優點: ① 系統的界面層與業務層相互分離，無論是界面層的改變還是業務層的改變， 都可以做到互不影響，因而有利于系統的維護和功能的擴充，增強了系統的靈活性。② 業務邏輯在應用服務器上實現，而不是在每一臺客戶機上實現。同時，對數據的訪問也可以做到只通過應用服務器進行，從而增強了系統的安全性，并實現了“ 瘦客戶端”。③ 學生機、教師機終端需要的數據可以在應用服務器中進行預處理或全部處理，然后再將處理結果傳給它們，從而降低了網絡通信量。

2 　系統功能模塊

把系統按功能分解成不同模塊，各模塊間相互獨立。這種分布的體系結構及模塊間的獨立性，保證了系統具有良好的可擴展性。當地鐵線路增加時，可方便地擴展ATS 基本操作、故障設置等功能。對調度中心實際運行的ATS 系統進行深入了解后，根據用戶的需求，將系統分解成7 個模塊，如圖2 所示。

圖2 　系統功能模塊圖

2. 1 　終端顯示模塊

終端顯示模塊提供人機交互的界面，使得整個仿真培訓系統能夠靈活地適應不同的需要。ActiveX 控件是一種可重用組件，它支持廣泛的ActiveX 功能，并且可以根據特定的需要定制一些特殊功能，允許公開一些屬性和方法，供其它應用程序調用。仿真培訓系統有股道、道岔、信號機、站臺及車次窗等幾種ActiveX 控件，通過它們可以方便地生成各集中站站場界面。

2. 2 　模擬列車運行模塊

這一過程包含兩個線程:主線程除了按照模擬駕駛員的命令實時改變列車行駛速度外，每隔一個微小時間段就按照在股道上從前到后的順序模擬每個列車對象的行駛過程。輔助線程則負責兩個進程間的消息傳遞，即發送和接收數據。由于前方列車所處的位置會影響確定后方列車目標點的過程，所以進程按照在股道上從前到后的順序來處理每個列車對象。

2. 3 　ATP 模塊

為保證列車運行安全，系統設置列車自動防護(ATP) 邏輯，防止列車冒進或者列車追尾事故。在ATP 邏輯中，控制列車速度主要有兩個因素:一是與先行列車的間隔距離;二是列車運行進路情況，包括前方進路是否存在彎道及道岔狀態等。圖3 是一條ATP 速度命令控制線。當先行列車在0 T 區段， 1 T 必須空閑，后續列車若在2T ， 它收到的限速命令應為0 ， 即后續列車在閉塞分區2T 的出口端必須停車，并有1 T 閉塞分區作為保護距離;若1 T 、2T 空閑，后續列車在3T ， 那么后續列車接收到的是20 km/ h 的速度命令;同理，當1T 、2 T 、3T 、4 T 、5 T 、6 T 、7 T 都空閑，運行于8 T 的后續列車收到的速度命令為80 km/ h ?？梢娨沽熊囘\行于最高速度80 km/ h ， 其前方必須空閑7 個閉塞分區。

圖3 　ATP 速度命令控制線

當然，根據線路情況、車輛性能、軌道電路特性等，應進行閉塞設計，劃分合理的閉塞分區，從而產生ATP 速度命令控制線，作為ATP 速度命令選擇的邏輯依據。

2. 4 　ATS 操作模塊

主要完成六大類功能的控制:信號控制命令、列車描述功能命令、列車調整命令、計劃控制命令、列車運行模擬命令、列車運行圖命令。例如信號控制命令主要實現設置控制模式、設置終端模式、進路控制、控制信號機、呼叫車站、區間限速等功能。

2. 5 　故障設置及處理模塊

以實際案例為基礎，在教師機上模擬故障設置及進行故障處理。設置的故障主要包括信號故障、車輛故障及時刻表故障，學生則根據故障情況進行適當處理。在中央完成的操作由學生機執行，需由現場、車站或司機完成的操作在教師機上完成。

2. 6 　教學考評模塊

主要實現廣播教學和實驗考評的功能。廣播教學可以將教師機的電腦屏幕畫面等多媒體信息實時傳送廣播給全體、群組或單個學生。實驗考評由教師機指定相關題庫，學生根據相應現象進行實驗操作，每題設定分數，操作成功通過，操作失敗不通過。該模塊將學員檔案記錄于系統中，對學員培訓過程進行全程跟蹤，全面掌握培訓效果。

2. 7 　數據存儲和管理模塊

為了構建數字化站場，進行列車模擬運行、進路搜索，將A TS 仿真數據庫數據分為靜態數據和動態數據。描述信號點邏輯關系和時刻表數據構成系統的靜態數據;系統運行后不斷變化的列車信息、信號點狀態等則構成系統的動態數據。仿真數據庫結構各部分關系如圖4 。

A TS 仿真培訓系統使用SQL Server 作為數據庫管理服務器。鑒于其響應速度難以滿足實時仿真的要求，因此采用了數據緩沖的方法(見圖5) ，將仿真時需要的數據事先加載到仿真終端，寫回數據庫的數據也在這里緩存。緩沖算法如下: ① 在內存中開辟數據緩沖區(仿真程序開始運行); ② 與數據庫建立連接; ③ 查詢所需數據，并存放在輸入緩沖區; ④ 將結果存放在輸出緩沖區，并寫回數據庫(仿真程序結束); ⑤ 刪除緩沖區。

圖4 　數據庫結構圖

圖5 　數據緩沖

3 　結語

本文給出了一個A TS 仿真培訓系統的設計方案。該系統利用同一局域網內的多臺機器，分別模擬列車運行、進行教學培訓。利用計算機仿真技術對職工進行培訓是一種高效的技術培訓方法。

參考文獻

1 　上海地鐵總公司. ATC 系統操作手冊. 1996

2 　日本鐵道電氣技術協會. 地鐵電氣設備叢書. 1994

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關鍵詞：分布式系統，綜合化，動態化，前期仿真

 

0.引言

智能建筑的基本問題實質上是信息、資源和任務的綜合共享與全局一體化的綜合管理。它實現的核心是系統集成，也就是說通過系統集成實現綜合共享，提高服務質量和工作效率，達到多快、好省和高效的目的。然而，隨著社會信息化進程的日益發展和受人們對經濟日益國際化趨勢的認同，智能建筑必將呈現出新的態勢，這種態勢體現在進行系統集成的同時，考慮建筑物的異構性、分布性、動態性和碎片性等因素的影響下，應充分體現系統的分布化、綜合化、動態化和智能化，這是建筑智能化進程中一個必須重視的戰略性問題。另外，任何工程對方案的考核是至關重要的，就智能大廈而言，對方案的考核是一個不容忽視的問題，所以對設計方案的前期仿真很有必要。

1.一體集成的分布化

智能大廈的系統一體化集成實質上是建立在系統集成、功能集成、網絡集成和軟件界面集成的多種集成的基礎上的一門高新技術。智能一體化集成化的本質是計算機網絡的管理。傳統的集成式網絡管理系統難以適應網絡規模日益擴大、網絡元素日益復雜的樓宇智能化要求，需要引入分布式管理方法。

分布式管理就是將管理的功能合理地分布于多個管理實體，以便有效、及時地對網絡資源進行監視、約束和控制，提高響應效率和擴展功能，更好地實現網絡管理目標。一個實際的網絡系統，可以根據管理的需要，按照地域、功能子系統、網絡等定義相對獨立的管理域并選定其管理者；各管理域通過管理者的交互實現全局管理目標。管理者之間的交互有兩種結構：層次的和全分布的。層次結構是通過上層管理者與下層管理者的交互來完成各管理域的管理者之間的協調。全分布式結構是一種對等結構，采用該方式的管理者之間能直接對等通信。一個實際的應用系統，管理的分布化的過程就是將管理應用功能由集中式客戶機/服務器（Client/Server）模式轉移到分布式計算平臺的過程。分布式計算平臺的目標是實現跨平臺資源的透明互操作和協同計算。

當前支持分布式計算主要有兩類環境：基于過程的分布式計算和面向對象的分布式計算。目前的主流是后一類。如基于CORBA（CommonObject Request Broker Architecture，公共對象請求體系結構）和Java的計算，它們采用面向對象的技術，提供對象式的應用編程接口，主要是針對重用和異構環境下的操作問題，這對相對龐大和復雜的智能大廈系統是非常適用的，目前CORBA技術已引起業界的關注和重視[5]。CORBA是一個開放式跨平臺的、語言獨立的分布式標準，它引入的概念屏蔽了下層的網絡傳輸，利用面向對象概念，實現分布式應用軟件的可重用性和可擴展性，既大大簡化了分布式應用系統的開發和維護，又便于異構環境下的集成，具有更高的可用性和可靠性的優點。目前遵從CORBA規范的產品主要有Inprise公司的VisiBroker,IONA公司的Orbix,Digital公司的ObjectBroker,IBM公司的Component Broker等，將基于面向對象的分布式計算技術引入智能建筑是順應技術潮流的，同時它應是甲乙類智能建筑的技術要求。

另外，分布式管理系統更容易實現大廈的智能化，不僅能實現管理的并行性和分布性，而且具有對管理活動的全過程進行多目標、多因素、多階段、多層次的協調，實現管理系統的整體協調和全局優化。

2.一體集成的綜合化

網絡是建筑物智能化的基礎，系統一體化是以網絡為支撐的，網絡信息來源于不同實體，隨著智能建筑的不斷深化，被管理的對象趨于復雜化，復雜化的因素主要有：被管理的對象趨于復雜化，復雜化的因素主要有：被管理的數量、對象的種類、組織的異構性、物理分布、參與組織的單元的數量、服務綜合的程度等，這時，由傳統的相對單一的網絡管理擴展為基于分布化的網絡綜合管理是環境的必然要求。

環境是系統存在、變化、發展的外部條件；系統與環境相互作用、相互影響，進行信息、能量或物質的交換。

綜合管理是指確保系統的所有資源根據其目的而有效運營的所有手段，它是系統與環境相統一的產物。有關綜合管理的平臺也在不斷涌現和改進，如基于事件（event）的驅動輪詢方案，基于CORBA平臺的方案。論文大全。

3.一體集成的動態性

事物的發展是m相對穩定的，在相對穩定的情況下，隨著環境的需要仍在不斷的發展和完善。智能建筑系統一體化集成的動態性是基于分布式的管理系統，也只有分布式的管理系統才能更好地實現其動態化。

動態化有兩個含義：其一是故障的檢測與動態重組恢復；其二是系統具有可擴展性。分布式系統具有故障診斷軟件包，采用互查技術來檢測系統發生故障的部位，并進行處理，動態地分配或重組系統，使系統工作于可靠狀態。分布式系統采用并行處理技術，可滿足智能大廈分階段建筑使用的要求，邊組織，邊開通，從而減少了一次性開通的難度和避免了一次性投資的方式。另外分布式系統的硬件和軟件都是模塊化的，模塊的連接嵌入比較方便，能夠很好地配合日益擴大的系統需求，便于提高和完善系統的性能，保障了系統的動態先進性。系統的動態化要求使用動態的管理策略，由于Java和CORBA的迅速發展，動態管理技術也在日趨成熟。

4.前期仿真

智能大廈的建設除了要達到預期的目標，即提供安全、舒適、快捷的優質服務，建立先進、科學的綜合管理機制，節省能源和降低成本，還要達到系統的優化配置以減少投資。這就需要在工程實施前對系統設計的基本要求和功能進行考核，以便查漏補缺和修正。論文大全。另外，因為智能大廈的網絡集成不同于研究試驗網，網絡系統可靠性、開放性等要素對大廈的智能化管理和提高運行效率具有十分重要的意義，所以，對智能大廈的前期仿真就顯得不僅十分必要而且十分重要。

由美國的Cleve和Moler博士在1980年前后創立的、正在蓬勃發展的Matlab為系統的動態仿真提供了良好的環境。Matlab的家族成員之一的Simulink為系統的仿真更是提供了極大的方便，綜合其它軟件的使用可以使該軟件在智能建筑的CAD中發揮更大的作用；此軟件也能為其它軟件提供良好的接口，便于SynchroHome等智能化集成系統軟件的調用。論文大全。該軟件有兩個明顯的功能；連接與仿真。首先利用鼠標在模型窗口上畫出所需的系統模型。然后利用軟件提供的功能對系統直接進行仿真，在系統的任何節點上可以輸出波形，從而更好地監控系統的工作過程，并實時地對系統模型進行修改以達到預期目的。這種思想和方法適合于智能大廈一體化集成的仿真與分析，相信基于Simulink的仿真技術必將在智能建筑的CAD中打開一個嶄新的局面。

5.結論

通過以上分析可見，隨著智能大廈進程的不斷加快和深化，隨著“數字城市”和“數字地球”研究的不斷深入，智能大廈系統集成的主要趨勢將是分布化、綜合化、動態化，它們之間的關系是相輔和承和互相促進的；同時由于智能大廈的建設是一種投資行為，對其進行前期仿真是十分必要性。

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關鍵詞關鍵詞：航天測控；HLA；仿真系統

中圖分類號：TP301

文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2014）002002903

0引言

高層體系結構HLA（High Level Architecture）的顯著特點是通過運行支撐環境RTI（RunTime Infrastructure）提供通用的、相對獨立的支撐服務環境，將仿真應用層同底層支撐環境功能分離開，將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層傳輸三者分離，隱蔽了各自的實現細節，從而使各個部分可以相對獨立地開發，支持各種同構或異構仿真應用之間的互操作，支持仿真系統的可擴展性[1]。HLA日益成為當前仿真技術發展的主流，被美國國防部確定為軍用仿真標準，被IEEE定為國際分布仿真通用標準。

隨著航天事業的蓬勃發展，航天測控領域需要根據不同的需求和目的實現測控設備的資源重組，利用HLA仿真技術實現航天測控系統的模擬訓練和仿真演練，具有安全、經濟、可重復、無風險、不受特定任務限制的特點，既能進行常規操作訓練，又能進行任務狀態下的培訓，可以提升學員對各種異常情況的應變處理能力。航天測控訓練仿真系統具有良好的可擴展性，方便用戶根據需求對系統進行改造升級。

1系統建模

1.1系統組成

在HLA中，為實現某種特定的仿真目的而組織到一起，并且能夠彼此進行交互作用的仿真系統、支撐軟件和聯邦對象模型構成了一個聯邦，所有參與到一個聯邦中的應用系統被稱為聯邦成員。HLA規定了聯邦和邦員必須遵循的規則，各邦員之間通過運行支撐環境（RTI）實現信息交互[2]。

訓練仿真系統采用HLA體系結構。確定聯邦成員，將聯邦功能合理分配到聯邦成員，合理設計聯邦對象模型和邦員的仿真對象模型，是模擬仿真訓練系統實現的關鍵，也是使聯邦及其邦員具備與其它仿真系統進行互操作的能力，并能夠在其它仿真系統中得以重用的關鍵。

通過對航天測控訓練仿真系統需求進行分析，將航天測控訓練仿真系統設計為一個聯邦，由系統監控邦員、動態模擬邦員、訓練考核控制邦員、任務場景邦員、視景顯示邦員、訓練考核評定邦員構成。①系統監控邦員提供系統操作的人機界面，完成全系統的運行管理任務；②在航天測控訓練仿真系統中，沒有分機硬件設備，由動態模擬邦員仿真硬件設備的各種狀態，對實戰任務和各種聯試狀態下的目標特性、系統狀態、測量信息、遙測信息、數傳信息等進行動態模擬仿真；③訓練考核控制邦員完成用戶權限控制、訓練考核控制、訓練科目管理、任務場景管理、訓練考核結果管理、操作輔助提示、目標庫管理、輔助提示操作管理等任務；④任務場景仿真邦員完成對任務場景中指定時段內目標飛行器的彈道數據、塔標數據的仿真任務；⑤視景顯示邦員完成任務場景三維顯示任務；⑥訓練考核評定邦員根據選擇的訓練科目、考核評定設置信息、學員操作信息、系統狀態信息等完成對訓練操作的考核評定任務，形成考核成績報告。

1.2FOM/SOM設計

對象模型模板OMT（Object Model Template）是HLA標準的重要組成部分，用來描述HLA對象模型的結構框架[5]。HLA通過OMT定義了兩類系統：一類是用來描述聯邦中的各個聯邦成員，即創建單個的HLA仿真對象模型SOM（Simulation Object Model），建立SOM的目標在于使它成為一個通用的、獨立于具體的聯邦應用模型；另一類是用來描述一個聯邦中相互之間存在的信息交換特性的那些聯邦成員，即創建HLA 的聯邦對象模型FOM（Federation Object Model），建立FOM的目的就是借助OMT提供的標準化記錄格式，對一個特定的聯邦中各聯邦成員之間需交換的數據特性進行描述，以便各聯邦成員在聯邦的運行中正確、充分地利用這些數據進行互操作[3]（在HLA 中，互操作定義為：一個成員向其它成員提供服務和接受其它成員的服務）。

FOM/SOM是一種建模的技術和方法，它便于模型的建立、修改、生成與管理，便于對已開發的仿真資源進行再利用，使建模過程走向標準化[4]。具體而言，FOM定義了一個聯邦內成員間所有用于交換的數據的詳細說明，如公共的對象類及其屬性、交互類及其關聯的參數等信息；仿真對象模型SOM定義了每個邦員提供給聯邦的自身能力的詳細說明。

對象類和交互類的設計實際是確定各個聯邦成員之間的數據流和控制流。各個聯邦成員通過其它聯邦成員感興趣的對象類和交互類，訂購自己所需要的對象類和交互類，實現聯邦成員之間信息交換和互操作。

1.2.1對象類和交互類結構表設計

表1是為航天測控訓練仿真系統定義的對象類結構表。在對象類結構表中，列出了幾個主要的對象類，它們包含各自可能參與信息交換的一組屬性數據。目標類代表目標飛行器，目標飛行器的位置信息由任務場景邦員仿真得到，被動態模擬邦員用于測控站狀態參數的仿真，被視景顯示邦員用于確定三維任務場景中目標的位置。測控站類代表測控系統設備，其設置參數（設備工作參數）由系統監控邦員設置，狀態參數（包括設備狀態和測控數據等）由動態模擬邦員模擬仿真得到，設置參數和狀態參數是訓練考核評定邦員進行訓練考核評定、產生輔助操作提示信息的依據之一，視景顯示邦員則根據測角數據顯示測控站的天線指向。訓練考核狀態類代表當前的訓練考核狀態，由訓練考核評定邦員產生，訓練考核控制邦員顯示。

表2是航天測控訓練仿真系統定義的交互類結構表?，F實中所有的事件都是由特定事物發出，也是由特定事物接收的。對于交互類來說，所有的交互也是由仿真中的實體發出和接收。所以在交互類結構表中，各交互類都有特定的初始化邦員與接受邦員[6]。表明該交互類可被成員初始化并發送，可被成員感知該交互但不響應；表明該交互類可被成員初始化并發送，可被成員響應。

3結語

本文對航天測控訓練仿真系統的設計與實現進行了描述。航天測控訓練仿真系統提供了航天測控的模擬環境，為相關人員的教學、培訓和訓練提供了仿真平臺。同時本系統可進行二次開發，應用于更大規模的航天仿真系統中。

在航天飛行器日新月異的今天，航天測控系統需要的不僅僅是傳承，更重要的是創新，而HLA仿真系統的跨平臺可移植性與可重用性恰恰使傳承與創新完美地結合在一起，既節省了開發時間與成本，又使系統具有很強的可擴展性，能夠適用于未來更高要求的航天系統。

參考文獻：

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[2]周彥，戴建偉.HLA仿真程序設計[M].北京：電子工業出版社，2002.

[3]戴婷婷，馬忠鎖.基于HLA的衛星測控仿真系統[J].電腦知識與技術，2010（1）.

[4]陸晉榮，樊忠澤，聶沖.航天發射一體化仿真訓練系統[J].載人航天，2009（3）.

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【關鍵詞】虛擬現實 仿真實驗教學 應用

實驗教學工作在理工科教學活動中扮演了重要的角色，有利于鞏固學生的理論知識學習成果、深化學生掌握及理解知識的能力，培養并強化學生分析及解決問題的能力。現階段，受實驗室條件的限制，在實際的理工科實驗教學活動中，學生們往往借助虛擬現實技術在相關模型上開展實驗研究工作。目前，虛擬現實技術在仿真實驗教學中廣泛應用，收到了顯著的成效，極大地推動了仿真實驗教學的進步。

1 虛擬現實技術的內涵及主要語言

虛擬現實技術簡稱VR，其是一類可以體驗及創建虛擬世界的計算機仿真系統，借助計算機生成相應的模擬環境并使用戶沉浸至該環境之中。虛擬現實技術是仿真技術研究與發展的一個重要方向，其是計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人機接口技術及網絡技術的高度融合，是一門復雜程度極高、應用空間廣闊的新型技術。

就目前狀況而言，VBML語言是虛擬環境構建工作所使用的主要語言，其能夠有效靈活地將二維圖形、三維圖形、視頻及音頻等效果調和于一起，從而創造出一個綜合性極強的虛擬場景，并為虛擬場景賦予較強的實時感及空間感。用戶可以在虛擬場景中隨意巡行，而且能夠對場景中的相關對象進行交互式的操作。

2 虛擬倒立擺三維場景的構造

VRML是重要的虛擬現實建模語言，人們利用VBML語言能夠快捷、有效地建立虛擬三維場景。作為虛擬空間的文本性描述，VBML文件可以由任意一個記事本生成，而“.wrl”是VBML文件的擴展名。經驗表明，在建模工作中運用VBML較為困難，需要經歷大量的必要程序，不僅無法實現所見即所得，還要編寫大量的程序代碼，工作量極大。

MATLAB中自帶了一個三維物體構造軟件包，軟件包的名稱為V-Realm Builder，該軟件包的功能十分強大，其能夠提供一個優質的集成開發環境，支持VBML的瀏覽器能夠看到該軟件包所生成的虛擬世界及三維物體。V-Realm Builder既能夠簡化三維物體的創造工作，同時還可以提供極為強大的三維物體編輯功能。使用者能夠直接對界面中的每一個域及節點進行開展編輯工作，而且相應的場景立刻得到顯示與修改。使用者能夠輕松、便捷地進行節點修改、編輯與增加操作，絕大部分編輯功借助鼠標即可完成。V-Realm Builder的VBML的構造能力極其強大，基于此，可以在仿真實驗教學中構建虛擬的三維倒立式擺模型。

3 虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用

3.1 分布式開發

在仿真實驗教學中應用相應的虛擬現實技術而得到分布式虛擬環境系統，該系統不僅可以最大化地滿足分布式仿真對共享虛擬環境的各類要求，同時還能夠適應復雜虛擬實驗環境對計算工作的需要?；ヂ摼W技術是分布式虛擬現實系統的重要核心，隨著互聯網技術的不斷進步，分布式虛擬現實系統的先進性與完善性逐漸增強，該系統能夠促使不同的實驗者在不同區域，同一時間內進入分布式虛擬環境中，為異地實驗者提供了共同學習理論知識、分享實驗經驗的機會。

3.2 虛擬現實實驗教學中的集成技術

軟件系統集成是虛擬現實技術集成的前提條件及重要基礎，而系統的集成被視作虛擬現實系統集成的關鍵表現。由虛擬現實技術建立的實驗系統中軟件的高度集成能夠確保系統集成的靈活性，這種靈活性往往表現在不同層面之上，能夠促進仿真實驗教學的進步。虛擬現實實驗環境中囊括了大量易被系統感知的信息，也含納了三維立體模型，因此，虛擬實驗系統的集成技術能夠在縮減實驗成本的基礎上提升實驗教學的質量。數據識別、實驗對象的同步、實驗模型的標識及數據形態轉換技術是虛擬現實系統集成技術的主要組成成分。

3.3 生成實時三維圖形

F階段，虛擬現實技術中的三維立體圖形生成技術已較為成熟，對實驗效果的同步技術是三維圖形生成技術的核心技術之一。通常情況下，若要實現實時生成實驗效果的目標，則需要保證三維立體圖形的刷新速率不低于16幀每秒。在一定的范圍內，三維立體圖形刷新速率越快越好，一般認為最佳的三維立體圖形刷新速率應不低30幀每秒。虛擬現實技術在仿真實驗教學的應用過程中，應當在不降低三維立體圖形的質量及數量的基礎上適當地提升圖形的刷新速率。

3.4 動態環境建模

在應用虛擬現實技術的過程中應當做好動態建模工作。應用動態建模技術的主要目的是構建與仿真實驗教學相對應的環境模擬模型，借助來源于現實實驗環境中的建模數據，緊密結合實際仿真實驗教學的具體需要來建立合適的模型。在三維數據信息采集過程中，需要用到計算機輔助設計技術等技術。在實際的動態環境建模工作中，應當考慮到相關實驗設備及實驗流程的復雜程度，遴選最合適的建模軟件來開展實物三維造型的構造工作。

4 結語

得益于科學技術的高速發展，虛擬現實技術逐漸成熟并在諸多行業中成功應用。新的發展形勢下做好虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用工作具有重要的現實意義，有利于縮減實驗成本、提升實驗質量。在實際的虛擬環境構建過程中要注意相關技術要點、遴選最恰當、先進的建模軟件開展建模工作，廣大教師要不斷地提升自身的綜合素質，善于總結借鑒優秀的建模經驗，從而最大程度地強化虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用質量。

參考文獻

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[2]林鳳屏，陳必鏈，張彥定.虛擬現實技術在醫學教學中的應用探析[J].實驗室科學，2016（06）.

[3]孫超.淺談虛擬現實技術在智慧城市領域的應用[J].中國公共安全，2017（01）.

作者簡介

董艷雯（1970-），女，河南省鄭州市人。碩士學位?，F為鄭州市技師學院講師。主要研究方向為電子、教育。

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論文摘要:本文闡述了虛擬現實技術的基本特征，以及在各個領域的應用進展情況，并對虛擬現實技術的發展和應用前景做了展望。

0．引 言

虛擬現實技術是2O世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術，作為一項尖端科技．虛擬現實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統。它的實時三維空間表現能力、自然的人機交互式操作環境以及給人帶來的身臨其境感受，將從根本上改變人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現狀，為人機交互技術開創一個全新的研究領域。從虛擬現實技術誕生以來，已經在航空航天、船舶建造與設計、軍事模擬、機械工程、先進制造、城市規劃、地理信息系統、醫學生物等領域中顯示出巨大的經濟、軍事和社會效益，虛擬現實技術與網絡、多媒體技術并稱為2l世紀最具應用前景的三大技術。

1．虛擬現實技術特征

虛擬現實技術是一種先進的、數字化的人機接口技術，其特點在于計算機產生一種人為虛擬的環境，生成一個以視覺感受為主，包括聽覺、觸覺的綜合感知的人工環境，系統可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化 ．操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環境中，并能與之發生“交互”作用，進行交流。通過參與者與仿真環境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助啟發參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現實技術具有以下三個基本特征：

1．1沉浸性。虛擬現實技術是根據人類視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數據手套交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員，有一種身臨其境的感覺。

1．2交互性。虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互可通過鍵盤、鼠標、頭盔、數據手套等設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或 動作等自然技能，對虛擬環境中的對象進行觸摸或操作。

1．3多感知性。虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得多種感知，親身體驗交互操作的反應與感受。

2．虛擬現實技術的應用前景

虛擬現實技術在船舶建造與設計、企業產品的研發與設計、人力資源 網絡培訓、房產 開發與展示、城市規劃、室內設計、工業仿真、文物古跡仿真、軍事模擬等方面有廣闊的應用前景。分析如下：

2．1企業產品的開發與設計．特別是一些勞動密集型產品的設計，采用虛擬現實技術進行設計與開發，在減少重復設計、開模損失、廢品率等方面有著非常明顯的效果。虛擬現實技術開發的產品能夠在產品投入制造前先看到產品，在運行前先感受過程或親歷過程，在設計與開發過程無須代價可不斷修改產品直到滿意，這是一種完全的低投入、嶄新的產品設計制造理念；可利用虛擬三維網絡技術，對同一設計產品，在不同設計部門進行分布式設計，快速、方便地融合各方技術優勢．減少產品的設計時間與設計周期：采用虛擬現實技術可以為許多科研項目、提供虛擬實驗，減少真實實驗的次數和付出，增加真實 實驗的可靠性?？傊?，虛擬現實技術的開發與應用研究能為產品設計、加工、制造提供相當優秀的開發平臺、實驗與測試環境。減少產品的測試成本，縮短投放市場的時間，這對于促進高科技產業和制造業的快速發展有著極大的作用。

2．2通過虛擬現實技術構建的三維虛擬裝置及沒施．操縱者可以身臨其境地融入到整個裝置的運動環境與運動過程．可以對三維虛擬設備進行仿真操縱，可以查看生產過程、實驗與測試過程 、施工過程、供應過程、物流生產過程等活動的過程中各種技術參數的動態值．從而確認現實的系統是否有能力完成預定的任務和如何去完成，也可從中發現運動過程的缺陷和問題，予以改進。在低成本的條件下，發現實際產品或設施的缺陷與不足，為產品投入生產提供時間和質量上的保證。

2.3隨著物流的遠程化和國際化，物流的流程跨越若干國家、若干種運輸工具，客戶根本不可能對這個系統進行實地考查，客戶在進行業務外包時．又不能只聽一些情況介紹或者錄像演示的過程做 出最后的判斷，在這種情況下，采用虛擬現實技術模擬現實環境，客戶可以直接進入計算機系統虛擬的世界，對關鍵環節進行操縱、演示、觀察和分析有關過程的動態數據，以判定此項業務是否可以外包給這個系統；另一方面，第三方物流公司，也需要借助于模擬現實系統，來分析物流時間、物流成本等，以對是否可以接受客戶的要求做出決策。因此，虛擬現實技術在物流行業的應用將拓展該行業的國際合作空間，節約成本，做大做強物流業，促進海西經濟的快速發展。

2．4在數字化城市建設與研究方面，利用虛擬現實技術，結合傳感器技術、多媒體技術，綜合應用全數字攝影測量技術、GIS技術、仿真技術等，在提供相關城市數據的基礎上可構建虛擬數字化城市。在此基礎上建立虛擬城 市的仿真環境，實現城市 的真實環境的再現 以及對規劃環境的預見，從而建立可交互操作、集成化和人機和諧的虛擬城市系統。

2．5制造業方面，從制造技術及制造業的發展過程來看，我國在21世紀將長期把信息技術、計算機技術、網絡技術融人 AMT的理念中，大規模地采用集成制造、并行工程、計算機仿真、虛擬制造、動態聯盟和電子商務等舉措，用虛擬現實的方法，將產品的設計階段和制造階段融為一體，在設計中就能發現制造中的問題。此外，這一階段的另一個特點就是可聚集全世界的制造資源來進行全世界范圍的合作生產．縮短上市時間，提高產品質量。

2．6人力資源培訓方面，隨著勞務市場規模不斷擴大．大量的人員需要進行培訓方能上崗工作，由于培訓地點、培訓設備的限制，加之培訓人員的爆滿，培訓質量受到很大的影響。推動和加強人力資源的培訓，可提升各工種人員的個人素質．保證企業的穩定發展，促進地方經濟的又好又快的發展。采用三維虛擬仿真平臺，可實現各種人員取得上崗資格必須的培訓，同時，也可對企事業單位在職人員進行本專業模擬真實環境的知識更新培訓，也方便對新聘人員進行崗前培訓，這些培訓的最大特色是模擬真實培訓環境，實現無需場地、無限次數、無限時問的培訓，在提高人員素質的同時，最大化地節約成本。具有非常高的性價比。虛擬 現實技術作為多媒體技術發展的高級階段，在組織學習中的應用將促使目前組織管理過程中的領導者、員工、媒體之間的關系與地位發生重大變化。在對組織成員進行知識傳播、技能訓練等方面會得到顯著的教學效果。特別是隨著計算機網絡化的進程．虛擬網絡的建設，這一新的學習媒體將在個別化教學、企業教學、學校教學、遠距離教學及終身教育中展示巨大的應用前景。

虛擬現實技術與多媒體技術、網絡技術并稱為三大前景最好的計算機技術，其應用場合非常廣泛．特別在工程和人員培訓領域中的應用所產生的經濟效益和社會效益、所節約資源是非常大的。

3．虛擬現實技術發展及應用展望

近年來，虛擬現實技術有了很大的發展，如增強現實(AugmentedReality1，將真實環境和虛擬現實的景象結合起來，既便于生成復雜環境，又便于對實際物體的操作；大型網絡分布式虛擬現實環境，將分布于多個地點的 VR系統或仿真器通過 局域 網或廣域網聯結起來．采用協調一致的結構、標準、協議和數據庫形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環境，參與者可自由地進行交互作用；多通道人機交互技術，即采用人體多種自然交互手段向系統輸入．如手勢、語音、頭部或身體動作等。

虛擬現實技術潛力巨大，應用前景十分廣闊，人類在許多領域面臨著越來 越多前所未有 或前所難為而 又必 須解決 和突破 的問題，例如，載人航天、核試驗、核反應堆維護，包括新武器系統在內的大型產品的設計研究、氣象及自然災害預報、醫療手術的模擬與訓練以及多兵種軍事聯合訓練與演練等。將 vR技術應用于教育可以使學生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城饅，甚至深入原予內部觀察電子的運動軌跡和體驗愛 因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發思維。虛擬現實設備的價格還過于昂貴，虛擬現實的應用主要處在科學研究和某些商業領域。隨著虛擬現實技 術的進一步發展，成本的降低，虛擬技術必定會走向實用化、平民化。

參考文獻

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[2]石教英，虛擬現實基礎及實用方法[M]，科學出版社，2000．

篇8

關鍵詞：虛擬現實；特征；VR技術構成；教育

一、引言

虛擬現實技術（VirtualReality，簡稱VR）是利用計算機技術、傳感技術、網絡技術等多種技術生成模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，能夠使用戶沉浸到該環境中；在這個空間中每個事物的活動規律與現實中完全一樣，進入其中的人還可以對這個空間加以控制和影響，反過來這個虛擬空間的事物也會對進入其中的人產生影響。

二、VR技術的發展歷史

1965年，Sutherland在《終極的顯示》論文中第一次提出圖形的交互顯示（GraphicInteractiveDisplay）、力反饋設備（ForceFeedbackDevices）及聲音指示的VR系統的三個基本思想。1966年，美國麻省理工學院的Lincoln實驗室開始研制頭盔式顯示器(HMD)，在第一個頭盔式顯示器的完成后，研發者又在系統中加入力量及觸覺的力反饋模擬裝置，到1970年，第一個功能比較齊全的頭盔式顯示器系統出現了。80年代，美國的賈朗•拉尼爾（JaronLanier）在前人所取得的一系列成就的基礎上，正式提出“虛擬現實（VirtualReality）”這一概念。同一時期，美國宇航局及美國國防部組織了一系列關于虛擬現實技術的研究，并取得了矚目的成就。進入90年代，由于計算機的硬件技術水平不斷提高，軟件設計理論也在不斷改進，二者相互匹配，這使得利用大數據集合下的音像信息制作實時動畫變成了可能。進入二十一世紀，互聯網推廣普及、計算能力大幅提升、3D建模技術出現，這大幅提升虛擬現實體驗，使得虛擬現實技術向商業化和平民化的方向發展。

三、VR技術的構成原理

虛擬現實是多種技術的綜合，所包括的技術種類很多，這其中又有多個分支，對于不同類型的個體還要涉及與之相關的學科。對此在國外也未能嚴格細致地加以劃分與確定，但公認的基礎技術構成主要有人機接口技術、模擬仿真技術、真實存在技術3個方面。人機接口技術就是人與計算機相互影響與控制的技術，它是實現VR的關鍵。我們常用的鼠標、鍵盤、顯示器其實就是一種人機接口設備。70年明的數據手套、80年代出現的內置立體顯示裝置的數據頭盔和手寫輸入板、語音識別都是高一級的人機接口設備。參與者與虛擬世界的交互過程如下：參與者借助可穿戴設備（例如數字頭盔、數據手套、數字衣）為計算機提供輸入信號，這些可穿戴設備上配有傳感器及空間三維跟蹤系統，VR軟件接收到這些輸入信號后，通過虛擬環境數據庫加以解釋，并對其作必要的更新。參與者轉換新視點后，當前的虛擬環境將發生變化，變化后的三維場景的圖像及相關信息（如觸覺、聲音、力反饋等）將立即傳送到對應的輸出設備（數據手套、耳機、數字頭盔等），使得參與者能夠實時獲得各種感官上的虛擬效果（如圖1所示）。模擬仿真技術是影響VR效果好壞的重要因素。我們要模擬一個人的動作時，肯定會分析這個人做這個動作的特點，然后按這個特點去模仿。模擬仿真技術直接影響計算機在模擬方面的能力。在計算機模擬領域里，仿真數字模型是關鍵的技術，模型建得越好、越細致，將意味著對原體的模擬越真實。們真實存在技術也稱之為沉浸技術，為了通俗一點，暫將其命名為真實存在。這是VR對人產生影響的關鍵之處。它包括聲音、圖像和對人體其它感官的刺激，因為這些是人類對所處環境的最真實的認識和感受。很明顯，它包括了尖端的多媒體數據處理技術，這些數據處理的質量與快慢和計算機的水平是息息相關的，因此真實存在技術的發展是與計算機的發展緊密相連。

四、VR系統在教育領域中的應用

虛擬現實技術的應用極為廣泛，目前在游戲、電影、直播等藝術娛樂領域占據主流，在教育與培訓方面也有大量應用，其次是軍事航天訓練，商業VR購物，醫學人體解剖等?，F今，VR技術正在越來越多的應用于各行各業。教育，是人類社會前進與發展的重要動力，將現代信息技術融入現代教育中，是教育發展的趨勢。因此，將新穎的VR技術引入現代教育后，要求開拓出與之相適應教學模式，對于學生更高效、更主動地掌握各類技能至關重要。針對于教育領域來說，虛擬現實技術能將三維空間的景物清楚的表示出來，能使學習者自然、直接地與虛擬環境中的各種對象進行交互，并通過多種形式參與到事件的變化發展過程中去，從而獲得最大的操作和控制整個環境的自由度。這種呈現信息多維度的虛擬學習和培訓環境，將為參與者以最有效、最直觀的方式掌握一門新技能、新知識提供前所未有的新途徑。因此，該項技術的發展在很多培訓與教育領域，諸如虛擬實驗室、專業領域的訓練、立體觀念、虛擬教學、仿真實驗、虛擬數字化校園等應用中，具有明顯的優勢和特點。

（一）建立虛擬實驗室

由于VR技術能夠創建出與現實實驗類似的虛擬實驗環境，這解決實驗過程中的情景化及自然交互性的要求，因此較早被歐美一些主要國家應用于建立虛擬實驗室領域。1985年，美國國立醫學圖書館就開始了人體解剖圖像數字化研究。隨后，德國的漢諾威大學建立了虛擬自動化實驗室、意大利帕瓦多大學建立了遠程虛擬教育實驗室、新加坡國立大學開發了遠程示波器實驗和壓力容器實驗等。2016年英國外科醫生沙菲•艾哈邁德借助虛擬現實技術向世界直播一臺由自己操刀的癌癥手術，這也是全球首次實現用虛擬現實身臨其境般“圍觀”的手術。國內的清華大學、復旦大學、上海交通大學等高校利用VR技術開發創建了虛擬儀器庫，在次基礎上構建了一系列虛擬實驗系統，并將其虛擬實驗室用于教研，取得了很好的效果。通過虛擬實驗室的建立首先能夠避免在真實實驗過程中由于操作失誤所導致的各種危險。例如，虛擬的汽車駕駛教學，可免除學生操作失誤而產生的意外事故。虛擬的飛機駕駛系統，不會造成飛機墜毀事故。其次利用VR技術，可以創建多種多樣的技能訓練場景，并且訓練可以重復進行，直到操作熟練為止。此外虛擬實驗室的建立大大減少教育經費的投入，緩解教育單位資金不足的困難，節約了各種實驗原材料，減少資源的浪費。

（二）虛擬教學

現今，信息技術不斷發展，也快速推動著教育方法的不斷進步。對教育內容的表現手段，教學過程的交互形式也越來越豐富有趣。由于VR技術能將教學內容生動形象地表現出來，優化了整個教學過程，有效地營造一個跟隨技術發展的教學環境，提高學生掌握知識、技能的效率，調動學生的學習積極性，提高教學質量、突破教學的重點、難點的作用。與此同時，VR技術較真實地再現了協作學習、情景化學習，還結合了游戲等益智手段，有效解決了許多以前無法解決的教育問題。例如，采用VR技術進行教育教學活動，可在實現人與機器的交流、通過網絡進行人與人之間交流的同時，有效地激發學生的學習興趣，還能夠在某種程度上實現寓教于樂，進而為更高效地創建合作學習情景，促進真實交流構建良好渠道。

（三）虛擬數字化校園

隨著網絡教育的深入，人們對現有的校園網站提出了新的要求，已不僅僅局限于對校園環境的圖片式瀏覽，采用VR技術創建網上虛擬可視化校園呼之欲出，實現教務、教學、校園生活的三維虛擬化空間。利用網絡，以虛擬現實技術作為遠程教育平臺，建立一個完整的、真實的、互動的、情節化的虛擬校園體系，實現分布式虛擬校園系統，可為高校擴招后設置的分校區和遠程教育教學點提供可移動的虛擬教學場所，對各個終端提供公開的、遠程的虛擬教學，還可為眾多的社會人員提供高等職業培訓的機會，創造出更大的經濟與社會效益。建設數字化虛擬校園，需要的多媒體數據超高速傳輸，采用分布式與并行技術對海量的數據進行存儲與處理。通過這些技術的應用進一步提高了學校信息化建設的步伐。總之虛擬數字化校園能為教育技術專業化隊伍提供一個高起點的科研環境，促進教育技術的建設更上一個新的層次，讓我們感受到全方位的教育。

五、對未來的展望

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關鍵詞：智能電網；方案研究；功能展示；概念解讀；培訓考核

作者簡介：焦日升（1963-），男，吉林長春人，吉林省電力有限公司培訓中心，高級工程師，高級技師。（吉林 長春 130062）喬煥偉（1981-），男，北京人，國網電科院科東公司，工程師。（北京 100192）

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）17-0202-03

智能電網是將先進的傳感量測技術、信息通信技術、分析決策技術、自動控制技術和能源電力技術相結合，并與電網基礎設施高度集成而形成的新型現代化電網。“十二五”期間，隨著特高壓骨干網架總體形成和智能電網全面建設，國家電網的生產力水平將實現質的提升，對提高大電網駕馭能力、加強專業化和精益化管理提出了更高要求。為了加深對智能電網知識的理解，快速提高智能電網建設和管理水平，通過對智能電網綜合展示手段，實現對電力系統各級生產、營銷、管理等崗位人員在智能電網建設方面起到技術引領、示范體驗、概念解讀、知識明晰和技術培訓的作用，還可以起到對廣大學生群體和社會民眾認知智能電網的科普宣傳作用。

一、原則和標準

1.原則

（1）實用性原則：系統實現以電力系統專業管理和技術人員為應用對象，形象、準確、深入地解讀和展示智能電網的關鍵技術、實用技能，為服務對象提供多層次、多范疇、多角度的培訓內容。

（2）生動性原則：系統采用先進的展示技術、智能交互等手段，如交互動畫系統、仿真技術、多媒體視頻與影片制作、數字沙盤、動態展板、實物體驗等，體現虛實結合、動靜兼備，加強互動學習與體驗環節，促進學員對知識、技能和理念的深度掌握、理解。

（3）一體化原則：系統實現廠網、調控運維、主配微網的一體化仿真，體現智能電網各個環節的有機聯系。將仿真培訓和媒體展示有機結合，保障培訓素材的準確一致和風格一致。

2.標準

智能電網綜合展示系統遵循開放式國際標準，主要包括：操作系統接口符合POSIX及OSF標準；數據庫接口符合SQL結構化查詢語言標準；人機界面基于Windows 2000和Windows XP；計算機通信支持ISO/OSI、TCP/IP協議。

二、展示方案

1.整體平面展示

智能電網綜合展示系統在展示設計上將包含入口、序廳、宏觀展示區、電網展示區、智能發電展示區、智能輸電展示區、智能變電站展示區、智能配電展示區、智能調度展示區、微電網展示區、智能用電展示區、智能用電體驗區、實訓培訓區、設備間區、出口等主體模塊。通過從第一個展示區來引導、展示，讓培訓來賓（學員）按智能電網的智能發電、智能輸電、智能變電、智能配電、智能用電、智能調度等六大環節進入每一個展示區，并且能進行完好的過渡。

宏觀展示區展示主題：智能電網建設目標、戰略規劃和指導思想、智能電網主要特征、技術內涵等以及對社會、環境和民眾生活的影響、六大環節建設內容。

電網展示區展示主題：某區域電網過去、現在和未來在電力經濟、電網結構發展的變化。

智能發電展示區展示主題：智能電網發電部分從總體上把握智能電網環境下所接納的各種電源的特點，形象地表現智能電網的接納能力。

智能輸電展示區展示主題：智能輸電基礎知識、組成、特點及發展。

討論區展示主題：供參觀人員停留下來休息和討論智能電網的內容。

智能變電站展示區展示主題：智能變電的基礎知識、組成、特點、在智能電網中的角色及發展。

智能配電展示主題：智能配電基礎知識、組成、特點及發展。

智能調度展示區展示主題：智能調度電網基礎介紹、電網潮流、調度員調控、智能電網自愈展示以及智能調度的發展。

微電網展示區展示主題：展示微電網的背景、組成結構、微型電源、儲能裝置、微網結構、轉換控制系統等內容。

智能用電展示區展示主題：電動汽車充電設備展示、電動汽車換電系統展示、清潔能源家庭接入方式展示、用電信息采集系統展示、智能營業廳內容。

智能用電體驗區展示主題：真實體驗家居智能電體過程。

實訓培訓區主題：本培訓區接待培訓來賓（學員）對智能電網教學培訓，建立面向智能電網運營的職業技術和技能培訓軟硬件條件，為智能電網建設和發展提供人力資源保障；具備完善而靈活的網絡培訓組織模式。培訓模式可分為獨立培訓、分組培訓。

2.硬件架構

智能電網綜合展示系統的每一個模塊展示區采用基礎裝修、液晶電視設備展示、動態展板、數字沙盤、多媒體交互式展示、視頻與影片制作、數字沙盤、設備模型等手段進行安裝和展示，展示區之間根據需要可以進行互聯。硬件系統采用1臺數據庫服務器、若干臺液晶電視、落地觸控一體機等硬件設備進行連接。硬件系統架構示意圖如圖2所示。

三、軟件方案

1.軟件架構

軟件系統架構是由視頻展示系統、交互式培訓系統一體化設計構成智能電網綜合展示軟件系統。交互式仿真軟件支撐平臺解決了分布式仿真培訓系統互操作性、分布性、異構性、時空一致性和開放性問題，具有良好的規?？缮炜s性，能夠滿足各模塊區域的展示和仿真互動培訓的需要。軟件系統架構示意圖如圖3所示。

交互式可視化仿真支撐平臺由可視化視頻展示、組件化三維建模，數據庫管理、人機交互界面等子系統以及模型庫構成，為上層各應用提供公共的展示和培訓基礎服務。

同時軟件系統還具有培訓管理系統的功能，包括培訓業務管理、培訓過程管理、系統輔助管理。

2.軟件系統組成

軟件系統由計算機系統軟件、智能電網交互式培訓系統、培訓管理系統。

3.系統軟件

（1）操作系統：Windows 2003 Server簡體中文標準版及Windows XP簡體中文專業版。

（2）開發工具：Visual Studio 6.0 及Compaq Visual Fortran 6.1。

4.應用軟件

（1）智能電網交互式培訓系統。智能電網綜合培訓室軟件系統采用展示和培訓一體化設計，建立交互式動畫培訓支撐平臺。系統采用高層體系結構規范（IEEE1516標準）和IEC61970標準。結合智能電網培訓的特點形成視頻展示和軟件培訓平臺，包括展示支撐環境、培訓環境、數據庫管理及功能模塊，為智能電網綜合培訓室的培訓提供支撐。

互動化培訓系統是以Intranet網絡為硬件平臺；軟件支撐系統采用先進的基于三層結構客戶/服務器模型的開放式、交互式仿真培訓軟件開發平臺。系統不但實現視頻互動展示，還可以實現對培訓人員專業的全面培訓和管理。

1）智能電網視頻展示系統。系統采用多媒體技術、豐富多彩的二維、三維動畫及技術、配合文字及聲音制作視頻，內容包括智能電網展示、電網規劃展示、智能發電展示、智能輸電展示、智能變電站展示、智能配電展示、智能用電展示、智能調度展示、微電網展示。通過智能電網視頻展示系統對上述展示內容進行整體介紹，同時介紹各自在智能電網中的角色及所包含的內容和特點、功能、與傳統的區別、意義等，快速了解智能電網的內涵。

2）智能電網交互式動畫培訓系統。智能電網交互式動畫培訓系統主要包括交互式智能發電、交互式智能輸電、交互式智能變電、交互式智能配電、交互式微電網、交互式智能用電、交互式智能調度等動畫培訓系統。當參觀者（培訓人員）來到每個模塊中，首先通過動畫整體視頻展示每個模塊的總體情況、功能定位、與傳統的區別、在智能電網中所處的角色和意義；然后根據自己的認知程度可以通過觸摸一體機互動培訓系統進一步更深層、更詳細地了解本模塊內容。在觸摸一體機中，可以根據自己的認知程度和學習需要，通過鼠標點擊觸摸屏上不同按鈕的方式學習本環節的全部內容。

5.培訓管理系統軟件

培訓管理系統是一套提供培訓綜合管理的軟件系統，包括培訓業務管理、培訓過程管理、系統輔助管理三方面內容，可實現電力培訓全過程的數據配置、跟蹤監控、管理、統計以及培訓組織工作的信息化管理、培訓流程的規范化管理等功能，能夠有效地統一、協同仿真子系統的培訓方式，使培訓的整體管理方式更加清晰、有效，使培訓效率進一步得到提高。

四、系統功能

智能電網綜合展示系統由展示系統、交互式培訓系統、教員管理系統三部分組成。通過構建智能電網綜合培訓室整體架構平臺，實現展示參觀、展示體驗、互動培訓、智能電網運營的教學培訓、技能培訓等功能。

1.展示參觀/體驗

通過智能電網綜合展示系統的構建可以接待各行各業的領導、專家、其他培訓來賓（學員）參觀和體驗智能電網，理解國家電網智能電網的建設意義、當前態勢、我國智能電網的建設目標、戰略規劃和指導思想、智能電網主要特征、技術內涵等以及對社會、環境和民眾生活的影響。智能電網的主要建設內容應涵蓋智能發電、智能輸電、智能變電、智能配電、智能用電和智能調度等有機環節。

其目標是宣傳智能電網的建設目標、理念和路線，展示智能電網的基本知識、技術體系和應用功能，體驗智能電網對社會經濟、生態環境、民眾生活帶來的變革和影響，增強國家電網公司員工在智能電網建設中的責任感、使命感和緊迫感。

2.教學培訓

智能電網綜合展示系統可對培訓來賓（學員）進行智能電網教學培訓，建立面向智能電網運營的職業技術和技能培訓軟硬件條件，為智能電網建設和發展提供人力資源保障。

具備完善而靈活的網絡培訓組織模式，培訓模式可分為獨立培訓、分組培訓。并可由培訓機構根據培訓對象的要求進行適當調整管理。

可實現自我互動學習培訓、老師教學培訓、六大環節相關專業培訓、考核與鑒定功能，滿足不同層次人員的培訓的需求。

篇10

計算機應用技術是伴隨著計算機的產生和更新換代而發展的。第一代計算機產生之時，計算機體積龐大且功能簡單，主要用于科研人員的大型科學計算。以集成電路的應用為特征的第二代計算機的體積與性能相比于第一代都有所優化，一些類型的軟件開始出現。第三代計算機采用了大規模的集成電路，其運算速度和可靠性進一步提高，并伴隨著個人計算機的出現，走進了普通人的生活中。這時計算機應用軟件不斷發展，多媒體技術及網絡技術的成熟使得計算機迅速應用到了社會的各個領域，并影響到社會的方方面面，這也大大促進的計算應用技術的快速發展，加快了信息社會的發展。

二、計算機應用技術的研究方向及現狀

1.計算機圖形學計算機圖形學涉及造型技術、動畫描繪、人機交互、圖形生成等，并已在計算機輔助設計與繪圖、動畫設計、藝術設計、地理信息系統、計算機仿真等領域得到了廣泛的應用，圖形軟件正朝著高性能、開放式和高效率的方向發展。決定計算機圖形學發展的是造型技術、真實感圖形生成技術和人機交互技術三大技術，而現今迅速發展的虛擬現實技術也是上述三大技術綜合研究的成果。

2.計算機輔助技術計算機應用技術與其他領域技術的結合形成了面向特定領域的技術過程及軟件，如計算機輔助設計CAD、計算機輔助制造CAM等。該類型軟件已經在汽車、飛機等大型制造業中應用成熟，并推廣到機械、電子、服務、建筑等領域。由于該領域技術的迅猛發展，相關類型的軟件也不斷的涌現并完善進入實用化階段。

3.圖像及信息處理目前圖像處理已從專門技術轉變為一種普遍應用工具，并廣泛應用于圖像識別、傳輸、加工處理等，并向衛星遙感、生物醫學、軍事偵察、文檔修復等領域滲透發展；信息處理是以提高信息服務為目的的，信息系統的集成化、智能化及多媒體化使得計算機協同工作CSCW功能逐漸成為信息系統的基本功能。

4.計算機控制與仿真計算機控制與仿真主要用于監控和分析受控對象的各種狀態信息，增強系統的控制及分析效率。目前，計算機控制系統正在由單一系統及過程的局部控制向著大系統、大規模、多對象等的復雜控制，并結合其他相關技術以獲得更高層次的控制效果。計算機仿真技術已在工程系統和非工程系統的行為特征分析中廣泛應用，而隨著網絡計算技術的發展，高性能的分布式實時交互仿真系統成為主流。面向數據處理和數值計算的仿真軟件和具有仿真建模、試驗、結果分析于一體的智能化集成環境研究成為技術趨勢。

5.智能應用技術該技術主要以計算機技術展示人類智能行為并研究以知識為核心的各種應用技術，已在工業、金融、軍事、金融和科技等部門廣泛應用，取得了相當的效益。目前，此類技術正在向著人類自然、本真、智能接受和處理信息的方式發展。

三、計算機應用技術的發展趨勢

1.計算機性能的發展計算機應用技術是伴隨著計算機性能的發展而發展的，因為高性能計算機的出現將會為計算機應用技術提供施展空間，未來計算機性能向著微型化、網絡化、智能化和巨型化的方向發展。同時光計算機、量子計算機、化學計算機、生物計算機的研究與實現，將會為未來計算機具備強大的運算能力和極高的數據處理速度，體積減小的同時存儲能力大大提高，且具備更高的可靠性。這一切都講為計算機應用技術的發展提供廣闊的發展空間。

2.集成系統的發展目前，計算機的服務對象越來越廣，所要求的服務也越來越復雜多樣，對于計算機應用技術、各類軟件及應用系統在功能及處理速度等方面提出了更高的要求。因此要求各類專用軟件和環境以及介于兩者之間的接口不斷豐富和成熟以應對各種復雜的工作，并要求軟件能多廣度的處理問題，更多更廣的進行集成

3.智能化系統的發展隨著計算機技術在人類社會中的地位越來越重要，一些有關人的活動的模擬研究越來越多，因此要求計算機應用技術的智能化以縮短計算機處理與人之間的差距，并最終以自然、擬人化的方式同計算機交流、為人類服務。

四、結語