虚拟仿真范文第1篇
我院3D虚拟旅游实训室建成于2012.9月，总投资200多万，其中硬件配置180万左右，软件配置20万左右。实训室建筑面积230平方米左右，主要配置有一个21米长，156度环绕的投影屏，12台奥图码的高亮度专业投影机，1台惠普高性能专业图形工作站，1台创凯多通道图像数字融合机，1套雅马哈声道环绕立体音响，60台华硕工作主机等，以及一套自动教学录播系统和一套模拟导游实训系统。
利用虚拟现实技术和模拟导游实训系统，可以实现对导游教学环境的仿真模拟，教师和学生都可以身临其境，在景区任意漫游，完成授课、考核等教学环节，将教学与实训相结合，提高学生的实际操作能力，提高教学效率。
自动教学录播系统可以对教师上课操作实现即时在线直播录制重播，使所有学生都可看清教师授课场景，如有学生请假未到，下次上课可以观看重播。同时学生的演练都可以录制回放，便于自我纠正和提高。此外实训室支持多人同时语音交谈，可以作为多媒体语音教室，用于大型会议、讲座、培训等。
虚拟仿真范文第2篇
1 目前油田化学实验教学面临的主要问题
(1) 实验课时量严重不足, 无法保证理论知识有效巩固目前石油工程专业的《油田化学》课程的课时只有60学时, 其中油田化学实验课时只有8个学时, 学生可现实操作的只有8个, 其他2个综合性实验是有兴趣的学生自己预约实验, 在实验教师的指导下, 自己设计操作。而实际上目前涉及油田化学的实验有六大部分, 共计21个实验, 因此, 如何制定出最优的教学模式, 使学生对理论知识与操作技能掌握的更全面。
(2) 面临大量化学试剂的严重污染和安全问题油田化学实验所用的化学试剂, 涉及的特别是有机化合物或多或少都存在一定的毒性或者腐蚀性, 废弃化学药品, 不仅会腐蚀实验室的的水管线, 而且会造成严重的化学水污染。钻井液实验产生大量的废弃泥浆和水泥浆, 废弃物体系非常复杂, 体系中含有大量的有毒有害物质, 而且具有一定的粘度和固相物质。因此, 如何解决油田化学实验室化学试剂的污染问题, 同时又能获得最佳的实验教学效果。
(3) 实验教学成本逐渐加大油田化学实验所采用的实验材料和试剂成本较高, 特别是一些专有材料, 比较昂贵, 油田化学的实验材料费, 一般是学校财政拨款和实验室运行经费, 经费有限, 审批有一定的过程。办学成本成为一个不可避免的现实问题, 也是实验教学面临的一大难题, 化学实验需要实验设备和大量的实验试剂, 耗费相当大, 因此, 如何降低油田化学的实验成本, 减轻学校的经济负担也是一个值得思考的问题。
2 油田化学虚拟仿真实验体系建设
设想的实验体系为三个层次, 第一:设计典型虚拟仿真实验, 包括表面活性剂类型鉴别虚拟实验、聚丙烯酰胺的合成与水解虚拟实验、土酸酸液的配制虚拟实验、胍胶压裂液配制虚拟实验。第二:动画型虚拟仿真实验;主要包括化学驱油过程虚拟实验, 化学堵水剂过程虚拟实验等目前无法实现完全可操作的网络虚拟实验, 采用实验过程动画化, 这类实验采用两种方式来完成, 一种是先期教学过程中供学生演示的动态实验, 一种是拍摄每个实验操作的全过程, 供学生熟悉和掌握实验的整个流程。第三:集成第三方优势虚拟仿真实验, 针对油田化学领域, 目前本校无法做到完全虚拟实验, 比如钻井液完井液性能评价虚拟实验, 水泥浆性能评价虚拟实验, 污水絮凝剂评价实验等可以借鉴目前国内石油相关院校及其他院校的成熟实验资源。
3 油田化学虚拟仿真实验功能与特色
(1) 预习实验和复习实验的功能传统实验中学生在实验过程中, 跟着设定好的实验步骤做, 缺乏主观能动性, 课前应让学生做好充分的实验准备, 特别要做好实验前的预习, 从而提高实验的效果。但纯文字的预习理解加大了预习的难度, 如果预习能边看文字材料, 边在电脑上操作虚拟仿真实验, 甚至在关键步骤还能够通过互动亲手点击操作, 对于学生理解实验原理、明确实验目的、理清实验步骤、自然而然理解油田化学实验知识起到很好的作用[2]。
(2) 有利于培养学生的创新意识如果学生能通过油田化学的虚拟仿真平台进行实验操作, 选择感兴趣的实验内容, 学生的可操作性比较强, 实验安全系数也比较高, 实验系统具有很强的识别功能, 操作如果出现错误, 系统会提示错误, 只有修改正确后才会停止提示, 也不用担心设备损坏, 在这种环境下实验, 既能建立学生的创新空间, 也能培养学生的创新意识。
(3) 可进行危险性高, 成本高的实验油田化学中的部分危险性实验, 可以通过电脑虚拟环境直观展示实验过程, 利用计算机模拟出可展现宏观和微观的实验变化过程, 可把抽象的概念形象化透过现象看本质, 能直观、安全地进行平时实验室无法做的危险性、不可逆、微观的、抽象的实验操作。比如钻井液性能评价中需要测试钻井液在高温高压环境中的流变性, 在现实实验中高温和高压环境具有大的危险性, 如果把该实验集成在油田化学虚拟仿真平台上, 学生可以安全的, 甚至反复的操作该实验, 达到身临其境的模拟效果, 理解更加深刻。
(4) 虚拟实验设计应具有步骤模式和纠错功能实验可以设计成按照完成上一个步骤, 才可以点击下一个步骤的模式进行, 只有上一步操作正确, 才能进行下一步实验, 这不仅能让学生更加深刻的理解具体的实验步骤, 而且能使学生很快掌握正确的实验步骤[3]。另外虚拟实验中设计引入纠错功能, 若某个步骤操作失误, 系统就会提醒操作错误, 而且可以提示, 错误的操作步骤可能是什么原因造成的, 提醒学生进行正确的操作, 引入错误结果, 让学生真正了解实验的过程, 以及实验中需要注意的要点。
摘要：虚拟仿真实验具有可实现多次重复、安全环保、成本低廉、节约能源的特点。论文分析了油田化学虚拟实验室建设的必要性、构建了实验教学体系, 讨论了油田化学虚拟实验室建设的功能与特色。
关键词：油田化学,虚拟仿真,实验室建设,组织管理,建设设想
参考文献
[1] 李家明.仿真在化学实验教学中的应用探讨[J].钦州学院学报, 2011, (6) :65-68.
[2] 王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议实验室研究与探索, 2013, 32 (12) :5-8.
虚拟仿真范文第3篇
摘要：健康评估虚拟实验是护理专业实验教学新模式。为了与临床护理工作接轨，使护士生在面对临床工作时能尽快适应，我校以健康评估实验课中的三个模块作为试点，包括“健康史采集”、“护理体检”和“心电图描记”。模拟临床实践，提高护士生动手操作能力，培养高素质护理人才。
关键词：健康评估；虚拟实验；实践
健康评估是医学院校护理专业的主干课程，它是一门研究个体或家庭现存或潜在健康问题的基本理论、基本技能以及对临床思维能力培养的学科。它是学习临床专业课的基础，也是护士生能否适应今后临床工作的关键。课程分为理论和实验两部分教学，实验教学中以病人为对象，通过健康史采集、护理体检等方式得到病人的健康资料，才能为护理诊断和进一步的护理措施提供准确的依据，所以能否获取准确的健康资料是临床护理工作的关键。为了与临床护理工作接轨，使护士生在面对临床工作时能尽快适应，护理评估的实验教学就显得尤为重要。
虚拟现实技术是一种利用计算机软件创建和体验虚拟世界的仿真系统，它是由多元信息构成的三维动态影像和仿真行为的系统。虚拟实验是虚拟现实技术应用的载体，它把信息技术和虚拟现实技术相结合运用到实验操作中。据统计资料显示，从1993年，全球805个虚拟应用系统中有49个用于医学实践。2015年，為了加强课程实用性，我校临床教研室提出虚拟教学新方法，以健康评估实验课中的三个模块作为试点，包括“健康史采集”、“护理体检”和“心电图描记”。把传统实验内容与虚拟仿真技术进行融合，教学中摸索新思路、新经验、新成果。初期与医疗教学设备生产提供方联合，按照我们提出的设计思路对实验设备进行信息化、智能化改造，其后将其投入实验教学中应用。
一、三个模块的传统实验模式与虚拟实验的比较及创新
1.“健康史采集”实验模块。“健康史采集”实验中以护士生已经学习的健康史采集方法和内容的理论知识为基础。传统的实验教学采用分组练习，两人一组，一人扮演“护士”，另一人扮演“病人”，模拟临床健康史采集的护理工作。运用理论学习中交谈的方式、技巧，相互问答，得到“病人”的健康史资料，该方式简单易行，但实验预设性较强，内容单一。学生扮演的病人只能提供自己曾患疾病的资料，如感冒、肠炎等，病例内容有限，导致学生在采集病史中往往三言两语就结束了交谈，对学生交谈技巧和采集方法的提高效果不明显，实验教学结束后，无法达到预设的教学目标。虚拟实验突破了原有的实验方式，教学内容也更多样化、随机化，它将网络技术和3D仿真技术运用到试验中，设计不同年龄、不同性别、不同疾病根据真实的临床资料制作软件，制作同时还要考虑到不同人群的思维方式，比如年轻人思维敏捷，可以快速准确描述自己的健康问题，而老年人思维缓慢，对自己的身体健康不能准确描述，这些在软件设计时都要作为重要考虑的问题。做好的软件要预先导入电脑，并通过3D技术制作出虚拟病人影像呈现在电脑屏幕上，学生通过音频、视频方式与虚拟病人围绕其健康问题“对话”采集健康史，获得健康资料。这一技术的使用让学生更真实的接触到更多临床病例资料，充分锻炼其采集健康资料的临床实践能力。
2.“护理体检”实验模块。“护理体检”是一种利用自身感官如眼、耳、手、鼻或借助简单医疗器械对病人进行体格检查进而得到病人健康资料的临床实践方法。实验要求是掌握护理体检的基本方法及异常表现的临床意义。实验的方法包括视诊、触诊、叩诊和听诊，这些方法在临床工作中应用非常广泛，是护理工作的最基本实践技能。为此，护士生在校学习期间能否熟练掌握这五种方法的技能操作尤为重要。传统的实验按照理论知识的要求，学生间相互进行护理体格检查操作，虽有真实性，但因为是同学间互检，难免有羞怯和抗拒心理，不愿接受检查，所以本实验的实践操作可行性和完成率较低，并且体检中能够检查出的绝大多数为正常机体表现，基本看不到病理性变化，有局限性，使学生对机体病理表现认识不足。为此，我们也通过虚拟实验方法对该模块实验进行重新设计，应用了新影像教学和虚拟实验设备。影像教学是由教师按照实验要求进行操作而精心制作，操作步骤详实有序、制作严谨。虚拟实验设备主要由带传感器的仿真人体模型和带相应应用软件的电脑组成。模型人高度仿真人体的体表和内部脏器组织的解剖结构，依据受检部位分别以“菜单”的形式设置了视、触、叩、听等检查项目，并在每个项目下设置受检部位正常表现和临床病理表现的分项。实验中，学生先观看示教片再操作，操作只需按照菜单逐级选定检查项目，同时在模型人上实际操作即可。这种实验方式，一方面，学生不受条件影响随时可以进行练习；另一方面，学生通过对受检部位正常表现与病理表现反复的对比，加深对脏器和组织的认知和见解，很好地完成实验目的和要求。
3.“心电图描记”实验模块。“心电图描记”是通过导联把心电图机和体表连接，记录心脏的每一个心动周期产生的心电变化的曲线图形。实验目的是掌握心电图的描记方法、正常心电图和异常心电图的识别。传统的实验内容包括两部分，第一部分为心电图机使用的教学，先示范肢体导联和胸导联的连接方式和连接部位，再演示心电图机的使用，两名学生一组，互相操作。第二部分是使用已有的正常心电图和异常心电图示例板讲解。虚拟试验教学中，对部分实验细节做了改动。应用临床心电图机，提高教学效果，又使学生能够对今后的临床工作短时间适应。实验室原有的心电图示例板，曾是二十多年前我们的老师收集的真实心电图资料，亲手制作，资料珍贵，但随着科技发展，这种实验材料已不适合现在实验教学，所以我们将这些资料与近几年的补充资料做成电子资料放在师生网络平台，学生根据理论知识先了解真实的心电图，之后教师在实验课上对每个心电图中的波形、间期、时段等一一指导。在教学中学生如有疑问可及时通过师生互动平台提出疑问，教师适时解答，并同时又可向学生们抛出相关问题，学生互相讨论，得出结果，更好地达到教学实验要求。
二、虚拟实验对实践教学的影响
1.虚拟实验的仿真技术，调动学生的学习积极性。虚拟实验在教学中的应用有临床真实感，学生犹如置身病房，激发了学生的学习兴趣，增加学生与虚拟病人的互动，愿意动手操作，勤于思考，既熟练了临床实践操作技能，也让学生对疾病有了更直观和更准确的认识。
2.创新的考核系统，达到预期教学目标。传统的实验教学模式是学生操作、教师指导，但学生多教师少，教师不可能做到对学生的每一步操作做到指导，学生在操作时经常出现操作方法错误，学生自己又不能及时察觉，之后表现出错误操作反复几次后产生的固定思维，而这种错误的固定思维在今后的操作中很难改正。针对这种弊端，我们在虚拟实验设备的软件设计中，设置了正确与错误两种提示。当学生操作正确时，模型人会有机体正确反应；当学生操作有误时，模型人会出现错误显示。为了让学生更好地达到护理体检实验的目的，我们设计了虚拟实验教学系统的考核软件，依据实验要求设定，考核项目详细、标准严谨，学生操作时应用性高，能够高质量完成实验教学目标。
3.虚拟实验教学做到网络共享。学生通过网络可以做到对实验课的预习，还可将自己所做实验的过程与结果上传到网络与其他同学分享、讨论，调动学生的学习积极性，使被动学习转化为更加主动地学习；教师可以通过网络与同组教师或其他医学院校同科教师对实验教学中总结的经验和成果进行交流和探讨，进一步提高自身教学能力、丰富课堂教学内容。在虚拟实验中，学生还可将遇到的实验问题发送到师生的公共网络平台，共同讨论，增加学生与教师双向互动，也拉近了师生间的感情。
三、结论
通过虚拟实验在教学中的初步试用，我们认为这种新的实验模式在健康评估的实验教学中有很强的实用性和可操作性，不仅使护理专业学生掌握专业基本技能，培养学生严谨的科学态度、分析和解决问题的能力，更为培养高素质护理人才提供实验教学的新思路。
参考文献：
[1]李杏杏.虚拟实验室在病理学实验教学中的优势分析[J].卫生职业教育，2016，34（19）：114.
[2]尹萍.翻转课堂理念下的针灸推拿学教学探索[J].卫生职业教育，2016，34（22）：73-74.
虚拟仿真范文第4篇
1 协同式化工生产三维虚拟仿真系统的总体设计
针对在化工实训当中存在的问题以及现实的需要, 协同式化工生产三维虚拟仿真系统的总体设计可以从用户登录、角色选择、自由组建实训班组以及协同实训操作和交流等方面来进行设计。
1.1 用户登录与角色选择
协同式的实训系统主要是基于zlims L系统作为网络后台的, 在这一后台上, 可以实现用户登录、角色选择、实训操作以及数据上传等多种功能。在用户登录以后, 首先进行的便是角色的选择, 而这种操作主要包括, 内操工作以及巡检实际操作的外操工作两个部分。
1.2 自由组建实训班组
在网络虚拟平台当中, 可以显示有关实训的具体信息。一个实训班组当中, 可以自由的设定队长, 即主客户, 并进行新的实训空间的创建工作。而在下一个用户加入是, 该用户便可以申请加入, 或者是重新创建, 进而实现自由组建实训班组。
1.3 协同式实训操作与用户交流
在乙酸乙酯的具体实训过程当中, 外操工作人员可以通过鼠标等工具进行各项工作的交互, 并在DCS的软件界面当中及时的反应出来, 而内操工作人员则主要负责对具体参数的监督, 并控制泵电源的开关以及流量计等设备, 对外操员的工作进行辅助。此外, 在具体的实训过程当中, 两名工作人员可以对温度、压力以及用料等进行调节, 并可以将动画、现象等进行共享, 实现彼此的协同。值得注意的是, 在协同操作的过程当中, 用户之间彼此的交流是非常重要的。因此, 在具体的实训系统当中设置了信息交流平台, 这样一来, 用户之间就可以完成操作当中出现的问题以及实训心得的交流和沟通了。
2 协同式化工生产三维虚拟仿真系统的通信方式以及网络功能的设计
2.1 通信方式
在协同式化工生产三维虚拟仿真系统当中, 用户可以自由的选择加入“会议模式”, 或者自己创建一个“会议模式”, 这样, 在加入之后便可以形成协同式的操作模式, 实训之间不仅可以进行彼此之间信息的共享, 还可以进行有关的交流互动, 从而实现多用户的连接。需要指出的是, 在虚拟仿真系统当中, 存在着两种主要的通讯方式:一种是消息机制。所谓的消息机制指的就是角色与本机控制的一一对应, 在这种状态之下, 本机的控制者不仅可以将位置、动画以及颜色等信息发至其的客户端之上, 而且还可以对与其对应的客户端进行控制。
另一种通信方式则包括使用传递与接收消息两个具体的模块, 大体而言就是用户之间进行消息传递的一种方式, 主要包括, 聊天内容以及具体的数据等等。但是需要指出的是, 这种通信方式在消息传递时, 可能会出现延迟或者是卡顿的情况。
2.2 网络功能设计
在虚拟仿真系统当中, 主要采用的是Virtools Server来实现多人联机的。这种多人联机的服务器主要包括两种:一种是局域网的服务器, 另一种是独立的网络服务器。其中, 点对点的局域网服务器, 可以说是独立网络服务器的简化版。而独立网络服务器则主要包括四个模块, 其中最为重要的是Multi-user module模块, 而这个模块也是化工实训过程当中, 用户进行协同交流的主要组成部分。
2.3 基于现实的三维虚拟仿真系统协同功能的实现
2.3.1 用户登录、角色选择以及自由组建实训班组的实现
在电脑当中安装Virtools Server系统之后, 用户可以进行如下操作, 首先进行初次使用的注册以及外操工作或是内操工作的选择, 在进行角色选择之后, 便可以连接系统, 并选择创建或者加入“会议模式 (Session) ”, 之后再进行角色形象的创建并进行具体的绑定。这样, 在另一台电脑上安装虚拟系统之后, 该用户信息也是随之显示出来, 并实现实时的同步。以此类推, 进行同样的步骤之后, 双人以及多人的联机便初步实现了。
2.3.2 化工实训操作协同的实现
在整个协同操作系统当中, 首先要注意两点, 一是从协同的系统来讲, 必须要保证各个用户及时、同步的进行互动;二是从操作软件来看, 整个操作的流程必须要符合生产的规范以及实际的生产要求。总体而言, 在化工实训操作协同当中, 可以分为以下两个部分:
(1) 阀门操作协同的实现。在阀门操作协同当中, 主要可以采取同步Array的方法, 通过该方法进行阀门名称、开度等参数的控制, 进而达到同步的目的。
(2) 进料操作协同的实现。在这一操作过程当中, 需要内操员与外操员进行有效的协同。其主要过程是, 内操员进行具体的操作, 而外操员则进行监督, 并及时的汇报监测情况, 以实现进料工作的协同。
3 结语
协同式化工生产三维虚拟仿真系统, 对于整个化工行业, 特别是化工实训具有显著的提升作用。但是, 在整个系统的设计与操作方面还存在着许多问题, 有待进行更加深入的研究。
摘要：随着科学技术的不断发展, 虚拟现实技术也开始作为一种新兴的现代技术走进了人们的视野, 并在教育、虚拟实验室以及化工等多个领域得到了快速的应用和发展。长期以来, 在化工实训领域的结构模式一直都相对比较单一, 本文拟在Virtools的基础上, 对协同式化工生产三维虚拟仿真系统进行具体的分析。
关键词：协同式化工生产,三维虚拟仿真系统,乙酸乙酯
参考文献
[1] 方利伟, 基于virtools的网上协同虚拟实验系统研究[J].中国电力教育, 2011 (14) .
虚拟仿真范文第5篇
高等职业技术教育作为现代高等教育的一个类型, 其根本任务是为国家经济建设培养具有较强动手能力和职业能力的高素质技能型专门人才, 最明显的特点是重视实践教学, 突出能力培养。而实训实作基地建设是实现高职教育人才培养目标的重要保障。因此, 各高职院校无不把实训实作基地的建设看着是办学的头等大事。
近年来, 随着计算机技术的飞速发展, 以计算机仿真、多媒体和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实训室”开始出现, 并逐步渗透到职业教育的实践教学领域。作为一种新型的实验教学手段, 虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击, 并引发了教学领域一系列深刻的变化。与传统实训教学方式相比, 虚拟实训可以弥补实验设备、师资等教学条件的不足;无需耗材, 可大大降低实训成本;虚拟实训安全可靠, 能避免学生操作中发生意外事故;虚拟实训还可以促进教学观念的改进, 让学生由被动学习变为主动学习。可以预见, 虚拟仿真教学作为传统实践教学的有效补充, 将是今后实践教学改革的一个重要发展方向, 对提高实践教学的质量和效率, 有效地对学生进行技能培训有着十分重要的意义。
2“虚拟仿真实训室”应具备的功能
目前, 国内开发虚拟仿真实训系统的队伍十分庞大。在最近一两年时间里, 曾有多家开发虚拟实训软件的公司来学校推销他们的产品。但通过听取介绍和试用, 我们感觉他们产品的仿真效果都不理想。存在的主要问题是, 学生在虚拟实训室里进行操作, 得不到与在与在现实环境里相似感受, 操作的灵动性和交互性较差。比如, 在虚拟装配实训中, 工具不是像在真实的实训室里那样从工具箱里选取, 而是从天而降;在拆装过程中, 不能考虑各零部件之间的相对位置以及遮挡关系, 以恰当的顺序和手法把零件从总成上取下, 参与者只是按照预定程序操作并得到最终结果。这样, 虚拟实训只能起到认识性学习的目的, 不能够根据参与者的操作而进行动态的改变。随着计算机软硬件的飞速发展, 实现3D图形引擎渲染的场景和物体越来越真实, 人们已经不再满足于三维模型的视觉效果, 越来越多的人希望得到一种能够自主操作的虚拟仿真环境。以汽车装配实训为例, 笔者认为, 一个理想的虚拟仿真实训系统至少应具备以下功能。
(1) 模拟真实的拆装实训车间场景, 采用三维空间虚拟现实技术, 包含举升机、车辆、工具车、零件车及其它检测设备。可实现场景内360度旋转, 可通过鼠标与场景进行交互操作, 对总成拆装台架可以进行360度沿轴线方向任意翻转。
(2) 提供常用工具栏和工具车功能, 用户可以根据需要来定制常用工具栏中的工具。工具车中的工具包含各种型号的套筒、扳手、扭力扳手、专用钳子、专用工具等, 在工具车中可以进行工具的组合和拆卸。并提供扭力扳手调整功能, 可以设置扭力扳手的扭矩。
(3) 能够全面清晰地展示三维汽车结构、系统和部件的工作原理, 为汽车构造与维修课程的理论教学服务, 让抽象的事物变得具体, 便于学生易于接受。
(4) 提供规范的拆装工艺操作, 包含螺栓拆装顺序、螺栓安装扭矩、零部件润滑等。可具有放大、缩小和任意角度旋转的功能。鼠标移动到零部件上时提示零部件基本信息, 包括零部件名称、规格等信息。
(5) 根据产品设计的形状特性、精度特性, 真实地模拟产品三维装配过程, 并允许用户以交互方式控制产品的三维虚拟现实装配过程, 以检验产品的可装配性, 同时也是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程, 是有效分析产品设计合理性的一种手段。包括装配工艺规划、装配可视化和仿真校验, 确定产品装配过程中最优的装配、拆卸和重组顺序, 校验和修改装配流程, 进行装配可行性、可制造性、可维护性分析。
(6) 具有对拆卸后的零部件进行测量功能, 测量项目包含尺寸、间隙、形位偏差以及零件的磨损等。
(7) 通过采用计算机仿真和虚拟现实技术在计算机上真实展现装备的维修过程, 增强装备寿命周期各阶段关于维修的各种决策能力, 包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等。
(8) 具有对实训过程中操作记录的功能, 包含违规操作的记录、工具使用是否正确的记录、拆装顺序是否正确的记录和工艺处理记录。实训过程中可以随时对操作记录进行查看。
3 虚拟实训平台的设计实现
虚拟仿真实训系统技术实质上在于提供一种高级的人机接口, 具备交互性、想象、沉浸性三方面特征。虚拟仿真系统能够为教学提供全新的、传统教学无法提供的实训学习环境。整个虚拟实训平台基本设计实现分为以下几个部分:
(1) 硬件设施
为了使虚拟实训平台实现如前所述的功能, 在硬件方面, 除了需要一个或多个普通机房, 一台网络服务器之外, 还需要相应的输入、输出设备。输入设备包括设备控制台、定制化模拟机、数据手套、位置跟踪器、力反馈器、微软kinect。输出设备又分非立体高清显示和立体沉浸显示两类, 其中非立体高清显示包括大屏幕、触摸屏、多通道非立体环幕等设备, 立体沉浸显示包括主动立体显示器、多通道立体环幕、数据头盔等。
(2) 主要零部件三维建模
在虚拟仿真实训平台的建设中, 三维建模是一项重要工作。目前使用的建模软件主要有各种机械CAD、UG (NX) 、Pro/e、Catia和Solidworks等。经过对各种主流建模软件的对比分析可以发现, Solidworks软件易学易用, 建模速度快, 比较适合团队开发。有其他建模软件基础的人只需一到两个小时技能熟练掌握Solidworks的建模操作。因此, 在进行虚拟实训零件建模过程中, 大都选择Solidworks作为主要开发工具。同时该软件支持Catia和Pro/e等软件格式的导入, 也可以采用stl或igs作为中间格式进行转换。Solidworks软件除了具备简单易学的特点外, 其渲染功能也很强大, 通过软件中的photo View360只需4步就能获得照片级别的渲染效果。
(3) 虚拟现实环境编辑
在完成了零部件的三维建模和装配后, 需要将模型导入到3D MAX软件中进行渲染、烘焙, 需要产生动态效果的还需要在3D MAX中设置动画。具体操作分三个步骤进行:a.模型导出及模型优化;b.模型材质编辑及烘焙处理;c.虚拟现实场景编辑及动画制作。
(4) 物理引擎
物理引擎和图形引擎是两种截然不同的引擎, 现在人们已经不再满足于观看虚拟现实作品, 更多的是希望能与虚拟环境交互, 如果没有物理引擎, 只依靠图形引擎来创建虚拟环境, 所生成的虚拟现实模型 (VR) 只是一些涂色的面片而已, 模型在虚拟世界中只有外表, 没有实体, 物体之间彼此不能相互作用, 用户对与虚拟模型间的交互也只能由设计者事先编写好, 这样的虚拟环境是死板的, 无法实现逼真的动作交互。而采用物理引擎后, VR中的虚拟物体就有了实体, 一个物体可以具备质量、速度等物理属性, 物体与物体之间可以产生运动交互并具备了动力学特性。物理引擎能够再现真实的物体运动过程, 因此在虚拟实训平台设计中, 对物理引擎的学习和研究就十分必要。当前很多物理引擎已经从虚拟现实技术中独立分支出来, 目前常用的专业物理引擎有Phys X, ODE, Havok, Vortex, Newton, Bullet Box2D等。
(5) 虚拟实训中学生角色设置
在虚拟实训系统中, 可以模拟网络游戏创立虚拟的学生角色, 或者创立多人同时在线的虚拟实训环境。要想达到这一效果, 可以借助中视典VRP (虚拟现实平台) 系统所提供的骨骼动画功能, 在骨骼动画功能中, 系统提供了100多个不同的3D任务角色。虚拟现实编辑器的角色库还为人物提供了虚拟场景中的各种动作如站立、行走、跳跃等。借助角色动画这种虚拟现实功能, 我们可以使用3DMax建立一个虚拟实训车间, 学生进入虚拟实训环境中可以自行选择自己喜欢的虚拟角色, 像网络游戏一样在虚拟车间中行走, 从不同方位和角度观察虚拟实训设备。还可以自己选择是否启动物理引擎来进行虚拟实验。当不开启物理引擎时学生能够观察虚拟设备的三维构造及装配关系, 当启动引擎后, 学生可以通过拖动鼠标来移动零件, 对设备进行拆装或让设备模拟运动。
(6) 虚拟现实与网络平台整合
在VRP编辑器中完成虚拟实训场景编辑和动画设计后, 可以使用两种方式发布虚拟实训场景, 一种方法是将虚拟实训场景编译成EXE格式的可执行文件, 另一种发布方式是将虚拟场景发布成网页, 将虚拟场景以数据包的形式存放在网页文件夹中, 因数据包仅存储虚拟场景而不包括播放器, 文件的体积较小, 适合网络传输。最新版的VRP使用了与Flash类似的流媒体播放技术, 用户在浏览器中可以边下载数据边播放, 减少了用户下载等待时间。在虚拟实训与网络平台整合时, 以上两种发布方式都可以使用。
将虚拟实训场景发布为EXE文件格式时, 虚拟实训只能以教学资源的形式嵌入到教学网站中, 这种方案适合制作一些理论性较强的课件, 放在教学网站上供学生下载, 以便后续学习中多次使用。将虚拟实训场景发布为网页形式, 则可以把虚拟实训以教学活动的形式整合到教学网站中, 借助Moodle平台教学活动的各种交互功能, 教师能实现对虚拟实训教学活动进行监控和管理。考虑到安全性, Moodle平台将上传的文件存储于web根目录之外, 使用这种方式将发布好的网页文件上传后, 用户无法访问网页, 因此需要单独为服务器部署FTP功能, 将发布好的网页文件使用FTP方式上传到服务器目录中, 在教学活动中通过链接的形式与虚拟实训场景相关联。
4 结束语
虚拟仿真实训作为实践教学环节中的一种辅助手段, 尽管不能完全取代真实环境下的实作训练, 但毫无疑问的是, 虚拟仿真实训凭借其自身独特的优势, 在职业学校对学生进行职业技能和素质的培养过程中, 必将发挥越来越重要的作用。评价一个仿真实训系统的优劣, 关键在于它所描绘的场景及其功能与真实场景下的相似程度, 而这一切又主要取决于仿真模型的建立。随着三维建模技术、动作交互技术等虚拟仿真技术的发展, 为学习者提供直观、交互、自主学习的虚拟仿真系统也将不断推陈出新, 必将成为现代教学中的重要技术手段, 从而改善教学环境, 提高教学效率, 节约教学成本。
摘要：本文首先从用户的角度对“虚拟仿真实训室”应该具有的功能提出要求, 然后围绕实现这些功能构建“虚拟仿真实训室”的框架, 并分析在创建“虚拟仿真实训室”过程中需要用到的关键技术, 旨在为下一步学校实际开发汽车仿真实训基地理清思路, 奠定基础。
关键词：虚拟仿真,三维建模,物理引擎
参考文献
[1] 周志国, 等.虚拟现实技术在汽车拆装实训中的应用研究[J].农业装备与车辆工程, 2011 (10) :48-50.
[2] 王海, 等.虚拟仿真技术在职业教育实践性教学环节中的应用[J].中国职业技术教育, 2011 (14) :48-51.
[3] 康文利, 等.虚拟装配快速碰撞干涉检验算法的研究[J].机械工程与自动化, 2010 (4) :53-58.