虚拟仪器技术论文范文第1篇
摘 要：现随着社会科学技术的进步，社会经济水平的发展，高科技产品的不断出现，一种符合大众需求的现代化测控技术随之产生，这是一种以电子信息的检测、控制为基础，构建在计算机信息资源上的高新技术。其应用领域包括计算机、电子信息、网络监控等，对于国家各方面产业的发展都起着重大作用。由于国家大力开展对现代高科技的使用，对现代测控技术的推广也有着良好的促进作用，人们会慢慢认识到现代测控技术对人类生活各方面的影响及作用。
关键词：测控技术；发展；现状
一、现代测控技术的特点
现代测控技术的特点可以概括为：智能化、数字化、网络化。
（一）智能化现代测控系统中应用的仪器仪表都是智能化的仪器，以微处理器为基础，具有方便使用、灵巧、多功能等特点。随着微电子技术的发展和更多的人工智能的不断引入，智能化仪器的计算能力和计算方法将得到大大增强。
（二）数字化数字化在测控领域中的应用主要体现在：控制器到远程终端设备的数字化控制，传感器的数字化控制，通信、信号处理等过程的数字化控制等。
（三）网络化传感器技术、测控技术、计算机技术与网络技术的结合，使分布式、网络化的测控系统的组建变得十分便捷。随着计算机网络技术的迅猛发展及其他相关技术的不断完善，使得计算机网络的规模更加庞大，其在航空航天、气象、通信和国防等领域的应用也更为广泛。
二、现代测控技术的广泛应用
正如计算机信息科技步入各行各业、千家万户一样，现代测控技术也已经在国民经济各部门得到了广泛应用。自进入二十一世纪以来，现代测控技术已经在新型传感器、航空航天以及农业发展等领域取得不菲成绩。
（一）新型传感器的大规模利用
新型传感器作为现代测控技术的主要产物，在传统的物理、化学因素基础上，高度融合了计算机技术和智能网络技术，其监测范围已经波及到社会生产、生活的诸多方面。例如，CCD图像传感器可以监测火车轴承滚子的表面缺陷，磁性传感器能够测控转速、风速、流量等因子，集成传感器则可以用于温度、压力及视觉测量等方面。现代测控技术造就了各类新型传感器，为国家经济发展、国防建设、城市管理等提供了优秀技术支持。
（二） 航天航空事业的飞速发展
众所周知，近年来中国在航空航天方面取得了显著成就，这离不开现代测控技术的鼎力支持。现代测控技术能够实时监测航空器的外部运行轨道数据、航天器内部工作数据以及宇航员的生理状态数据，并且将高效数据整合分析结果传输给宇航控制中心，为控制中心调整飞行策略、改进设计提供可靠数据理论保障。
（三）大规模机械农业的快速崛起
从世界范围内来看，农业生产正在向大规模、集成化、现代化发展模式迈进，大规模的机械化农业生产已经逐步推广开来。现代测控技术在农业发展中得到了广泛利用。例如，在粮食仓储空间内安装温度湿度测控装备，一旦监测数据超过预期规定就触发报警装置，报警装置连结自动化除湿保温装置，及时化解粮食仓储的自然风险。同时，测控技术能够随时收集有利用价值的生产数据，真正实现农业生产的数据化管理。
三、测控技术的未来发展趋向
目前，计算机科技已经成为测控技术的中流砥柱，而网络技术也将逐步介入到测控技术的发展核心。同时，伴随人工智能技术的引进，现代测控技术在追求测控仪表智能化的基础上，还要探寻更为广阔的完善平台。简而言之，现代测控技术的未来发展应当向开放化、标准化、网络化趋向迈进。
（一）以开放化发展为前提
现代测控技术的未来发展，首先需要以高度开放为前提。测控技术是一门实用性极强的科技，在工业、农业乃至第三产业的发展中都有所应用，其未来发展也必然会面临更加开放的前景。一方面，科学技术成果的开放性利用，是现代测控技术发展的重要举措。开放化的科学技术吸收可以为测控技术发展提供源源不断的内在动力；另一方面，测控技术应用渠道的开放，将极大提升其应用程度和水平。
（二）以标准化发展为契机
随着经济全球化的发展，测控技术作为工业工程的显著要素，逐渐走入国际技术大融合的轨道。但目前，各国测控技术发展水平参差不齐，所采用的数字化测控标准也不一而足。因此，现代测控技术需要制定完善的标准体系，采取标准化发展模式。这样才能使测控技术充分汲取世界范围内的优良成果，以完善自身缺陷。
（三）以網络化发展为平台
网络技术的迅猛发展，为诸多科学技术提供了全新发展平台，测控技术也不例外。网络滋生了大规模数据资源，形成了庞大的网络信息系统。现代测控技术的发展，需要有强大的数据资源库作为测试支撑。因此，网络化发展能够为测控技术更新升级提供实质性的资源帮助。同时，测控技术的网络化发展，能够拓宽测控应用范围，简化测控应用流程。因此，不久的将来，测控技术必将以网络化发展为平台，进入智能测控的新天地。
四、结束语
随着计算机技术的发展，各领域逐渐开始采用以信息的获取与应用为中心的方式，以实现工业生产、仪器仪表的自动化控制。同时，数据处理技术、信号传感技术、计算机控制技术等先进技术也在飞速发展，促使现代测控技术发生深刻的变化。现代测控技术的未来发展将朝着智能化、系统化、标准化及系统功能的综合性等趋向，并更加的开放化、标准化，为促进技术水平的提高做出巨大的贡献。
参考文献：
[1]吕辉.现代测控技术[J].安电子科技大学出版社，2010.
[2]徐晓峰.基于LabVIEW的现代测控技术实验室的建设[J].仪器仪表用户，2011.
[3]黄瑞，曹浩.基于虚拟仪器技术的网络化车辆测控系统研究[J].中国现代教育装备，2012.
虚拟仪器技术论文范文第2篇
虚拟仪器技术是以硬件为基础, 以软件核心, 利用模块化设计, 依托灵活高效的软件帮助用户实现所需要的功能。标准的软硬件平台能够满足对同步和定时应用的需求, 通过软件, 集成化的软硬件平台以及模块化I/O, 能够充分发挥虚拟仪器技术性能高, 集成高, 扩展性强, 开发时间少等优势。虚拟仪器技术最常用的语言是Labview图形化编程语言, 该软件是用于工程和科学应用的图形化开发平台, 包括设计, 控制和测试等, 作为一种图形化开发语言, 能够帮助用户创建自定义的用户界面, 实现用户所需要的功能。基于labview平台, 本文将虚拟仪器技术应用于工程数学的相关内容包括行列式, 矩阵和线性方程组的研究上, 可以极大的提高计算效率。
二、labview在工程数学中应用
(一) 行列式求解
行列式是工程数学中非常重要的内容, 主要是为了线性方程组的求解引入了相关概念, 在工程领域有较多的应用。行列式的求解方法最常用的有对角线法和余子式法, 以及通过行列式性质的应用将一般行列式转换成三角行列式, 以方便求解。对角线法只适用于二阶和三阶的行列式, 对于更高阶的行列式一般通过余子式法或者应用行列式性质相结合的方法来进行求解。在对N阶行列式
进行计算的过程中, 计算过程相对比较繁杂, 需要较大计算量, 而labview集成了行列式的相关函数, 用户可以通过图形化编程简化这一过程, 减少计算量。
(二) 矩阵
矩阵和行列式引入一样, 是为了研究线性方程组的问题, 只不过行列式是从特殊的线性方程组引出, 即未知量个数与方程个数相同, 而且只有唯一解, 而矩阵则是从一般的线性方程组引出来的, 所以矩阵的应用更为广泛。同时矩阵除了用于数学领域, 同样适用于其他领域, 包括经济生产生活, 生物领域, 人文, 密码学等, 应用十分广泛。基于labview平台, 可以通过图形化编程实现对矩阵的相关运算, 包括矩阵的乘法, 矩阵的秩, 逆矩阵求解以及通过矩阵解线性方程组等功能。
(三) 线性方程组求解
线性方程组的求解是工程数学的重要内容之一, 行列式和矩阵都是线性方程组求解的工具。线性方程组可以通过消元法, 克莱姆法则或者矩阵等进行求解。克莱姆法则只适用于未知量个数和方程个数相等的情况下的线性方程组求解。通过应用labview平台线性方程组的函数进行图形化编程, 可以快速得到计算结果, 并应用于相关领域。
三、labview界面设计和结果
Labview界面设计主要是前面板的设计, 功能的实现主要通过程序框图的程序编写。前面板的设计遵循用户的使用习惯, 根据用户需求可以进行个性化设计。基于labview平台的强大数据处理功能, 设计一个工程数学的实例进行相关应用的演示, 包括行列式的计算, 矩阵的逆矩阵的运算以及线性方程组的求解。
实例:AX=b, A是方阵, 求X, 并计算A的行列式值, 如果A可逆, 求A的逆矩阵。已知
四、结论
工程数学作为一门基础课程, 具有抽象性, 逻辑性以及公式多, 计算繁杂等特点, 对于理工科学生来说, 它的理论和方法可以为后续专业课程的学习奠定基础。工程数学在工程技术中的应用非常广泛, 其实质是真实世界到数据世界的映射, 是通过数据来解决现实生活问题的工具。为了更好得使用这个工具, 基于labview平台, 依托其强大的数据处理能力, 将labview用于工程数学的相关内容, 可以极大减少工作量, 可操作性极高。而且可以根据用户的需求, 进行实时功能扩展, 使用非常方便, 能较好的满足各场景工作需求。
摘要：工程数学是大学理工科学生的重要的基础课之一, 为后续专业课程学习奠定必要的数学基础。工程数学内容抽象, 公式繁多, 本文介绍了在虚拟仪器平台的基础上, 将虚拟仪器技术应用在工程数学相关内容研究中, 基于图形化语言labview强大的数据处理能力, 将理论与实践相结合, 极大提高了计算效率。
关键词：工程数学,虚拟仪器,labview
参考文献
[1] 王凌云, 李山.高等数学[M].南京:河海大学出版社, 2012.
[2] 杨乐平.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2001.
虚拟仪器技术论文范文第3篇
1 虚拟仪器开发环境
Multisim9.0是一个国际流行的电路设计与仿真的EDA工具软件, 功能强大, 仿真界面直观, 具有和实验室一致的可视化界面。提供了标准的电子元件库、RF库、品种齐全的仿真虚拟仪器和能先进适用的的分析方法。它独特的电路工作区好像是一块“实验板”, 在上面可搭接各种电路进行模拟仿真实验。
美国NI公司的LabVIEW是世界工程界著名的虚拟仪器开发环境, 我们所采用的LabVIEW8.2是一种基于图形编程语言的功能强大的开发平台, 它采用流程图作为一个编程问题的图形化解决方案, 流程图也是虚拟仪器的源代码。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板, 软件在屏幕上生成各种仪器面板, 完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。采用LabVIEW设计开发出的虚拟仪器, 可以具有强大的数据运算和处理功能, 而且仪器界面也可以做得非常逼真和美观。虚拟仪器能够进行实时的分析处理、并生动直观地显示出数据、波形、图像和分析处理的结果, 如学生对结果不满意, 可以修改电路或调整电路参数, 很快地能得到新的结果。
2 虚拟电子实验的实现
虚拟电子实验室的主体实际上是一批运用软件开发的项目应用程序的集合程序包。首先运用仿真软件和图形化编程平台编写好实验电路应用程序, 设置好参数。然后, 根据实验要求调出进行设置布局, 然后启动运行, 调试程序得出数据结果或显示波形。下面以两级放大电路和积分运算电路实验为例, 说明在虚拟电子实验室中作实验的过程和特点。
2.1 用仿真平台Multisim9.0做电路实验
选择Multisim9.0软件中的元件库, 如集成电路、电阻、三极管等, 对电路进行设计和构建。例如, 我们要做大家熟悉的典型两级共射放大电路的仿真实验, 即电阻分压式工作点稳定两级放大器实验 (图略) 。首先, 在软件的电路工作区照图搭接好电路, 在电路的输入端加上虚拟仪器中的正弦信号发生器, 输出端加上双踪示波器。
该电路的仿真试验主要研究: (1) 两级放大器静态工作点的分析。 (2) 研究两级放大器电压放大倍数的数值估算, 相位关系。 (3) 分析静态工作点位置对放大器性能指标的影响, 观察输出电压波形的变化。执行仿真命令, 执行菜单命令dc oprating point, 软件会计算并显示出两级放大电路的各点静态电压电流数值。然后对电路进行动态分析, 在双踪示波器上将显示输入波形和输出波形两条曲线。在示波器上, 纵坐标Y显示是电路的电压幅度。设置好双通道示波器时基和通道设置, 对电路放大倍数进行测试, 使输入和输出波能清楚地显示出来, 再用鼠标拖动游标1到所显示输入波形的波峰, 可以读得输入信号的波峰峰值约为VImV。然后拖动游标2至输出波形的波峰, 这样测出输出信号的波峰峰值约为VOV, 依照定义, 放大电路的放大倍数Au=VO/VI倍, 电路的电压增益Ku=20logAu。可以在示波器中的两条波形中读出输入输出电压的相位差, 两级接近为360度。总结数据, 实验过程及得到的实验结果, 与硬件设备环境下基本一致。
2.2 用LabVIEW图形化编程平台开发应用程序作电路实验
运用LabVIEW图形化编程平台可以开发出各种电子虚拟仪器及实验电路, LabVIEW的构图效果、信号分析和运算能力, 尤其图形分析和显示能力十分强大, 将开发的应用程序添加到虚拟电子实验室中, 可完全满足电子电工课程实验的要求 (见图1) 。
以运放积分电路为例, 实验原理电路和界面 (如图1) , 这里使用LabVIEW图形化编程平台构建运放积分电路。既有电压计, 又有显示屏, 模拟真实环境形象直观。实验中, 可以人机对话动态地改变R1、Cf阻值, 反映电路输出与输入电压关系的数据和曲线随之在一个显示屏上直观地显示出来, 验证了公式:VO=即输出电压与输入电压对时间的积分成正比。图中输入为负向阶跃电压时, 积分运算电路的输出正向电压波形。一段时间后, VO升至饱和区。可以动态地改变Vin、R1、Cf的值, 输出电压VO也随之动态地改变, 虚拟实验结果和硬件环境基本一致, 使用LabVIEW做仿真实验的交互性更好, 环境逼真, 显示功能也更强。
3 结语
借助虚拟仪器平台和Multisim软件完成《电子技术》课程中的相关实验, 建立虚拟实验室, 具有效率高、实验内容丰富、硬件费用低、使用灵活方便、集成性强等明显优势。电、声、光、动画各种手段相结合, 内容逼真丰富、生动直观、容易理解, 为探索实验改革, 提高实验教学质量起到了重要的作用。
摘要：随着现代电子技术的飞速发展以及教学内容的不断更新, 传统实验仪器和实验模式逐渐暴露出一些不足。运用虚拟仪器技术建立起虚拟电子实验室, 在电脑上安装虚拟电子实验应用软件并在其中做各种电路实验, 可以显著改进电子课程实验教学的教学质量。
虚拟仪器技术论文范文第4篇
关键词：虚拟仿真学科建设实验室管理
1虚拟仿真技术及其发展
虚拟仿真也称虚拟现实(VirtualReality，VR)，是在传统的仿真技术的基础上，利用3D技术、传感技术、人工智能等实现对现实的高度模拟，使用户产生“现场感”。虚拟仿真技术可以追溯到20世纪50年代，主要用于军事、航天、电力等领域，80年代以后，随着微型计算机的性能不断提升，仿真技术开始广泛应用于民用领域，如城市规划、節能环保、企业管理、经济分析等。2000年以后，随着高校教学改革的不断推进，仿真技术逐步进入高校的教学中。
从广义上来说，虚拟仿真技术不仅包含了计算机仿真技术、多媒体技术、传感技术、人工智能、软件工程等计算机技术，甚至还涉及到了心理学、社会工程学相关领域，使用户能在虚拟仿真系统中产生“沉浸感”。
2高校的虚拟仿真技术应用
高等院校早期将虚拟仿真技术应用在教学中主要是采用传统的模拟仿真方式。使用模拟仿真软件(EDA)将设计方案在计算机中进行仿真模拟，实现对产品性能、设计流程的模拟控制，从而使设计方案在实施前达到最优。例如网络设计中的tracertpacket，该软件使用图形界面对网络规划方案进行设计，并使用CLI界面对网络设备进行程序控制，不仅能模拟整个网络的运行过程，还能对网络中数据流和数据处理过程进行跟踪。再如电子电路模拟仿真软件Proteus，可以很方便地将电路设计、PCB设计和虚拟模型设计融合在一起，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，在计算机内部就可模拟出十分完备的产品模型。这些模拟仿真软件都具有功能强大且价格低廉的特点，因此在高校教学中使用十分普遍。
随着3D技术、传感技术及人工智能等技术的不断发展，虚拟仿真技术逐步发展成为一种可模拟真实世界视觉、听觉、触觉的虚拟空间仿真，也称为虚拟现实技术。因此，虚拟现实技术是传统的虚拟仿真技术与现代IT技术的深度融合。虚拟现实技术出现后，在军事、城市建设、产品设计、旅游娱乐等领域迅速得到应用，例如曼恒公司的飞行模拟系统，该系统对飞机驾驶舱各个部分进行了充分的模拟，并利用三维视觉仿真技术生成一个逼真的、精准的虚拟环境，可以全方位、多角度地模拟真实飞行中的各种状况。虚拟现实技术在教育领域也同样有着十分广泛的应用，越来越多的教学与科研都将借助于该技术，如上海交通大学口腔医学虚拟实训系统、武汉大学公共安全可视化系统等，这些虚拟现实系统在学生技能培养方面相比于传统的教学方法有着巨大的优势。
但由于这些虚拟现实系统价格十分昂贵，例如一套导游虚拟现实系统报价在100万左右，平均每年的维护费用在10万左右，普通高校很难承受如此高昂的采购和后期维护费用，因此并未在市场中大量推广使用。随着3D打印技术的兴起，虚拟仿真+3D打印或许是高校更为普遍的选择。3D打印是一种快速成型技术，这项技术可以很好地与虚拟仿真学和材料学结合起来，给用户提供更加真实直观的产品。尤其对于那些与设计、制造技术相关专业，使用虚拟仿真软件在计算机中设计出模型，再通过3D打印机进行快速成型，可以很方便地实现对实物的模拟。3D打印机的价格相对较低，入门级的产品报价目前在万元以内，后期费用不高，随着3D打印技术的进一步普及，企业级的大型3D打印机价格将会进一步下调，这将为3D打印技术在高校中的推广起到很大作用。目前的3D打印技术可以很方便地打印出机械零配件、动物器官和小型建筑，能打印出食物、机器人的新型3D打印机也即将问世，3D打印技术将越来越多地延伸到高校的教学科研中。
3虚拟仿真技术与专业融合
虚拟仿真技术作为一种教学方法，可以融入到高校许多专业的教学、实训和科研中。尤其是与新兴产业、交叉学科相关联的专业，学科知识更加广泛、技术更加前沿、学习难度更大，在教学实践中更需要使用虚拟仿真的方式促进学生对理论知识的理解以及实践能力和创新能力的培养。对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统或是借助3D打印技术来实现。
以物联网工程专业为例，该专业是典型的前沿技术专业，而且专业知识覆盖面十分广泛，从感知层、网络层到应用层，涵盖了传感技术、网络技术、通信技术、软件技术等诸多领域。如果简单地套用传统教学模式和方法，学生不仅很难理解其中的各种技术细节，对整个专业的应用前景也会感到困惑。虚拟仿真实验可以很好地解决这些问题。在感知层和网络层的教学中，可以使用前文中介绍的模拟仿真软件Proteus和tracertpacket，对物联网的底层传感器和网络进行模拟仿真实训。在综合实训课程中可结合具体专业面向的领域，使用各种实验设备进行虚拟仿真教学，如智能家居、物流管理等专业领域均可使用实验箱和综合实训室进行综合虚拟仿真。一些以物联网应用层为主要研究对象的专业则可使用沙盘模拟软件对学生进行实训，如物流管理沙盘、电力控制沙盘、ERP沙盘等，不仅培养了学生的实战经验，还可以大量节省教学成本。
虚拟仿真技术与专业结合的另一个例子是数字城市。数字城市技术是一种典型的虚拟现实技术，是将计算机技术与空间测量技术、遥感技术、虚拟仿真技术相结合的交叉技术，旨在构建一个虚拟的空间信息平台，将城市资源(包括自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等相关信息)以数字化的形式进行存储，以虚拟仿真的形式表现以供用户查询。数字城市技术覆盖范围广泛，因此可以与许多专业结合，例如数字城市技术、空间信息与数字技术等专业。这些专业都有着非常相似的特点，即采用多媒体技术绘制二维或三维虚拟现实界面，使用分布式存储技术对数据进行存储，使用数据库技术对数据进行管理，使用人工智能技术实现人机互动。在数字城市技术及相关专业的教学中，将大量的使用到虚拟仿真技术，并将虚拟仿真技术逐步和人体感官项融合，形成虚拟现实空间。随着国家数字城市战略的不断推进，数字城市与虚拟现实技术必将有着更加广阔的应用空间。
4虚拟仿真实验室的建设与管理
虚拟仿真技术应用于高校的实践教学与科研，主要是以虚拟仿真实训室为载体完成的。与普通实验室相比，虚拟仿真实验室的建设与管理有着一些特殊性。总结起来，有以下三个方面需要注意。
4.1软件是根本。由于长期存在“重硬件、轻软件”的觀念，国内高校的实验室建设经常会走入误区，在实验室中堆砌大量的硬件设备，让实验室的设备值“看得见、摸得着”。硬件的性能固然重要，但软件才是决定实验室设备是否符合用户需求的根本。对于虚拟仿真实验室而言，虚拟仿真软件用于对虚拟仿真设备和虚拟现实设备的控制，是实现实验室功能的最重要因素，而且这些软件通常是专用软件，功能无法用其他软件替代，如果一旦软件出现故障，实验室的设备就成了一堆废品。因此在虚拟实验室的建设和管理过程中，软件的性能指标以及软件系统的可靠性都应引起足够的重视。在系统采购时，集成商的软件开发、系统集成能力应作为考察的重点之一。
4.2服务是关键。虚拟仿真实验室因其较高的集成度和专业性，在使用和维护的过程中，十分依赖于厂商的后期服务。尤其是大型虚拟现实系统，软件和硬件结构复杂，需要精确的现场调试才能模拟出较为理想的虚拟现实状态，同时影响系统正常运行的因素较多，日常维护时需要管理人员有更强的专业性和针对性，因此厂商提供的后期服务显得尤为重要。例如系统调试、使用和维护培训、及时响应服务、零配件保障等，都需要在实验室建设规划时统筹考虑，否则花费大量财力购置的虚拟现实系统会最终成为昂贵的废品。
4.3项目是载体。建设虚拟仿真实验室的目的是促进高校教学与科研水平的提高，促进专业理论与实践的融合，因此科研与学科建设是实验室建设的重要支撑平台。在今天的科研与学科建设中，项目化是一种普遍的选择。科研的项目化已十分普及，学科建设的项目化正在成为趋势。教学内容项目化、实训过程项目化、专业建设项目化，一层一层地带动整个学科建设的项目化转型。不仅如此，很多高校提出“以赛促建”的观念，将学生竞赛项目作为学科和科研建设的重要平台。因此项目是实验室建设和使用的载体，没有应用项目的虚拟仿真实验室使用价值将大为降低。
随着高校学科和科研建设的不断提升，各种虚拟仿真技术在高校中将会有更加广阔的应用，本文旨在抛砖引玉，将虚拟仿真技术在高校的应用作出简要介绍，同时希望能引起各高校对虚拟仿真实验室建设的关注。
参考文献：
[1]尹湛华，朱海洋.虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J].南昌高专学报，2008(04).
[2]林徐润，段虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报，2012(02).
[3]郭娟，于欣，高腾.虚拟现实技术对高等职业教育实践教学的促进作用[J].河北科技师范学院学报，2008(04).
基金项目：武汉商学院2014年教研重点项目《基于应用型人才培养的商科院校校内实验实训基地发展建设研究———以武汉商学院为例》，课题编号2014Z009。
虚拟仪器技术论文范文第5篇
关键词： VPR;虚拟技术;培训系统
虚拟现实是人类利用知觉能力和操作能力的新方法。它是一种高逼真度地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、动感等行为的人机界面技术，它涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能技术等。这种模拟给用户提供了一种身临其境的体验，通过视觉、听觉、动感等多感通道，进行人机交互，为用户提供最佳的人机通信方式。排爆培训一直是一个高危培训，如果采用能够实现人机交互的虚拟软件，则可以在实际操作爆炸装置前对学员进行基础知识和基本技术要领的培训，消除学员的陌生感和恐惧感，提高学习效率，消除很多潜在危险，提高培训质量，降低培训成本。
1 虚拟现实广泛应用于教学培训
进入21世纪，虚拟现实技术在教学培训领域逐渐得到了广泛的应用，使得传统的教学模式发生了巨大的变革，其中最大的体现就是多媒体技术在教学中的应用。特别是在教育领域，应用前景极为广阔。目前，多媒体技术不仅在国外民航教育培训领域被广泛使用，而且在我国民航教育培训中也得以推广。例如，在飞行训练中，飞行模拟器、桌面飞行训练器和飞行模拟系统的使用使得飞行员在进行真机训练之前就熟悉了各型飞机的操作程序及各种复杂气候和紧急状态下的应急处置程序;在空管培训中，基于计算机的培训(Computer-Based Training，CBT)在整个培训过程中起到承上启下的作用，它既能帮助学员进行理论知识的学习，深入理解学习中的难点，检查学习效果，又能帮助学员在进行模拟训练前建立调配、引导飞机的感性认识，训练标准的管制用语，熟悉管制环境等，以便更有效地进行模拟实验;在航空维修领域，多媒体技术应用于航空维修现场，改革维修手段，提高维修效率，进而提高飞机的出动率。
2 培训系统的软硬件平台
2.1 硬件平台。爆炸装置虚拟培训系统作为低成本的桌面式培训系统，采用目前广泛使用的PC机平台，通过服务器、局域网、校园网和互联网实现培训机构或院校内部电脑和远程电脑实时访问，并可以进行单机操作。
图1爆炸装置虚拟培训系统单机版硬件图
单机版培训系统(图1)利用普及的个人电脑平台，在培训机构或院校内部多媒体教室进行培训。主要利用键盘和鼠标查看爆炸装置的结构、功能介绍和操作说明，并通过系统中不同爆炸装置的各种关键元器件的操作来完成模拟拆除爆炸装置的工作任务。
网络版培训系统利用培训机构或学校的多媒体教室局域网、校园网络和互联网，可以实现对远程认证学员进行培训，其操作和培训内容与单机版相同，并且可以进一步降低培训费用，节省实际培训时间。
2.2 软件平台。爆炸装置虚拟培训系统采用基于windows的平台进行开发，主要利用三维建模软件进行模型的搭建，利用三维交互引擎完成虚拟现实系统的构成，并通过Java程序编写部分关键交互程序。
3 虚拟培训系统制作过程
3.1 基础3D模型建构。首先，爆炸装置的初始设计要求，利用3dmax软件完成各爆炸装置模型的初级建模工作，主要通过车削、放样、布尔等手段完成基础模型构建，总共完成模型零部件约1400个，完成绘图面140万个。
3.2 UI二维交互图片的制作。由于人机交互中有很多必须的按钮和标识来作为人机交互界面的媒介，所以需要利用Photoshop软件完成各种相关的UI二维交互图片的制作。
3.3 模型导入和交互实现。完成后的三维爆炸装置模型和相关环境模型一并导入到VPR中，并对模型比例、光源、环境光等进行调节，并且将整体框架设为背景、对象物体和人机交互界面等三个层次。对于特殊的交互元件，需要利用脚本编辑器对其动作进行编辑。一些特殊动作，则利用Java编写交互代码。然后利用Photoshop完成的图片，构建人机交互的UI界面，并根据交互需求完成相关布置。最后，利用脚本工具，完成交互界面和被控物体件的控制链接，以完成人机交互。
4 爆炸装置虚拟培训系统的积极意义
1)通过人机交互训练，提升学员准确识别与处置爆炸装置的能力。使用本爆炸装置虚拟培训系统，可以强化学员对爆炸装置的原理掌握、模式识别和处置能力，达到多模式、多感官、反复性和针对性的培训要求，切实地提高学员的反劫制爆能力。
2)使用虚拟培训系统，解决无法使用真实爆炸装置的困境。对于普通高等院校和培训机构，要获得真实爆炸装置的合法使用权是非常困难的。但同时，对于一些特种专业又需要了解和掌握各种爆炸装置的基本结构、爆炸原理和拆除方法等知识，如果不能直观的操作爆炸装置，将很难通过简单的理论讲解掌握以上知识，更谈不上能够正确的处置爆炸装置。使用本爆炸装置虚拟培训系统则可以很好的解决这一难题，让学员能够“亲手操作”各种基本形式的爆炸装置，加深对爆炸装置的了解。
3)合理分配责任，降低教学风险。利用爆炸装置虚拟培训系统代替各种爆炸装置实物进行教学，可以有效规避真实爆炸装置储存和使用中可能发生被盗、丢失、爆炸事故等各种风险，同时爆炸模拟装置和培训系统的可重复使用性还可以有效降低爆炸装置实验和教学投入。
5 结束语
本培训系统是基于虚拟现实技术开发的三维立体人机交互系统，可以很好地满足爆炸装置教学需要。学员通过鼠标和键盘实现对各种爆炸装置的操作，直观地了解和掌握各种爆炸装置的基本结构组成、工作原理和排除方法，切实提高处爆排爆能力。同时，爆炸装置虚拟培训系统很好地解决了爆炸装置教学中实物难以获取和使用危险的难题。
参考文献：
[1]汤跃明，虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京：科学出版社，2007.
[2]洪炳镕、蔡则苏、唐好选，虚拟现实及其应用[M].北京：国防工业出版社，2005.
[3]苗英恺，虚拟现实技术与应用[J].科技信息，2008(18)：87.
[4]宋金峰，虚拟现实技术在轻武器领域的应用[J].轻兵器，2005(4)：9-11.