分布式交互仿真技術(shù)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的分布式交互仿真技術(shù)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞] HLA；OPNET；Simulink；光電著艦引導(dǎo)；仿真；數(shù)據(jù)鏈

概述

與陸基飛機(jī)的著陸相比，艦載機(jī)在航空母艦飛行甲板上著艦更為困難。在航空母艦上配置著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是保障艦載機(jī)安全、高效使用的前提。基于多種光電傳感器的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是一種有效途徑，并在美、法等國成功實現(xiàn)了研制和裝備。光電著艦引導(dǎo)設(shè)備是以高精度激光測距/跟蹤儀、高分辨率電視CCD和高靈敏度雙波段紅外熱像儀為基礎(chǔ)設(shè)計的多傳感器一體化光電引導(dǎo)技術(shù)。該技術(shù)使用激光測距/跟蹤儀完成著艦飛機(jī)的距離、方位角、高低角的精密測量。

航空母艦全天候著艦引導(dǎo)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

本論文利用HLA思想結(jié)合matlab和opnet仿真平臺對光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)及引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行仿真，設(shè)計光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)，并與已有的航母甲板運(yùn)動仿真系統(tǒng)和飛行仿真系統(tǒng)交聯(lián)，構(gòu)建光電著艦引導(dǎo)飛行控制仿真驗證系統(tǒng)。

1.光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)設(shè)計

光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)設(shè)計采用分布式仿真體系HLA構(gòu)建。HLA按照面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒▉順?gòu)建仿真系統(tǒng)并劃分仿真成員，構(gòu)建仿真聯(lián)邦。

根據(jù)仿真需求，將本文仿真系統(tǒng)的任務(wù)想定為如下情景：

艦載機(jī)到達(dá)離航母8n mile處，光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)測得飛機(jī)的方位角、仰角以及距航母距離，通過引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈送至艦載機(jī)任務(wù)系統(tǒng)，由飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)至離航空母艦0.75n mile處，使飛機(jī)進(jìn)入光波束助降的人工著艦引導(dǎo)區(qū)。

根據(jù)想定，仿真系統(tǒng)主要由四個聯(lián)邦成員組成：光電著艦引導(dǎo)仿真分系統(tǒng)、引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)、航母甲板運(yùn)動仿真系統(tǒng)、飛行仿真系統(tǒng)。具體的聯(lián)邦結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

其中，光電著艦仿真分系統(tǒng)采用matlab simulink平臺仿真設(shè)計，采用RTW工具箱構(gòu)成實時仿真系統(tǒng)，并采用matlab_HLA工具箱與HLA RTI交互。

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)采用opnet平臺仿真設(shè)計，采用opnet_HLA接口與HLA交互。

2.光電著艦引導(dǎo)仿真模塊設(shè)計

光電著艦仿真系統(tǒng)主要完成如下功能：

（1）能夠通過以太網(wǎng)與航母運(yùn)動仿真系統(tǒng)以及艦載機(jī)運(yùn)動仿真系統(tǒng)配合使用，接收和處理來自航母運(yùn)動（包括縱搖角、橫搖角、艏向角等信息）和艦載機(jī)運(yùn)動仿真系統(tǒng)（包括相對艦船距離、運(yùn)動速度等信息）的數(shù)據(jù)；

（2）仿真激光測角、測距性能，形成著艦引導(dǎo)方位偏差信號、下滑偏差信號、距離信號；

光電著艦仿真系統(tǒng)主要包括兩個單元：外部數(shù)據(jù)接收與處理模塊、 激光設(shè)備模擬模塊。外部數(shù)據(jù)接收和處理模塊不斷接收由××型艦航母運(yùn)動仿真系統(tǒng)傳遞的艦體運(yùn)動信號（包括航母的縱搖角、橫搖角、艏向角等信息），對影響艦載機(jī)著艦的相關(guān)信息進(jìn)行匯總和處理，再將處理后的信息直接傳輸至激光設(shè)備模擬模式，信號處理模塊對艦體運(yùn)動信號及制導(dǎo)信號進(jìn)行分析處理,得出艦面設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等運(yùn)算，計算得到飛機(jī)著艦所需要的各個數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前下滑飛行的方位偏差、仰角等信息，形成著艦引導(dǎo)方位偏差信號、下滑偏差信號，最后將相關(guān)信號信息通過905數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)傳輸至飛控計算機(jī)或在顯示屏上顯示。

光電著艦仿真系統(tǒng)采用Matlab/Simulink工具箱開發(fā)，并利用MATLAB的實時工具箱RTW（Real-Time Workshop）實現(xiàn)控制任務(wù)， RTW采用專用的實時內(nèi)核代替WINDOWS操作系統(tǒng)接管實時控制任務(wù)，可將Intel 80x86/Pentium計算機(jī)或PC兼容機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€實時系統(tǒng)，內(nèi)核任務(wù)換行的最小周期是1ms，可以滿足仿真的實時性要求。RTW使用外部模式用于實現(xiàn)Simulink模型框圖與外部實時程序通訊。使用外部模式，用戶可以通過Simulink模型框圖對外部程序進(jìn)行實時參數(shù)調(diào)整，或通過Simulink提供和各種顯示模塊對外部程序進(jìn)行實時監(jiān)視。

光電著艦仿真系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互采用matlab_HLA工具箱與HLA交互。

3.引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)設(shè)計

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真分系統(tǒng)采用opnet平臺仿真設(shè)計，采用opnet_HLA接口與其它模塊交互。

3.1引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈opnet仿真實現(xiàn)

OPNET 網(wǎng)絡(luò)仿真工具采用離散事件驅(qū)動的仿真機(jī)制，允許用戶使用有限狀態(tài)機(jī)（FSM,Finite State Machine）開發(fā)自己的協(xié)議。用戶建模時采用進(jìn)程、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三層建模機(jī)制。其中最底層為進(jìn)程模型，它以有限狀態(tài)機(jī)來描述協(xié)議，用于模擬單個對象的行為；其次為節(jié)點(diǎn)模型，由相應(yīng)的協(xié)議模型構(gòu)成，反映設(shè)備特性，通過它可將進(jìn)程模型中的對象互聯(lián)成設(shè)備；最上層為網(wǎng)絡(luò)模型，用于將設(shè)備互聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)。

引導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈仿真節(jié)點(diǎn)模型包括數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)，其中數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)如圖3所示。其中tx-gen模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)包，radio-tx為無線發(fā)射機(jī)，ant-proc為天線控制模塊，ant-tx為天線模塊。

3.2 HLA接口

為了最大限度地減少用戶利用OPNET進(jìn)行基于HLA分布式仿真的工作量，OPNET提供了一個 HLA接口，用戶只需要在仿真場景中加入該接口就可以將OPNET作為一個聯(lián)邦成員加入到HL A聯(lián)邦中。如圖4所示為OPNET HLA仿真接口在數(shù)據(jù)鏈仿真中的作用

4.結(jié)束語

本文基于分布式交互體系HLA結(jié)構(gòu)，利用matlab simulink工具箱、matlab RTW工具箱、matlab HLA接口工具箱以及opnet仿真平臺，對光電著艦引導(dǎo)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，可用于激勵已有機(jī)載飛行仿真系統(tǒng)，構(gòu)成人在環(huán)的半物理仿真試驗系統(tǒng)，滿足進(jìn)行著艦飛行仿真試驗的相關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉強(qiáng),匡鏡明,王華. 基于HLA的分布式軍事通信網(wǎng)仿真[J].計算機(jī)工程,2006,32(12).

[2]OPNET Technology lnc．HLA User Guide [Z].OPNET Modeler Document , 2003-04.

第2篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]計算機(jī)仿真電子商務(wù)仿真

電子商務(wù)作為一個新興領(lǐng)域,各個院校在電子商務(wù)專業(yè)建設(shè)中,培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系不是完全統(tǒng)一，因此側(cè)重點(diǎn)是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實踐的現(xiàn)象非常嚴(yán)重,不利于電子商務(wù)人才地培養(yǎng)。原因很簡單，就是實踐的電子商務(wù)平臺很難搭建，應(yīng)用仿真技術(shù)可以解決這一問題。利用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)從事商務(wù)活動,突出學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)融IT與商務(wù)于一身的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的全面普及，基于互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在近年來獲得了巨大的發(fā)展，成為一種全新的商務(wù)模式，被許多經(jīng)濟(jì)專家認(rèn)為是新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。這種電子商務(wù)模式對管理水平、信息傳遞技術(shù)都提出了更高的要求，其中安全體系的構(gòu)建又顯得尤為重要。如何建立一個安全、便捷的電于商務(wù)應(yīng)用環(huán)境，對信息提供足夠的保護(hù)，是商家和用戶都十分關(guān)注的話題。

一、概述

計算機(jī)仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供虛擬的仿真情境,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種開放的、主動的、發(fā)現(xiàn)式的探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境,發(fā)展學(xué)生的高級思維能力和問題解決能力,從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結(jié)論。計算機(jī)仿真可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的高水平思維活動,讓學(xué)生通過反省性的、高水平的思維活動來建構(gòu)深層的、靈活的、真正的知識,近幾年,計算機(jī)模擬教學(xué)在國內(nèi)外的電子商務(wù)課程中屢見不鮮,但仿真教學(xué)在計算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用、尤其是在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用還處于探索研究的階段,將計算機(jī)模擬應(yīng)用于教學(xué)活動中,往往能夠收到事半功倍的效果。

電子商務(wù)引起人們的普遍關(guān)注，細(xì)說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室可以提供一個真實的環(huán)境,在這個環(huán)境中,學(xué)生可以模擬電子商務(wù)的各種活動。因此,電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室具有可操作性、仿真性及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。可操作性,是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室中的計算機(jī)所需軟件;仿真性,是指學(xué)生在電子商網(wǎng)絡(luò)實驗室的計算機(jī)上安裝了相關(guān)軟件后,能夠模擬IT環(huán)境,進(jìn)行各種電子商務(wù)活動等;適應(yīng)性強(qiáng),是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室能夠成為與電子商務(wù)相關(guān)的多門課程的實習(xí)實訓(xùn)基地。在電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室,學(xué)生可以學(xué)習(xí)基本的電子商務(wù)網(wǎng)站的建設(shè)流程。

二、計算機(jī)仿真技術(shù)

計算機(jī)仿真技術(shù)(computer?simulation?technology)是利用計算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在某些實驗條件下對模型進(jìn)行動態(tài)實驗的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計、運(yùn)行、評價、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。計算機(jī)仿真，是在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)形式性原理，利用計算機(jī)來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統(tǒng)某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設(shè)態(tài)勢（輸入），進(jìn)行試驗，由試驗者判讀輸出結(jié)果和驗證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。在沒有計算機(jī)以前，仿真都是利用實物或者它的模型來進(jìn)行研究的，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計算機(jī)仿真是將研究對象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計算機(jī)上運(yùn)行實現(xiàn)。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)建設(shè)中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

計算機(jī)仿真技術(shù)的核心是按系統(tǒng)工程原理建立真實系統(tǒng)的計算機(jī)仿真模型，然后利用模型代替真實系統(tǒng)在計算機(jī)上進(jìn)行實驗和研究。由于近年來信息技術(shù)的發(fā)展特別是高性能海量并行處理技術(shù)，可視化技術(shù)，分布處理技術(shù)，多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得建立人——機(jī)——環(huán)境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發(fā)展，形成了一些新的研究仿真方法熱點(diǎn)，如：定性仿真方法；面向?qū)ο蟮姆抡娣椒?；分布式交互仿真方法；人——機(jī)和諧仿真環(huán)境建立方法學(xué)。

三、電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室

利用仿真技術(shù)可以構(gòu)建電子商務(wù)仿真實驗室，通用的通信網(wǎng)絡(luò)硬件實驗平臺《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》或《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》是計算機(jī)專業(yè)的必修專業(yè)課程。它的實驗主要是從以下幾個方面進(jìn)行設(shè)計的:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做實驗:它包括網(wǎng)絡(luò)布線與制作,計算機(jī)操作系統(tǒng)的安裝與配置,局域網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn),廣域網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn)。其目的主要是讓學(xué)生了解常用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的連接、安裝與配置。通過設(shè)計、連線和配置,完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信實驗。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的模擬與仿真:計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型,有許多協(xié)議支持實現(xiàn),每種協(xié)議實現(xiàn)都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實驗,這種實驗通常用軟件加以實現(xiàn),但同時也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學(xué)生通過實驗對算法應(yīng)用理解更深刻。如:數(shù)據(jù)鏈路層的連續(xù)ARQ,網(wǎng)絡(luò)安全中的加密算法等。網(wǎng)頁虛擬實現(xiàn)交互指導(dǎo)實驗:有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備費(fèi)用很高,也沒有必要全部實做,設(shè)計一些虛擬網(wǎng)頁,通過網(wǎng)絡(luò)的操作達(dá)到實驗的目的。如:網(wǎng)絡(luò)的測試儀的使用,高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用和配置等。

在教學(xué)應(yīng)用中，通過仿真技術(shù)不但可以節(jié)約教學(xué)成本，而且能取得良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

第3篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】高層體系結(jié)構(gòu)；聯(lián)邦開發(fā)；想定推演

1.引言

當(dāng)前，計算機(jī)仿真憑借其可控性、安全性、無破壞性、可重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國防、交通、經(jīng)濟(jì)、天氣預(yù)報等諸多行業(yè)的重要領(lǐng)域，進(jìn)行大型系統(tǒng)分析、評估、測試、研究、研制和技術(shù)訓(xùn)練等工作。由于需要仿真系統(tǒng)解決的問題越來越復(fù)雜，靠單個仿真系統(tǒng)已無法解決，所以需要依靠多個仿真系統(tǒng)聯(lián)合起來進(jìn)行協(xié)同仿真。

高層體系結(jié)構(gòu)HLA（High Level Architec-ture）是最新發(fā)展的先進(jìn)分布仿真技術(shù)（Advanced Distributed Simulation，ADS），用來構(gòu)建仿真通用技術(shù)框架，支持不同仿真應(yīng)用間的互操作和仿真部件的可重用。它的特點(diǎn)是通過支撐環(huán)境（Run Time Infrastructure，RTI）提供通用的、相互獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將仿真應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境功能分離開，隱蔽各自的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。實現(xiàn)各種類型的仿真系統(tǒng)間的互操作、仿真系統(tǒng)及其部件的重用，從而將構(gòu)造仿真、虛擬仿真和實況仿真集成到一個綜合環(huán)境中，以滿足各種類型仿真的需要[1]。

2.高層體系結(jié)構(gòu)HLA分析

HLA是以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的對像模型模板OMT（Object Model Template）的形式定義和描述仿真實體的對象信息和交互信息，為完成復(fù)雜的不同類型特征的綜合仿真應(yīng)用任務(wù)，提供了比較好的互操作性和資源的可重用性。

HLA通過支撐環(huán)境RTI提供通用的、相對獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將具體的仿真功能實現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信傳輸三者分離，從而實現(xiàn)仿真應(yīng)用同底層的支撐環(huán)境分開，隱藏各自的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，使各部分可以相對獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)，并能充分利用各自領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的功能和服務(wù)，適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展[2]。同時，HLA可實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用，有利于新的仿真系統(tǒng)的集成和管理，并能根據(jù)不同的用戶需求和應(yīng)用目的，實現(xiàn)聯(lián)邦的快速組合和重新配置，為聯(lián)邦范圍內(nèi)的互操作和重用提供了保障。

聯(lián)邦（Federation）是指用于達(dá)到某一特定仿真目的的分布式仿真系統(tǒng)，它由若干相互作用的聯(lián)邦成員（簡稱成員）構(gòu)成。聯(lián)邦成員是指所有參與聯(lián)邦運(yùn)行的應(yīng)用程序都可以稱為聯(lián)邦成員。聯(lián)邦中的成員有多種類型，如用于聯(lián)邦數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)記錄器，用于和實物接口的實物仿真成員，用于管理聯(lián)邦的聯(lián)邦管理器等等[3]。

2.1 HLA的對象模型模板功能

HLA采用對象模型（OM Object Model）來描述聯(lián)邦及聯(lián)邦中的每一個聯(lián)邦成員，它描述了聯(lián)邦在運(yùn)行過程中需要交換的各種數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。對象模型模版（OMT）采用一種統(tǒng)一的表格來規(guī)范對象模型的描述。

在HLA OMT中定義了兩類對象模型：一類是描述仿真聯(lián)邦的聯(lián)邦對象模型（FOM，F(xiàn)ederation Object Model）；另一類是描述聯(lián)邦成員的成員對象模型（SOM，Simulation Object Model）。這兩種對象模型的主要目的都是促進(jìn)仿真系統(tǒng)間的互操作和仿真部件的重用。

聯(lián)邦對象模型FOM主要提供聯(lián)邦成員之間用公共的、標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，它描述了在仿真運(yùn)行過程中將參與聯(lián)邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性。HLA FOM的所有部件共同建立了一個實現(xiàn)聯(lián)邦成員間互操作所必須的“信息模型協(xié)議”。

成員對象模型SOM是單一聯(lián)邦成員的對象模型，它描述了聯(lián)邦成員可以對外或需要定購的對象類、對象類屬性、交互類、交互參數(shù)的特性，這些特性反映了成員在參與聯(lián)邦運(yùn)行時所具有的能力?；贠MT的SOM開發(fā)是一種規(guī)范的建模技術(shù)和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于對已開發(fā)的仿真資源的再利用，能夠促使建模走向標(biāo)準(zhǔn)化[4]。

2.2 HLA的對象模型模板組成

HLA對象模型是由一組以表的形式進(jìn)行規(guī)范化描述的部件組成的。HLA OMT由對象模型標(biāo)識表、對象類結(jié)構(gòu)表等九個表組成。其中：（1）對象模型標(biāo)識表：記錄與HLA對象模型相關(guān)的重要標(biāo)識信息；（2）對象類結(jié)構(gòu)表：記錄所有聯(lián)邦或聯(lián)邦成員對象類的名稱，并且描述了類與子類的關(guān)系；（3）交互類結(jié)構(gòu)表：記錄所有聯(lián)邦或聯(lián)邦成員交互類的名稱，描述了類與子類的關(guān)系；（4）屬性表：記錄聯(lián)邦或聯(lián)邦成員中對象屬性特性；（5）參數(shù)表：記錄聯(lián)邦或聯(lián)邦成員中交互參數(shù)的特性；（6）枚舉數(shù)據(jù)類型表：用來對出現(xiàn)在屬性表/參數(shù)表中枚舉數(shù)據(jù)類型進(jìn)行說明；（7）復(fù)雜數(shù)據(jù)類型表：用來對出現(xiàn)在屬性表/參數(shù)表中的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型進(jìn)行說明；（8）路徑空間表：用來指定聯(lián)邦中對象類屬性和交互類的路徑空間；（9）FOM/SOM術(shù)語詞典：用來記錄上述各表中使用的所有術(shù)語的定義[5]。

3.基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.1 想定推演模型分析

想定推演就是通過計算機(jī)提供直觀逼真的任務(wù)環(huán)境，模擬在一定任務(wù)背景下，針對未來可能發(fā)生的情況進(jìn)行模擬應(yīng)對。使指揮人員能夠熟悉任務(wù)環(huán)境，檢驗和完善想定預(yù)案，并對預(yù)案進(jìn)行論證評估和補(bǔ)充完善，從而不斷啟發(fā)新的應(yīng)對指揮思想，通過仿真訓(xùn)練，進(jìn)一步提高應(yīng)對實際突況的能力。

在整個仿真系統(tǒng)的開發(fā)中涉及到多種模型，其中想定推演的建模過程如圖1所示。

概念模型是對真實世界的第一次抽象，其目的主要是為本領(lǐng)域?qū)＜液头抡骈_發(fā)技術(shù)人員提供一個溝通的橋梁。借助概念模型，仿真開發(fā)技術(shù)人員可以獲取所仿真的真實世界系統(tǒng)的細(xì)節(jié)信息。

仿真模型和具體的仿真應(yīng)用有關(guān)，是聯(lián)邦運(yùn)行的基本元素，負(fù)責(zé)仿真的運(yùn)行管理、實體的處理以及對外信息交換等。按照一定原則，從仿真想定中抽取想定推演所需要的信息并加以規(guī)范化的描述，就形成了想定推演模型。

想定推演模型是對仿真模型某種程度上的簡化。從集合的觀點(diǎn)來看，想定推演模型包含的信息是仿真模型中包含信息的子集。

3.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)提供和支援想定推演仿真系統(tǒng)各個功能模塊的互聯(lián)，目的是描述系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系與運(yùn)行機(jī)制?；贖LA的想定推演仿真系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)層、功能層、用戶層以及底層通信系統(tǒng)組成，如圖2所示。

數(shù)據(jù)層：此系統(tǒng)主要用到MapX地圖數(shù)據(jù)，想定數(shù)據(jù)庫，仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)庫以及推演模型庫。

功能層：

想定生成模塊：根據(jù)用戶的實際需求生成多個想定方案，供用戶選擇使用。

想定管理模塊：將生成的想定方案存入數(shù)據(jù)庫中，生成管理列表對想定方案進(jìn)行管理，方便用戶操作使用。

想定加載模塊：從想定數(shù)據(jù)庫里取出想定編輯的具體內(nèi)容。

想定推演模塊：根據(jù)仿真想定選擇推演模型，對態(tài)勢進(jìn)行推算演繹。

數(shù)據(jù)采集與回放模塊：按一定的步長抽取存儲態(tài)勢的中間狀態(tài)，并支持推演態(tài)勢的回放演播。

聯(lián)邦管理模塊：實現(xiàn)對RTI支撐下的分布式運(yùn)行聯(lián)邦成員的管理。

視圖層：視圖層直接面向用戶，本系統(tǒng)包括想定編輯界面，二維態(tài)勢顯示界面和聯(lián)邦管理界面。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中想定生成系統(tǒng)負(fù)責(zé)想定的生成與管理，將想定數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。想定推演成員主要是負(fù)責(zé)加載已有想定方案，進(jìn)行推演仿真，態(tài)勢數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集成員按一定的步長抽取存儲推演態(tài)勢的中間狀態(tài)，并支持推演態(tài)勢的回放演播；態(tài)勢顯示成員負(fù)責(zé)訂購態(tài)勢數(shù)據(jù)，反射對象屬性值，更新狀態(tài)，將最新態(tài)勢通過二維地圖顯示出來。

3.3 聯(lián)邦設(shè)計

根據(jù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，該仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦主要有想定推演邦員、數(shù)據(jù)采集邦員、態(tài)勢顯示邦員等組成，參與想定推演者為想定推演成員，數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集成員，二維顯示模塊為態(tài)勢顯示成員。當(dāng)聯(lián)邦成員之間需要交流時，將會發(fā)送通信交互，因此想定推演成員需要和訂購這個交互類；數(shù)據(jù)采集成員同樣在推演時訂購，在回放時此類；move機(jī)動交互是想定推演的一種，想定推演成員必須要這個交互，其他成員為了接收到這個交互需要訂購此類，不同的想定推演成員間也需要訂購此類。

4.基于HLA的想定推演系統(tǒng)聯(lián)邦開發(fā)

本系統(tǒng)是在VC++6.0環(huán)境下基于MAKRTI支撐平臺編程實現(xiàn)聯(lián)邦及聯(lián)邦成員的交互。

4.1 聯(lián)邦執(zhí)行文件的設(shè)計

聯(lián)邦執(zhí)行文件（FED文件）是聯(lián)邦對象模型（FOM）開發(fā)的結(jié)果，是為實現(xiàn)所有聯(lián)邦成員間交互目的而達(dá)成的“協(xié)議”。FED文件記錄了聯(lián)邦執(zhí)行期間所有參加聯(lián)邦交互的對象類＼交互類及其屬性＼參數(shù)、傳輸?shù)念愋?、傳輸順序以及路徑空間信息[6]。本仿真系統(tǒng)的FED文件重點(diǎn)內(nèi)容如下所示：

（FED

（Federation FederationName）

（FEDversion v1.3）

（spaces）

（objects

（class ObjectRoot

（attribute privilege To Delete reliable timestamp）

（class RTIprivate）

（class Member_RP

（attribute id reliable receive）

（attribute name reliable receive）

（attribute respect reliable receive）

（attribute isin reliable receive）

）

（class Forces

（attribute department_id reliable receive）

（attribute forces_status reliable receive）

（attribute number reliable receive）

（attribute equipment reliable receive）

（attribute attachment reliable receive）

（attribute memberships reliable receive）

（attribute location reliable receive）

）

（class Environment

（attribute ET_id reliable receive）

（attribute Weather reliable receive）

（attribute DayorNight reliable receive）

（attribute Traffic reliable receive）

（attribute Temperature reliable receive）

）

……

）

）

4.2 系統(tǒng)的實現(xiàn)

在系統(tǒng)開發(fā)中，軟硬件優(yōu)化配置是建立并實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

基于HLA的想定推演仿真系統(tǒng)的基本硬件配置為PC終端機(jī)、電子顯示屏、100Mb/s自適應(yīng)以太網(wǎng)絡(luò)等；軟件配置：采用WindowsXP操作系統(tǒng)、VC++.NET開發(fā)平臺、SQLSever2000數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、MAKRTI支撐環(huán)境?；贖LA的想定推演仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

5.結(jié)束語

HLA是分布交互仿真的高層體系結(jié)構(gòu)，它采用面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒ńο竽Ｐ筒⒎治鱿到y(tǒng)，它所具有的良好的重用性和互操作能力，滿足了用戶多方面的需求，作為一門在計算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，一直受到仿真研究的廣泛重視。

參考文獻(xiàn)

[1]付正軍，王永紅.計算機(jī)仿真中的HLA技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，2003，6：32-41.

[2]馮潤明，黃柯棣.HLA聯(lián)邦成員軟件開發(fā)環(huán)境研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2001（3）：1-4.

[3]魏明.基于HLA的城市道路交通仿真系統(tǒng)研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004，5.

[4]周龍龍，姜鵬飛.韓文超.基于仿真想定的推演技術(shù)研究[J].計算機(jī)仿真，2006（2）：18-22.

[5]劉利浦.HLA在擴(kuò)頻通信仿真系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].沈陽理工大學(xué)，2010.

第4篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

Abstract: The virtual reality technology is one has the potential extremely the front research direction, faces one of the 21st century's important technical. The virtual reality technology application's domain is also getting more and more broad, the typical application domain has the education to apply, the project to apply, the entertainment application and the commercial use, but in the commercial use domain appears gradually the 3D network hypothesized commercial city is a virtual reality technology model application, the virtual reality technology has brought the infinite vitality in the hypothesized commercial city's application for the entire electronic commerce.

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務(wù)行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?wù)。在各種各樣的電子商務(wù)中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶,在家里的電腦上就可以買到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁式的實現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。它是作為一種綜合計算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的計算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù),目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是 21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實的研究開發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國國防部(DOD)制定了SIMENT的研究計劃;1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight。到90年代初,美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域,主要用于以下四個方面:虛擬戰(zhàn)場環(huán)境;進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練;實施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí);進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。一些著名大學(xué)和研究所的研究人員也開展了對分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個實驗性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國NPS開發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計算機(jī)科學(xué)研究所的DIVE(1993)及英國Nottingham大學(xué)的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要劃分為四個層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機(jī)實現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡單,主要用于CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)、CAM(計算機(jī)輔助制造)建筑設(shè)計、桌面游戲等領(lǐng)域。二是增強(qiáng)現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),又稱為混合虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),如各種用途的體驗器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓(xùn)、演示以及高級游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實的利用。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來,采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫,形成一個在實踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進(jìn)行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國際上的研究熱點(diǎn),相繼推出了 DIS、MA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實在航天中極具應(yīng)用價值,例如,國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費(fèi)設(shè)備費(fèi)用,而且也減少了人員出差的費(fèi)用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過因特網(wǎng)連接起來,共同實現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)教育應(yīng)用:把分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣,效果十分顯著。同時,隨著計算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對話方式。(2)工程應(yīng)用:當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用將使人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計、交流和,從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應(yīng)用:對于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷。(4)娛樂應(yīng)用:娛樂領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務(wù)潮流充斥著整個社會,給整個經(jīng)濟(jì)社會帶來了無限商機(jī),隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界中的在線虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時不間斷營業(yè),用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會覺得產(chǎn)品太少,而且覺得只你一個人在購物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶不愿意像在實體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費(fèi)也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁界面的網(wǎng)頁的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領(lǐng)整個商業(yè)市場。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購物環(huán)境,它采用C2C的電子商務(wù)模式,讓用戶在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進(jìn)行交互式的操作,全面虛擬了購物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時還會提供數(shù)字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財務(wù)系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購物的有效性,完整性和機(jī)密性。3D虛擬的商城中3D語音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動以及網(wǎng)絡(luò)一體化的虛擬世界。顧客可以通過創(chuàng)建個人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購物,同時與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導(dǎo);第三,顧客可以通過組建社會化或虛擬的購物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購物聚會,共同分享購物的樂趣與經(jīng)驗,開創(chuàng)全新的輔助式電子商務(wù)或社交性購物的概念;第四,網(wǎng)上客戶服務(wù)將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點(diǎn)擊通話或瀏覽數(shù)百頁的網(wǎng)上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務(wù)代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評級較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測試新的店面設(shè)計和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的興起,為人機(jī)交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計算機(jī)硬件與軟件資源的集成技術(shù),提供了一種實時、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中,觀看計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術(shù)的發(fā)展始終圍繞它的三個特征而前進(jìn),即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(shù)(如多媒體技術(shù),計算機(jī)可視化技術(shù)等)相區(qū)別,沉浸感是指計算機(jī)生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進(jìn)入了一個真實的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進(jìn)行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識,提高感性和理性認(rèn)識,從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說虛擬現(xiàn)實可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點(diǎn)均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持,基于DVR平臺的三維虛擬商城將是電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)商城發(fā)展的必然趨勢。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測方法、三維虛擬商店的動態(tài)交互等都是基于DVR的技術(shù)支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對系統(tǒng)功能進(jìn)行完善和擴(kuò)張進(jìn)行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對系統(tǒng)的關(guān)鍵信息進(jìn)行了封裝,而且大部分業(yè)務(wù)邏輯處理都集中在服務(wù)器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場景的碰撞檢測對于提高虛擬系統(tǒng)的真實性、增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感有至關(guān)重要的作用;三維虛擬商店的動態(tài)交互主要研究三維虛擬場景中物體的動態(tài)添加、三維場景中物體的材質(zhì)的更新、三維場景與數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)等問題。

虛擬商城的展示在國外發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用,成為實物展示的重要互補(bǔ)。我國在虛擬商店展示領(lǐng)域的研究比較落后,對虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設(shè)計與制作方面,缺乏有效的開發(fā)平臺。而網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的發(fā)展為商家與客戶進(jìn)行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實化”提供了可能。

參考文獻(xiàn):

[1] 楊孟洲.分布式虛擬環(huán)境中一些關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].中國知網(wǎng):浙江大學(xué). 2000.5

[2] 蘇建明,張續(xù)紅,胡慶夕.展望虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].計算機(jī)仿真, 2004年1月,第21卷第1期,18-21.

[3] 張峰美,戴軍.分布式多用戶三維虛擬校園系統(tǒng)[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2007年第12期,86-89.

第5篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

1關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)主要內(nèi)容的概述

關(guān)于系統(tǒng)一詞，著名科學(xué)家錢學(xué)森是這樣對其定義的：相互依賴、相互作用的多種組成部分之間的相互結(jié)合所形成的具有特殊功能的一個整體即為系統(tǒng)。根據(jù)其定義可以得出系統(tǒng)的三個要素：一是系統(tǒng)是多種元素的相互結(jié)合形成的；二是元素之間相互依賴、相互作用；三是具有特殊功能的一個整體。在系統(tǒng)的復(fù)雜性演化過程中主要有三個方面的發(fā)展變化。首先是組成系統(tǒng)的元素數(shù)量的變化，從最初的少量變?yōu)榇罅?，再變成多?shù)量，最后變成無限量；其次是元素之間相互依賴、相互作用的變化，是從線性變化到非線性，最后變成了隨機(jī)性；最后是某種特殊功能的變化，是從元素直接功能的描述變?yōu)榻M織性的間接描述，最后演變成沒有任何形式組織的不可描述形態(tài)。對于復(fù)雜系統(tǒng)的描述沒有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而組成系統(tǒng)元素數(shù)量的龐大，元素之間依賴作用關(guān)系的非線性、隨機(jī)性以及特殊功能不能用部分特性來實現(xiàn)具體化描述等這些特性構(gòu)成了所謂的復(fù)雜系統(tǒng)[1]。

2關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)計算機(jī)分布智能仿真平臺的分析

2.1關(guān)于自適應(yīng)Agent仿真平臺的分析

自適應(yīng)Agent仿真平臺Swarm是美國研究復(fù)雜系統(tǒng)的桑培菲所提出的。這種仿真平臺中有著多種單機(jī)中的多數(shù)進(jìn)程或者線程組成的具有不同功能的智能主體Agent，這其中主要包含有人與計算機(jī)交互所顯示控制的Agent、在網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)交互的交互Agent、合理控制時間變化和元素管理以及通信交流的全部或部分Agent，還有就是具備自我適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的反應(yīng)Agent。關(guān)于具備自我適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的反應(yīng)Agent的結(jié)構(gòu)模型，主要是由信息緩沖MB、行為輸出MO、信息接口MI、反應(yīng)體所構(gòu)成。這其中MB和MI主要是對周邊的環(huán)境進(jìn)行良好感知，而反應(yīng)體主要是在獲取感知之后，做出適合的決策。比如，一般金融投資者的證券交易原則，其過程極為簡便：他們?nèi)绻l(fā)現(xiàn)證券價格在逐漸上升時，就會將具有上升趨勢的多數(shù)證券出手；而如果他們發(fā)現(xiàn)證券價格在迅速下降時，就會把具有下降趨勢的多數(shù)證劵買進(jìn)[2]。

2.2關(guān)于智能仿真（DSI）的分析

在經(jīng)過一段時間的發(fā)展之后，分布計算機(jī)以及人工智能技術(shù)也較為成熟，在這個時候美國桑培菲提出的Swarm自適應(yīng)仿真平臺就顯得跟不上時代的發(fā)展，再加上智能思維和仿真規(guī)范的約束，使得其自適應(yīng)仿真平臺發(fā)展相對滯后。在新時期發(fā)展下，計算機(jī)分布智能仿真平臺的設(shè)計能夠更好的發(fā)展進(jìn)步。計算機(jī)分布智能仿真平臺中的Agent支撐庫主要是對Agent創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的支撐，從而有效統(tǒng)計分析仿真結(jié)果；對于復(fù)雜系統(tǒng)時間的同步以及信息消息的傳播技術(shù)是通過仿真支撐軟件來實現(xiàn)的，面向全局服務(wù)化的Agent在整個計算機(jī)分布智能仿真平臺中只有一個，而且它的存在是為了給各個Agent提供唯一的全局Agent標(biāo)識，這樣便于有效的創(chuàng)建和取消Agent，而且能夠?qū)gent的具置以及具體特征做到準(zhǔn)確定位查詢。對于Agent的部分控制是在結(jié)點(diǎn)機(jī)上存在的，而且每個結(jié)點(diǎn)機(jī)上都有一個，它主要是負(fù)責(zé)復(fù)雜系統(tǒng)時間的變化、做到元素的有效管理、而且負(fù)責(zé)權(quán)限的變革和結(jié)點(diǎn)之間的相互信息交流。

3復(fù)雜系統(tǒng)的智能主體和HLA/RTI功能

3.1關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的智能主體

創(chuàng)建社會系統(tǒng)以及自然描述的基本模型，從而構(gòu)造智能化主體是分布人工智能的主要研究目的。這種研究為復(fù)雜計算機(jī)仿真研究提供了基礎(chǔ)保障。關(guān)于分布式人工智能可以從兩個方面來分析，分別是多主體系統(tǒng)和分布問題求解。分布式問題求解系統(tǒng)僅僅是問題的求解，主要把問題作為任務(wù)來有效分開完成，這種系統(tǒng)是自上而下的模式。而對于多主體系統(tǒng)而言也是自上而下的模式，實際研究時，需要將自主主體分別定義，而且主體之間的相互作用可能是交流、爭論還有可能是敵對關(guān)系。面對上述這種情況，智能主體就自然而然的成為復(fù)雜系統(tǒng)計算機(jī)仿真研究的主要方向。

3.2關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的HLA/RTI功能

復(fù)雜系統(tǒng)中HLA框架中最為核心的部分就是RTI，它主要是實現(xiàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用、特定功能、基礎(chǔ)通信之間的有效分離。仿真過程中的，復(fù)雜系統(tǒng)中的智能主體以HLA所規(guī)范的方式實現(xiàn)與RTI數(shù)據(jù)之間的交換，從而確保主體之間的相互交流。關(guān)于RTI的綜合管理主要有六個部分功能，分別是主體管理、全局管理、屬性管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理、聲明管理、時間管理。主體管理是實現(xiàn)主體間的有效控制；全局管理主要是實現(xiàn)全局化的服務(wù)，主要內(nèi)容有動態(tài)控制、創(chuàng)建、主體變更等；屬性管理是主體屬性權(quán)限的控制、變化；數(shù)據(jù)分發(fā)管理則是在網(wǎng)絡(luò)上控制流量，而且利用組播技術(shù)有效交流；聲明管理是通過聲明智能主體，從而實現(xiàn)交互信息的接收；時間管理是在復(fù)雜系統(tǒng)中運(yùn)用合理的方式使其時間變化。

3.3HLA/RTI協(xié)議下的多Agent計算機(jī)分布仿真平臺

HLA框架中的RTI服務(wù)能夠提供復(fù)雜系統(tǒng)仿真環(huán)境下的多種特定功能，其中主要包括數(shù)據(jù)信息傳遞、信息事件處理、時間控制、控制主體，RTI服務(wù)能夠為事件處理以及具體狀態(tài)變革提供良好的依據(jù)，而且便于時間的管理。MAE環(huán)境利用HLA/RTI作為支撐，能有效發(fā)揮HLA模型和RTI的多種服務(wù)，更加利于仿真環(huán)境的形成。從Agent方面來看，多Agent仿真平臺中采用HLA/RTI還不能夠使其完善，主要是缺乏Agent之間的交流支持，通過對Agent遠(yuǎn)程狀態(tài)進(jìn)行分析才能對其應(yīng)用，而且Agent也需要特定通信的支持。在Agent的決策中，最為主要的就是Agent之間的交互通信，而HLA/RTI這一框架并不能滿足相關(guān)要求。為了能夠有效的解決這一問題，需要添加中間層，這個中間層處于RTI和Agent之間。它所起的作用是將作為HLA仿真元素加入到多Agent之間通信進(jìn)行封裝解釋，這樣有效增加了Agent之間的通信交流，并且為其提供支持保障。在中間層的封裝消息，Agent之間數(shù)據(jù)流也會變多，通過RTI路由空間的限制從而控制數(shù)據(jù)信息分發(fā)數(shù)量，這樣做到合理約束數(shù)據(jù)信息，從而保證元素只得到應(yīng)該獲取的信息。通過上述的分析，了解到HLA/RTI比較適用于多Agent仿真環(huán)境，隨著HLA/RTI的不斷擴(kuò)展壯大，能夠更多的構(gòu)建多Agent計算機(jī)分布仿真平臺。

4結(jié)論

第6篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；體育；應(yīng)用；新元素；多元化；娛樂化

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實（ Virtual reality， VR ）技術(shù)是一種綜合計算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來的計算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)， 也是力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)等各種學(xué)科的綜合應(yīng)用。虛擬環(huán)境通常是由計算機(jī)生成并控制的， 使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中的物體， 通過虛擬現(xiàn)實的三維設(shè)備與物體接觸，從而真正地實現(xiàn)人機(jī)交互，可以說人處在虛擬環(huán)境之跟現(xiàn)實環(huán)境是沒有差別的。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要分為桌面虛擬現(xiàn)實、沉浸的虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實、分布式虛擬現(xiàn)實。

桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。常見桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實、MUD等。

沉浸的虛擬現(xiàn)實提供完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對真實環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實中無法感知或不方便的感受。

增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對真實環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡睢?/p>

分布式虛擬現(xiàn)實是指多個用戶通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，多個用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運(yùn)行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習(xí)。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 計算機(jī)生成的虛擬世界給人一種身臨其境的感覺。2） 交互性（ Interaction） ： 人能夠以很自然的方式跟虛擬世界中的對象進(jìn)行交互操作或者交流， 著重強(qiáng)調(diào)使用手勢、體勢等身體動作（ 主要是通過頭盔、數(shù)據(jù)手套 、數(shù)據(jù)衣等來采集信號） 和自然語言等自然方式的交流。3） 構(gòu)想（ Imagination）： 虛擬環(huán)境可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識， 提高感性和理性認(rèn)識， 從而使用戶深化概念和萌發(fā)新意。因而可以說 ， 虛擬現(xiàn)實可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維 。

4.現(xiàn)階段中國體育領(lǐng)域大環(huán)境

4.1政策紅利覆蓋全國

2015年，在利好政策不斷出臺的情況下，體育產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期。據(jù)國家體育總局統(tǒng)計，《意見》一年來，包括體育總局在內(nèi)的有關(guān)部門已經(jīng)出臺了15份配套文件，另有 8套文件已經(jīng)形成初稿。文件制定涉及發(fā)改委、公安部、新聞出版廣電總局、旅游局等多個部門。這些文件的制定和出臺，使廣受社會關(guān)注的賽事審批、賽事轉(zhuǎn)播、安保服務(wù)和大型體育場館等問題取得了階段性的進(jìn)展。

在地方貫徹方面，截至目前，已有31個省區(qū)市出臺了本地區(qū)的實施意見。2015年10月，國家體育總局局長劉鵬在全國體育產(chǎn)業(yè)工作會上透露，據(jù)不完全統(tǒng)計，各?。ㄊ小^(qū)）上報的2025年體育產(chǎn)業(yè)總規(guī)?？偤鸵呀?jīng)達(dá)到7億。

4.2資本搶奪核心資源

2015年8月27日，萬達(dá)集團(tuán)王健林以6.5億美元收購了美國世界鐵人公司100%的股權(quán)。阿里巴巴獲得世俱杯冠名權(quán)的消息在2015年12月引起各方關(guān)注，而相同級別的爆炸性消息在年內(nèi)頻繁出現(xiàn)。過去一年，體育產(chǎn)業(yè)投資大幅增加，國內(nèi)、國際體育賽事核心資源成為哄搶的對象。

4.3體育方式多元化，娛樂化

隨著全民體育概念的提出，體育逐漸走向民間，體育的多元化，娛樂化也因此而加深。提高國民身體素質(zhì)是當(dāng)前的中國體育的根本目標(biāo)，為了使體育更加親民，越來越多的科技元素，娛樂元素加入原本一板一眼，枯燥無味的體育運(yùn)動中。近年來，越來越多的體感設(shè)備與體育相結(jié)合，受到了廣大體育愛好者額歡迎，特別是一些由于場地限制的體育運(yùn)動項目，如高爾夫，網(wǎng)球，在體感虛擬的環(huán)境中，都可以盡情的體驗體育帶來的快樂。

5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于體育增加其娛樂性

5.1為體育觀賽帶來娛樂體驗

體育賽事最需要的莫過于身臨其境的現(xiàn)場感，通過自由切換，實時流暢的虛擬現(xiàn)實動態(tài)直播，觀眾可以排除周邊的干擾，全身心、近距離地感受到圖像帶來的震撼感和沖擊力，觀賽體驗比之收看傳統(tǒng)轉(zhuǎn)播大為提升。大大增加了觀賽的娛樂體驗感。

5.2為體育訓(xùn)練娛樂訓(xùn)練方法

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)， 通過相應(yīng)的三維圖形圖像庫構(gòu)架模擬訓(xùn)練環(huán)境， 包括訓(xùn)練場背景、比賽的場景、各種賽場裝置和相關(guān)人員等， 為受訓(xùn)者營造一種逼真、生動的立體訓(xùn)練環(huán)境。利用虛擬系統(tǒng)設(shè)計出“有生命”的草坪，以增強(qiáng)臨場感覺， 達(dá)到模擬訓(xùn)練的效果， 提高訓(xùn)練質(zhì)量。于此同時，因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)有沉浸感這一特性，運(yùn)動員可以完全進(jìn)去虛擬現(xiàn)實設(shè)定的環(huán)境中，在這種環(huán)境可以增加體育訓(xùn)練的娛樂性，使原本枯燥的體育訓(xùn)練變得有趣起來，以此來提升運(yùn)動員的練積極性。

很多國家訓(xùn)練隊都已經(jīng)在教學(xué)、訓(xùn)練中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，如用Be-yondSport的VR技術(shù)對足球訓(xùn)練進(jìn)行實時的沙盤演練、視頻分析、戰(zhàn)術(shù)復(fù)盤以幫助足球隊提升教學(xué)水平，且以后還計劃在更多球隊、賽事中推進(jìn)。通過大數(shù)據(jù)整合等為體育活動提供戰(zhàn)術(shù)輔助訓(xùn)練，VR目前已經(jīng)在棒球、賽馬、橄欖球等多個項目得到廣泛應(yīng)用。由此可見，在不久的將來，VR設(shè)備有望成為各賽事職業(yè)俱樂部和球隊的剛需產(chǎn)品。

5.3為全民健身帶來新的娛樂方式

全民健康是國家綜合實力的重要體現(xiàn)，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志。全民健身是實現(xiàn)全民健康的重要途徑和手段，是全體人民增強(qiáng)體魄、幸福生活的基礎(chǔ)保障。實施全民健身計劃是國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)想性這一特點(diǎn)，可以為參加大眾健身的用戶營造一個有趣，娛樂的虛擬健身場景，在愉快的心情下完成健身。

目前基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的健身應(yīng)用層出不窮，Sanzaru開發(fā)的《VR體育挑戰(zhàn)》是這類體育游戲的一大代表。在該游戲中，借助Oculus Rift的動作感應(yīng)手柄，玩家可以以第一人稱視角暢玩橄欖球、籃球、曲棍球和棒球等美國四大主流運(yùn)動，游戲氣氛不亞于風(fēng)靡全球的《NBA嘉年華》。無獨(dú)有偶，美國公司Vir Zoom也推出了一套將健身單車、VR設(shè)備與小游戲結(jié)合起來的健身設(shè)備，創(chuàng)造出戴著VR眼鏡騎著單車開F1的奇效

6.總結(jié)

隨著虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)將不斷滲入體育產(chǎn)業(yè)鏈條的各個環(huán)節(jié)，越來越多的公司開始滲入虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，體育產(chǎn)業(yè)與虛擬現(xiàn)實的結(jié)合會越來越密切，特別是虛擬現(xiàn)實的三大特性會完全顛覆傳統(tǒng)體育產(chǎn)業(yè)，為體育產(chǎn)業(yè)增加更多的娛樂性，推動體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)還處于技術(shù)紅利階段，只有未來過渡到內(nèi)容紅利階段，才算真正的站穩(wěn)了腳跟。希望虛擬現(xiàn)實能夠為體育產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的商業(yè)娛樂價值和社會價值。

參考文獻(xiàn)

[1]Cannon Smash. CSmash[ OL] . http ：// ww w.utmc.or.jp/ ～nan/ csmash/ ， 2002.

[2]Pan Zhigeng ， XuWeiwei ， Huang Jin ， et al.EasyBow ling ：Asmall bow ling machine based on vi rtualsimulat ion [J].Computers&Graphics ， 2003 ， 27（2）：231 ～ 238.

[3]張占龍，羅辭勇，何為.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述.2005年系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議.

[4]陳健，姚頌平.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育運(yùn)動技術(shù)仿真中的應(yīng)用[J]，體育科學(xué)，2006（9）：34-40.

[5]宋麗.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對競技體育進(jìn)行仿真訓(xùn)練的探討[J]，西安郵電學(xué)院學(xué)報2007，12（6）.

[6]李艷波，張菁.網(wǎng)球比賽仿真系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).[D]：2008.

第7篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

在教學(xué)效果保障方面，作為現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的重要組成部分，虛擬實驗發(fā)揮著不可替代的重要作用，并且其已經(jīng)被越來越多的人所關(guān)注。隨著計算機(jī)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬實驗逐漸將可視化、多傳感交互以及3D數(shù)字等現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用其中，從而實現(xiàn)了用戶與逼真虛擬場景的實時交互，并對其虛擬對象進(jìn)行感知和操作，最終使得虛擬實驗達(dá)到更加優(yōu)良的性能。

1 虛擬現(xiàn)實以及虛擬實驗概述

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

作為計算機(jī)研究的一個新領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點(diǎn)是利用人的感知行為，如視覺、聽覺以及觸覺等為用戶戶提供一個虛擬的場景，并基于模擬的方式讓用戶沉浸于虛擬環(huán)境之中，然后與之進(jìn)行相互作用，而虛擬環(huán)境也會由此發(fā)生變化。目前，該項技術(shù)已經(jīng)匯聚了多種高新關(guān)鍵技術(shù)，如計算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像實時生成技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)以及人類行為學(xué)等。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以定義為：一種對人在自然環(huán)境中的各種行為，如聽、看以及運(yùn)動等進(jìn)行逼真模擬的人機(jī)接口技術(shù)。該項技術(shù)主要是利用高分辨顯示的可視化技術(shù)以及3D數(shù)字和傳感器交互技術(shù)，通過特定的設(shè)備，來生成一種逼真的虛擬環(huán)境，從而使得人能夠與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動，并成為虛擬環(huán)境的一員，最終達(dá)到對虛擬對象進(jìn)行感知和操控的目的。

1.2 虛擬實驗

實際實驗存在一個有形的實驗室、實驗工具和實驗對象。而相對于實際實驗來說，虛擬實驗指的是其實驗室以及實驗對象都是無形的，并且主要是通過操作虛擬儀器來實現(xiàn)對實驗過程的具體操作。與傳統(tǒng)實驗相比，作為信息化時代的產(chǎn)物，虛擬實驗有著更為優(yōu)越的性能和應(yīng)用前景：首先，虛擬實驗具有透明性，其具有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一命令，能夠?qū)浻布?shù)據(jù)庫以及人員形成統(tǒng)一管理；其次，虛擬實驗?zāi)軌蚬蚕碣Y源，同時這也是虛擬實驗的構(gòu)筑宗旨。在虛擬實驗中，用戶能夠通過數(shù)據(jù)庫、檢索系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件或者電子圖書館等工具，實現(xiàn)信息、軟件以及設(shè)備等資源的共享，從而縮減了投資，提高了用戶的效率；再次，虛擬實驗在操作上能夠?qū)崿F(xiàn)互動。不僅用戶之間能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)信息的溝通和交流，而且遠(yuǎn)程用戶也能夠?qū)嶒灜h(huán)境加以操作。另外，虛擬實驗還具有擴(kuò)展性、用戶自主性以及性能優(yōu)勢顯著的優(yōu)點(diǎn)。

2 虛擬實驗的構(gòu)建

2.1 分布式虛擬實驗的構(gòu)建分析

分布式虛擬實驗是在物理設(shè)備分布式的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，其指的是將網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備相連接，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程操作以及分析的虛擬實驗系統(tǒng)。因此可以看出，分布式虛擬實驗中，用戶并不擁有物理設(shè)備，其只需要利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作就可以實現(xiàn)虛擬實驗，并獲得所需數(shù)據(jù)。

作為一個系統(tǒng)工程，分布式虛擬實驗的建設(shè)主要包括以下幾個系統(tǒng)：虛擬儀器、數(shù)據(jù)分析、虛擬實驗管理以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。

（1）利用個人主機(jī)，用戶能夠直接登入Internet，進(jìn)而通過瀏覽器來實現(xiàn)虛擬實驗站點(diǎn)的訪問，并進(jìn)入虛擬實驗系統(tǒng)；

（2）根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的實驗項目進(jìn)入虛擬儀器控制臺；

（3）用戶根據(jù)具體實驗的操作指令，來實現(xiàn)對實驗參數(shù)的輸入；

（4）虛擬儀器根據(jù)接收到的指令，來向物理儀器進(jìn)行參數(shù)傳輸，進(jìn)而實現(xiàn)物理儀器對參數(shù)和指令的操作，最終完成實驗內(nèi)容；

（5）當(dāng)實驗完成之后，通過虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)，虛擬實驗系統(tǒng)能夠?qū)⑺脭?shù)據(jù)反饋給遠(yuǎn)程用戶，而用戶則可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自由處理。

分布式虛擬實驗?zāi)軌蚴沟脙x器使用率大大提升。同時，其也有一定的缺陷，如它的系統(tǒng)開發(fā)較為復(fù)雜，且對于物理實驗設(shè)備的依賴性很高，具有較高的維護(hù)成本。另外，它無法讓用戶感受到實驗場景和過程，也就是其沒有直觀性和形象性。

2.2 基于虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗的構(gòu)建分析

基于虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗具有較強(qiáng)的交互性，并能夠為用戶提供高級仿真的實驗場景，真實感較強(qiáng)。因此，據(jù)此可以將基于虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗分為六個子模塊，并形成一個統(tǒng)一的工程，具體的系統(tǒng)模塊如圖1所示。

2.2.1 用戶管理子系統(tǒng)

該模塊分為三級，即管理員、教師和學(xué)生。該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對各類用戶信息的管理，并且可以對信息和用戶記錄進(jìn)行添加、修改和刪除。

2.2.2 教務(wù)管理子系統(tǒng)

該模塊主要是用來管理班級以及課程等這方面的基本教學(xué)信息，而且對這一模塊的使用，只有系統(tǒng)管理員才能實現(xiàn)。這一子系統(tǒng)主要分為課程實驗管理以及班級信息管理兩個子模塊。

2.2.3 虛擬實驗子系統(tǒng)

作為虛擬實驗的核心模塊，該子系統(tǒng)主要包括具體實驗庫、教學(xué)材料管理以及添加或者刪除實驗功能這三個部分。

2.2.4 實驗報告子系統(tǒng)

對于這一模塊的使用，教師和學(xué)生都能夠?qū)崿F(xiàn)，且能夠完成不同的任務(wù)。如學(xué)生利用該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)習(xí)報告的提交以及修改，而教師利用該子系統(tǒng)則能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生報告的檢查和退回。另外，該模塊還能夠?qū)崿F(xiàn)對報告提交的期限管理。

2.2.5 成績管理子系統(tǒng)

該模塊主要是用來評價學(xué)生實驗成績的。

2.2.6 在線討論子系統(tǒng)

通過BBS方式，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生和教師之間的交流和溝通，從而加強(qiáng)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。

3 結(jié)語

綜上所述，由于虛擬實驗具有透明性，能夠共享資源，在操作上能夠?qū)崿F(xiàn)互動，而且還具有擴(kuò)展性、用戶自主性以及性能優(yōu)勢顯著的優(yōu)點(diǎn)。因此，今天的研究中必須加大對基于虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗的探索，從而為技術(shù)的不斷更新提供有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1]黃榮懷，鄭蘭琴，程薇.虛擬實驗及其學(xué)習(xí)者可信度認(rèn)知[J].開放教育研究，2012（12）.

[2]張學(xué)軍，唐久磊，魏江明.基于Flash3D的中學(xué)化學(xué)虛擬實驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電化教育研究，2014（01）.

第8篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實;教學(xué)實踐;三個基本;點(diǎn)面結(jié)合

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1引言

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱VR)主要采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境(Virtual Environment,簡稱VE),用戶借助必要的設(shè)備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環(huán)境中的實體對象進(jìn)行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。虛擬現(xiàn)實具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構(gòu)想(Imagination)特性。交互特性強(qiáng)調(diào)參與者通過專用設(shè)備以人類自然方式與VE中的對象進(jìn)行相互操作;沉浸特性要求計算機(jī)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境能使參與者產(chǎn)生置身其中的體驗;構(gòu)想特性是指虛擬環(huán)境能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并輔助產(chǎn)生創(chuàng)新思維。

二十世紀(jì)六十年代初,“圖靈獎”獲得者,被稱為計算機(jī)圖形學(xué)之父的美國科學(xué)家Ivan Sutherland發(fā)表“終極顯示”論文提出虛擬現(xiàn)實概念,自此,虛擬現(xiàn)實技術(shù)歷經(jīng)一系列里程碑式的理論、方法與技術(shù)研究工作,并取得了重大工程應(yīng)用成果。今天虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛,主要包括三大應(yīng)用方向,即訓(xùn)練演練、規(guī)劃設(shè)計與預(yù)測、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行作戰(zhàn)指揮模擬,宇宙飛船、飛機(jī)、艦船模擬駕駛訓(xùn)練,飛機(jī)、導(dǎo)彈、輪船等復(fù)雜系統(tǒng)的虛擬設(shè)計與制造,城市環(huán)境規(guī)劃及其建筑物的展示,手術(shù)培訓(xùn)與導(dǎo)航,游戲動漫與影視制作等。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)涉及的學(xué)科綜合性、交叉性強(qiáng),是可以拉動多學(xué)科發(fā)展,不斷產(chǎn)生新思想、新技術(shù),具有廣泛和重大應(yīng)用前景的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)把虛擬現(xiàn)實技術(shù)確定為信息領(lǐng)域優(yōu)先支持的三大前沿技術(shù)之一。

2課程的特點(diǎn)

北京航空航天大學(xué)計算機(jī)學(xué)院從1994年開始從事虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域的研究,取得許多創(chuàng)新成果,在相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域產(chǎn)生了較大影響,逐步形成了北航計算機(jī)學(xué)院一個新的優(yōu)勢學(xué)科方向。作為計算機(jī)應(yīng)用本科生的專業(yè)限選課程,“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”課程教學(xué)已經(jīng)講授了5年。本課程的教學(xué)目的是通過對有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)國內(nèi)外研究熱點(diǎn)問題、典型研究工作的介紹,使學(xué)生了解當(dāng)前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展趨勢;通過對虛擬現(xiàn)實基本原理、基本算法、開發(fā)方法、主流系統(tǒng)的介紹,使學(xué)生掌握虛擬現(xiàn)實主要技術(shù)、開發(fā)環(huán)境與平臺;以虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室研究工作為主要實踐教學(xué)支撐,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防部門對虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域?qū)ｉT人才的需求。虛擬現(xiàn)實課程具有以下特點(diǎn):

2.1學(xué)科交叉性、綜合性強(qiáng)

國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要指出:“虛擬現(xiàn)實技術(shù)重點(diǎn)研究心理學(xué)、控制學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、實時分布系統(tǒng)、電子學(xué)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合的技術(shù),研究醫(yī)學(xué)、娛樂、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造等多個相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)?！碧摂M現(xiàn)實技術(shù)主要從計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程科學(xué)與先進(jìn)制造技術(shù)等學(xué)科中孕育并實現(xiàn)跨越,逐步發(fā)展成熟,涉及心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)等,學(xué)科交叉性、綜合性強(qiáng),如圖1所示。

2.2數(shù)理基礎(chǔ)要求高

虛擬現(xiàn)實課程的許多理論、方法和技術(shù)涉及大量的數(shù)學(xué)公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現(xiàn)實技術(shù)中所涉及的計算機(jī)圖形學(xué),基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)中所涉及的圖像處理和信號處理技術(shù),在建模技術(shù)中涉及的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)等,都需要學(xué)生具備深厚的數(shù)理基礎(chǔ)。

2.3創(chuàng)新思維豐富

虛擬現(xiàn)實被眾多學(xué)者認(rèn)為是科學(xué)研究與工程實踐中理論和實驗方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達(dá)的宏觀或微觀環(huán)境,進(jìn)行研究和體驗;在虛擬環(huán)境下進(jìn)行逼真的規(guī)劃、設(shè)計、訓(xùn)練演練,作出評價和決策,其與生俱來的構(gòu)想特性能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并產(chǎn)生創(chuàng)新思維。虛擬現(xiàn)實技術(shù)由于多學(xué)科交叉性,在不同學(xué)科交叉融合中源源不斷地產(chǎn)生新思想、新方法。

2.4工程應(yīng)用突出

虛擬現(xiàn)實技術(shù)既有堅實的理論基礎(chǔ)和方法,也有大量的典型算法,同時又是一門應(yīng)用牽引強(qiáng),各種開發(fā)平臺和應(yīng)用工具豐富,人機(jī)交互設(shè)備多,軟硬件結(jié)合與系統(tǒng)集成占相當(dāng)比重的課程。

2.5課程內(nèi)容多課時緊

本課程是本科生計算機(jī)應(yīng)用方向的限選課程,在本科四年級上學(xué)期開設(shè),其間正值學(xué)生考研復(fù)習(xí)準(zhǔn)備階段,課時總計36學(xué)時,課內(nèi)教學(xué)18學(xué)時、課外實踐18學(xué)時,授課時間十分緊張。

3教學(xué)內(nèi)容安排

我們經(jīng)過多年的教學(xué)實踐,在不斷與學(xué)生教與學(xué)交互的活動中,結(jié)合自身學(xué)科研究特色,總結(jié)、完善主要教學(xué)內(nèi)容,形成了如下的教學(xué)大綱:

第一章:概論(2h)

問題的提出、名詞術(shù)語、虛擬現(xiàn)實特征、里程碑工作和研究現(xiàn)狀、國內(nèi)外典型應(yīng)用實例。

第二章:虛擬現(xiàn)實硬件與系統(tǒng)(2h)

虛擬現(xiàn)實輸入設(shè)備、虛擬現(xiàn)實輸出設(shè)備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡稱GPU)、典型沉浸式交互系統(tǒng)的構(gòu)建實例。

第三章:基于圖形的虛擬現(xiàn)實建模與開發(fā)技術(shù)(6h)

視覺感知相關(guān)基本概念、場景表示與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計、CREATOR建模軟件與合成自然環(huán)實例、場景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發(fā)軟件、虛擬場景漫游應(yīng)用程序開發(fā)實例。

第四章:基于圖像的虛擬現(xiàn)實建模與繪制技術(shù)(2h)

IBMR技術(shù)與全光函數(shù)、全景圖像與柱面全景圖像實例、同心拼圖方法。

第五章:人工生命-人工魚實例(2h)

人工魚的總體方案、人工魚的生物力學(xué)分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環(huán)境建模、運(yùn)動系統(tǒng)、逼真性與效率權(quán)衡。

第六章:虛擬人技術(shù)(2h)

人體抽象模型與國際標(biāo)準(zhǔn)、逼真運(yùn)動獲取與表示、運(yùn)動約束與重用、虛擬人技術(shù)應(yīng)用實例。

第七章:分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)(2h)

DIS技術(shù)與IEEE1278、HLA技術(shù)與IEEE1516、分布交互仿真程序開發(fā)與應(yīng)用實例。

教學(xué)實踐與課外教學(xué)安排:(18h)

課外研讀學(xué)習(xí)OpenGL、構(gòu)建虛擬現(xiàn)實漫游程序;參觀虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室,觀看演示、操作實驗室研究設(shè)備,了解當(dāng)前主要研究方向和趨勢。

4教學(xué)實踐與思考

針對虛擬現(xiàn)實課程的上述特點(diǎn),我們在課程的教學(xué)活動中形成了“突出三個基本,注重融會貫通;點(diǎn)面結(jié)合,各有側(cè)重;結(jié)合實例,促進(jìn)創(chuàng)新思維”的教學(xué)思路。

4.1突出三個基本,注重融會貫通

在教學(xué)中突出三個基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現(xiàn)實課程的諸多內(nèi)容來自不同的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對于這部分內(nèi)容在教學(xué)活動中應(yīng)有意識進(jìn)行聯(lián)系,分析講解,努力讓學(xué)生融會貫通。以細(xì)節(jié)層次概念(LOD)為例,細(xì)節(jié)層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復(fù)雜程度(常常以多邊形數(shù)來衡量)各不相同的實體細(xì)節(jié)層次模型來描述對象,在運(yùn)行時根據(jù)一些主客觀標(biāo)準(zhǔn)在這些LOD模型間進(jìn)行切換,實時改變場景的復(fù)雜度,從而能夠繪制效率與效果的平衡,該方法需要解決模型間切換時產(chǎn)生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復(fù)雜光照模型實時繪制等研究工作中也引入和應(yīng)用了同樣的原理,因此在講解細(xì)節(jié)層次概念時進(jìn)行舉一反三,加深學(xué)生對這一滿足逼真性和繪制實時性普適基本方法的理解,進(jìn)一步可以引伸出連續(xù)細(xì)節(jié)層次方法以及與視點(diǎn)相關(guān)的遞進(jìn)傳輸技術(shù)如何滿足基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用問題。這樣教學(xué)思路始終貫徹在七維全光函數(shù)降維、八叉樹的數(shù)據(jù)組織方法等諸多教學(xué)內(nèi)容中,以達(dá)到融會貫通的目的。

4.2點(diǎn)面結(jié)合,各有側(cè)重

虛擬現(xiàn)實課程涉及學(xué)科眾多,內(nèi)容十分豐富,有限的課時內(nèi)做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學(xué)大綱基本覆蓋虛擬現(xiàn)實的主要研究分支,重點(diǎn)是基于圖形和基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù),由于增強(qiáng)現(xiàn)實在其他課程有重點(diǎn)講授,不過多涉及。其次注重對當(dāng)前國內(nèi)外的研究重點(diǎn)、熱點(diǎn)問題,以及當(dāng)前的主流設(shè)備、開發(fā)工具與平臺介紹。通過發(fā)揮授課教師的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)背景,結(jié)合實驗室多年的研究工作進(jìn)行知識點(diǎn)的深入講解。例如在分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)中,實驗室在該方向上開展了長達(dá)十年的研究工作,研究成果既體現(xiàn)了該內(nèi)容的基本方法、國際標(biāo)準(zhǔn),又體現(xiàn)了當(dāng)前的最新研究成果。該內(nèi)容的教學(xué)從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術(shù)的對比,重點(diǎn)講解分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)如何應(yīng)用數(shù)據(jù)抽象與封裝、與訂購、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術(shù)解決大規(guī)模交互仿真問題,進(jìn)一步引伸介紹目前該方向的研究進(jìn)展,讓同學(xué)了解當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題。

4.3結(jié)合實例,促進(jìn)創(chuàng)新思維

虛擬現(xiàn)實是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù),不同學(xué)科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創(chuàng)新尤為明顯。因此在講授具體內(nèi)容的同時,應(yīng)介紹該研究工作和成果產(chǎn)生的背景,體現(xiàn)交叉創(chuàng)新、集成創(chuàng)新思路,啟迪同學(xué)的創(chuàng)造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標(biāo)。在課程綜述中重點(diǎn)介紹信息資源環(huán)境的智能化、普適化、協(xié)同化、沉浸化發(fā)展的各個不同歷史時期代表性工作,以及仿真技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等學(xué)科對虛擬現(xiàn)實的重要貢獻(xiàn),突出虛擬現(xiàn)實技術(shù)交叉融合的特性。將具體的課程知識點(diǎn)講授融入到典型實例中,人工生命課程教學(xué)中以ACM優(yōu)秀博士論文工作為基礎(chǔ),講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環(huán)境建模等,目的在于突出建模內(nèi)涵的寬泛性和在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學(xué)分析、總體方案設(shè)計,行為與運(yùn)動系統(tǒng)實現(xiàn),歸納總結(jié)出多學(xué)科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創(chuàng)新所在。在講授虛擬人技術(shù)時,首先提出逼真人體運(yùn)動復(fù)雜性和實時性這一矛盾,引入機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的逆向運(yùn)動學(xué)以及信號與系統(tǒng)中的信號處理方法,重點(diǎn)介紹借鑒其他學(xué)科方法解決虛擬人運(yùn)動重用和大規(guī)模人群等關(guān)鍵問題,強(qiáng)調(diào)借鑒啟迪是創(chuàng)新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環(huán)境中同樣貫徹了結(jié)合實例,促進(jìn)創(chuàng)新思維這一教學(xué)思路。

5結(jié)論與展望

“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”涉及面寬、內(nèi)容十分豐富,同時發(fā)展迅速,應(yīng)用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個需要不斷探討、研究總結(jié)的教學(xué)課題。筆者在多年的教學(xué)活動中,通過教與學(xué)的交流,不斷總結(jié)形成了一些教學(xué)思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實,主要包括兩個方面內(nèi)容:(1)如何做好虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程與計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、圖像處理技術(shù)的銜接;(2)如何利用好虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室的研究環(huán)境、軟硬件資源以進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實課程的實踐環(huán)節(jié)。我們將在今后繼續(xù)研究探索,以解決這些重要問題。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙沁平. DVENET分布式虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行平臺與開發(fā)工具[M]. 北京:科學(xué)出版社,2004.

第9篇：分布式交互仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：建環(huán)專業(yè);實驗教學(xué);虛擬仿真

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）05-0106-02

引言

虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的信息技術(shù)，能夠模擬真實設(shè)備或系統(tǒng)的工作過程，具有信息量大、生動形象、身臨其境、實時交流等特征。虛擬仿真實驗教學(xué)是虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容[1]，促進(jìn)當(dāng)前教育模式、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程是一個典型工科類的專業(yè)，在人才培養(yǎng)中普遍存在“重設(shè)計、輕實踐”等問題，強(qiáng)化專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型的實用人才，是社會對建環(huán)專業(yè)教學(xué)改革的迫切要求。將虛擬仿真技術(shù)的引入到建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)中，解決目前實驗教學(xué)中的存在問題，提高建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，是值得研究和探索的課題。

一、建環(huán)專業(yè)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)基本上是傳統(tǒng)模式[2]，存在實驗課時少、教學(xué)內(nèi)容陳舊、實驗教學(xué)方法和手段單一等諸多問題。實驗類型多以驗證性、演示型為主，學(xué)生學(xué)習(xí)被動，往往敷衍了事。為了改進(jìn)實驗教學(xué)效果，很多學(xué)校做出積極探索和改革[3-4]，如獨(dú)立設(shè)置專業(yè)實驗課程、改革實驗考核模式、開設(shè)創(chuàng)新實驗、增加生產(chǎn)實習(xí)等。雖然這些努力對提高實驗教學(xué)質(zhì)量起到了一定作用，但是，建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)改革發(fā)展中存在瓶頸：

1.受實驗室條件限制，很難開設(shè)交叉性專業(yè)實驗。

暖通空調(diào)系統(tǒng)形式多樣、構(gòu)成復(fù)雜、設(shè)備龐大、維護(hù)費(fèi)用高，受實驗室空間和資金的限制，很難建設(shè)較為綜合的暖通空調(diào)實驗平臺，使學(xué)生對系統(tǒng)整體性和在工程中的實際運(yùn)行缺少全面性認(rèn)識。

2.受生產(chǎn)與安全條件限制，生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)效果很難達(dá)到預(yù)期要求。

為了彌補(bǔ)交叉性專業(yè)實驗的不足，很多學(xué)校加強(qiáng)了生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)。但是，由于實際工程環(huán)境復(fù)雜、危險大、操作安全要求高，企業(yè)出于經(jīng)濟(jì)效益和安全考慮，不可能同意把在工程現(xiàn)場進(jìn)行實驗教學(xué)，只能是走馬觀花的參觀式教學(xué)，實際教學(xué)效果不佳。

3.受師資力量和實驗設(shè)備限制，實驗教學(xué)質(zhì)量大打折扣。

大多數(shù)學(xué)校建環(huán)專業(yè)每年招生2個班以上，有的學(xué)校甚至達(dá)到4個班。當(dāng)學(xué)生人數(shù)多時，而師資力量有限、實驗設(shè)備數(shù)量有限時，如何安排好學(xué)生進(jìn)行實驗，并且能夠激發(fā)學(xué)生主動性、積極性是一件非常困難的事情。

二、建環(huán)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)的必要性

虛擬仿真技可以生動形象地復(fù)現(xiàn)各類復(fù)雜的暖通空調(diào)系統(tǒng)，有效解決建環(huán)專業(yè)實驗改革的瓶頸問題。虛擬仿真實驗不受實驗室條件的限制、生產(chǎn)與安全條件的限制、師資與實驗設(shè)備的限制，可以實現(xiàn)在課堂和實驗室中無法實現(xiàn)的教學(xué)過程，拓展實驗類型，開展豐富多樣的專業(yè)交叉性、創(chuàng)新性實驗。

建環(huán)專業(yè)開展虛擬仿真實驗教學(xué)，將帶來如下優(yōu)勢：①能營造出一種仿真式與交互式的實驗環(huán)境，不用考慮實驗室面積、投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，使得實驗經(jīng)費(fèi)大大降低。②能展現(xiàn)建環(huán)專業(yè)的最前沿技術(shù)，擴(kuò)展實驗項目。③擴(kuò)展實驗內(nèi)容和深度，突破課堂教學(xué)難點(diǎn)。④去除了繁雜的實驗準(zhǔn)備工作，節(jié)省去人力、物力，更有效利用師資力量。⑤可以反復(fù)訓(xùn)練，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供平臺，提高學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)主動思考。

對于實踐教學(xué)而言，不同層次的實踐教學(xué)可以用不同層次的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行模擬。在專業(yè)基礎(chǔ)課程中的實踐教學(xué)可以使用簡單、高效、成本低廉的傳統(tǒng)仿真技術(shù)來完成，對于專業(yè)核心課程的實踐教學(xué)或綜合性實驗，可采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來實現(xiàn)。

三、建環(huán)專業(yè)領(lǐng)域的常用仿真技術(shù)

仿真技術(shù)以低成本、高開放性和廣泛適用性等優(yōu)勢，已經(jīng)在建環(huán)專業(yè)相關(guān)的科研領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用和研究，很多仿真軟件被用于暖通空調(diào)的仿真建模，主要分為以下三個方面：

1.建筑室內(nèi)環(huán)境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等軟件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型，能夠準(zhǔn)確模擬所研究對象內(nèi)的空氣流動、傳熱和污染等物理現(xiàn)象。Airpak則是專門面向HVAC領(lǐng)域的室內(nèi)環(huán)境仿真軟件，在功能上沒有Fluent全面，但是比Fluent更易于建環(huán)專業(yè)人員使用。

2.建筑或空調(diào)系統(tǒng)能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等軟件，其中EnergyPlus和DeST在我國應(yīng)用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的優(yōu)點(diǎn)，采用集成同步的負(fù)荷/系統(tǒng)/設(shè)備的模擬方法。DeST基于狀態(tài)空間法理論，利用多區(qū)熱質(zhì)平衡算法和三維動態(tài)傳熱算法模擬建筑能耗。

3.暖通空調(diào)系統(tǒng)性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等軟件。TRNSYS模塊化結(jié)構(gòu)的動態(tài)系統(tǒng)模擬軟件，內(nèi)置了200多個功能性子程序，目前應(yīng)用最為普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系統(tǒng)模擬軟件，能夠很好解決因果類仿真平臺的代數(shù)循環(huán)問題，而且具備將建模和數(shù)值方法的理想解耦，適用于開發(fā)復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)仿真模型。

可見，仿真技術(shù)已經(jīng)在建環(huán)專業(yè)科研領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，可以模擬建筑室內(nèi)復(fù)雜的熱環(huán)境，仿真各種復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)，為暖通空調(diào)虛擬仿真實驗的開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

四、建環(huán)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r

仿真技術(shù)是用來構(gòu)建仿真系統(tǒng)的物理模型，真實反映出實際系統(tǒng)的特性。對于虛擬仿真實驗來說，必須有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等軟件平臺開發(fā)，使學(xué)生可直接參與，探索仿真對象的變化過程。目前，雖然建環(huán)專業(yè)領(lǐng)域的仿真研究很多，但主要應(yīng)用于科研領(lǐng)域;建環(huán)專業(yè)的虛擬仿真實驗研究相對很少，尚處于初步探索階段。

美國可持續(xù)建筑性能研究所開發(fā)了LearnHVAC軟件，如圖1所示。學(xué)生可以對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬操作，包括短期控制模擬，長期能耗模擬，分析系統(tǒng)故障。教師可以自定義暖通空調(diào)系統(tǒng)的模擬場景，對學(xué)生的實驗進(jìn)行管理。目前，LearnHVAC只是可發(fā)了變風(fēng)量系統(tǒng)一項實驗內(nèi)容。

在國內(nèi)，山東建筑大學(xué)開發(fā)了太陽能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等虛擬仿真實驗軟件，只側(cè)重于對原理的認(rèn)識和體驗，實驗功能簡單;合肥工業(yè)大學(xué)楊善林教授將組件技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)的計算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研發(fā)過程中，其開發(fā)方法能夠?qū)μ摂M仿真軟件有一個很好的參考作用[5];湖北工業(yè)大學(xué)以BIM技術(shù)、信息技術(shù)為支撐，組建了綠色建筑全生命周期虛擬仿真實驗教學(xué)中心[6]。

目前，虛擬仿真實驗教學(xué)已經(jīng)逐漸得到重視，很多大學(xué)已經(jīng)開展了相關(guān)調(diào)研，建設(shè)虛擬仿真實驗室、開發(fā)虛擬仿真實驗項目、研究虛擬仿真教學(xué)方法等工作已經(jīng)逐步開展。

五、結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)是當(dāng)前高等教育的重要教學(xué)手段，虛擬仿真實驗建設(shè)必將推動建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)發(fā)展，如何與傳統(tǒng)實驗項目有機(jī)結(jié)合，設(shè)置合理的實踐教學(xué)計劃，開發(fā)創(chuàng)新性虛擬仿真實驗項目，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，將是近年來建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]李平，毛昌杰.開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)提高高校實驗教學(xué)信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013，32（11）：5-8.

[2]趙麗娜，賈永明.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)實驗考核模式和方法的研究與探索[J].化工時刊，2015，29（3）：56-58.

[3]熊軍，劉澤華，羅清海，等.工程應(yīng)用能力的實驗教學(xué)改革研究――以建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)為例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.

[4]陳世強(qiáng)，張登春，于琦，等.建環(huán)專業(yè)測試技術(shù)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.