虚拟仿真技术的发展篇1
关键词：虚拟仿真技术；食品专业；改革；发展
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）23-0120-02
一、虚拟仿真技术
虚拟仿真技术（virtualreality，VR）又称虚拟现实技术、灵境技术或模拟技术，是利用计算机技术、网络通信技术、人工智能技术、自动化控制技术仪器仪表c测量技术等交叉产生的一种现代信息技术，是虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，能够创造一种高端的人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉同等的实时模拟和交互，可以获得多维交互体验的虚拟环境。虚拟仿真技术有三个突出的特征：沉浸感、交互感和构想性。随着空间信息科学、计算机图形、多媒体技术、数字图像处理、人机接口技术、人工智能技术、传感器技术等的快速发展，虚拟仿真技术已经广泛应用于建筑、医疗、教育、军事、航天、服装、生产制造等领域。目前，也有一些文献论述了虚拟仿真技术在食品加工、食品检测、食品机械制造中的应用。
二、食品专业改革发展遇到的问题
1.传统教育方式无法激发学生对食品专业理论课的兴趣。兴趣是学习最好的老师。食品专业的理论课程中含有大量的基本概念、原理、公式推导，这些基础知识点比较抽象。即使教师结合实例讲解也很难激发学生对理论课的兴趣。例如：《食品工程原理》的基础知识比较广，理论公式比较多，主要教学目标是使学生利用数学、物理、化学及物理化学等学科知识去解决食品工业中所遇到的实际问题，该课程具有较强的设计、选型、安装和操作等工程特点。学生对课程中的理论、公式感觉很抽象，学习起来掌握不住要领，往往只能学习到一些简单的片段，在分析和解决具体问题时感到无从下手。
2.现有食品实验课程无法提高学生的食品专业实验技能。食品实验教学主要是教师讲解演示，学生模仿验证。这种“填鸭式”、完成任务式的实验教学，不能对学生针对性地进行创新和能力的培养。例如：食品化学实验课的教学通常是指定几个实验项目，如粉丝的制备与质量感官评价、蛋白质的盐析及透析、果蔬褐变机理等实验内容，老师将所需的试剂配置好，学生按四人一组分成若干小组，教师详细讲解实验原理、操作步骤，学生按部就班地模仿老师的操作步骤完成实验，最后撰写实验报告。这种教学方式使得学生主动学习的积极性不高，而且该教学方法在一定程度上限制了学生主观能动性的发挥和创新能力的培养。
3.食品工厂实习无法达到预期的教学效果。食品专业本科教学体系中有一个重要的环节就是工厂实习。但是，随着市场竞争日益激烈，工厂以不断提高企业效益为主要目标，而接收大学生实习已不再是必须履行的义务；其次，现代食品工厂趋向自动化、连续化，为了保证产品质量与安全，厂房绝对不允许学生动手操作；再次，学生在实习现场基本就是看和听，没有参与和动手的机会，学生也逐渐失去新鲜感，结果导致工厂实习形式化，无法达到预期的教学效果。
4.食品专业知识和实验技术片段化，没有形成一个整体的结构。现在食品学科被分割成多个课程进行学习，学生学习完各个课程后往往没有将食品学科整个知识点和实验技术整合起来。知识点和实验技术的片段化使得学生无法提高自身的综合水平，无法将所学知识和技能灵活应用于生产实践。例如：《食品加工》主要介绍了各个食品的加工方式和原理，《食品营养学》主要介绍了各个营养素的功能，这两个课程的内容似乎没有关联性，学生只能片段化地学习，无法将两者综合起来。
三、基于虚拟仿真技术促进食品专业改革，推动食品专业的发展
1.通过虚拟仿真技术激发学生对食品专业理论课程的兴趣。研究表明：在理论课程上应用虚拟仿真技术，可以将抽象的概念形象化，静态的知识点动态化，可以形象地展示结构功能，提高食品理论课的授课效果。例如：《食品工程原理》这门课结合虚拟仿真技术，让学生可以看到食品工业生产过程中各个单元操作的基本原理及典型设备的结构原理、操作性能，使学生将食品工程原理的知识与虚拟仿真平台上看到的生产设备和工艺过程联系起来，使学生深切体会到食品工程原理课程中所讲述的每个单元操作都与食品专业学习密切相关。生动形象的学习便于学生理解，提高教学质量。
2.将虚拟仿真技术与食品实验教学相结合，提高食品实验教学的效果，激发学生的创新性。随着虚拟仿真技术引入实验教学中，许多研究表明：虚拟实验可完善食品真实实验不具备或难以完成的教学功能，如一些成本较高、需要用高档仪器操作的实验等。食品实验教学中大部分是分组实验、分工合作，学生个人没有机会操作完整的实验。通过虚拟仿真技术平台，学生可完整地操作一遍实验技能，掌握每个实验细节。例如：食品化学实验通过虚拟仿真平台可以让学生自己思考做什么实验，用哪些试剂，设计实验方案。学生通过在虚拟仿真平台上操作，验证自己实验设计的合理性，激发了学生的思维能力和创新能力；同时，通过失败经验获取知识和要点，思考失败的原因，巩固了所学的知识，提高了动手能力。
3.构建实景虚拟仿真门户，增强食品工厂实习类课程的果效。实景虚拟仿真门户，可在食品工厂原地取景，从厂房布置、车间设备摆设等方面按照实习基地实际比例进行排布。结合实习基地的真实情形，提炼实习教学素材，配建厂房设计讲解、工厂设备操作讲解、实习提示等内容，让学生在进入工厂实习前，先通过实景虚拟仿真门户了解实习基地的完整情况，并提出专业问题。教师在后台收集这些问题，在实习基地现场进行讲解。以果蔬饮料生产实习为例，学生先通过虚拟仿真平台了解果蔬饮料生产的基本原理、工业化生产流程及各工序的主要参数，通过虚拟仿真平台向老师提出自己的疑问，在参观果蔬饮料工厂的时候，教师邀请企业技术人员通过现场讲解和专题讲座为学生答疑解惑，让学生了解到工厂的生产、企业的经营和管理。
4.利用虚拟仿真技术，综合食品专业课程，完善食品课程资源的建设。自从虚拟仿真技术在教学中广泛应用之后，大量研究表明利用虚拟仿真技术可优化教学资源的建设和积累，提高教学质量。食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学流程。例如：让学生在课前通过虚拟仿真平台自学课程内容，在课堂上与老师探讨自学过程中的疑点和难点，使得学生从被动学习转化为主动学习，教师从“填鸭式”授课转化为探讨式授课。其次，食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学内容。例如：食品专业的课程内容有一些是重复的，那么重复的内容可以让学生在虚拟仿真平台上自己巩固，而新的知识点可以作为课堂教学的主要内容。再次，通过虚拟仿真技术平台，片段化的食品专业课程可以被综合起来。例如：在平台上要求学生设计一款具备一定功能的产品，学生需要市场调研获得市场缺乏哪方面的产品，根据产品功能，再依据所学的食品原料学、食品营养学和食品化学等知识提出产品配方，依据食品工艺学、食品工程原理、食品加工学等知识提出产品工艺，依据食品毒理学和食品卫生学控制产品的安全性；最后，基于虚拟仿真技术，教师可跟踪学生的学习情况，收集学生的学习难点，这样可以使课堂教学内容有针对性，提高教学效率和效果。
⒖嘉南祝
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theinfluenceofVirtualRealitytechnologyontheReformandDevelopmentofFoodSpecialty
LiJing，CHennuo，DenDZe-yuan，RUanZheng
（nanchangUniversity，nanchang，Jiangxi330047，China）
虚拟仿真技术的发展篇2
关键词：仿真技术系统模仿
1、概念介绍
人们对仿真技术的期望也越来越高，过去，人们只用仿真技术来模拟某个物理现象、设备或简单系统；今天，人们要求能用仿真技术来描述复杂系统，甚至由众多不同系统组成的系统体系。这就要求仿真技术需要进一步发展，并吸纳、融合其他相关技术。
虚拟现实（VirtualReality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。
VR技术主要有三方面的含义：第一，是借助于计算机生成的环境是虚幻的；第二，人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的；第三，人可以通过自然的方法（手动、眼动、口说、其他肢体动作等）与这个环境进行交互，虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。
虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。
2、基本特性
虚拟仿真技术具有以下四个基本特性：
（1）沉浸性（immersion）
虚拟仿真系统中，使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，从而获得身临其境的感受。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。
（2）交互性（interaction）
虚拟仿真系统中，不仅环境能够作用于人，人也可以对环境进行控制，而且人是以近乎自然的行为（自身的语言、肢体的动作等）进行控制的，虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如，当飞行员按动导弹发射按钮时，会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标；当导弹碰到目标时会发生爆炸，能够看到爆炸的碎片和火光。
（3）虚幻性（imagination）
即系统中的环境是虚幻的，是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境，也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境，还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。
（4）逼真性（reality）
虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面：一方面，虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像，一切感觉都是那么逼真，如同在真实世界一样；另一方面，当人以自然的行为作用于虚拟环境时，环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力，该物体的运动就会符合力学定律，会沿着力的方向产生相应的加速度；当它遇到障碍物时，会被阻挡。
3、结语
由于采用电子虚拟仿真技术设计电子产品具有安全系数高、投入设备少、周期短、性能高，所以新世纪设计电子产品的新理念是：构思电路――虚拟仿真――绘制电路板――焊接调试――出产品。
参考文献：
虚拟仿真技术的发展篇3
【关键词】医学信息虚拟仿真实训方法图像分割
1引言
随着我国对医学技术的要求逐步增高，传统的医疗实训方法已经无法满足如今的医疗人力资源的匮乏，因此越来越多的医疗中心选择用虚拟仿真技术来对医护人员的实训进行训练。目前，在国内，虚拟仿真技术已经逐步受到我国医学界和科学界的重视和研究兴趣。虚拟仿真技术具有模拟手术场景复杂，人机沟通力强，手术现场多元化等特点。其所包含的技术领域也十分广泛。虚拟仿真技术通常包含传统的计算机技术，计算机图像处理技术，现代生物技术，现代医学信息技术，仿真技术和科学计算技术等。基于医学信息技术的虚拟仿真实训不仅可以对医疗人员的临床实验进行仿真模拟训练，同时也可以在医生手术过程中，全程对医生操作进行实时指导，是目前医学界一项炙手可热的培训技术。
2基于医学信息技术虚拟仿真技术
虚拟仿真技术是指利用计算机技术对临床手术进行模拟训练的一种医疗培训技术。它包含了许多医学技术领域，包括现实手术的培训技术，计算机全程指导手术技术，医学图处理技术，医生通过图像引导进行手术技术，手术导航技术，医疗图像重建和虚拟手术技术等。伤口切割处仿真是指在虚拟仿真手术中模拟外壳手术的伤口切割技术，该技术可以训练外科医生的伤口切割手法与技能熟练度，虚拟仿真技术充分的模拟了手术时伤口切割的效果，以及医疗人员切割伤口的平滑程度。
在进行伤口切割仿真技术的试验中，伤口切割时间和伤口切割效果是制约模拟实验真实性的保障。手术碰撞仿真是指在进行虚拟仿真手术过程中，患者器官与手术器械的碰撞至关重要，在外科手术中，手术器械与患者器官的碰撞往往会决定一场手术的效果或是一个人的生命，因此，对手术器械碰撞的模拟实验是医学仿真试验中十分重要的板块。由于患者的软组织器官，与模拟的医疗器械都呈现不规则形状，因此，在进行模拟实验时，针对不规则几何体是否会发生碰撞的实验，是确保模拟实验的真实性和仿真高效性的关键。医学图像处理技术是指对于医学图像技术的模拟和数据分析模拟等。包括三维，X光，血液流动等的图像模拟。对于手术场景的仿真包括对手术时的灯光，器械，设备，手术室的背景颜色，手术器材材质的模拟等。为医疗人员在进行培训时提供一个较为真实的手术场景。仿真系统配置内核则包括仿真模拟板块的监测与更新，手术资源配置的维护，操作板块的模拟等。
3虚拟仿真实训方法研究
为了验证虚拟仿真实验的有效性，我们对其实训方法进行了深入的分析和研究。根据目前仿真系统的开发形式，我们对其系统按照功能性的不同，进行了模块划分。模块划分后，我们开始对系统实训方法进行研究。首先，我们需要构建一个虚拟仿真实验的程序编程，该编程包括虚拟实验数据，虚拟实验对象，虚拟实验图像和虚拟实验场景。虚拟实验的程序编程是整个虚拟仿真实验的基础。对虚拟仿真实验进行编程后，需要对实验的硬件设备进行选择。通常我们所采用的实验硬件设备包含瑞士公司生产的pmryer力度触觉反馈设备，该力度触觉反馈设备包括有7个力度反馈度，可以对模拟手术过程中的手术力度进行全方位的模拟。包括挤压力，拉扯力，摩擦力，抓取力等。硬件选择完毕后，我们就可以对虚拟仿真实验的具体任务进行设计。仿真实验的具体任务包括一，虚拟医学图像处理技术，我们需要对虚拟的医学图像进行处理，保证其频率波动的稳定和二维，三维图像的识别。二是建立三维的软组织模型，对手术过程中软组织可能发生的变化进行模拟，以保证模拟实验的真实性。三是对实验力度反馈数据进行处理。在手术进行过程中，医护人员的手术力度有着至关重要的作用，因此，我们需要对手术过程中的力度进行模拟。四是对手术时的血液流动进行模拟。手术时，医护人员需要随时对患者的血液流动进行控制，因此对血液流动进行模拟在虚拟仿真实验中是十分重要的。随着我国医疗技术的发展，虚拟手术仿真系统在医疗领域的应用将越来越广泛。
4结论
基于医学信息技术的虚拟仿真实训是一个包含着众多复杂技术的一款医疗手术模拟实训系统。本文对其实训方法进行了深入的分析和研究。首先我们对仿真实验系统进行了系统编程，之后对其硬件设备进行选择，最终确立仿真实验任务。系统实验包括了模拟软组织模型的建立，保障了虚拟实验时，能够了解手术过程中患者软组织结构的变化情况。模拟图像处理技术，对医疗图像进行二维，三维的建模，并对其图像数据进行分析。模拟手术力度反馈，更好帮助医疗人员在进行手术时的力度控制进行训练。虚拟仿真系统不仅可以对医疗人员的手术经验进行培训，同时也可以利用仿真模拟系统，在真实手术操作时，进行手术实时的引导。基于医学信息的虚拟仿真实训不仅为我国医疗人员的手术经验提供了训练的平台，也为我国医学技术的发展奠定了基础。
参考文献
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作者简介
李晓莉（1980-），女，河南省西华县人。硕士学位。副教授。主要研究方向为临床医学。
虚拟仿真技术的发展篇4
【关键词】虚拟仿真技术高职机电教学应用
虚拟仿真技术在实际训练教学过程中有明显优势，能够保证学生得到充分的锻炼和培训，在机电专业教学中引入仿真技术，还可以使原料、设备和工具等做到节约，降低操作能耗和环境污染，还能避免设备的损坏。虚拟仿真技术不仅不会对操作设备造成严重损害，也不会对操作人员的失误造成伤亡。虚拟仿真技术在高职机电专业中的应用在本文中还会有进一步分许和阐述，供高职院校参考。
一、高职机电专业教学面临的困境
高职学校在学术实际训练方面的设施设备部完善。当前，各个高职学校大都面临着硬件资源不充分，教育经费不足的情况，没有能力购买更多的实际训练实验器材和场地。面对这种情况，高职机电专业应该通过计算机虚拟仿真技术的使用替代实际操作，这样既能保证学生的锻炼，达到实验的效果，还不至于浪费资源，污染环境。
实际训练场地开放过少。场所开放太少，高职院校作为面向社会，用人单位和学生的服务单位，主要是开展科研和培训等业务，但是却受训练场地的约束，开放时间不足以满足社会和学生的需求。学生很难有足够的时间到实验室进行训练，影响了学生的动手实践能力的提高，目前的高职学生，使用电脑已经得到普及，通过虚拟软件的运用，能够让学生即使不到实验室也能得到实验训练。
高校在实验设备和器材上的维修和保护都需要一笔不小的经费。硬件设施很容易损伤，而且高额的维修费用学校不一定负担得起，而设备又必须经过多次的实训耗材，为实训带来了沉重的代价，并加大了实验室管理人员的压力。通过虚拟仿真技术的利用，不但不用维修设备，还能为实验训练节省许多实验耗材。
二、在虚拟技术的使用下构建虚拟实验室
课堂教学和实验中仍然存在很多问题：首先，当前的教学仍然存在理论教学为主的情况，实验实习只是作为教学辅助；其次，学生的实验操作存在问题，受场地和时间的限制，学生只有在上课时间才可以实验室，平常几乎没有时间和机会进行操作锻炼；最后，实验设备不足以满足学生在实验上的需求，硬件设施落后，且维修成本高。虚拟仿真技术主要为了提高学生的技术操作能力，有构想性、交互性和多感知性的等特点，有利于教师开展实训教学和专业训练，在解决高职教育的就业和实习方面具有重要意义。
目前，大多数课程都能通过虚拟仿真技术得以实现实验教学，建设虚拟仿真实验室能够降低高职学校的办学成本，并促进虚拟仿真技术和有关人才的发展，在解决教育资源匮乏上有十分重要的理论现实指导意义。高职院校在引进虚拟仿真技术时需要结合本校实际情况，创设仿真资源，合理选择，不同的高职院校针对机电专业的教学内容，就业定位等不完全相同，市场上的虚拟仿真软件不可能面面俱到，因此，应该扩宽引进渠道，为虚拟仿真技术的购置要选取多种方法，建立仿真资源，在教学上为机电专业提供支持和帮助。
三、虚拟仿真技术在高职机电专业教学中的运用
弥补设备不足的问题。保障实训教学的完成，并节省成本的使用。为使实践教学项目的效果得到彰显，过去落后的实践教学方法急需一笔巨大的资金，投入到教学设备的购买和置办方面，而且在教学过程中很容易消耗大部分原材料，传统的设备和仪器都将被淘汰，不能适应当前的教学需要。站在教学资源的情况来说，虚拟仿真技术实际上减少的资金投入总共包括占地面积、建筑、设备、原材料和教师等方面，据考察，大致能够降低3/10-4/5。还能减少实训带来的环境污染，让学生在良好的环境下学习，得到实践，提高教学效果。
替高职院校节省出一笔不小的经费。信息技术的迅速发展，高职教育中的传统媒介具有较强的信息滞后性。科学技术的发展不断进步，传播也需要有一定的载体，例如硬件设施和教学资源的配置等。随着知识经济时代的到来，信息技术的发展更加迅速，传统的硬件教学模式和实训教学设备不久就可能因为技术落后而从社会上淘汰，然而，设备的改造和更新又存在困难，只能购买先进的设备设施来解决这一教学困难。当前我国的教学资源本就不足，不但使得教学资源更加减少，还可能因为教学过程中没有使用相应的设备而陷入停滞状态，更不利于学校的发展。运用虚拟仿真技术建设实验室就能有效解决这一问题，可以让实训次数有所增加，促进软件的升级和改良，不用把硬件资源全部更换。虚拟仿真技术最有特点的就是不用消耗任何原料，而且可以多次重复实训的教学内容。虚拟仿真技术以其先进和容易改善的特点备受教育界青睐，不但减少了教育经费不必要的使用，让教学内容不断的在虚拟条件下更新进步，还能使实训教学与技术发展相适应，在变化的教学中满足学生和社会的需求。
提高学生学习兴趣。虚拟仿真技术是教学中优秀的辅助工具，能适用于教学交流和实训情景多个教学活动，虚拟的教学环境更容易让学生激发学习兴趣。虚拟仿真技术形象生动，直观和互动性较强，也能及时对学生情况做出反馈，学生学习过程中的假设模型都能以虚拟仿真技术进行虚拟，优势十分明显，学生通过观察虚拟假设得出的结果，还利于培养学生的创造性思维。因此，虚拟仿真技术利于学生较早熟悉实训环境，尽快掌握专业知识与技能，调动学生学习热情。
四、结束语
虚拟仿真技术在解决高职教育的实训问题上具有重要意义，解决了设备不足，器材落后，硬件更新慢等困难，把虚拟技术运用到机电专业教学中，提高教学效果，解决面临的实际问题，有利于推动高职院校机电专业的教学内容和课程改革，促进了虚拟仿真技术在高职院校中的运用与发展。
参考文献：
[1]熊淑平.虚拟仿真技术在高职教学中的应用探析[J].黄河水利职业技术学院学报，2013.
虚拟仿真技术的发展篇5
关键词:创新创业教育;虚拟仿真实验;实验教学
总理在«2017年国务院政府工作报告»中指出:“创新对发展的支撑作用明显增强”,并强调唯有改革创新才是出路[1].创新的核心要素是人才,高校创新创业教育(以下简称双创教育)的根本目标就是培养创新型人才,造就“大众创业、万众创新”的主力军[2].实验教学是高校培养创新型人才的重要途径,云计算、互联网＋、大数据等现代信息技术为高校提供了新的实验教学手段,基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学已成为高校实验教学的重要组成部分,并在双创教育中发挥着越来越重要的作用.
1双创教育及其存在的困局
广义的双创教育是指培养具有开创性素质的人,包括首创精神、创新意识、创业能力、独立工作能力以及技术、社交和管理技能的培养[3].美国经济学家彼得德鲁克认为创新就是为客户创造出新的价值,它是企业家特有的工具;创业是创新的主要载体[4].创新创业始于创意的产生和创业的意愿,但更需要能力、勤奋和坚持.双创教育的目的不仅是教大学生如何创立一个企业,更重要的是培养大学生的创新意识和企业家精神,提高他们的创业就业能力.创新意识包括创造动机、创造兴趣、创造情感和创造意志;创业能力是一种综合能力,它包括对市场机会的挖掘能力、资本筹措的融资能力、企业运营的决策执行能力、管理团队的协调能力、适应环境和承受压力的应变能力、解决问题的专业能力和务实求变的创新能力[5].学生的创新创业能力只有在实践过程中才能获得.但在实际教学中,有些实验如弹药保障、文物修复、集成电路设计等因为涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作、高成本、高消耗而不能实际进行,新创企业的育成也具有周期长、成本高、实际流程不可逆的问题而难以解决.虚拟仿真实验教学采用虚拟现实、多媒体、人机交互等技术,可以逼真地模拟现实世界的事物和环境,有利于学生在专业实验环节的创新实践能力培养[6].另外,虚拟仿真实验可以仿真企业生产经营管理和社会服务的流程,帮助学生提高创新创业能力.因此,虚拟仿真实验教学有助于解决双创教育存在的困局.
2虚拟仿真实验教学在双创教育中的作用
教育部办公厅«关于开展2015年部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知»(以下简称«通知»)提出:高校要加强虚拟仿真实验教学资源、平台、队伍和制度建设[7],将虚拟仿真实验教学在人才培养中的作用充分发挥出来.虚拟仿真实验在双创教育中具有非常重要的作用,主要体现在3方面.
2．1有利于资源共享、提高双创教育的覆盖面
现代信息技术的普及和教育信息技术的发展,使得知识传授方式发生了根本性变化,利用互联网和移动设备进行网络学习已成为当代大学生的重要学习方式.采用云技术、移动互联、大数据、3D仿真等先进信息技术开发的虚拟仿真实验教学平台提供了远程学习共享机制,有助于学生突破时空限制和利用碎片化时间,开放、自主地完成创新创业实践活动,扩大了双创教育的广度和深度.
2．2可以弥补企业接待教学能力的缺口“
大众创业,万众创新”对高校的人才培养提出了更高的要求,高校应通过开展企业实践、岗位实习等实践活动,帮助学生牢固掌握专业理论知识、提高岗位技能和实践动手能力,培养创新精神、创业意识与创业能力.但目前企业接待学生实习的意愿和能力均较弱,所提供的实习岗位数量不足、任务零散,且缺乏成熟的岗位培养计划与职业发展通道.采用虚拟仿真技术能够模拟企业的环境和工作流程,系统开展创新创业实验教学与实践活动,对于提升学生的职业素养和就业创业能力具有十分重要的作用.
2．3降低双创教育和学生创业的成本
如前文所述,在实际教学中,很多实验实践因为涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作,或因周期长、成本高、实际流程不可逆而难以开展,或参加实验实践的人数受限;学生创业成本高、失败率高,并且承担很大的经济和精神压力,因而选择规避或放弃自主创业.虚拟仿真实验通过现代信息技术,能够提供安全、经济的实验项目,帮助学生掌握专业知识和技能、培养创新思维、提升创业就业能力,实现真实实验条件不具备或难以完成的教学功能[7].
3双创教育虚拟仿真实验教学建设及经验
北京联合大学是一所应用型大学,以培养适应国家(特别是首都经济社会发展)需要的高素质应用型人才为己任.北京联合大学管理学院虚拟仿真实验教学中心(以下简称中心)贯彻落实国家关于虚拟仿真实验教学建设和双创教育的精神,根据学校的总体规划,构建了以企业创新育成为主线、重在培养学生创新意识和创新创业能力的虚拟仿真实验教学体系.中心面向京津冀一体化建设和首都现代服务业的发展,从学生初创企业的实际情况和双创教育的需求出发,以培养学生的实践创新能力为主线,利用云计算、虚拟仿真等信息技术,全面模拟了中、小、微企业的创建、运营、管理和利润再分配4个业务流程,开设了基础、专业、综合和创新实践4个层次的实验项目,开展了岗位实践、创意开发、创业体验、综合实践、创新项目、专业竞赛、科技活动、社会实践、自主性学习等9大类的学生创新实践活动.双创教育虚拟仿真实验教学从根本上解决了目前经管专业学生在社会上统一安排实习难度大、局限性大的困局[8],使学生逐步完成创新意识培养、能力提升、环境认知、实践模拟及创新孵化的创新历程,极大地推动了学生双创教育的开展.
3．1虚拟仿真教学资源建设
中心以创新人才培养为主线,利用现代信息技术开展虚拟仿真实验中心建设.2014—2016年相继建成了虚拟技术研究室、虚拟企业实验室、移动商务实验室、数据分析实验室、蜂巢创意空间等特色实验室;搭建了高度集成、开放共享的综合虚拟仿真实验教学平台,将真实实验、模拟实验和虚拟仿真实验深度融合,建设了基于现代服务业,贯穿企业创新育成全过程、全周期的实验教学模块和实验项目.目前共设计开发了8个3D虚拟仿真实验系统,开放了9大类学生创新实践活动,营造了模拟企业与产业园区的体验式文化氛围
3．2管理与共享平台
针对学校多校区办学的特点,中心以“中央控制、柔性组合、模拟仿真、资源共享”为建设思路,整合资源,充分利用现有场地和设备,利用云计算、虚拟仿真等信息技术构建了虚拟仿真实验教学资源管理平台.硬件设备包括46台服务器(CpU的主频为2tHz,5tB存储)和无间断校园网络等,有效地保障了多校区、远距离、全天候、开放式、精细化的创新实验教学的组织与实施,支撑了校内8个学院、17个专业学生的虚拟仿真实验课程和创新实践活动
3．3师资队伍建设
中心坚持“以人为本、绩效评价、创新发展”的方针,以学生双创教育需求为指引,构建了一支由国内外行业专家、企业一线岗位人员、专业教师和实验教师组成的多维度的虚拟仿真实验教学队伍.一方面,通过学科专业建设、教学科研攻关、社会实践锻炼、核心骨干培养,提高了专业教师的综合素质[9],例如组织专业教师参加东软集团创业讲师实践营;另一方面,引入行业企业导师资源,并重视与企业导师互通,建立校企共建师资队伍制度,加强企业导师的规范管理,例如聘请慈文传媒集团专家担任影视制片与管理专业的专业课教师,并负责指导该专业学生的科技创新活动.
3．4制度建设
中心为助力大学生双创教育,本着“以人为本,智慧管理”的指导思想,贯彻学校关于虚拟仿真实验教学和双创教育的规定,制定了细致可行的管理制度,最大限度地发挥了中心在场地、设施、教学资源、人员配置等方面的作用.(1)建立了顺畅、高效的运行机制.实行“学院管理G中心管理G学生自主管理”的运行模式,理顺了学生双创活动的管理机制;实行了全面的教学效果考核、评价、反馈机制;通过开放实验室制度建设,促进了线上线下创新实践活动的开展.(2)建设了内容完备的管理规章制度.为保证中心高效运行,除严格执行学校的相关政策和规定外,还制定了实验队伍培养与管理、资源开放与共享、运行管理及质量保障等一系列相关制度,主要有«关于提高教师专业实践与应用能力的实施办法»«企业创新育成虚拟仿真实验教学中心开放实验课程实施办法(试行)»«实验教学中心开放实验室管理规则»和«虚拟仿真实验资源开放管理规则»等.中心通过虚拟仿真实验教学资源、平台、师资及制度建设,为学生创新实践活动提供了强有力的保障,双创教育成效显著,使学生创新创业能力显著增强.近3年,学生在全国大学生服务外包大赛、电子商务“三创”大赛、“挑战杯”大学生科技大赛等全国性系列赛事中累计获得市级及以上奖项65项;在“启明星”科技立项中成功立项224项,包括部级项目15项、市级项目99项;已有多支学生自主组建的创业团队通过竞争、选拔,入驻中心的蜂巢创意空间,孵化成功后注册公司正式运营.例如电子商务专业学生李承学带领的创业团队“四麦活动社”已孵化为创业公司,梁磊老师指导学生开展的“寸草心———基于时间银行理念的互助式养老公益平台”项目获批北京市朝阳区协同创新项目,并与公司合作共同开发互助式养老公益平台,在朝阳区常营社区开展试验.
4增强双创虚拟仿真实验教学实效性的对策
目前,基于双创教育的虚拟仿真实验教学还存在着教学资源不丰富、平台功能不完善、开放共享程度低、师资水平有待提高、制度不健全等问题.可以采取以下改进措施加以改进.
4．1构建专业能力与双创素质一体化实验教学体系
结合本校的专业特色和优势,在实验教学体系建设中以培养学生的创新创业能力为出发点,把实验资源和管理平台建设、实验课程建设、师资队伍建设等有机融入实验教学体系框架中.将双创教育切实融入基础实验课程、专业实验课程、综合实验课程和创新实践项目中,逐步、分层次开展创新创业思维训练、创新创业综合技能训练、创新创业实践,将双创教育贯穿于从理论、实验到实践的创业型人才培养全过程[10].对那些真实实验不具备或难以达到实验效果的实验项目和实践环节,则由虚拟仿真实验来完成,将真实实验、模拟实验与虚拟仿真实验有机结合,做到“虚实结合、能实不虚”.
4．2丰富虚拟仿真教学资源并持续共享
中心的建设经验表明:虚拟仿真实验对于推进双创教育具有非常重要的作用,应以提高学生双创教育成效为目标,通过多种途径开展虚拟仿真教学资源建设.(1)校企协同开发虚拟仿真教学软件和项目;(2)注重虚拟仿真软件的产业特色和专业深度;(3)构建更加兼容的虚拟仿真软件使用环境,整合现有资源,对软件进行二次开发[11];(4)扩大共享范围,将虚拟仿真资源从校内扩展到校外,实现双创教育作用的最大化.
4．3扩展平台功能
一个良性发展的虚拟仿真实验教学平台,在保证完成基于双创教育的虚拟仿真实验教学任务的同时,还应是一个“集合各方创业动态、政策和信息的生态系统”[12],应具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性.这就要求高校合理组织、校企协同,利用现代信息技术拓展虚拟仿真实验教学共享平台的功能,在时间、空间和实验内容上全面开放[13],并实现更大范围内的资源共享.
4．4提高双创教师的教育教学意识和能力
打造一支双创教育理念先进、信息技术应用能力强、有丰富企业实践经验的虚拟仿真实验教学队伍.(1)加强双创教育理论学习,探索双创教育与专业教学深度融合;(2)加强企业实践,提高专业教师的创新实践能力和创新意识;(3)专业教师参与虚拟仿真实验项目建设,在虚拟仿真实验平台、实验项目建设中发挥作用;(4)企业导师进校园,在实验教学中传播企业创业和运营经验,全程参与并指导学生创新实践活动.
4．5加快健全制度建设
要保证虚拟仿真实验教学持续服务于双创教育,需要一整套完备的管理制度和激励制度.(1)管理制度.目前学生双创活动一般归口校团委、校招生就业办公室等不同管理部门,双创教育与虚拟仿真实验教学建设之间、学生双创活动开展与实验教学中心运行之间存在着管理脱节现象,学校有必要建立高效、顺畅的协同机制,为学生的双创教育活动提供强有力的支撑.(2)激励机制.虚拟仿真实验教学项目的建设不仅需要经费支持,还需要教师投入大量精力进行设计开发.因此,应建立、健全激励制度,鼓励教师参与虚拟仿真教学资源建设.
5结语
虚拟仿真实验教学是提高大学生实践创新能力的重要途径.云计算、人工智能技术、虚拟现实技术、物联网、大数据等技术为虚拟仿真实验教学提供了强有力的技术支持.随着现代信息技术的发展,更多基于双创教育的虚拟仿真实验教学资源将会被设计开发出来,虚拟仿真实验教学在双创教育中的作用会益发凸显.
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虚拟仿真技术的发展篇6
1.1虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究现状
虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术、思想上有了质的飞跃[1]。
虚拟现实仿真技术目前在国内外发展较快，广泛应用于高校实践教学、企业生产加工、医学研究、军事等领域，美国的虚拟现实仿真技术代表着行业领先水平[2]。
我国许多高校和研究机构也已经利用虚拟现实仿真技术，开展教学和实验实训方面研究与开发，广泛应用于高校的实践教学，将会对其教学模式改革起到极大推动作用[3]。国内的一些高职院校，将仿真技术软件广泛应用于三维造型设计、数控模拟加工等实践教学环节，收到了较好的教学效果。
1.2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义
利用虚拟现实仿真技术构建一个虚拟的实训场所和学习场景，可减少高职院校因实训设备不足而产生的影响因素。通过进一步整合教学资源，提高实训设备的利用率，提高学生学知识、练技能的浓厚兴趣，提高实践教学效果和学生的实践应用能力，具有深远的意义。
2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容
2.1虚拟现实仿真技术进行虚拟设计实践教学的应用研究
传统设计是设计者根据产品用户的需要，将所设计产品的结构通过图纸表现出来，经过计算或者经验认证后，再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面：
2.1.1利用虚拟现实仿真技术开展UGCaD模块实践教学的应用研究
对于工业用户，eonprofessional带有高端的CaD和3D数据格式转换模块，它通过优化，快捷地把各种CaD和3D数据转换成eon格式。其基本模块支持30多种格式，如autoCaD，CaDKeY，KGeS，maya，3dsmax，Lightwave，SoFtimaGe3D和Solidworks等。此外，它还支持关键帧（key-frame）、自动常规校正、顶点缝合、几何/平面削减、保持UV贴图和纹理的情况下任意调节的组合贴图。
我院机械类专业实施实体建模、特征建模和自由形状建模三个模块的实践教学，使学生能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、进行布尔运算及建立表达式。掌握圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等命令的操作。能采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，引入数学方程控制、编辑模型。
2.1.2利用虚拟现实仿真技术开展moldwizard模块实践教学的应用研究
实施moldwizard注塑模具设计模块的实践教学研究，要求学生能进行中等复杂程度的注塑模具和冷冲模设计。掌握UGmoldwizard（注塑模具设计向导）的操作界面，熟练掌握数字化装配，中等复杂产品的分模、添加模架、镶块、滑块、电极、浇注系统、冷却系统以及选用各种标准件等有关内容。
2.1.3利用虚拟现实仿真技术开展产品分析模块实践教学的应用研究
以UG软件为平台，开展UG产品分析模块的实践教学研究，分析与探索产品模型受力、受热后的变形。以模具企业设计岗位的岗位知识、能力、情感要求为课程目标，以模具产品为项目载体，以moldflow模流分析软件为工具，按工作过程来设计教学活动、组织教学。使学生掌握基本Cae分析方法的基本过程，为将来工作中实际应用提供必要的理论基础。
通过模拟塑料的成型过程，可以找出产生这些缺陷的原因，再采取相应的措施来避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的浇注系统的设计、塑料的性能、成型的压力和温度不同而不同。通过使用Cae软件分析，有助于让学生懂得如何优化其模具设计，使生产出来的塑件避免出现各种质量缺陷，优化产品设计及选取合适的注塑工艺等。
通过模流分析软件的模拟，可以很容易看到是否出现困气问题，然后根据以上改善方法，拟定初步改善方案，用模流分析进行模拟验证，得出模流分析结果，对其进行分析比较，这样就能充分利用模流分析的虚拟模拟仿真，大大节省了试模成本，这就是模流分析之所以能够得到越来越多人认可的原因。
2.2虚拟现实仿真技术进行虚拟制造实践教学的应用研究
利用虚拟现实仿真技术，了解UGCam的加工类型和特点；掌握UG软件在铣削加工方面应用知识；熟练掌握UG自动编程的常用命令和基本操作；掌握零件自动编程的一般步骤，并能根据零件特点选择合适的加工方法。
在Cam自动编程和数控加工中，运用UG软件的仿真功能对后处理程序进行模拟，用UG数控仿真软件对加工过程进行仿真，检查优化其加工工艺的合理性，有效地提高机床的加工效率和模具加工质量。
2.3虚拟现实仿真技术进行虚拟装配实践教学的应用研究
在虚拟仿真实训室开展模具虚拟拆装和装配的实践教学研究，包括进行产品装配建模、装配路径与顺序的设计、零件装配过程运动分析等内容。
通过虚拟实训室，开展模具结构的拆装实验，模具成型过程的运动仿真，模具知识的索引等实践教学环节的教学研究。对UG软件进行二次开发，开发出模具结构认知与虚拟拆装软件系统，完成典型模具的虚拟装配等实践环节的教学。
3虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题
3.1虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。
3.2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。
3.3虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。
虚拟仿真技术的发展篇7
关键词：计算机仿真；虚拟样机；试验；基于仿真的采办；装备采办
引言
从20世纪90年代开始，美国国防部为了更好、更快、更省地采购和部署满足21世纪军事需求的武器系统，进行了一系列卓有成效的防务采办改革，提出了基于仿真的采办（SimulationBasedacquisition，SBa）的概念。基于仿真的采办的核心思想是通过采用建模与仿真技术，以并行、迭代、柔性的思想指导武器系统的开发与采办，实现武器系统全生命周期各阶段的协同工作，是对传统采办在过程、支持环境和采办文化上的变革与创新。经过多年的实践与发展，基于仿真的采办得到美国军方和工业界的充分肯定，他们认为，基于仿真的采办可为切实缩短武器装备的研制周期、减少资源消耗、降低采办风险、提高装备质量。
虚拟样机（Virtualprototype，Vp）是基于仿真的采办中的一个重要概念，是建模与仿真技术在其中的一个最重要的应用形式。它利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试、评估和人员训练，成为缩短产品开发周期，降低成本，改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力的重要手段。
随着高新技术成果大量地应用于武器装备，武器装备变得越来越复杂。传统的串行采办过程，论证方、用户方、研制方和评估方分离的采办制度将很难适应未来武器装备的发展需求。因此，可以借鉴美军基于仿真的采办的成功经验，以并行、迭代、柔性的思想指导武器装备的开发与采办，用虚拟样机代替物理样机参与武器装备的预研、方案论证、工程研制、定型试验等过程阶段的试验与评估，并将试验与评估的结果直接反馈于武器装备的设计与研制，通过并行、迭代、柔性的方式不断地改进和完善武器装备的设计，更好地适应与满足未来不断变化的军事作战需求，降低武器装备的开发风险和开发成本，缩短研制周期，提高产品质量。
1虚拟样机技术
根据美国国防部建模与仿真办公室（DefensemodelingandSimulationoffice，DmSo）的定义，武器装备的虚拟样机是指在需求分析、方案论证、系统设计、演示验证等阶段使用的、代替武器装备实物样机的数字模拟产品。虚拟样机将建模与仿真技术扩展到新产品研制开发的全过程。它以计算机支持的协同工作为技术基础，通过支持协同工作、CaD、Cam、建模与仿真、产品分析、计算可视化、虚拟现实的计算机工具，将各个集成化产品小组（integratedproductteam，ipt）的设计与分析人员联系在一起，共同完成新产品的概念探讨、运作分析、初步设计、详细设计、可制造性分析、性能评估、生产计划和生产管理等工作。
利用虚拟样机代替物理样机，可缩短开发周期，降低开发和测试成本，改进设计质量。利用虚拟样机，可使产品的设计者、使用者和评估者在产品研制的早期，在虚拟环境中，直观形象地对虚拟样机进行优化设计、性能测试、制造和使用仿真，对启迪设计创新、减少设计错误有着重要意义。
1.1虚拟样机技术的特点
1.1.1虚拟样机在产品的全生命周期中是不断进化的
李伯虎院士等学者认为，利用虚拟样机技术开发虚拟样机的过程，实质上是一种产品全生命周期基于模型的不断提炼与完善的过程。不仅如此，作者还认为，在产品的全生命周期内，随着论证方、研制方、使用方和评估方对产品认识的不断加深，虚拟样机的开发是一个不断进化、不断完善的过程。虚拟样机经过不断地迭代，逐步完善，逐渐逼近最终的实际物理样机，最后研制方根据最终的虚拟样机生产制造出满足设计目标的物理样机。
在进行系统论证时，由于对产品的认识还不深入，论证方仅仅能够勾勒出产品的大概轮廓，提出产品的主要战技指标要求，对于虚拟样机的许多细节，暂时还无法进行确定。当进行系统设计时，随着对产品设计的全面展开，虚拟样机的细节逐步丰满，产品的组成、工作流程、内外部接口等内容不断丰富，虚拟样机得到了初步地进化与完善。在后续的虚拟制造、虚拟试验、虚拟使用等环节，制造方、试验方和使用方会发现产品在论证与设计中的许多问题与缺陷，不断地提出产品的改进意见。这些都反馈到产品的论证方与设计方，对虚拟样机的设计进行修改完善，实现虚拟样机的不断进化，最后形成最终的虚拟样机产品，如图1所示。
1.1.2虚拟样机成为论证方、用户方、研制方和评估方之间直观的交流语言
以往，产品的论证方、用户方、研制方和评估方之间的交流主要通过各种文书实现，包括研制任务书、设计方案、设计图样、试验报告和使用说明书等文件。一方面，这些文件数量庞大，读完并理解需要耗费较长时间；另一方面，这些文书不直观，各方对文书的理解存在偏差，很难使各方对产品形成统一完整的认识。这些不利于各方之间的交流沟通，也直接影响到武器装备的作战使用。
利用虚拟样机，就很容易使各方对产品的认识具体化，形象化。论证方向研制方说明研制目标和要求时，可以将其论证的虚拟样机运行于仿真作战环境中，直观形象地展现武器装备的作战环境、作战目标、作战过程、使用要求、战技指标等，使双方沟通更通畅，更容易达到一致的认识；当用户培训操作手时，就可以直接利用虚拟样机，这样不仅能够比较容易地发现武器装备的设计问题和缺陷，而且武器装备的技术特点、使用特点也会直观立现，也使得部队能够在战时更好地运用武器装备，使用武器装备。
1.1.3虚拟样机利于增量式开发的实现
增量式开发是指，已经识别了武器装备的预期能力，对于其终能力的需求是明确的。最终能力需求是可以通过多次增量开发得到满足，但武器装备的每次增量开发取决于当前的技术成熟度。这是为了平衡技术成熟度和研发风险、费用以及用户能力需求紧迫性之间的关系。这样就允许核心作战能力可以快速投入战场来满足作战需求。这种策略可以随着技术的逐步成熟，将作战能力以连续增量的方式投入战场。增量式开发可以加快技术进步到战斗生成之间的转化，缩短武器装备的采办周期，形成“研制一批、生成一批、装备一批”的武器装备持续发展局面，使得关键技术进步可以快速形成战斗力。
虚拟样机的并行、迭代、柔性的开发过程与增量式的开发过程非常吻合，使增量式开发的过程较容易实现。另一方面，虚拟样机的模型复用技术也可以与增量式开发相结合，在增量式的开发过程中大量地使用模型复用技术，进一步加快开发过程，缩短开发周期，快速技术进步向战斗力的转换。
1.2虚拟样机技术的应用
目前虚拟样机技术已经显示出其强大的生命力，广泛的应用于航空、航天、车辆、机械等领域。波音777就是一个采用虚拟样机技术的典范，它首次采用虚拟样机技术实现了包含300万个零件的波音777飞机全过程无图纸设计。在11个月的时间里，设计小组利用虚拟样机完成了751个飞行小时的机翼测试，730个地面小时的飞行性能测试，1088个飞行小时的推进器性能测试，770个飞行小时的飞行稳定性测试，830个地面小时的飞行开发，1280个飞行小时用于etop，913个地面小时用于系统验证，共8384个测试小时，他们耗费了最短的时间进行了历史上最长时间的测试，减少了94%的费用和93%的设计更改。
随着仿真技术的发展，虚拟样机技术与武器系统的结合也越来越紧密。例如美国麦道公司采用虚拟样机技术研究F/a-18战斗机的发动机装配问题，可以在30分钟内确定发动机是否能够完全适应飞机及维修设备的需要；美国研制第4代战斗机F22的过程中，虚拟样机试验与评估以及风洞试验的经费比是6：4；美国“响尾蛇”空空导弹的三个型号，由于采用了虚拟样机技术，靶试的实弹数由129发减少到35发；在“爱国者”、“罗兰特”和“尾刺”地空导弹的研制过程中，节省研制经费10%～40%，缩短研制周期30%～40%，这三个地空导弹的靶试情况如表1所示。
李伯虎院士等人是在国内较早开展虚拟样机研究的技术团队之一。他们基于国家863/CimS航天并行工程项目，开展了复杂系统的虚拟样机技术研究、应用与初步实践，并开发了具有自主知识产权的虚拟样机支撑平台，并将虚拟样机技术成功地应用于航天飞行器的设计与制造。
另外，虚拟样机技术在国内已成功地应用于导弹、火炮、轻武器等武器系统的设计与制造领域，也成功应用于机器人、数控机床、拖拉机等装备的设计与制造领域，甚至也应用于过山车和乒乓球发球机等娱乐设备的设计与制造领域。
2虚拟样机试验
2.1虚拟样机试验可以使传统的串行采办过程并行化
由图2可知，传统的采办过程是一种串行的采办过程，装备试验与评价活动并未贯穿装备的整个采办寿命周期，主要处于工程研制阶段之后，生产部署之前。传统的装备试验与评价活动基本上是以单件装备型号产品为试验对象，试验目的基本上是为了检验装备型号产品的各个单项性能指标是否达到了初始设计要求。利用虚拟样机试验就可以将传统的串行采办过程转变为如图3所示的并行的采办过程。
2.2虚拟样机可以弥补试验时物理样机数量上的不足
一般来说，装备在进行定型试验之前，生产的数量都极少，不能满足今后体系效能试验的数量要求。由于经费、生产能力等方面的原因，研制方又不可能生产出符合体系效能试验数量要求的装备。因此，在体系效能试验之前，对虚拟样机进行验模与评估，确保虚拟样机能够代替物理样机参加试验；试验时，利用虚拟样机代替部分物理样机，构建体系效能试验环境，驱动试验运行；试验后，对虚拟样机和物理样机的表现进行综合分析，评估装备的体系对抗效能。
2.3可以将LVC仿真资源进行综合集成构建逼真的虚拟样机试验环境
仿真资源通常可分为真实（Live）、虚拟（Virtual）和构造（Constructive）3种。真实仿真资源是指在部分虚拟的环境中由真实的人操作真实的装备；虚拟仿真资源是指在虚拟环境中由真实的人操作虚拟的装备；构造仿真资源是指在虚拟环境中由虚拟的人操作虚拟的装备。在装备的论证、研制、试验和使用过程中，产生了大量的iVC仿真资源，这些资源面向不同的仿真应用，满足了不同的仿真需求。在进行虚拟样机试验时应很好地继承LVC仿真资源，面向实战，进行综合集成，构建逼真的虚拟样机仿真试验环境。
虚拟仿真技术的发展篇8
关键词：化学化工；虚拟仿真；实验教学中心
中图分类号：G642.3文献标识码：a文章编号：1002-4107（2016）10-0038-02
1989年，美国弗吉尼亚大学威廉沃尔夫教授首次提出虚拟实验室的概念[1]，由于其强大的应用前景，各国均在大力开发，经过二十余年的发展，取得了喜人的进展。在发达国家虚拟实验室建设已经普及，特别是科研实力雄厚的美国，在该领域的研究已占据领先地位。目前，世界各大院校和科研机构争先开展虚拟实验室的建设，也将其应用到教学、科研工作中，如墨尔本大学建立的化工3D虚拟实践教学系统，是国际上一致认同的化工工程教育的典范。在国内，特别是高校，虚拟实验室建设越来越受到重视。目前，大部分高校已经开发虚拟仿真技术，并将其应用到教学和科研中，尤其是在实验教学方面其发挥越来越重要的作用[2-5]。例如清华大学、复旦大学、上海交通大学、陕西师范大学、常州大学、中国科学技术大学等[6]。随着信息化技术的不断发展和深入，教育信息化受到了国家的高度重视，教育部在建设部级实验教学示范中心加强实验教学基础上，进一步提出建设部级虚拟仿真实验教学中心的建议。黑龙江大学化学化工与材料学院以省级实验教学示范中心为依托，建立了化学化工虚拟仿真实验教学中心，对虚拟仿真实验教学资源、管理、平台、教学和管理队伍、管理体系进行了初步的建设和探索。
一、虚拟仿真实验教学中心建设的意义
为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神[7]，根据《教育信息化十年发展规划（2011―2020年）》[8]，教育部自2013年将开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作作为高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。化学作为材料科学、纳米科技、生物化学等科学的重要核心，被称为“中心科学”。化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学在化学类专业学生培养中起重要作用。但某些实验我们无法在真实的实验室为学生开展，例如某些化学反应速度很快，物质间微观作用机理，微观结构的影响机制无法用常规宏观实验直接获得，学生无法直接感知，学习抽象，不易理解，严重影响实验教学效果和质量。某些化学反应需要在高温高压等苛刻条件下完成，也有些化学实验会生成危害性物质，容易产生环境污染和危害学生身体健康，都无法在实验室中正常开展。再如随着化工企业生产规模日益扩大，设备趋于巨大复杂化、高度密集化、控制自动化，同时，化工生产过程存在高温高压、易燃易爆、有毒有害等高危险性。而在化工实验教学中很难达到实际化工企业的规模和效果，在一定程度上降低了实验教学效能和影响了创新型人才的培养。开展虚拟仿真实验可以解决传统化学无法或者难以实现的过程，弥补真实实验教学的不足，提高实验教学效能和学生创新能力。
二、化学化工虚拟仿真实验教学中心建设路径
黑龙江大学化学实验教学中心高度重视实验教学的信息化建设，积极探索实验信息化教学改革与创新。早在1998年，以化学工程学科、“黑龙江省普通高校转化的化工过程与技术重点实验室”、中俄联合部级科技创新平台和中俄联合本科实验室等资源为依托，以学院网络信息化平台为基础，与北京东方仿真公司合作开发了8个工艺流程仿真实验项目，用于化学工程与工艺专业本科教学。经过多年的建设，开发了一批虚拟仿真实验项目。近年来，黑龙江大学利用校内信息科学与技术学院、信息与网络建设管理中心和信息现代教育技术中心等资源，充分发挥化学、教育技术、信息技术等学科的优势，2014年成立了化学化工虚拟仿真实验教学中心，内设化学虚拟仿真实验室和化工虚拟仿真实验室，在基础化学实验和化工原理实验方面开展了虚拟仿真实验教学。目前的中心已初具规模，拥有专门的百余台高性能计算机组成的虚拟仿真实验室和虚拟仿真实验教学平台，专门用于虚拟仿真实验教学工作，服务于化学工程与工艺、化学、环境科学、高分子材料与工程、材料化学、应用化学、制药工程、生物工程、生物技术、食品科学与工程、农业资源与环境、植物保护、土木工程等7个二级学院的13个专业。
（一）加强虚拟仿真实验教学中心教学平台建设
化学基础虚拟仿真实验教学平台拥有9个三维和2个二维虚拟仿真实验项目，实验内容仿真效果逼真、交互功能强、可情景化参与、可实施评价。将化学实验中无法观察的微观作用机制和现象，通过虚实结合的形式展现给学生。构建的大型科学仪器虚拟仿真实验操作系统，实现了虚拟仿真实验对实体仪器操作和训练的有效补充和动态化展示，消除了学生对科学研究的神秘感，提升了学生对科学研究过程的理解力，突破了传统实验的限制，实现了化学实验的绿色化、手段现代化和结论科学化，让学生在安全、环保、节能的实验环境中获得与真实实验相近的体验，使教师获得事半功倍的教学效果。
化工虚拟仿真实验平台现拥有一套化工单元实习仿真实验，其中包括15个基本单元操作；结合我省工业产业特点，开发了常减压虚拟现实仿真石油化工类和甲醇工艺仿真煤化工2个仿真实验；与北京欧贝尔公司合作开发了合成氨三维虚拟仿真软件。形成了虚拟现实实验环境、实时交互、远程网络运化、沉浸感和趣味性强的化工虚拟仿真实验平台。采用三维动态过程高度模拟工厂实验设备，所有操作站都实时模拟各种控制仪表的参数。克服了常规操作危险性、功能单一、人机联系差的缺点，弥补了实验教学学生动手操作受限的不足，满足了学生对工艺原理、操作环境、控制系统、故障处理的理解。
（二）注重虚拟仿真实验教学中心师资队伍建设
中心实行主任负责制，由主任、秘书、专职、兼职实验教师和专职实验技术人员组成一支相对稳定的实验教学和实验室管理队伍。经过几年来的教学运行，中心已经形成了由专职教师、专职实验技术管理人员、技术支持人员以及兼职教师所组成的，能覆盖多个专业的教学、管理及开发的师资队伍。管理人员相对固定，以保证实验教学中心的正常运行。专职、兼职教师共同负责实验课程的设计与全程教学，教学人员将会随着以后课程项目的增加、变动而改变，实行动态管理，择优选择。实验技术人员负责实验课程的准备与安排，实验的日常管理，耗材的管理，小型实验仪器的维护工作。
三、化学化工虚拟仿真实验教学中心建设展望
教育部相继批准的部级虚拟仿真实验教学中心中理工类占70%，化学化工类约7%，理工教育集中了大批优质虚拟仿真实验教学资源，这也与理工类学科一直以来重视实验实践教学密不可分[9]。随着虚拟仿真实验教学资源共享机制的建立和地方高校对虚拟仿真实验教学的不断投入，预计在今后几年的建设工作中，批准建设的部署和地方高校的比例将会增加到近1：1。黑龙江大学作为黑龙江省人民政府共建的有特色、高水平、现代化地方综合性大学，应该抓住发展机遇，利用现有化学学科优势，加大对化学化工类虚拟仿真实验教学中心建设力度，学习先进理念，早日进入部级虚拟仿真实验教学中心建设的行列。应大力解决以下待解决的问题：（1）应充分利用化学一级学科强大的科研优势，以及功能无机材料化学教育部重点实验室先进的科研成果，将其科研成果转化成虚拟仿真实验教学内容。（2）加大与虚拟仿真实验开发公司以及黑龙江省化工企业的合作，自主和合作开发符合学校自身和我省实际需求的虚拟仿真实验教学平台。（3）加强网络化和信息化建设，优化共享资源配置，健全合作机制，实现平台资源共享，加大中心的辐射作用。
经过多年建设，化学化工虚拟仿真实验教学中心已成为黑龙江大学化学实验教学中心的重要建设组成部分，坚持能实不虚的大方向，以培养具有创新精神和实践能力化学化工人才为建设目标，按照“资源共享、学科融合、虚实结合”的建设理念，搭建了化学虚拟仿真实验室和化工虚拟仿真实验室，建立了虚实交融、开放共享、综合性的虚拟仿真实验教学体系，制定和完善了中心管理体系和规章制度，建设了虚拟仿真实验网络信息平台，实现了虚拟仿真实验教学资源的智能化和网络化管理。中心将不断完善虚拟仿真实验教学平台建设，为国家建设培养优秀的化学化工人才做出更大的贡献。
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虚拟仿真技术的发展篇9
1虚拟仿真技术的概念
虚拟仿真技术也叫做模拟技术，是利用计算机系统模拟出另一个系统，可以与人们进行交互，虚拟仿真技术是一种遵循自然界发展规律的高新技术。虚拟仿真技术可以对工程施工方案进行虚拟验证和优化，极大程度上降低了施工安全事故的发生机率，实现了的建筑工程施工成本的有效控制。虚拟仿真技术具有交互性，而且非常的逼真，它可以结合图形技术、仿真技术以及传感技术建立起虚拟的信息空间，进行人性化的模拟仿真互动，虚拟仿真技术是一种对系统动态模型的试验方法，在建立数字城市、室内设计、建筑工程施工等很多方面都应用的非常广泛。
2虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用意义
虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工过程进行模拟，在工程正式施工之前，就可以对建筑工程结构构件的位置和相对关系进行验证，准确的计算出建筑工程相关结构的应力情况，以便可以及时的对建筑工程施工方案进行优化。在选择建筑工程施工方案时，需要有一定的施工经验，这种优化方式需要建筑工程施工开始之后才能进行优化，具有一定的局限性。应用虚拟仿真技术可以在建筑工程施工之前就展现出施工效果，以便有效的选择施工方案，实现建筑工程施工的最优化。虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用有助于施工技术的创新，同时缩短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工风险。虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工全过程进行模拟，发现建筑工程存在的施工质量问题，同时也帮助施工人员对整个施工流程进行了解，可以保证施工人员的人身安全。虚拟仿真结果可以帮助设计人员对不合理的施工结构进行改进，使这个建筑工程的施工流程更加规范。
3虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用
3.1虚拟仿真施工技术在建筑工程中的应用
虚拟仿真技术可以在虚拟模型上完成建筑工程的虚拟施工，对建筑工程的施工方案合理性进行验证，确定具体施工环节的进度。传统建筑工程的施工需要根据设计人员的工作经验来制定详细的施工方案，这种根据经验制定的方案很容易产生施工漏洞，造成建筑工程的施工进度或者施工质量出现问题，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中应用虚拟仿真技术可以提前建立起建筑工程的仿真模型，对设计完成的施工方案进行验证，寻找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中应用虚拟仿真技术有效的降低了工程施工的成本，并保证了建筑工程的施工质量。虚拟仿真技术还可以根据施工现场的具体情况，对建筑物周边的道路、场景等进行渲染处理，并利用计算机对建筑工程的具体环境进行实时交互，也可以深入到整个建筑模型当中，对建筑物的内在环境进行观察，有利于建筑工程设计人员对建筑图纸进行有效的修改。设计人员可以感受到自己设计的成果建设完成后的景象，并对建筑结构的相关功能进行检测，使设计者可以更加精确的了解建筑工程中各个结构部件的位置以及相对关系，使设计人员对建筑工程设计的更加全面，实现了对建筑工程施工过程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三种围护结构方案，通过虚拟仿真技术对三种围护方案的能耗进行分析，最终可以选择出最佳的节能围护方案。
3.2虚拟仿真技术在复杂钢结构施工中的应用
建筑工程中的复杂钢结构是整个施工过程中最为关键的环节，因为建筑钢结构是单独的钢制构件拼接在一起，不同钢结构的受力情况和承载力都是不同的，在不同的施工阶段钢结构的平衡性也是不同的。钢结构的特殊性就需要保证安装过程的严谨，一旦钢结构的设计或者安装出现差错，会导致建筑工程的整体受力情况受到影响。钢结构的精准施工可以实现对建筑工程的施工指导，避免增加无效的施工成本。在对复杂钢结构进行施工时，仅依靠施工人员的经验是不可能完成的，但是虚拟仿真技术弥补了复杂钢结构施工中存在的不足，可以对复杂钢结构的构件位置进行精准定位，并实现对钢结构施工的全过程跟踪，实现施工过程的有效控制，降低建筑工程施工事故的发生机率，有效提高建筑工程的经济效益。在对复杂钢结构进行施工时，虚拟仿真技术可以使建筑工程实现最优化施工。
3.3建筑工程施工过程中三维动画技术的应用
传统的建筑工程施工，施工进度只能依靠施工人员的经验进行判断，不能对施工过程进行针对性指导。而在建筑施工过程中应用三维动画技术，可以将施工全过程利用高仿真动画的形式展现出来，并着重体现出施工过程中的重点和难点，使施工人员在建筑工程施工之前就可以了解到施工过程中的每个细节，注意到施工过程中的注意事项。三维动画技术在虚拟仿真技术中属于比较低端的技术，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重复更改和修理，加快了建筑工程的施工进度，使建筑工程的施工质量得到有效的提升。中央电视台新址以及上海环球金融中心在施工过程中都应用了三维动画技术。
3.4模拟仿真技术在建筑工程施工安全中的应用
模拟仿真技术可以实现对建筑施工方案的最优化控制，传统的施工安全控制不能对施工方案进行优化分析，所以不能发现施工方案中存在的问题，但是通过虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工方案进行模拟演练，发现施工过程中可能出现问题的部位，并利用三维动画技术对问题部位进行动画演示，以便制定有效的安全预案和相关的应急措施，以便发生安全事故时可以将建筑工程的损失降至最低，避免造成严重的施工安全事故。施工人员也可以借助虚拟仿真技术进行安全演练，增加施工人员的安全防护能力，进一步提高了建筑工程的安全水准。
4虚拟仿真技术在建筑工程施工中的实现
在建筑工程施工中应用虚拟仿真技术首先要建立起虚拟场景，并各具各个结构部位的不同特征，建立起相应的细节模型。在所有的细节模型建立完成后，通过内部联节点将所有的结构部件拼接成一个整体，并将地物造型与原有的地形结构紧密结合在一起，完成整体效果图的建立。虚拟仿真场景中，为了增加建筑工程虚拟模型的真实感，可以对虚拟模型进行交互设计，通过不同的指令，设计人员可以在模型中进行自由移动。设计人员可以在虚拟方则仿真平台内对建筑工程相关结构的施工轨迹进行定位，例如在对复杂钢结构进行施工时，仿真模型可以对吊装过程进行交互仿真，将各种二维数据全部输入到三维模型中，实现复杂钢结构的虚拟施工。这种方法提高了建筑工程施工的可视化效果，使相关施工方案可以更加直观的表达出来，同时也可以对施工过程中重点位置进行分析，制定针对性的施工措施，有效保证建筑工程施工项目的顺利进行，让建筑工程的技术交底更加全面，促进了建筑工程施工的发展。
5结论
虚拟仿真技术的发展篇10
基于虚拟仿真技术和计算网络技术的实验教学方法已经成为不可或缺的实验教学手段。虚拟仿真实验教学体系的构建，将促进教学资源的科学规划和持续发展。以学科发展为依托、以培养具有综合实践能力和创新能力的人才为目标，本着能实不虚、虚实结合的原则，在实体实验的基础上，打破原有实验教学环节和专业内容所固有的界限，探索构建了三平台、三层次、一体化的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。“三三一”体系的构建既丰富了专业实验教学内容，又为学生在基于虚拟仿真技术的跨专业大型综合实验教学资源中，提供更多的应用技能、综合能力和创新能力训练的机会。
关键词:
电气工程;自动化;虚拟仿真
天津大学电气与自动化实验中心承担着面向全校10个专业、47门课程的本科生实验教学工作，其中包括课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计等多种教学实验环节。近年来，实验中心为了解决大型综合实体实验项目在建设、运行、维护等工作中受场地或经费等条件限制、阻碍学科建设与发展的问题;为了满足学生创新训练的需要，积极促进科研成果向教学资源的转化，在实体实验教学环境不断完善、发展的同时，对部分专业课实验教学内容进行了虚拟实验环境及仿真系统的开发与建设。先后建设了“智能电网仿真实验教学平台”、“多相流虚拟仿真实验教学系统”、“高电压虚拟仿真实验教学系统”、“机器人及自主系统虚拟仿真实验教学平台”、“工业生产线虚拟环境”等一批虚拟仿真实验教学资源［1－2］，并全部应用于实验教学中。2012年9月为了更好地管理和优化教学资源，学校成立了电气工程与自动化虚拟仿真实验教学中心。按照培养具有综合能力、实践能力和创新能力的高素质人才的需要，本着“相互补充、互融互通”的原则，构建了“三平台、三层次、一体化”的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。经过5年的时间，依照“能实不虚、虚实结合”的原则，完成了15个虚拟仿真实验教学项目的建设工作。虚拟仿真实验教学体系为实验资源开发提出了明确的目标。
1虚拟仿真实验教学的特点
充分发挥虚拟仿真实验教学的特点和优势，是构建一套科学、高效、可持续发展的虚拟仿真实验教学体系的关键。其特点如下。
1．1丰富的教学内容
基于互联网的虚拟仿真技术为实验教学带来了不受时间、空间限制的特点，它可以将学生带入未知的科学世界。相比传统实体实验课程的内容，虚拟仿真实验项目可以是千变万化的［3］。学生不仅可以利用所学知识灵活地解决问题，还可以按照自己的兴趣爱好设计问题，探索未知的世界。例如:传统的电机学实验，学生只能观测电机外特性结果，无法从根本上理解电机的内部磁场分布、不同运行工况下的磁场变化。而虚拟仿真实验利用电机电磁场有限元分析软件，使学生能通过虚拟仿真环境，了解电机内部磁场分布及性能特性曲线。同时，虚拟仿真技术打破了不同专业实验室的隔墙，为跨学科的交叉应用提供了广阔的实践天地。
1．2灵活的教学环节
为体现“以人为本”的教育、教学理念，适应个性化学习需求，有利于创新能力的培养，实验教学体系应该包含多层次的实验教学环节，学生可以选择适合自己知识水平、兴趣爱好的实验内容。并且随着学习进度的变化，可以跨越教学层次提升(或回顾以往)实验内容［4］。这在实体实验教学活动中是很难实现的。灵活的虚拟仿真实验资源建立了不同教学环节之间的知识链接，使学生在夯实基础知识的前提下，有更多接触专业实验和创新实践的机会。
1．3不可及和不可逆过程的实现
在涉及高危或极端环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时［5］，虚拟仿真技术提供可靠、安全和经济的实验手段。例如:在“高电压虚拟仿真实验教学系统”中学生可以随时观察高压放电的模拟场景。
1．4无处不在的实验室
基于互联网的虚拟仿真实验教学资源不仅可以为学生在任何时间和地点开展实验提供条件［6］，同时也可以将优秀的实验教学资源开放，为兄弟院校、企业、社区提供教学服务。
2虚拟仿真实验教学体系的构建
虚拟仿真实验教学体系在教学大系统中，与实体实验教学体系相互补充，同样需要遵循实验教学的客观规律和基本准则［7－8］。通过利用“互联网思维”和“虚拟仿真技术”对现有实体实验教学活动中的内容和环节进行了全面的、系统的再设计，形成了科学的和可持续发展的虚拟仿真实验教学系统。首先将基础实验、专业综合实验和创新与实践训练的三个虚拟仿真实验教学平台按照理论应用、综合设计、系统构建划分三个教学层次;然后利用虚拟仿真实验教学的特点和优势，将不同平台(教学层次)的实验项目进行互联互通、相互融合，形成了教学体系的一体化。
2．1以教学环节为导向的实验教学平台
以教学环节为导向的实验教学平台包括基础实验教学平台、专业综合实验教学平台以及创新与实践教学平台，如图1所示。
2．1．1基础实验教学平台
该平台侧重基础知识的教学工作。通过验证基础科学和技术原理，使学生切身体验科学发现与工程技术的发展历程，进而内化为其自身的工程意识与素养［9］。虚拟仿真实验教学可以为学生提供不受限于时间、地点的实验环境，“无处不在的实验室”有助于提高学生做实验的兴趣、培养独立思考问题和解决问题的能力。
2．1．2专业综合实验教学平台
专业综合实验平台主要包括课程设计、综合实验、工程设计综合训练等集中教学环节。由于部分综合类实体实验受实验设备功能的限制，学生可以选择的实验内容有限，尤其是一些大型、高风险、高能耗、高成本、不可及或不可逆的项目根本无法对本科生开放。构建虚拟仿真专业综合实验教学平台，将不可能变成可能，不仅可以开设大型综合实验项目的仿真环境，还可以实现跨专业的综合实践训练。为学生提供贴近实际的工程应用，对解决现实条件无法满足专业综合实验教学需求的矛盾有着不可替代的作用。实现了实验室与生产现场的“无缝对接”。
2．1．3创新实践教学平台
科学的创新实践教学方案需要良好的教学平台支撑。利用虚拟仿真技术针对电气工程及自动化专业的学科特色，结合“智能电网”、“航空航天”、“机器人”、“工业自动化”以及“新型传感器”等专业领域前沿技术建立虚拟仿真系统，从实验教学环节加强学生对相关学科前沿成果的深入理解。
2．2以教学目标为导向的三层次
在三个教学平台中学生可以循序渐进的完成知识学习和技能训练。但是，由于学生在专业方向、学习进度、兴趣爱好等方面存在个性差异，所以在学习过程中就会需要在不同的教学平台之间进行广泛的联系，尤其是学科交叉的教学资源中，需要横向的、跨平台的知识融合。每个虚拟实验教学平台分别按照理论应用、综合设计、系统构建三个层次进行划分，充分发挥虚拟仿真技术的优势，建立实验教学平台之间相互补充、互融互通的横向链接。如图2所示。
2．2．1理论应用层
理论应用层重点突出的是围绕基础理论知识，利用虚拟仿真技术为学生提供丰富的实验内容，包括一些看不见、摸不到的物理现象，基础理论在实际工程应用的案例等。更为重要的是，通过互联网虚拟仿真技术的应用，学生可在任何时间和地点直观形象的完成本专业科学理论与科学技术的基础性实验，有助于学生夯实理论知识。
2．2．2综合设计层
综合设计层是将相关专业基础知识交叉综合应用。着重培养学生运用专业基础知识、实验技术和实验手段、分析问题、解决问题的能力，使学生不论在知识的积累上还是实验技能的提高上都有较大的飞跃。通过虚拟仿真技术的应用，实验场景可以更加贴近工程实际，有效解决以往受实验设备或场地限制［10］，用抽象的示意模型代替复杂受控对象的问题;在大幅度提高实验项目丰富程度的同时，通过互联网技术的应用也可以提高教学资源的共享率。
2．2．3系统构建层
系统构建层是让学生在虚拟环境中将所学到的工程研究与创新方法得到应用和训练。让学生体会利用掌握的知识和技能在复杂工程实践中解决问题的快乐，真正做到学以致用［11］。该类实验可培养学生从事科学研究和技术开发的综合能力，为培养具有创新能力的高素质专业人才提供训练条件。虚拟仿真教学体系中的系统构建层实验教学资源有效的解决了生产实习、毕业设计等环节与工程实际脱节的问题。
2．3互融互通、互为补充的一体化理念
虚拟仿真实验教学体系如图3所示，其中教学平台的教学资源根据教学目的而设计，课程内容贯穿资源;教学层次是以培养应用能力为目标，将不同平台教学资源横向连接。在注重专业培养、因材施教的同时，教学平台之间互融互通，教学层次之间相互补充［12］，是虚拟仿真实验教学中心“一体化”建设核心。虚拟仿真实验教学体系一体化建设打通了学科专业界限，是培养创新型人才的新机制。
3结语