基于FPGA的加速原型再现仿真技术
基于 FPGA 的加速原型再现仿真技术 --Dynalith Systems 公司的 iNTUITION 产品应用介绍-上海微岭电子科技有限公司 William Lu
一, 前言
随着 SOC 或系统集成电路的规模和算法技术变得得愈来愈复杂, 正式流片之前的原型动 作仿真技术也随之而来变得更加复杂化. 作为不可缺少的硬件仿真技术也因此需要更加 深入地讲究和发扬. 系统验证的方法学是针对解决复杂系统验证所必须探讨的唯一重要 的途径. 除了最重要的验证速度之外, 方便的验证系统建立(setup)和便利的配置以及使用 特性是主要的追求目标. 其次,和硬件验证系统配套的软件技术以及使用方法并不是每一 家硬件原型仿真技术的供应上都能够拥有的. 最后,容易地让验证或设计工程师能够方便 地掌握其使用技巧是硬件仿真供应商所具备的最重要的技术积累(KNOWHOW). Dynalith Systems 公司的 iNTUITION 硬件加速原型再现仿真平台是行业中不可多得的最 具竞争能力的系统.
INTUITION 硬件加速原型仿真器的特点是采用终端计算机上的软件直接控制着 iNTUITION 中 FPGA 里的被验证对象(DUT), 并通过终端屏幕进行方便地人芯交流. INTUITION 的基板上包含了众多的接口比如 RS-232, USB, Ethernet, 内存, 还有最具特 色的 TFT LCD 等. 它的实物外姿如下图所示:
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二, iNTUITION 的主要特点
硬件开发部分 (1) Xilinx Vertex 4LX 相当于 2000 万门的 FPGA 芯片 (2) BILA(Built-in Logic Analyzer)芯片或硬件信号分析仪 (3) 各种宽广的外部接口 (4) 便携式方便而又高速的 USB2.0 接口 (5) 网络通信能力的 Ethernet 端口 (6) 支持 ARM7 和 ARM11 (7) 支持 Dual-iNTUITION 双基板互通仿真 软件开发部分 (1) Windows 驱动程序 (2) 各种用于测试的 C/C++和 Verilog/VHDL 共同仿真的 API (3) 支持基于传输型(transaction level)的验证模型 下图所示的 iNTUITUON 的特点印象:
三, 软件通合能力
Dynalith Systmes 公司开发的和 iNTUITUION 硬件仿真平台配套的软件开发环境 iNSPIRE 或 iNSPIRE-AMBA 工具包则可以引导验证工程师, 并将验证项目有机地进行整合起来. INSPRE 开 发环境可以非常容易地和 Xilinx ISE, ARM Development Suite, RealView Development Suite, AMBA Design Kit, ARM PrimeCell Ips, ARM RealView ICE or Dynalith FlashExpress 等等环境组 合, 并统令工程师顺利地有步骤地方便地进行 STEP 仿真和解析. 下面看看 iNSPIRE 的外形.
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iNSPIRE 开发环境有如下主要功能: (1) FPGA 网表产生器 (2) 支持单独,周期水平和基于传输(transaction)水平的验证模型 (3) GenAMBA 可以为工程师产生 AHB 总线和其子线结构 APB 子系统.并分配 AMBA 包的 IP 或其它的 IP 库 (4) Architecture Wizard 可以在一分种内自动为工程师产生基于 AMBA 的 SOC 验证平台. (5) Connectiong Wizard 则可以聪明地帮助用户自动管理详细的 IP 连接, 总线连接,IP 库和外 部部品的连接等等. (6) Design Flow Wizard 可以帮助客户一步一步地创造共同仿真或原型仿真项目. (7) Advanced BILA(Build-In Logic Analyzer)可以在仿真的时候帮助工程师将基板上所有各 种类型的模块的信号送到波型显示器上面去. 内部的信号和频率也可以非常容易地显示 出来. (8) HDL 仿真器也同样非常容易地在这个环境中使用
四, 下面介绍一下使用 iNTUITION 进行开发的实例
1)使用 iNTUITION 进行 3D 图像硬件加速器的验证 用于携带机器的 3D 图像扫描光删引擎成功地在 iNTUITUION 原型验证平台上得到验证. 扫描光删模块是嵌入在基于 ARM-11 的 SOC 设计上的,并在二个 Xilinx 的 Virtex-4 LX200 FPGA 器件的基板及其扩展板上实现其原型动作.操作系统采用的是 Microsoft Windows CE. NET5.0, 用于验证 3D 图像加速器在其真实的环境中的运行情况. 3D 图像扫描光删引擎对于今后携带式应用设计中极其重要, 因此其对于硬件和软件共同 仿真验证的环境要求非常之高, 在这次验证过程中,采用了基于 ARM 的 SOC 和基于 Windows-CE 的嵌入式环境. 3D 图像扫描光删(SYM3D) 引擎使用了各种内存用于加速 缓冲渠道(pipeline)操作. 要求的内存包括有用于 2D 帧, 3D 帧, 纹理(Texture)、端点 (Vertex)、钢板蜡纸(Stencil)、深度(Depth)和抓痕(Scratch)。为了提供这些用于不同的读 和写端口的内存, 开发了一个特殊的 Mission-3D 基板用于装载 3D 图像核, 另一方面
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SOC 就装载在 iNTUITUON 的 FPGA 中. 二个基板(iNTUITION 和 Mission-3D)就通过 AHB 系统线连接一起. 系统方框图和验证环境如下.
使用上述快速原型验证平台, 软件工程师也可以在正式流片之前就进行软件的开发. 这 次的验证项目采用的是 Windows-CE, 软件工程师也可以开发其特殊的 RTOS 以及应用 软件.
2)使用 iNTUITION 进行 H.264 编码器的原型仿真 该验证项目是使用 iNTUITUION 进行 H.264 编码器的实时验证. 采用了 ARM11, LCD, FPGA 和各种内存. H.264 编码器芯片就实现在 AMBA AHB 的 Slave 端并非常容易地通 合到基于 AMBA 的 SOC 中. 和 H.264 编码器连接的特殊的 SDRAM 控制器被设计成在 低功率应用中的最低的内存操作速度的时候,可以非常容易地翻转 SDRAM 页面到其最 大的内存带宽. H.264 编码器符合于 ITU-T H.264 或者 ISO/IEC 14496-10 AVC 协议,并支持基线到达水 平 3. 该 H.264 编码器包含有 Lent, ITIQ, Ipred, MC, DB, VOM, DMAC, 和 SDRAM 控制 器模块.
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该 IP 通过合并录像处理方式的特殊 DMA 控制器和 SDRAM 控制器, 并使用了数据驱动 自行控制技术通过和邻近的子模块通信并使其初期化处理和数据输出处理从而减少了 功耗. 其次, 该 IP 芯片可以通过特定的 DMA 控制器的通道寄存器设置初期化和 SDRAM 的数据传输. DMA 控制器可以传输二维数据有效地通过 SDRAM 控制器和 SDRAM 通信. 这个 H.264 编码器大概有 20 万门电路,加上 19KB 的 SRAM 能够以 7MHz 的速度进行编码 CIF 30 帧/秒. H.264 芯片的实时验证环境如下图所示.
该 H.264 编码器具有一个 AHB Slave 端口用于寄存器设置并译码输出. 二个 AHB Master 端口用于从帧内存进行读写操作, 还有一个录像输出端口. 编码器可以用以编码从 QCIF(175 x 144)到 VGA(640 x 480)的几种类型的解象度. 录像输出模块储存录像数据到 ZBT-SRAM 帧缓冲, 然后 LCD 控制器读取帧内存并将其显示到 640x480VGA 的 LCD 上 去. 编码器使用了 64Mbit 的 SDRAM(2Mx32bit), 进行编码帧内存, 特殊的双 AHB 端口 SDRAM 控制器用于低功耗操作.
五, 后语
无论是 SOC 还是 VLSI 芯片, 都是离不开正式硅流片之前的虚拟验证或者是实时验证. 而且这种通用型, 流用型和重复性的硬件原型方式的验证办法对于一个芯片设计公司来 说是非常有价值的方法积累. 任何产品都可以在这种平台上实行验证. 这对于设计公司 的 KNOWHOW 积累可以说也是最具全面性, 对于公司的技术资产积累也起到了不可磨 灭的贡献. 而且对于产品而言也不仅对产品流片的成功性得到了确实的保证. 作为 IC 设 计公司, 这样的硬件原型再现仿真器是必备的开发设备.
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最近 Dynalith Systems 公司的中国总代理上海微岭电子科技有限公司仅仅针对中国的客 户正在实行短期期间价格优惠活动, iNTUITUION 的基本起价已经限定在$26,000 美元. 上海微岭电子科技有限公司协同Dynalith Systems公司将全面承担起中国客户的技术支 持服务. 有关上海微岭电子科技有限公司, 请参看公司网站https://www.wendangku.net/doc/d52689739.html,.
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虚拟仿真技术及其军事应用
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
汽车操纵稳定性研究方法探讨
汽车操纵稳定性研究方法探讨 刘进伟1，徐达1，吴志新2 1.武汉理工大学汽车学院车辆工程系，湖北武汉 430070 2.天津清源电动车辆有限公司，天津 300457 liujinweixiaodao@https://www.wendangku.net/doc/d52689739.html, 摘要：本文综述了操稳性研究和评价的历史、现状和存在的问题，着重介绍了客观评价、主观评价、人一车闭环系统综合评价等几种评价方法，以及基于汽车一驾驶员一环境(道路)闭环系统、模糊逻辑控等几种研究方法。提出了操稳性研究的发展趋势，这对全面了解汽车操纵稳定性问题具有指导和借鉴的作用。 关键词：操纵稳定性，历史，研究方法，评价，发展趋势 1操纵稳定性的研究历史和概况 对汽车操稳性的系统研究，早在20世纪3O年代就已经开始。对车辆控制的重视导致对悬架和转向机构的运动学研究。1925 年平顺性理论初步形成规模。同年，Broulheit 在文章中首次提出侧偏和侧偏角的概念【Broulheit, 1925】。1931 年，Becker、Fromm 和 Maruhn 在发表的文章中分析了轮胎在转向系振动中起的作用，进一步研究了轮胎特性【Becker,1931】。对轮胎的研究使进一步分析车辆稳定性成为可能[1]。 20世纪50年代，建立简单的汽车动力学模型，研究人员开始从事汽车动力学性能仿真，分析汽车操纵稳定性。19 世纪 50 年代中期所作的研究工作为建立汽车数学模型打下基础。对轮胎的基本了解使建立相对精确的轮胎数学模型成为可能。 20世纪60年代，开始从控制理论和振动理论出发，采用开环系统瞬态响应、系统特性分析和系统稳定性理论设计汽车的总成系统[2]。但是，应用开环系统分析方法，仅用于分析汽车的方向稳定性条件，因为当时不知道如何评价汽车的开环特性和瞬态特性，很难直接在车辆设计中应用。 到20世纪70年代，安全实验车（ESV）研究计划实施，促使人们去研究之中实用方法，用来设计汽车的动力学性能。这个阶段，各国主要采用系统工程学方法探索汽车动力学性能评价方法。依据大量实验和理论分析，形成了以驾驶员主观评价为主，客观评价指标限制为辅的一整套主观评价设计方法[2]。20 世纪70年代车辆动力学仿真模型变得更加复杂和真实。这主要归功于计算机技术的发展。以前的仿真工作都在模拟计算机上进行，它能解决实时动力学问题，但其致命缺点是不能解决非线性问题。由于数字计算机逐步取代了模拟计算机和混合计算机，因而必须建立完全数字化的车辆动力学模型。考虑到计算机的费用及计算速度，建立有效的计算机模型是必要的。 - 1 -
应用到汽车中的虚拟仿真技术
虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界 看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于 模拟一个详细定义的现实环境。 汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统 有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察 者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟 环境的空间三维影像。 从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型 上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于 使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以 在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计 团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。 汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多 边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定 的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个 视图和透视方向展示高度真实的设计结果。 在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一 个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数 字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三 维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面 或者其单个组件。 在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大 量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车， 解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的 软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道 路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试 验现在也能在虚拟环境中实施。 超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心 的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只 能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。 这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使 用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是 实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。
虚拟仿真技术的探讨与应用
虚拟仿真技术的探讨与应用 发表时间：2019-09-05T10:51:13.070Z 来源：《中国电业》2019年第09期作者：王冰 [导读] 虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真 （大唐陕西发电有限公司西安热电厂陕西省西安市 710302） 摘要：虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，本文要探讨虚拟技术的发展及应用。 关键词：虚拟；仿真技术；研究； 序言 近几年，虚拟现实与增强现实技术发展迅速，国内外大公司均在该领域做了重大布局，VR和AR迎来了前所未有的发展阶段。目前微软、爱普生、Oculus、HTC等知名公司均推出了自己的AR/VR产品，已成功应用在消费娱乐、虚拟展示、培训教育、智能巡检等多个领域。但同时国内AR与VR的发展还面临过很多问题，比如光学显示方案不成熟、缺乏专用的显示屏和处理芯片、应用场景不明确、产品的用户体验不佳等，为了推动该领域快速发展，国务院、发改委、工信部等多部委发布了相关政策，明确指出将AR/VR列入十三五期间重点发展的产业。 1.虚拟仿真技术的应用领域及功能实现 （1）虚拟仿真技术在国民经济各个领域，如教育、交通、动力、化工、制造以至农业、工业、社会科学等各行各业，都得到了广泛的应用和发展，并产生了巨大的经济效益，虚拟仿真已成为社会未来发展的必然。虚拟仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域中有关专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，它综合集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程技术、信息处理技术、自动控制技术等多个高新技术领域的知识。仿真技术经历了物理仿真、模拟仿真、数字仿真、虚拟仿真四个阶段，VR/AR技术的发展成熟，对仿真技术带来了质的飞跃，我公司开发的虚拟仿真平台，具备快速场景搭建、模型导入、业务仿真、操作引导、考核评估等功能。 （2）根据SuperData的最新数据，使用AR/VR培训的公司预计将在2019年节省135亿美元。虚拟仿真培训基于虚拟、混合和增强现实头盔以及移动增强现实应用的培训模拟，受训者可以在一个身临其境的环境中学习和实践他们的新技能，而不会有受伤的危险。例如，美国航空公司使用VR帮助新机组人员在第一天上班前熟悉安全程序。根据SuperData的数据，71%的公司正在使用VR进行培训，是虚拟陈列室的两倍。例如，沃尔玛计划在4000家商店培训超过100万的员工，他们将使用独立的Oculus头盔，该计划将于2019年晚些时候启动。除了零售商之外，航空公司、旅游业、石油和天然气以及金融业也在寻求采用这种身临其境的技术进行培训。 （3）AR技术可以提供虚拟与现实相融合的操作体验，VR技术可以提供沉浸式纯虚拟的操作体验。虚拟仿真平台，利用AR/VR技术，可以模拟装备拆装和机械操作训练全过程，而不必受天气、时间、空间等外界因素的影响，在安全的受训环境及精细的虚拟场景下，提升训练效果和临场的心理素质，降低培训成本。 （4）装备训练方案可创造高度沉浸感的虚拟环境、丰富的表现元素、直观的表现方式，进行装备操作训练，如装备的拆装训练、飞机的驾驶操作、特种兵的训练仿真等，从而提高训练水平。虚拟仿真平台不仅能模拟装备的原理展示、故障检测和维修训练，还能对训练成绩进行客观评定分析，并具有记录、存储、监控操作人员操作动作等功能。 2.虚拟仿真再实际工作中的应用及其价值体现 （1）虚拟仿真平台，可以应用在各行各业，我公司目前客户主要集中在铁路、公交、军事等领域，虚拟仿真培训系统利用虚拟现实技术，对设备的结构、工作原理、操作方法等进行模拟，对操作人员进行培训，树立设备的操作规范、维保成本的降低、实操技能的快速掌握与专业知识的深造，从而降低事故发生概率，保证无线通讯的顺畅。公交车虚拟教学系统利用虚拟现实技术，建造新能源实车、总成的三维模型，模拟车间实际作业的虚拟场景，通过程序设计将车辆、总成技术参数、标准以及维护工艺嵌入VR教学程序中，实现虚拟现实的实操培训及理论教学功能。 （2）基于我公司现有客户基础和产品基础，在接下来三年内，我们可以继续深挖全国铁路局及铁路设备公司，与全国公交集团及公交设备公司，将已有技术成果进行复制推广，获得最大投入产出比。在此基础上，申报军工保密资质及武器装备承制资质，拓展虚拟仿真技术在军事训练、军用装备操作培训上的应用。 3.虚拟仿真市场占有率及发展前景 2018年中国虚拟现实市场规模约348.6亿元，预计到2020年市场规模将超900亿元，年复合增长率达125%。工信部将支持虚拟现实核心关键技术及产品研发，推进虚拟现实技术与其他行业融合发展，到2025年全球VR市场的年营收规模将达到1100亿美元，相关的软件销售额达720亿美元，随着国内相关鼓励和扶持政策的陆续落地，虚拟现实行业有望加速爆发。Digi-Capital数据表明到2021年，AR市场将不断壮大，达到830亿美元，这是一个可以诞生平台级生态公司的市场，VR市场将达到250亿美元。如图（一）所示
虚拟制造应用实例分析
学号成绩 研究生课程大作业 课程名称数字制造 题目虚拟制造应用实例分析 学院机电工程学院 专业班级 姓名 指导教师 2015 年 6 月29 日
摘要:虚拟现实制造技术是近年来新出现的高新技术。虚拟制造技术可以通过模拟使用者的听觉、触觉、视觉等感官的感受,让使用者全方位的、没有限制的去观察通过计算机模拟出的三维虚拟空间,如同身临其境。近年随着与虚拟制造技术相关的各项技术的快速发展,各种与虚拟现实相关的产品与展览也不断亮相我们的生活。本文主要针对虚拟现实制造技术在教育、培训、医疗、科学可视化及工程上的应用研究，论述了虚拟制造技术在我国的广泛应用前景。 关键字：虚拟现实，虚拟制造，教育与培训，虚拟医疗 The Analysis of Virtual Manufacturing Applications Abstract：Virtual reality manufacturing technology is a new emergence of new and high technology in recent years.Virtual manufacturing technology can simulate the user's visual sensory feelings, such as hearing, touch, let users a full range of, there is no limit to observe through the computer simulation of 3 d virtual space, like the scene.Associated with virtual manufacturing technology in recent years, with the rapid development of the technology, all kinds of products related to virtual reality and exhibition also constantly at our life.In this paper, according to virtual reality manufacturing technology in education, training, medical treatment, scientific visualization of engineering application and research, this paper discusses the broad application prospect of virtual manufacturing technology in our country. Key Words：Virtual reality technology，Virtual manufacturing，education and training，Virtual Medical Treatment 1引言 科学技术的发展提高了人与信息之间接口的能力，及人对信息处理的理解能力，人们不仅要求以打印输出、屏幕显示这样的方式观察信息处理的结果，而且希望能通过人的视觉、听觉、触觉，以及形体、手势或口令参与到信息处理的环境中去，获得身临其境的体验。这种信息处理方法不再是建立在一个单维的数字化的信息空间上，而是建立在一个多维化的信息空间中，一个定性和定量相结合、感性认识和理性认识相结合的综合集成环境中，虚拟现实技术将是支撑这个多维信息空间的关键技术。 虚拟现实制造技术是一种多通道的新型人机交互接口,人们可以通过视觉、听觉、触觉和加速度感等多种感觉通道感知计算机模拟的虚拟世界,也可以通过移动、语音、表情、手势及视线等最自然的方式和虚拟世界交互,从而产生身临其境的体验。目前虚拟制造技术已经在军事、医学、教育、娱乐、制造业、工程训练等各个方面得到应用,它被认为是当前及将来影响人们生活的重要技术之一。基于上述背景，本文将对
虚拟原型技术
虚拟原型技术 本文展示了使用嵌入式分析工具的现代计算机辅助设计（CAD）系统如何实现机电一体化设计。用户总是要求我们提高所设计的机械的性能，同时减少资金成本。为了达到这两个矛盾的目标，我们将注意力放到在机械设计方面有巨大潜力的机电一体化上。 本文审视了当今与机电一体化结合的计算机辅助设计（CAD）工 具如何帮助您制造更好的机器。那么，您需要设计制造一台新的机器要，并且您确信机电一体化的设计方法及虚拟原型技术是正确的途径，但是该从哪里着手呢?让我们先来看更为简单的取放机。 在机电一体化设计中，三个设计团队（机械，电机与控制）并行工作。不过，在机械团队完成设计前，电机与控制团队需要预先得到有关机械的信息。虚拟原型技术可以预先提供机械信息。通过将3DC AD系统与一个运动和结构分析工具，以及一个虚拟控制器相连接，S olidWorks公司与NI公司创建了一个真实的机电一体化设计环境。 使用这些工具并不表示机械设计过程中的繁重工作减少了，而是工作量在整个设计周期中由设计团队分担了。 初次共振实验。虚拟原型技术的巨大价值在于，它允许您出现并校正设计错误，而不会出现制造实物样机所带来的资金耗费与时间延迟。 虚拟原型技术设计过程 经常失败与早期失败是虚拟原型技术设计的必经之路，失败的方
式是在设计过程中——而不是之后。所以您该如何‘失败’而仍旧成功？诀窍是在正确的事情上失败，确定什么是您机械的关键性能指标(KPI’s)，并将这些作为随后测试的参数与目标。那么，让我们看看取放机并领会虚拟原型技术如何在设计过程引导我们。 取放机运动轮廓是所有机械的基石。最简单的情况是将物体A从B处移到C处。但是在某些情况下，您从B到C的最佳方式并不那么显而易见。一步运动还是两步？凸轮还是伺服？利用CAD可以快速地安排机械的运动部件，并检查冲突与运动范围。由于大多机械并不是从草图开始的，最初的CAD组装很可能是3D模型与布局草图或是结构图的混合体。 取放装配布局 即使只有如此简单的几何形状，SolidWorks仍可以基于草图或用户定义的部分计算出近似的力与转矩。我们现在可以将这些要求告知电机工程师，他们会对马达与驱动提出建议。再者，我们有可能借助于软件的优势直接从3D信息中心（拥有超过一百万个模型）或者制造商的网站下载马达与驱动的CAD模型。 装配马达与驱动的取放布局 最初的设计迭代提供力的大小来确定“最初估计”的马达和驱动尺寸。使用装配图中包含的马达与驱动CAD模型，运动仿真能够快速地重复运行来完善马达与驱动需求。当机械设计成熟并且CAD装配变得更加完整，运动分析软件可以周期性地重复运行，确保实物样机
虚拟仿真施工技术
1虚拟仿真施工技术 （1）主要技术内容 虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标 虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术 运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术 计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，
然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术 优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术 虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围 工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用 发表时间：2016-11-24T13:56:34.483Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：许朝阳王汉斌 [导读] 伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。山东天齐置业集团股份有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。 关键词：虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究 一、虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义 近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。 虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。 二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析 虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析： 1、虚拟施工技术的应用研究 从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。 2、仿真技术的应用研究 仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。 3、虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究 在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。 4、虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究 虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。 5、虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究 安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。 （1）进行施工安全控制的方案优化 在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工
虚拟仿真实验技术材料文件
虚拟仿真实验解决方案 上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年8月
目录 第一章需求分析 (2) 一、项目背景 (2) 二、实验教学现状 (3) 三、用户需求 (3) 第二章建设原则 (5) 一、建设目标 (5) 二、建设原则 (6) 第三章系统总体解决方案 (7) 一、总体架构 (7) 二、学科简介 (8) 第四章产品优势 (14) 第五章产品服务 (16) 一、服务方式 (16) 二、服务内容 (16) 三、故障响应服务流程 (17) 四、故障定义 (18) 五、故障响应时间 (18) 六、故障处理流程 (19) 七、应急预案 (19)
第一章需求分析 一、项目背景 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》明确指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。 在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数理化实验教学的重要性。 2016年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有科目都设为100分，表示它们在义务教育与学生成长中同等重要，不再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重重视，其中物生化实验部分占分比例为30%，高考不再文理分科。 继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布《关于2016年普通高中招生工作的意见》，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15分，考试成绩计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10分。
虚拟仿真技术在电子行业中的应用
虚拟仿真技术在电子行业中的应用 引言 ?电子行业是一个飞速发展的行业，市场容量极其巨大，现如今我国已是全球第三大电子信息产品制造国，电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。随着社会的发展和技术的进步，人们对电子相关行业提出了更高的要求：精确、稳定、轻巧、保密、可靠；同时，电子行业又具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。 ?MSC.Software公司作为全球最大的CAE产品供应商，不仅为电子行业提供了多方位的虚拟仿真软件，同时MSC.Software公司还一直与世界各大电子产品制造商和研发机构有着良好的合作关系。通过MSC.Software公司所提供的虚拟仿真软件如MSC.ADAMS，MSC.Marc，MSC.Fatigue，MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Dytran，MSC.Easy5等，不仅可以对电子产品的性能进行全方面的研究，而且还可以实现电子行业与其他行业的多学科一体化仿真。 ?一、电子产品设计过程中经常遇到的突出矛盾和问题 ?在电子产品的设计过程中，我们经常遇到以下问题： ?1）电子产品的机械性能：可靠性、加工性、疲劳寿命、抗冲击能力、载体振动与电子产品振动的耦合关系、适配器的设计等； ?2）雷达与天线系统：运动规律、控制规律、风载与平衡、雷达和天线阵面形状，结构形式（实体或网状）、弹性立柱刚度、齿轮减速机构、控制系统框
虚拟仿真技术在制造业中的应用
…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………科研训练调研报告 虚拟仿真技术在制造业中的应用
虚拟仿真技术在制造业中的应用 计算机科学与技术0904班 惠苗壮 学号：0909091627 摘要： 虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行全面的建模和仿真。本文介绍了虚拟仿真技术在国内外的发展及在制造业中的应用现状，并提出对该技术未来的希望。 关键字：虚拟仿真技术制造业模拟 1.介绍 仿真又称模拟,是利用模型方法来重现实际系统中发生的本质过程,并通过实验来研究已经存在的或正在设计中的系统。计算机仿真技术作为一门新兴的高技术,近年得到迅速的发展,其应用领域及作用越来越大,尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界,通过多种传感设备,用户可 根据自身的感觉,对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,形成一个看 似真实的模拟环境,它是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技 术拓展。虚拟现实技术包括临境和拟实两个方面。 虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对 所要进行的产品设计和生产制造活动,进行就实际地模拟出其设计开发和制造全过程,并对性能进行全面模拟试验,预测产品的设计和制造合理性、产品性能和制造周期等,以期达到最佳,使整个产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最佳。 当前虚拟仿真技术已经广泛应用于娱乐、教育、训练、医学、设计、制造、商业、科学视觉化、网路应用等各种领域。 2.虚拟仿真技术的发展现状 从1962年，Morton Heilig发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。国内外大量科学研究人员从事虚拟仿真技术的研究。 2.1国外发展状况 VR技术起源于美国，美国的研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。以美国为例，目前美国在该领域的基础研究主要集
国内外虚拟现实技术的研究状况
国内外虚拟现实技术的研究状况 发布时间:2009-3-18 阅读:1099 一、美国的研究状况 美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。 美国宇航局（NASA）的Ames实验室完善了HMD；并将VPL的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。NASA研究的重点放在对空间站操纵的实时仿真上，大多数研究是在NASA的约翰逊空间中心完成的。他们大量运用了面向座舱的飞行模拟技术。NASA 完成的一项著名的工作是对哈勃太空望远镜的仿真。NASA的Ames现在正致力于一个叫“虚拟行星探索”（VPE）的试验计划，这一项目能使“虚拟探索者”（Virtual Explorer）利用虚拟环境来考察遥远的行星，他们的第一个目标是火星。现在NASA己经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。 北卡罗来纳大学（UNC）的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究：分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。在显示技术上，UNC开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统，叫做像素飞机（Pixel planes）。 Loma Linda大学医学中心是一所经常从事高难度或者有争议课题的医学研究单位。David Warner博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VR的设备用于探讨与神经疾病相关的问题。他们以数据手套为工具，将手的运动实时地在计算机上用图形表示出来；他们还成功地将VR技术应用于受虐待儿童的心理康复之中，并首创了VR儿科治疗法。 麻省理工学院（MIT）是一个一直走在最新技术前沿的科学研究机构。MIT原先就是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋，这些技术都是VR技术的基础，1985年MIT成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。这个媒体实验室建立了一个名叫BOLIO的测试环境，用于进行不同图形仿真技术的实验。利用这一环境，MIT建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统。另外，MIT还在进行“路径计划”与“运动计划”等研究。 SRI研究中心建立了“视觉感知计划”，研究现有VR技术的进一步发展。1991年后，SRI 进行了利用VR技术对军用飞机或车辆驾驶的训练研究，试图通过仿真来减少飞行事故。另外，SRI还利用遥控技术进行外科手术仿真的研究。 华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室（HIT Lab）在新概念的研究中起着领先作用，同时也在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。HIT将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。例如，波音公司的V22运输机就是先在实验室中造出虚拟机后再投入生产的。 Dave sims 等人研制出虚拟现实撤退模型来观看系统如何运作。此系统先假设在伦敦地铁中突然发生火灾，一些人向出口跑去，母亲们努力聚拢孩子们，而一些人却在询问起火的原因。在出口处，人群拥挤在门口，使劲地向前挤，但却不能前进一步。这时单击鼠标左键，加宽门口拉走门柱，许多人能迅速通过。人们得出结论：在突发事件中，保持平静和快速是非常重要的。现在在维加斯的虚拟购物商场中，每一个字符都指定为一个随意的数字发生器，当突然发生火灾时，发生器立即指示一个熟悉的出口，并且省去人们聚集家人或询问出口的麻烦。 SOFTIMAGE公司的专家们提出了渗透将有助于扩大虚拟现实的美学感，这是VR未来的一个发展方向。 伊利诺斯州立大学研制出在车辆设计中，支持远程协作的分布式VR系统，不同国家、不同地区的工程师们可以通过计算机网络实时协作进行设计。在设计车辆的过程中，各种部
军事上的模拟仿真技术
军事上的模拟仿真技术 ● 李大光 2006年12月04日15:13 【字号 大 中 小】【留言】【论坛】【打印】【关闭】 自从我国东汉名将马援 积米为山筹划山地进攻，古 希腊数学家阿基米德在沙盘 上作几何图形推演城市防 御，人们开始用模拟分析的 方法寻找打开战争的“黑 箱”。从20世纪90年代初起， 美国率先大量将虚拟现实技 术用于军事领域。在1995 年10月为解决波黑冲突的 “代顿谈判”中，美国成功地运用计算机虚拟现实技术，让参加谈判的穆、克、塞三方领导人在计算机和大屏幕前，通过计算机虚拟演示，形象地显示了继续角逐的后果，迫使他们都不得不放弃了各自的方案，结果三方只好按照美国制定的方案达成协议。 部队训练仿真模拟 训练仿真模拟是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能，如目前使用较多的驾驶模拟仿真系统、多用途复合激光作战仿真系统等。这些仿真系统的准确性和逼真性得到了很大的提高，图像的仿真程度也已经与实物、实景相差无几。特别是训练仿真系统具有在危险小、消耗低的条件下训练出较强作战技能的部队的特点，因此受到世界各国军队的极大重视。 通过在模拟实
验室里进行训练，可使部队不需进行实际操作就能理解现代战争的概念和流程，士兵在战前就可确切知道他要完成什么样的任务，从而提高了完成任务的能力和增强了完成任务的信心，而且，分散在各地的部队不需集中就能通过模拟器材一起训练。从排到营的机械化分队可演练协同作战，攻击机可演练从不同基地起飞执行同一任务，舰只可演练相互间的配合和策应，特种作战部队可反复演练预定作战任务中的每个细节。此外，仿真模拟演练可在一定程度上代替大规模实兵演习，节省大笔经费。 在部队训练方面，模拟仿真技术同样大有用武之地。目前，外军的“虚拟现实”训练技术已发展到相当水平。美国陆军到上世纪80年代末，训练士兵还是采用野战训练和模拟训练两种方法。野战训练的主要问题是燃料、弹药消耗大，场地、安全都有困难，组织大规模演习费时又费力；模拟训练，所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题，美国国防部高级研究计划局l983年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。 美军已研制的虚拟现实模拟系统可以在视觉、听觉和触觉等方面逼真地显现未来战争可能出现的各种情况，可以使没有打过仗的指挥官身临其境般地体验战争，可以使驻扎在世界各地的部队通过互联网络同时演练同一想定，可以在同一模拟系统上演练在不同国家、不同地形、不同气候、不同作战对象的各种战争行动。如美海军陆战队的模拟网络可将分布在全球执行各种任务的陆战队特遣队司令部连接起来。一支远征部队陆战营可与4800公里之外的另一支远征部队的团级司令部进行诸军兵种联合演练。在美国肯塔基州克斯堡的乘车作战实验室里，坦克驾驶员不必离开房间，就可操纵“艾布拉姆斯”坦克模拟器穿森林，过雪地，开上一节列车。驾驶员甚至能感受到实战环境中的声音、气味和碰撞。使用这种模拟器，可使受训者在一小时内获得比6个月实车驾驶还要多的经验。据报道，美军在海湾战争前的临战作战训练中，美军飞机、坦克、装甲车辆均使用了模拟器材，只有一名飞行员在训练中打了实弹。以往坦克打一发实弹需要花费1800美元，而用模拟器材训练即可大大节约武器装备的磨损和弹药消耗，还可保证人身安全。