導語：如何才能寫好一篇虛擬仿真解決方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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除了在傳統(tǒng)的汽車、航天航空、船舶和重工業(yè)行業(yè)外，虛擬產(chǎn)品開發(fā)在生物醫(yī)學、土木工程、國防、通用機械等領域也得到了廣泛應用，MSC.Software公司全球市場高級副總裁Ted表示。

“企業(yè)加快應用的一個重要原因，就是CAE技術和解決方案的日漸成熟?！盡SC.Software亞太區(qū)副總裁兼總經(jīng)理David解釋道，“虛擬產(chǎn)品開發(fā)應用已經(jīng)有幾十年歷史了，現(xiàn)在已經(jīng)能夠通過多學科的技術更精確地模擬真實世界的產(chǎn)品的物理性能。另一方面，這些多學科求解技術平臺大多也提供了開放的架構，能夠集成第三方的技術，形成更全面的解決方案。”

中國是虛擬產(chǎn)品開發(fā)應用最快速的市場之一。當前在中國，虛擬產(chǎn)品開發(fā)正逐漸從部件級開發(fā)升級到系統(tǒng)級開發(fā)。Ted在比較中國同歐美的應用現(xiàn)狀時說: “從工業(yè)需求角度來看，歐美和亞太的市場并沒有不同，只是虛擬產(chǎn)品開發(fā)在歐美應用了幾十年，在中國并沒有那么長的時間，所以成熟度不同。亞太和歐美市場在應用技術方面的確存在一些差距，5年以前，應用差距還比較顯著，但是最近差距正在縮小?！敝袊壣缟玳L徐立說: “中國造船業(yè)最近幾年很快躋身世界前列，同大量使用虛擬仿真技術是分不開的?！?/p>

虛擬仿真應用中另一個非常重要的內(nèi)容就是知識積累，也就是知識庫。據(jù)Ted介紹，現(xiàn)在提供給用戶的解決方案更靈活、更實用，一種是以模板化的方式來方便客戶應用，將大量經(jīng)過驗證的知識和專業(yè)經(jīng)驗集成在模板里，而且用戶可以根據(jù)自己的知識積累豐富自己的模板; 另一種是提供企業(yè)級的平臺解決方案，即虛擬仿真的管理平臺，可以管理所有虛擬仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、信息和結果，也可以對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行追蹤。因為在虛擬仿真產(chǎn)品開發(fā)任務完成后，可能會產(chǎn)生大量的仿真數(shù)據(jù)，有的數(shù)據(jù)如果沒有管理平臺就是零散的、沒有相互關系的，管理平臺可以使仿真數(shù)據(jù)在求解時產(chǎn)生的結果得到關聯(lián)和保護，為以后的應用提供知識保障。

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“在達索看來，當前全球經(jīng)濟已步入體驗時代，企業(yè)為消費者提供的不再僅僅是產(chǎn)品，而是要創(chuàng)造獨一無二的產(chǎn)品體驗，因此為用戶提供絕佳的3D體驗是達索系統(tǒng)的終極價值。” 達索系統(tǒng)大中華區(qū)總經(jīng)理王皓峰在2014達索系統(tǒng)大中華區(qū)多品牌用戶大會上說。

據(jù)介紹，3D體驗平臺的核心是由CATIA、ENOVIA、DELMIA、SIMULIA四個品牌組成。CATIA整合了全套產(chǎn)品設計流程，從初期的需求到結構設計，能夠讓用戶以可視化的方式、逼真地體驗產(chǎn)品開發(fā)的全過程。本次大會上，CATIA向現(xiàn)場用戶展示了CATIA“云端”技術如何幫助中小企業(yè)用戶突破復雜IT技術限制、快速部署復雜的解決方案，實現(xiàn)支持移動、快捷的3D設計。達索系統(tǒng)CATIA 首席執(zhí)行官Philippe Laufer說：“現(xiàn)在用戶對3D產(chǎn)品的要求是簡單易用，CATIA的目標就是在3D體驗平臺上如同桌面上的應用一樣簡單明了?！?/p>

而隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，基于社交協(xié)作的創(chuàng)新潛力很大?；诖耍珽NOVIA將產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)集群、企業(yè)的合作伙伴、供應鏈連接到在線社區(qū)，來進行全球產(chǎn)品信息的共享和協(xié)作?！昂芏嗄昵癊NOVIA是基于文件來進行管理，現(xiàn)在基于3D體驗平臺的ENOVIA已經(jīng)從文件管理方式變成數(shù)據(jù)管理方式，這樣的目的正是聚焦于自動化管理，來提升客戶工作和研發(fā)效率。“達索系統(tǒng)ENOVIA 首席執(zhí)行官Andy Kalambi說。

現(xiàn)實仿真分析是產(chǎn)品從虛擬設計走向實體生產(chǎn)的關鍵一步。SIMULIA是具有可擴展性的現(xiàn)實仿真解決方案， 它能加速設計師和工程師在逼真虛擬的環(huán)境中通過物理學、力學等學科知識來探索和完善實體產(chǎn)品。通過不斷地仿真驗證、發(fā)現(xiàn)并預測產(chǎn)品未來所有可能存在的風險或隱患，并通過反復修正設計將風險降至最低。尤其是對地震、礦難、核泄漏等重大災害的模擬仿真，可最大化地降低人員和財產(chǎn)損失。

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目前，NVIDIA GRID 技術已經(jīng)得到了 OEM 廠商和獨立軟件供應商的廣泛支持，包括戴爾、惠普、聯(lián)想、麗臺和微軟等多家廠商，比如這些廠商的典型的圖形工作站產(chǎn)品中。

惠普Z820 圖形工作站，定位于高端計算和可視化工作，擁有雙路CPU 及兩塊NVIDIA Quadro K6000 顯卡，可以輕松完成要求最為苛刻的圖形設計和計算項目，且非常易于維護。

戴爾Precision Tower 7910 圖形工作站，提供終極性能和可擴展性，雙路CPU、DDR4 內(nèi)存及NVIDIA 頂級Quadro 顯卡的配置讓用戶不間斷地進行設計和仿真分析工作。

聯(lián)想ThinkStation P700 緊湊型雙路工作站，為關鍵任務而設計，配備最新的英特爾至強多核處理器及多塊頂級NVIDIA 專業(yè)顯卡，整體性能比上一代產(chǎn)品提升了93%。

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關鍵詞：實驗教學；虛擬仿真；網(wǎng)絡工程；多元協(xié)同；虛實互動

實驗教學作為學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要載體，需要有相應的實驗教學平臺作為支撐。傳統(tǒng)的實驗教學平臺采用實體形式，以物理空間中的實體設備、器件和材料為實驗對象或載體，具有真實、直觀、直接的優(yōu)點，但存在更新運維成本高、規(guī)模與復雜度受限、可擴展性差、開放共享難等不足。虛擬仿真實驗教學綜合運用信息與通信技術，在信息空間中構建高度仿真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，提供類似于實體實驗教學的體驗與效果，具有近似、抽象和間接的特點，并在可視性、交互性、安全性、可擴展性與可共享性等方面具備優(yōu)勢，是對實體實驗教學的有益補充與完善。

一、虛擬仿真實驗教學中心建設需要解決的關鍵問題

作為專業(yè)人才培養(yǎng)的重要教學保障和優(yōu)質實驗教學資源共享的主要載體，虛擬仿真實驗教學中心建設不能簡單停留在對實體實驗教學項目的信息化再現(xiàn)或資源堆砌，必須思考并解決以下六方面的關鍵問題。

第一，建設理念。涉及虛擬仿真實驗教學中心的基本指導思想、建設目標、服務面向，以及在專業(yè)人才培養(yǎng)中所應承擔的角色或發(fā)揮的作用。

第二，建設內(nèi)涵。與指導思想、建設目標與服務面向相適應，涉及虛擬仿真實驗教學中心建設的教育教學品質與特色，例如是以基礎研究與教學為特色，還是以工程研發(fā)或工程應用教學為特色。

第三，建設主線。涉及虛擬仿真實驗教學中心建設的核心線索或體系，需要系統(tǒng)而有效地組織有關的實驗教學資源，以滿足中心的服務功能與特色。

第四，建設方法與途徑。通過什么樣的方法與途徑實施虛擬仿真實驗教學中心建設，是院校單獨建設，還是校內(nèi)外協(xié)同；是自主開發(fā)，還是購買服務，抑或是多方面結合。

第五，使用模式。如何將虛擬仿真實驗教學中心資源運用于課內(nèi)外教學，其與實體實驗之間是什么關系，如何發(fā)揮各自的優(yōu)勢與長處，以提高實驗教學的實效。

第六，開放共享機制。虛擬仿真實驗教學中心如何實現(xiàn)優(yōu)質實驗教學服務的開放共享，包括服務的對象與范圍、策略與機制以及服務能力等。

二、面向工程應用型人才培養(yǎng)的虛擬仿真實驗教學中心建設思路

作為地方本科院校，溫州大學網(wǎng)絡工程專業(yè)以培養(yǎng)工程應用型人才為目標。為此，針對前述六大關鍵問題，我們提出了“學生發(fā)展為中心、工程應用為特色、能力培養(yǎng)為導向、多元協(xié)同為抓手、虛實互動增成效、開放共享促輻射”的基本建設思路。

（1）學生發(fā)展為中心，解決建設理念問題。服務于網(wǎng)絡工程專業(yè)工程應用型人才培養(yǎng)目標，作為該專業(yè)實踐教學平臺的重要組成部分，虛擬仿真實驗教學中心立足學生創(chuàng)新精神、綜合素質與實踐能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，支撐問題分析、問題研究、解決方案設計以及現(xiàn)代工具使用等相關畢業(yè)要求與培養(yǎng)標準的達成，并促進學生的自主性學習與個性化學習。

（2）工程用為特色，解決建設內(nèi)涵問題。虛擬仿真實驗教學中心建設內(nèi)涵與品質必須和網(wǎng)絡工程專業(yè)工程應用型人才的培養(yǎng)目標與特色相契合，并著重在三個層面上予以把握：一是教學內(nèi)容有效覆蓋網(wǎng)絡工程生命周期的主要應用環(huán)節(jié)，包括規(guī)劃與設計、部署與開發(fā)、運行與維護等；二是實驗平全支持當前主流的網(wǎng)絡設備廠商及其產(chǎn)品，與業(yè)界主流網(wǎng)絡技術及其應用無縫對接；三是綜合性、設計性和創(chuàng)新性虛擬仿真實驗教學項目都來源于網(wǎng)絡工程實際問題或相關項目案例。

（3）能力培養(yǎng)為導向，解決建設主線問題。改變傳統(tǒng)的以課程為核心的教學組織框架，體現(xiàn)以能力為導向，圍繞工程實踐能力、工程設計能力與工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)，針對遞進性的分級能力培養(yǎng)目標，對虛擬仿真實驗教學資源在實現(xiàn)技術、方式和手段等方面進行系統(tǒng)而精細地設計與開發(fā)。

（4）多元協(xié)同為抓手，解決建設方法與途徑問題。為了落實能力培養(yǎng)核心與工程應用特色，依托高校與企業(yè)、教學與科研、教學研究與教學實踐的多元協(xié)同，建立由教師、研究人員與工程師組成的專業(yè)化團隊，融合虛擬仿真實驗教學相關的教育、科技與工程優(yōu)質資源，深度協(xié)作致力于虛擬仿真中心的開發(fā)與建設。

（5）虛實互動增成效，解決使用模式問題。充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學與實體實驗教學各自的優(yōu)勢，改革單純基于實體實驗教學資源的傳統(tǒng)模式，結合分級能力培養(yǎng)目標，構建與實施虛擬實體高度互補、線上線下有機互動的新型實驗教學模式，貫穿課內(nèi)課外的各項教學活動，全面提高實驗教學效果。

（6）開放共享促輻射，解決推廣機制問題。建立管理服務與技術服務的“雙輪驅動”機制，促進虛擬仿真中心的開放共享。在管理服務方面，面向兄弟院校、業(yè)界企業(yè)的團體與個人用戶提供“Lab as a Service”形態(tài)的虛擬仿真實驗教學云計算服務，為兄弟院校提供以全面降低使用門檻在技術服務方面，利用先進的虛擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術提供安全、穩(wěn)健、靈活的虛擬仿真實驗教學服務，充分保障虛擬仿真實驗教學服務的品質。

三、網(wǎng)絡工程國家級虛擬仿真實驗教學中心建設實踐

依據(jù)上述基本建設思路，溫州大學網(wǎng)絡工程國家級虛擬仿真實驗教學中心主要進行了以下建設實踐。

1.能力培養(yǎng)為導向的虛擬仿真實驗教學體系

以“專業(yè)基本技能一綜合實踐能力一工程實踐能力一工程設計/創(chuàng)新能力”的遞進式模型為主線，圍繞綜合分析和解決復雜網(wǎng)絡工程問題的能力進行了虛擬仿真實驗教學體系建設，如下表所示。

其中，專業(yè)基本技能培養(yǎng)階段的虛擬仿真實驗以演示認知型、分析驗證型以及基礎操作型等形式為主，以對少量技能點的認知或理解為教學目標，以可視性、交互性表現(xiàn)突出的軟件仿真技術為主要實現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡工程問題復雜度低；綜合實踐能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實驗以綜合訓練型為主，以對數(shù)個領域的大量技能點的整體掌握為教學目標，以仿真程度高的硬件虛擬技術為主要實現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡工程問題復雜度較高；工程實踐能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實驗以工程演練型為主，以掌握真實網(wǎng)絡工程項目的部署與實施、測試與驗證為主要教學目標，以仿真程度高的硬件虛擬技術為主要實現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡工程問題復雜度高；工程設計/創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實驗以創(chuàng)新設計型為主，以掌握真實網(wǎng)絡工程項目的規(guī)劃、設計與開發(fā)為主要教學目標，結合軟件仿真技術與硬件虛擬技術實現(xiàn)，網(wǎng)絡工程問題復雜度最高。

2.工程應用為特色的虛擬仿真實驗教學項目庫

在虛擬仿真實驗教學項目庫的建設中，主要通過以下三種途徑實現(xiàn)工程應用內(nèi)涵與特色。

（1）虛擬仿真實驗教學項目的技術與產(chǎn)品覆蓋面接軌當前網(wǎng)絡工程行業(yè)的熱點應用領域與主流產(chǎn)品。包括網(wǎng)絡互連、網(wǎng)絡安全、無線局域網(wǎng)、協(xié)作網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、運營商網(wǎng)絡等，支持對這些領域各主流廠商設備的軟件仿真或硬件虛擬。

（2）虛擬仿真實驗教學項目的能力點定位與設計源于網(wǎng)絡工程應用的實際需要，根據(jù)當前網(wǎng)絡工程生命周期各階段對工程能力要求的分布，對實驗教學內(nèi)容進行細致的梳理與篩選。每門課程精選出若干能力點，并依據(jù)規(guī)劃與設計、部署與開發(fā)、測試與驗證、運行與維護等不同階段內(nèi)能力點之間的關聯(lián)性，有針對性地設計虛擬仿真實驗教學項目的能力點組合方案。

（3）在虛擬仿真實驗教學內(nèi)容的組織與設計上，以能力點目標組合方案為出發(fā)點，以網(wǎng)絡工程案例為背景素材，以實際需求和工程問題為導向，進行虛擬仿真實驗教學項目的設計，保障其真實性、時效性以及針對性。網(wǎng)絡工程案例主要來源于合作企業(yè)工程師參與或主持的工程項目，經(jīng)過有豐富經(jīng)驗的工程師根據(jù)分級能力目標對復雜網(wǎng)絡工程問題的分解、梳理與萃取。

當前，虛擬仿真中心建成的306個實驗教學項目對應于分級能力培養(yǎng)目標的項目數(shù)量比例大致為4：4：1：1，其中直接來源于實際網(wǎng)絡工程案例合計占總數(shù)的一半以上。

3.多元協(xié)同的虛擬仿真實驗教學中心開發(fā)與建設方式

多元協(xié)同的開發(fā)與建設方式體現(xiàn)在三個方面，即高校與企業(yè)協(xié)同、教學與科研協(xié)同、教學研究與教學實踐協(xié)同。

首先，通過與兩家業(yè)界領軍企業(yè)（思科系統(tǒng)與思博倫通信）的校企協(xié)同，在技術層面獲得了網(wǎng)絡功能虛擬化的授權，解決了對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行高度虛擬和仿真的核心技術難題，同時獲得了工程師的加盟，增強了開發(fā)與建設隊伍的整體技術實力；在資源層面得到了企業(yè)一線工程師隊伍的寶貴經(jīng)驗，解決了虛擬仿真實驗教學項目案例主要來源的關鍵問題；在管理層面借鑒了企業(yè)在線實驗室開放與管理模式，解決了虛擬仿真實驗教學服務的安全性和穩(wěn)健性問題。

其次，充分利用高校教師隊伍教學與科研并舉的優(yōu)勢，依托教學與科研協(xié)同實現(xiàn)了科研反哺虛擬仿真實驗教學。一是通過學生課外科技與創(chuàng)新活動等形式，將科研成果直接或間接轉化成虛擬仿真實驗教學項目，此類項目占總數(shù)近14%；二是在虛擬仿真中心的開發(fā)與建設中，轉化了許多虛擬化與云計算領域的科研成果，到目前為止直接實施應用的發(fā)明專利共有6項，主題涉及網(wǎng)絡服務質量、虛擬機資源配置以及云計算調(diào)度等。

最后，依托教學研究與教學實踐的協(xié)同解決了虛擬仿真中心建設各個層面的多個關鍵理論問題。例如，針對虛擬仿真中心硬件平臺的建設，先后依托兩項浙江省提升地方高校辦學水平專項資金項目開展了主題為“多租戶虛擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡建設”的研究；針對虛擬仿真中心軟件平臺的建設，依托浙江省高校實驗室工作研究重點項目開展了主題為“‘實驗教學即服務’的云計算模式構建”的研究；針對虛擬仿真實驗教學的應用，依托浙江省高等教育課堂教學改革項目開展了主題為“依托虛擬仿真實驗教學平臺的混合式實踐教學模式探索”的課題研究；針對校企合作開發(fā)與建設虛擬仿真中心的機制，依托浙江省高等教育教學改革項目開展了主題為“基于企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的分布式工程實踐教育中心建設模式探索與實踐”的課題研究。

4.虛實互動的實驗教學資源使用模式

相對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡工程實體實驗教學，網(wǎng)絡工程虛擬仿真實驗教學在以下方面具有明顯的優(yōu)勢，對實體實驗教學起到補足與增強作用。

首先，彌補了實體實驗教學在開放時間、地點和方式上的不足，實現(xiàn)在任意安裝有瀏覽器的終端設備上隨時隨地訪問虛擬仿真實驗教學資源以及實體實驗教學資源進行練習，為自主性學習和個性化提供充分的保障。

其次，克服實體實驗教學可見性與交互性差的弱點，實現(xiàn)對網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡系統(tǒng)工作原理的交互式可視化呈現(xiàn)，促進對基本技能點的J知、理解與掌握。

再次，克服實體實驗教學在拓撲規(guī)模、網(wǎng)絡特性以及管理便捷性等方面的局限，以低成本構建特性更豐富、結構更復雜的虛擬仿真實驗教學環(huán)境，進而實現(xiàn)簡捷高效的連接與配置管理，提高綜合性實踐教學的品質。

最后，克服實體實驗教學由于成本因素而明顯滯后于工程應用發(fā)展水平的局限，支持跨廠商、多系列高端網(wǎng)絡設備，支持對復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)連接與配置的多視角可視化交互管理，用于在專業(yè)實習或畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中對實際復雜網(wǎng)絡工程項目進行快速概念驗證。

為充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學在支撐實踐能力培養(yǎng)目標的不同維度上的優(yōu)勢，結合能力分級目標的特點，依據(jù)兩者之間的內(nèi)在邏輯關系，可以將實驗教學資源的組合使用模式分為四種：虛輔實主、虛實并舉、虛主實輔以及純虛擬仿真。

（1）虛輔實主模式。利用上述第一與第二項優(yōu)勢，適用于專業(yè)基本技能培養(yǎng)階段。虛擬仿真實驗教學項目是對實體實驗教學項目的近似仿真，虛擬仿真實驗平臺用于課前預習以及課后練習，而在課堂中使用實體實驗平臺與虛擬仿真實驗相互印證。

（2）虛實并舉模式。利用上述第一與第三項優(yōu)勢，適用于綜合實踐能力培養(yǎng)階段。虛擬仿真實驗教學主要面向開放實驗項目、學生科技創(chuàng)新項目、專業(yè)技能競賽等課外教育活動，而實體實驗教學面向日常課堂。

（3）虛主實輔模式。利用上述第一與第三項優(yōu)勢，適用于工程實踐能力培養(yǎng)階段。虛擬仿真實驗平臺用于前期耗時較長、不依賴于實體設備的建模與部署環(huán)節(jié)，實體實驗平臺用于后期耗時較短、依賴于實體設備的驗證與測試環(huán)節(jié)。

（4）純虛擬仿真模式。利用上述第一與第四項優(yōu)勢，適用于工程設計/創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段。學生在進入企業(yè)學習階段后，用于大規(guī)模復雜網(wǎng)絡工程解決方案的概念驗證，包括規(guī)劃與設計、建模與開發(fā)，用于新建網(wǎng)絡解決方案的展示、客戶網(wǎng)絡割接方案的預演以及客戶網(wǎng)絡故障排錯方案的驗證等。

當前，虛擬仿真中心所有實驗教學項目覆蓋10門專業(yè)課程、5門綜合實踐課程、4大類課外教育活動以及專業(yè)實習與畢業(yè)設計，時間跨度從大二下到大四。從整體人才培養(yǎng)過程來看，隨著專業(yè)教育階段的逐步深入，實踐能力培養(yǎng)目標逐步提升，所涉及的工程問題復雜度隨之提升，對實驗教學平臺支持能力的要求越來越高。相應地，所依托的實驗教學環(huán)境也由以實體中心為主逐漸演變?yōu)樘搶嵔Y合，最終過渡到以虛擬仿真中心為主。

5.虛擬仿真實驗教學開放共享的實現(xiàn)與推廣

虛擬仿真中心對外開放共享提供虛擬仿真實驗教學服務的內(nèi)涵包括管理服務與技術服務兩個方面。在管理服務方面，使用高級服務調(diào)度引擎將所有虛擬仿真實驗教學資源整合起來，以“實驗教學即服務”（Lab as a Service，LaaS）的形態(tài)統(tǒng)一對外提供開放共享。此外，對于兄弟院校與行業(yè)企業(yè)等團體用戶，為其提供專有的管理門戶，便于自我管理。在技術服務方面，構建了安全、健壯、高效、可擴展的技術平臺架構。其中，軟件仿真前端提供可視化的實驗教學體驗；而硬件虛擬后臺創(chuàng)建虛擬仿真網(wǎng)絡的運行實例并提供遠程配置與管理手段，而云監(jiān)控與管理、云備份與安全提供充分的服務質量保障。

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虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的關鍵技術及成本構成主要包括以下幾個方面：

1.動態(tài)環(huán)境建模技術：虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術的核心內(nèi)容。動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術（有規(guī)則的環(huán)境），而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。這里的開發(fā)成本主要表現(xiàn)為環(huán)境三維模型和貼圖帶來的系統(tǒng)空間及時間占用，如果不能較好的優(yōu)化模型和貼圖將會嚴重影響整個系統(tǒng)的視覺效果及運行速度，大量浪費計算機系統(tǒng)資源，甚至導致復雜場景環(huán)境無法實現(xiàn)。

2.實時三維圖形生成技術：三維圖形的生成技術已經(jīng)較為成熟，其關鍵是如何實現(xiàn)“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15楨/秒，最好是高于30楨/秒。在不降低圖形的質量和復雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術的研究內(nèi)容。隨著新一代高性能圖形處理器三維渲染技術的實用化，經(jīng)過適當優(yōu)化模型貼圖的虛擬環(huán)境實時生成已不再是系統(tǒng)設計的成本瓶頸了—大多數(shù)主流圖形處理器已可以輕松勝任此項任務，不必再增加額外的開發(fā)成本。

3.立體顯示和傳感器技術：虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展?，F(xiàn)有的傳感器技術還遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要。例如，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點；虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術。由此可見，現(xiàn)有的立體顯示和傳感器技術還遠遠不能滿足高仿真度虛擬環(huán)境的構建要求，并且由于技術的不成熟性還極大的提高了系統(tǒng)開發(fā)的成本。據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)開發(fā)成本的40%以上將消耗在該方面，因此是低成本虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)必須解決的問題。

3.仿真控制技術：自然環(huán)境中的各物體之間是有相互作用的，簡單的說就是各種力場的存在特性。幾乎所有的運動和交互動作都要涉及到約束力學，這意味著仿真環(huán)境及身處其中的用戶應該在合理的作用力影響下活動。因此虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)需要模擬環(huán)境中出現(xiàn)的大量物體的材料及物理力學特性，單從需要仿真的數(shù)量及類型上看就會極大地增加系統(tǒng)實際的工作量及成本，更何況虛擬環(huán)境中物體之間紛繁復雜的相互影響關系了。事實上針對這些問題現(xiàn)代工程物理學也沒有一種簡單有效的解決方法，故而要想找到合理簡單的數(shù)學模型并最終形成算法是虛擬現(xiàn)實技術的重要研究方向。就目前的情況來看仿真度要求越高算法的實現(xiàn)就越困難，系統(tǒng)開發(fā)成本就越巨大。

4.系統(tǒng)集成技術：由于虛擬現(xiàn)實中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數(shù)據(jù)轉換技術、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術等等。目前的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)通常都是單獨開發(fā)相關的部分，致使系統(tǒng)存在開發(fā)難度及工作量巨大、可重復利用率低、通用性差等缺陷，這也是系統(tǒng)開發(fā)中成本高昂的重要原因之一。

二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設計開發(fā)須涉及到人工智能、計算機科學、電子學、傳感器、計算機圖形學、智能控制等多個學科，一般來說完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由以下幾部分構成：

1.傳感器模塊：是用戶與虛擬環(huán)境的接口，一方面接受用戶的操作并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作結果以綜合形式反饋給用戶，使用戶形成對虛擬環(huán)境的感知。

2.檢測模塊：用于檢測分析由傳感器模塊接收到的用戶操作，并將其轉換為系統(tǒng)操作指令傳輸給控制模塊操控虛擬環(huán)境。

控制模塊：是仿真系統(tǒng)的核心部分，既可以仿真控制虛擬環(huán)境以應對用戶操作，又可以將虛擬環(huán)境的反饋通過反饋模塊控制傳感器使用戶獲得仿真體驗。

3.反饋模塊：接收來自控制模塊的處理信息為用戶提供實時反饋。

4.建模模塊：獲得現(xiàn)實世界的三維表示，并由此構成對應的虛擬環(huán)境。

三、低成本化虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案分析

使虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在工業(yè)產(chǎn)品設計生產(chǎn)方面無法大規(guī)模應用的高昂開發(fā)成本，主要來源于高精度三維環(huán)境模擬，高度真實的動力學仿真設計及高度沉浸感的交互式感覺器及三維顯示技術等幾個方面。綜合來看，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對虛擬環(huán)境及虛擬交互的仿真度要求越高則系統(tǒng)的開發(fā)成本就越大，因此有必要提出適度仿真的概念，以解決當前高成本阻礙應用的問題，至于完善的問題盡可以在應用擴展的同時，隨著技術的發(fā)展逐漸解決。

首先，合理的選擇虛擬三維環(huán)境模型的建模方式和優(yōu)化方法就可以大大節(jié)省對系統(tǒng)資源的消耗，如手工建模方式中的可編輯多邊形建模，就可以在環(huán)境或物體尺寸精度要求不高的情況下，以少量的多邊形網(wǎng)格和極少的代價獲得非常精致的視覺效果，而使用有效的優(yōu)化方法還可以進一步提高網(wǎng)格的效率。同時選擇通用化成熟的商品建模工具也可以大大提高建模的效率，使原來用編輯手段實現(xiàn)的效果開發(fā)變得簡單、快捷，這就大大降低了相應的成本消耗。

其次，在工業(yè)產(chǎn)品的大多數(shù)虛擬現(xiàn)實應用中，降低對傳感器及立體顯示的似真度要求也可以在降低成本的前提下保持相對較好的環(huán)境沉浸感，比如，技術比較成熟的環(huán)幕顯示技術，虛擬洞穴顯示技術雖然還不是立體顯示技術，但其視覺效果已可以滿足大多數(shù)的沉浸交互應用了，而使用傳統(tǒng)的鼠標指點設備代替復雜的數(shù)據(jù)手套等高技術傳感器，雖然對用戶的沉浸體驗有很大的影響，但依然可以滿足大多數(shù)的低成本系統(tǒng)的要求，而開發(fā)成本卻可以極大下降。

在力學仿真方面，可以通過降低系統(tǒng)的粒度即降低系統(tǒng)復雜度來達到適度仿真的目的，也就是說可以只仿真最主要的力場相互作用，而使用模仿動力學如預設動畫來處理非關鍵相互作用，就可以大大降低仿真設計的復雜度，從而控制成本，當然，粒度的選擇要依據(jù)實際問題進行精確的優(yōu)化和選擇。

最后，使用成熟的系統(tǒng)集成來臺可以避免重復開發(fā)帶來的巨大成本和時間消耗，增加系統(tǒng)的復用率及通用性，此類系統(tǒng)通常都可以提供相當理想的實時渲染引擎及靈活開放的設計架構，對系統(tǒng)開發(fā)的管理和接口控制也能提供低成本的支持，因此是實現(xiàn)低成本的可靠保障。

【摘要】虛擬現(xiàn)實與仿真技術在工業(yè)產(chǎn)品設計生產(chǎn)方面的應用有十分廣闊的前景。仿真難度大、成本高昂是此類系統(tǒng)應用的主要障礙，適度仿真及高效的解決方案是實現(xiàn)低成本化的關鍵。

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AI和高級機器學習：應用AI和高級的機器學習可以幫助一系列的設備和服務實現(xiàn)智能化，其中包括物理設備、應用以及服務。

智能應用：在未來的十年里，幾乎每一款應用程序、服務都將包含一定程度的AI技術。這將形成一個長期的趨勢，這些趨勢也將會促進AI和機器學習的發(fā)展，并增加在應用和服務中的使用范圍。

智能對象：比較典型突出的例子就是自動駕駛汽車、無人機，以及未來將會出現(xiàn)越來越多的智能廚房和智能家居產(chǎn)品。

虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實：VR和AR的功能將與數(shù)字網(wǎng)格相結合，形成更加無縫的設備系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以整合來自用戶的信息流，為用戶提供超個性化的應用程序和服務。

數(shù)字孿生：在未來的十年里，將會出現(xiàn)數(shù)以億計的數(shù)字孿生。它們將被企業(yè)用于規(guī)劃設備服務、經(jīng)營工廠、預測設備什么時間會出現(xiàn)故障、如何提高運營效率，以及幫助新產(chǎn)品的開發(fā)等等。

區(qū)塊鏈和分布式分類賬：未來區(qū)塊鏈技術將會分為音樂、身份驗證、權利登記以及供應鏈等領域，使用率會越來越高。

對話系統(tǒng)：對話系統(tǒng)將從聊天機器人演化到更廣泛的數(shù)字網(wǎng)格，而數(shù)字網(wǎng)將擴展成為更大范圍的端點的集合體，我們將會每天利用它們進行交互互動。

網(wǎng)格應用和服務體系架構：它們將會通過物聯(lián)網(wǎng)連在一起，并將會展示多層次和跨越傳統(tǒng)邊界的API，這將有助于促進服務的可拓展性、敏捷性和技術的再次利用。

數(shù)字技術平臺：數(shù)字技術平臺是數(shù)字業(yè)務的基石，由五個重點數(shù)字技術平臺組合成：即信息系統(tǒng)、客戶體驗、分析和智能、物聯(lián)網(wǎng)以及I務生態(tài)系統(tǒng)。

自適應安全架構：物聯(lián)網(wǎng)的邊緣是非常脆弱的領域，將會出現(xiàn)很多安全漏洞，他們需要不斷提供新的修補工具和流程。因此再創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)平臺的時候，安全性是必須要考慮到的問題。

IBM和愛立信攜手推出5G芯片

IBM和愛立信日前聯(lián)合公告，宣布成功推出了應用于未來5G基站的硅基毫米波相控陣集成電路。根據(jù)公告，該相控陣集成電路在28GHz毫米波頻率下工作，并已經(jīng)在相控陣列天線模塊中成功演示，為未來5G網(wǎng)絡鋪平了道路。該產(chǎn)品是兩家公司歷時兩年的合作成果，結合了IBM在高集成相控陣毫米波集成電路和天線封裝解決方案的優(yōu)勢，以及愛立信在設計移動通信電路和系統(tǒng)的技術積累。

這個模塊包含四個單片集成電路和64個雙極化天線，模塊尺寸約為2.8 英寸×2.8英寸，幾乎是主流手機一半的大小，這是支持 5G廣泛部署的必要尺寸，尤其是在室內(nèi)空間和密集的大城市區(qū)域內(nèi)。IBM指出，相控陣列天線模塊的并行雙極化運作方式能夠形成兩個波束，同時保持接受和發(fā)送模式，進而使服務的用戶數(shù)量增加一倍，該設計同時還支持低于1.4度的波束掃描精度。

SAP中國本地數(shù)據(jù)中心啟用，將提供四款云解決方案

在日前舉辦的“轉型云端，創(chuàng)新未來”SAP 2017新春媒體溝通會上，SAP大中華區(qū)正式公布了 2016 年第四季度及全年財報。SAP大中華區(qū)在第四季度實現(xiàn)了非常閃亮的業(yè)績，并以年度云業(yè)務三位數(shù)和核心軟件業(yè)務兩位數(shù)的增長勢態(tài)，實現(xiàn)了歷史最佳財年，業(yè)績再創(chuàng)新高。這也是 SAP 在大中華區(qū)連續(xù)第三年取得強勁的業(yè)務增長。

憑借在助力客戶實現(xiàn)商業(yè)價值、培養(yǎng)杰出本地人才和推動卓越運營等方面取得的突出成就，SAP大中華區(qū)榮膺公司董事會頒發(fā)的“2016 年度最佳大區(qū)獎”。大中華區(qū)成立于2013年底，是SAP所有獨立大區(qū)中最年輕的一個。這一獎項彰顯了SAP始終踐行把中國作為“第二故鄉(xiāng)”的承諾。SAP全球高級副總裁、SAP大中華區(qū)總裁紀秉盟 （Mark Gibbs） 表示：“2016年SAP在各個領域都取得了輝煌的成就，包括打造以客戶需求為出發(fā)點的產(chǎn)品、積極建立合作伙伴關系，以及培養(yǎng)建立具有高度責任感的員工隊伍。展望2017，SAP將以加速向云端拓展作為戰(zhàn)略轉折點，這必將成為我們創(chuàng)新未來、助力客戶實現(xiàn)數(shù)字化轉型的成功基石。”

SAP同時宣布，本地數(shù)據(jù)中心現(xiàn)已正式啟用，向中國客戶提供四款基于云的解決方案，包括SAP Ariba、SAP Hybris Cloud for Customer、SAP Business ByDesign以及 SAP Cloud Platform。2016年，SAP擴展了與中國電信旗下的中國通信服務股份有限公司的合作，并與阿里云建立了戰(zhàn)略聯(lián)盟，攜手合作伙伴，共同在中國市場推出這幾款新的云產(chǎn)品。

施耐德收購3D軟件公司MWPowerlab

施耐德電氣近日宣布收購業(yè)界領先的3D實時技術的軟件公司MWPowerlab s.r.l.。該收購為施耐德電氣的工業(yè)軟件產(chǎn)品組合帶來了先進的虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術，客戶可以受益于加強的沉浸式仿真和培訓功能以及先進的3D可視化功能。該技術可進一步提升施耐德電氣企業(yè)級資產(chǎn)績效管理平臺。

此前，施耐德電氣和MWPowerlab在提供沉浸式操作員培訓和模擬仿真解決方案方面擁有多年合作歷史，可在全球范圍內(nèi)提升安全標準、提高勞動力效率和資產(chǎn)績效。施耐德電氣中國區(qū)軟件業(yè)務總經(jīng)理徐哲表示：“虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術正迅速成為提供操作員培訓、模擬仿真和資產(chǎn)管理解決方案的行業(yè)標準。此次收購確保了施耐德電氣客戶可以享受最先進的技術以及良好的用戶體驗。此外，MWPowerlab為我們帶來了行業(yè)領先技術和高素質人才，這將顯著提高施耐德電氣軟件組合的價值?！?/p>

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關鍵詞：虛擬專用網(wǎng)絡（VPN） 發(fā)展 1. 概述 虛擬專用網(wǎng)絡即VPN（Virtual Private Network）。顧名思義，虛擬專用網(wǎng)不是真的專用網(wǎng)絡，但卻能夠實現(xiàn)專用網(wǎng)絡的功能。虛擬專用網(wǎng)指的是依靠ISP（Internet服務提供商）和其它NSP（網(wǎng)絡服務提供商），在公用網(wǎng)絡中建立專用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的技術。在虛擬專用網(wǎng)中，任意兩個節(jié)點之間的連接并沒有傳統(tǒng)專網(wǎng)所需的端到端的物理鏈路，而是利用某種公眾網(wǎng)的資源動態(tài)組成的。IETF草案理解基于IP的VPN為："使用IP機制仿真出一個私有的廣域網(wǎng)"是通過私有的隧道技術在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上仿真一條點到點的專線技術。所謂虛擬，是指用戶不再需要擁有實際的長途數(shù)據(jù)線路，而是使用Internet公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的長途數(shù)據(jù)線路。所謂專用網(wǎng)絡，是指用戶可以為自己制定一個最符合自己需求的網(wǎng)絡。

2. VPN在企業(yè)中的主要應用2.1通過專線連接實現(xiàn)廣域網(wǎng)的企業(yè)，由于增加業(yè)務，帶寬已不能滿足業(yè)務的需要，需要經(jīng)濟可靠的升級方案；大中型企業(yè)、集團公司：建立全公司的的遠程互聯(lián)，構建內(nèi)部專用網(wǎng)絡，實現(xiàn)安全的intranet； 2.2企業(yè)的內(nèi)部用戶和分機構分布范圍廣、距離遠，需要擴展企業(yè)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程訪問和局域網(wǎng)互聯(lián)，最典型的是跨國企業(yè)、跨地區(qū)企業(yè)； 2.3分支機構、遠程用戶、合作伙伴多的企業(yè)，需要組建企業(yè)專用網(wǎng)；四是關鍵業(yè)務多，對通信線路保密和可性要求高的用戶，如銀行、證券公司、保險公司等；五是已有各種遠程專線連接，需要增加網(wǎng)絡連接備份的單位。 3. VPN帶給企業(yè)的好處3.1 VPN可以幫助遠程用戶、公司分支機構、商業(yè)伙伴及供應商同公司有內(nèi)部網(wǎng)建立可信的安全連接，并保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。通過將數(shù)據(jù)流轉移到低成本的網(wǎng)絡上，一個企業(yè)的VPN解決方案將大幅度地減少用戶花費在城域網(wǎng)和遠程網(wǎng)絡連接上的費用。統(tǒng)計結果顯示，企業(yè)選用VPN替代傳統(tǒng)的撥號網(wǎng)絡，可以節(jié)省20%―40%的費用；替代網(wǎng)絡互聯(lián)，可減少60%―80%的費用。 3.2 VPN能大大降低網(wǎng)絡復雜度，簡化網(wǎng)絡的設計和管理，在充分保護現(xiàn)有的網(wǎng)絡投資的同時，加速連接新的用戶和網(wǎng)站，增強內(nèi)部網(wǎng)絡的互聯(lián)性和擴展性。 3.3 VPN還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡安全，可以通過用戶驗證、加密和隧道技術等保證通過公用網(wǎng)絡傳輸私有數(shù)據(jù)的安全性。隨著用戶的商業(yè)服務不斷發(fā)展，企業(yè)的虛擬專用網(wǎng)解決方案可以使用戶將精力集中到自己的生意上，而不是網(wǎng)絡上。 3.4 VPN能增加與用戶、商業(yè)伙伴和供應商的聯(lián)系，它可用于不斷增長的移動用戶的全球因特網(wǎng)接入，以實現(xiàn)安全連接；可用于實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)站之間安全的虛擬專用線路，用于經(jīng)濟有效地連接到商業(yè)伙伴的用戶的安全外聯(lián)網(wǎng)VPN。 4. VPN的實現(xiàn)技術 4.1隧道技術 VPN區(qū)別于一般網(wǎng)絡互聯(lián)的關鍵是隧道的建立，然后數(shù)據(jù)包經(jīng)過加密，按隧道協(xié)議進行封裝、傳送以保證安全性。 現(xiàn)有兩種類型的隧道協(xié)議，一種是二層隧道協(xié)議，用于傳輸?shù)诙泳W(wǎng)絡協(xié)議，它主要應用于構建遠程訪問VPN；另一種是三層隧道協(xié)議，用于傳輸?shù)谌龑泳W(wǎng)絡協(xié)議，它主要應用于構建 Intranet VPN和 Extranet VPN。 4.2加密技術 數(shù)據(jù)加密的基本思想是通過變換信息的表示形式來偽裝需要保護的敏感信息，使非授權者不能了解被保護信息的內(nèi)容。加密算法有用于Windows95的RC4、用于IPSec的DES和三次DES。RC4雖然強度比較弱，但是保護免于非專業(yè)人士的攻擊已經(jīng)足夠了；DES和三次DES強度比較高，可用于保護敏感的商業(yè)信息。 加密技術可以在協(xié)議棧的任意層進行，可以對數(shù)據(jù)或報文頭進行加密。在網(wǎng)絡層中的加密標準是IPSec。網(wǎng)絡層加密實現(xiàn)的最安全方法是在主機的端到端進行。另一個選擇是“隧道模式”：加密只在路由器中進行，而終端與第一跳路由之間不加密。這種方法不太安全，因為數(shù)據(jù)從終端系統(tǒng)到第一條路由時可能被截取而危及數(shù)據(jù)安全。終端到終端的加密方案中，VPN安全粒度達到個人終端系統(tǒng)的標準；而“隧道模式”方案，VPN安全粒度只達到子網(wǎng)標準。在鏈路層中，目前還沒有統(tǒng)一的加密標準，因此，所有鏈路層加密方案基本上是生產(chǎn)廠家自己設計的，需要特別的加密硬件。 4.3 QoS技術 通過隧道技術和加密技術，已經(jīng)能夠建立起一個具有安全性、互操作性的VPN。但是該VPN性能上不穩(wěn)定，管理上不能滿足企業(yè)的要求，這就要加入QoS技術。實行QoS應該在主機網(wǎng)絡中，即VPN所建立的隧道這一段，這樣才能建立一條性能符合用戶要求的隧道。 QoS機制具有通信處理機制以及供應和配置機制。網(wǎng)絡資源是有限的，有時用戶要求的網(wǎng)絡資源得不到滿足，管理員基于一定的策略進行QoS機制配置，通過QoS機制對用戶的網(wǎng)絡資源分配進行控制以滿足應用的需求，這些QoS機制相互作用使網(wǎng)絡資源得到最大化利用，同時又向用戶提供了一個性能良好的網(wǎng)絡服務。

5. VPN的主要作用

5.1遠程訪問

為克服傳統(tǒng)遠程訪問的問題，推出了基于VPN的遠程訪問解決方案。如圖1所示，這種方案充分利用了公共基礎設施和ISP，遠程用戶通過ISP接入Internet，再穿過Internet連接與Internet相連的企業(yè)VPN服務器，來訪問位于VPN服務器后面的內(nèi)部網(wǎng)絡。一旦接入VPN服務器，就在遠程用戶與VPN服務器之間建立一條穿越Internet的專用隧道連接。這樣，遠程客戶到當?shù)豂SP的連接和VPN服務器到當?shù)豂SP的連接都是本地網(wǎng)內(nèi)通信，雖然Internet不夠安全，但是由于采用加密技術，遠程客戶到VPN服務器之間的連接是安全的。 5.2遠程網(wǎng)絡互聯(lián)

基于VPN的網(wǎng)絡互聯(lián)已成為一種熱門的新型WAN技術，它利用專用隧道取代長途線路來降低成本，提高效率。兩端的內(nèi)部網(wǎng)絡通過VPN服務器接入本地網(wǎng)內(nèi)的ISP，通過Internet建立虛擬的專用連接，如圖2所示。特別是寬帶網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展，為基于VPN的遠程網(wǎng)絡提供了廉價、高速的解決方案。這種互聯(lián)網(wǎng)絡擁有與本地互聯(lián)局域網(wǎng)相同的管理性和可靠性。 5.3網(wǎng)絡內(nèi)部安全

與Internet上的應用類似，內(nèi)部網(wǎng)VPN也有兩種應用模式，一種是基于VPN的“遠程訪問”，另一種是基于VPN的“網(wǎng)絡互聯(lián)”，如圖3所示。此外，VPN也被用于兩個主機之間的安全連接，如服務器之間的連接。

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關鍵詞：Vega；GL Studio；視景仿真；虛擬座艙

0引言

虛擬現(xiàn)實技術的最初應用是針對飛行員的飛行訓練的，時至今日，利用虛擬現(xiàn)實技術來實現(xiàn)虛擬座艙仍是個熱門的話題。之所以如此，是因為飛機座艙系統(tǒng)復雜，利用單一的系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)平臺進行模擬往往會顧此失彼。就拿Vega來說，作為一款優(yōu)秀的視景驅動軟件平臺，利用它可以很好地對飛機及其座艙的3D環(huán)境進行模擬仿真，然而，其自身提供的儀表仿真組件的功能相對較弱，儀表的模型建立要在沒有程序開發(fā)接口支持的Creator中完成，這對機艙內(nèi)復雜儀表的全面仿真是不可能的。因而，對儀表的仿真多數(shù)人的目光還是要投向專業(yè)的儀表仿真平臺GL Studio。但是純粹的GL Studio應用又似乎有些單調(diào)，對機座艙環(huán)境及其飛行環(huán)境難以模擬，仿真過程往往缺乏沉浸式的真實感。因此，若能將GL Studio的儀表仿真模型載入到Vega場景中將會是多數(shù)人的理想選擇。然而，Vega本身對于GL Studio是不直接支持的，需要開發(fā)人員從底層將代碼植入。本文結合某型飛機虛擬座艙的實現(xiàn)，對這一問題進行研究解決。

1 Veqa簡介

Vega是MultiGen-Paradigm公司為視景仿真軟件開發(fā)提供的一套系統(tǒng)解決方案，它由LynX圖形界面、Vega API以及一些可選的功能模塊組成。

通過LynX及其提供的功能模塊，用戶只需對一些參數(shù)進行簡單的設置，不需要編寫任何代碼就可實現(xiàn)視景仿真對象的構造，創(chuàng)建對象屬性及其之間的關系，并可生成ADF(程序定義)文件供Vega API調(diào)用。

在Windows環(huán)境中，可以利用Vc++或其它軟件開發(fā)平臺通過調(diào)用Vega API，來實現(xiàn)對LynX中定義的場景對象的管理，進而實現(xiàn)復雜的視景仿真系統(tǒng)開發(fā)。Vega API來源于SGI圖形工作站的OpenGL Performer，因此，其底層具有與OpenGL的完美接口，使開發(fā)者能夠根據(jù)不同需要，直接利用OpenGL開發(fā)出具有自身特色和功能的組件嵌入到Vega場景中。其開發(fā)流程如圖1所示。

本文就是采用對Vega底層API的調(diào)用來實現(xiàn)GL Studio模型向Vega場景的移植。

2 GL Studio簡介

GL Studio是DISTI公司為儀表仿真軟件開發(fā)提供的一套系統(tǒng)解決方案。用戶可以利用其圖形交互界面以所見即所得的方式來完成儀表面板的制作，通過其代碼編輯器來完成儀表內(nèi)部邏輯仿真。其代碼生成器能夠將用戶的制作結果自動生成c++和OpenGL源代碼，用戶既可以將其代碼進行單獨編譯也可嵌入到其它程序中進行編譯，從而避免了大量繁瑣的底層OpenGL開發(fā)細節(jié)。其邏輯結構如圖2所示。

3 GL Studio向Vega移植的關鍵問題

將OpenGL實現(xiàn)的功能嵌入到Vega場景中，一般利用Vega的回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)，而GL Studio對儀表的繪制也是通過OpenGL編程實現(xiàn)的，因此，GL Studio模型向Vega場景的移植自然也要通過回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)。但是，移植過程中有如下幾個問題要解決。

3．1 GL Studio與Vega坐標系的差異問題

雖然GL Studio與Vega都是在OpenGL基礎上的應用，使用的都是右手坐標系，但是Vega的坐標系與OpenGL的坐標系又有所差別，如圖3所示。

從圖3中可以看出，Vega坐標系是在OpenGL坐標系的基礎上繞x軸逆時針旋轉90。得到的，因此，若要在Vega場景中繪制或添加GL Studio模型，首先要保存坐標系的一致。這可以通過兩種途徑來實現(xiàn)：

(1)在GL Studio環(huán)境中制作虛擬儀表時直接在XZ平面上繪制(這里所指的均是繪制二維儀表)。這樣，在移植過程中就不需要旋轉儀表模型，但是會給單獨調(diào)試虛擬儀表帶來不便。

(2)在GL Studio環(huán)境中制作虛擬儀表時仍在XY平面上繪制，只是在移植時要將儀表在原來基礎上繞x軸順時針旋轉90°。

本文中采用的是第二種方式。但是無論采用哪種方式，在將GL Studio模型放入Vega場景中之前，都要先保存Vega當前的顯示狀態(tài)，繪制完之后再恢復其顯示狀態(tài)。

3．2 GL Studio與Vega坐標系中基本單位變換問題

在Vega中根據(jù)場景及模型的大小不同，坐標所采用的基本單位可以是米、千米、英尺或英寸，而在GL Studio中制作虛擬儀表是以像素為基本單位的。因此在移植過程中存在著基本單位的轉換問題。

筆者經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，GL Studio在移植過程中以Vega場景中的基本單位為基準進行l(wèi)：l轉換，即若Vega中以米為基本單位，轉換后GL Studio的1像素即為Vega中的l米。那么，GL Studio模型在無縮放載入場景時，就會變得非常大，需要將其按要求進行縮小。一般情況下GL Studio模型在載入場景時都要以現(xiàn)有的Creator模型為背景，因為GLStudio所模擬的往往是在Creator建模時難以完成的某些儀表面盤，因此，在進行縮放時應根據(jù)Creator模型某個面的大小來制定縮放比例。

3．3將GL Studio模型載入場景的問題

在將GL Studio模型載入Vega場景時，應對其繪制過程進行合理封裝。本文采用在Vega場景中首先利用MakeObj()函數(shù)動態(tài)構建Object數(shù)據(jù)模型，然后將GL Studio模型作為一個Node節(jié)點添加到該Object，并為該節(jié)點增加回調(diào)函數(shù)Obj_CB()將其載入場景。具體代碼實現(xiàn)如下：

vgObject*MakeObj()

{vgObject*oglObj=NULL；

vgDataSet*dataset=NULL；／／創(chuàng)建空的vgDataSet數(shù)據(jù)結構

pfGroup*group=NULL；／／創(chuàng)建空的Group節(jié)點

DfNode*node=NULL；

／／該Node節(jié)點指向新創(chuàng)建Object的Node節(jié)點

dataset=vgNewDS()：

group=pfNewGroup()：

……

if(vgMakeDS(dataset，group，VGDS_GEOMETRY)

==VG_SUCCESS、

{oglObj=vgNewObj()：

vgName(oglObj，“_oglobj”)：

vgProp(oglObj，VGOBJ_CS，VGOBJ_DYNAMIC)；

vgObjDS(oglObj．dataset)；

／／利用DataSet數(shù)據(jù)結構創(chuàng)建新的Object

vgMakeObj(oglObj，VGOBJ_USE)；

vgUpdate(oglObj)：+

}

……

node=(#Node*)vgGetObjPfNode(oglObj)：

……

pfNodeTravFuncs(node．PFTRAV_DRAW，Obj_CB，NULL)；

／／為新創(chuàng)建的Object增加回調(diào)函數(shù)pfNodeTmvData(node。PFTRAV_DRAW，NULL)；return oglObj；

／／返回新創(chuàng)建的Object地址指針

｝

為創(chuàng)建的Object的Node節(jié)點增加的回調(diào)函數(shù)體：int obj_cB(onraverser*trav．void。data){pfPushState()：

pfPushMatrix()：

pfBasicState()：／／保存當前場景狀態(tài)

GIsObj?>Draw()：／／GL Studio模型繪制過程

……

glFlush()：／／恢復保存的場景狀態(tài)

glPopARdb()：

pfPopMatrix()：

pfPopState()；

return PFTRAV_CONT；

｝

3．4 GL Studio模型在Vega場景中的交互問題

在將GL Studio模型移植到Vega場景之后，它并不能自動捕獲用戶的輸入事件，這是由GL Studio本身底層的消息管理機制決定的。因此，若要它能夠響應窗口消息，就需要手動將消息發(fā)送給GL Studio模型，讓其處理。這里，我們在Windows窗體消息循環(huán)中增加了一個HandleEvent()函數(shù)，讓其主動捕獲消息事件發(fā)給GL Studio模型處理。其函數(shù)體如下：

Void HandleEvent(int eventType，int eventSubtype．inl

buttonMask，UINT nFlags．CPoint point)

{MouseEvent eV：／／定義GL Studio環(huán)境下的鼠標事件ev．eventType。eventType；

／／將Windows消息轉化為GL Studio能夠識別的消息ev．eventSubtype=eventSubtype；eV．buttonMask=buttonMask；

GIs_O bj->handle(&ev)；／／將消息發(fā)給GL Studio模型處理

}

4結束語

篇9

關鍵詞：優(yōu)化；多細節(jié)層次；遮擋屬性

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）20-0184-02

目前虛擬仿真技術的應用越來越廣泛，比如虛擬仿真技術在煤礦安全培訓中的應用、虛擬仿真技術在醫(yī)學教育領域的應用等。在這些應用中，高品質畫面效果與系統(tǒng)流暢地運行總是兩個相悖的需求。要做到畫面精細美觀，就很難做到數(shù)據(jù)量很小，數(shù)據(jù)量龐大又會導致系統(tǒng)運行不流暢。這時候就需要考慮優(yōu)化的問題，只有對系統(tǒng)進行優(yōu)化才能很好地調(diào)和這兩個矛盾。在實際開發(fā)中，不但要在虛擬仿真環(huán)節(jié)使用優(yōu)化技術還要對模型進行優(yōu)化處理。由于篇幅所限，在此主要闡述虛擬仿真環(huán)節(jié)的優(yōu)化。

一、LOD技術應用

1.LOD技術綜述。虛擬現(xiàn)實技術作為一種新型的人機交互技術具有沉浸、交互、構想三個基本特性，其中沉浸性是指使用戶投入到計算機生成的虛擬環(huán)境中的能力，是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心。為了使用戶在使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)時擁有沉浸感，必須實現(xiàn)圖形的實時繪制。實時繪制就是要求圖形顯示速度必須跟上視點移動速度，消除遲滯現(xiàn)象。當場景很簡單，例如僅有幾百個多邊形，要實現(xiàn)實時繪制并不困難，但是，為了得到逼真的顯示效果，場景中往往有上萬個多邊形，有時多達幾百萬個多邊形，這就對圖形實時繪制提出了很高的要求[1]。虛擬現(xiàn)實和交互式可視化等交互式圖形應用系統(tǒng)要求圖形生成速度達到實時，而計算機所提供的計算能力往往不能滿足復雜三維場景的實時繪制要求，因而研究人員提出多種圖形生成加速方法，LOD模型則是其中一種主要方法。1976年，Clark提出了細節(jié)層次（Levels of Detail，簡稱LOD）模型的概念，認為當物體覆蓋屏幕較小區(qū)域時，可以使用該物體描述較粗的模型，并給出了一個用于可見面判定算法的幾何層次模型，以便對復雜場景進行快速繪制。LOD技術在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐次簡化景物的表面細節(jié)來減少場景的幾何復雜性，從而提高繪制算法的效率。由于LOD的諸多優(yōu)點和它很好地解決了虛擬仿真技術中流暢運行和界面精美的矛盾，成為虛擬仿真領域的研究熱門，并且取得了不少的成果。而Virtools中LOD屬性添加就是應用之一。

2.LOD優(yōu)化系統(tǒng)的實現(xiàn)。首先在3D MAX中，將所建模型轉化為可編輯面片。Virtools中，在Level Manager下的三維物體上右鍵，選擇右鍵菜單命令Add Attributes（添加屬性），彈出Add Attribute Type的設置窗口，選擇該窗口中的LOD Object，然后單擊Add Selected按鈕即可添加LOD屬性。第二步則是設置LOD屬性面板的參數(shù)。給物體添加LOD屬性需要設置其參數(shù)，參數(shù)面板如圖1所示主要包括所選用的算法和LOD模型的選擇標準。通過LOD參數(shù)可以設置物體根據(jù)所占畫面比例進行面數(shù)增減，通俗地說就是越近越精細，越遠越粗糙。在Level Manager（層管理器）下的三維物體上雙擊打開3D Object Setup面板，雙擊Value參數(shù)的值，彈出如圖1所示的參數(shù)設置窗口。設置當對象在屏幕中的顯示占總面積的80%以上時完整顯示，隨著所占面積的縮小，剔除的面數(shù)逐漸增加，直到對象在屏幕中顯示面積為1%時，將剔除面數(shù)的98%，僅保留2%，這將極大優(yōu)化系統(tǒng)。

二、其他優(yōu)化技術

1.減少渲染數(shù)量。虛擬漫游系統(tǒng)的實時渲染，被遮擋的物體也會被渲染，如果將被遮擋物隱藏，當視角發(fā)生改變后，物體又不能正常顯示；在Virtools中解決這一問題的方案是給遮擋物增加遮擋屬性，那么被遮擋的物體就不會被渲染，當視角發(fā)生改變后，被遮擋的物體也能正常顯示出來。具體操作和增加LOD屬性相似，在添加屬性窗口選擇Optimizations（優(yōu)化）/Ocdluder（遮擋），然后單擊Add Selected按鈕即可添加遮擋屬性。

2.減少渲染范圍。影響渲染進程的除了場景中對象的復雜程度和數(shù)量等因素，視域范圍和深度也會對渲染有所影響。如果漫游的每一幀都顯示和處理所有場景數(shù)據(jù)是效率很低而且不必要的。將場景進行分塊處理，在漫游中，只渲染攝像機能觀察到的場景分塊，對沒有進入視角的場景分塊不做調(diào)用和處理，這樣可以極大地加快系統(tǒng)的渲染效率。其中的優(yōu)化包括了兩個方面：一方面是在建模階段對場景進行分塊處理，另一方面是在交互設計階段對不同的場景進行調(diào)用及攝像機的視野范圍進行設置即視錐體裁剪技術的運用，通過縮小渲染深度，達到減少渲染對象的數(shù)量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。視錐體裁剪技術來優(yōu)化系統(tǒng)的原理如圖2所示，攝像機的視野范圍可以看作是一個四棱錐，為了方便理解作者把立體空間平面化為實線所包圍的區(qū)域，渲染的范圍就是實線三角形，將攝像機的Far clip（遠裁切）參數(shù)減小，將下邊線推進到虛線的位置，渲染的范圍就縮小了，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化。如果能配合霧效，將遠景模糊處理，效果更自然。

虛擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)化途徑有很多，具體的系統(tǒng)開發(fā)中一般不會都用。根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)模常用的有LOD技術，再結合遮擋屬性設置，如果還要進一步優(yōu)化則通過減少渲染范圍配合霧效的障眼法來處理了。

參考文獻：

[1]張劍利.基于Web的交互式產(chǎn)品虛擬展示平臺關鍵技術研究[D].江蘇科技大學，2009.

[2]劉林濤.建筑場景虛擬漫游關鍵技術的研究和實現(xiàn)[D].蘇州大學，2008.

篇10

二維圖紙轉向三維實體

從2000年起，一飛導入達索系統(tǒng)的CATIAV6、ENOVIAV6、DELMIAV5，主要用于3D設計、數(shù)字化工廠、協(xié)同管理等方面，全面提升飛機設計效率，有效節(jié)約成本。一飛是在世界范圍內(nèi)航空領域使用CATIA的首批用戶，在世界范圍內(nèi)率先在計算機上實現(xiàn)飛機的復雜三維設計。

目前，飛機機電系統(tǒng)大多采用獨立分析、獨立設計、獨立實驗的設計方式，工程師只能通過地面實驗、試飛、場外試用才能驗證機電系統(tǒng)的整體性能。同時，在不同部門、不同場所，機電所需的軟硬件條件不同，機電專業(yè)間、單位間、型號間的數(shù)據(jù)很難被充分整合利用，存在大量重復設計的工作。

記者在現(xiàn)場了解到，一飛基于CATIA適應機電系統(tǒng)的綜合化、多電化的發(fā)展趨勢，利用仿真手段開展機電多專業(yè)領域聯(lián)合設計、分析、驗證。

田永唐表示：“Dymola是CATIA V6 動力學行為建模（Dynamic Behavior Modeling）的基礎技術，應用于CATIA V6中Modelica的開發(fā)環(huán)境中。一飛正是通過CATIA的Dymola技術與組件庫，實現(xiàn)基于Modelica在航空機電系統(tǒng)建模、仿真。

CATIA提供了一個系統(tǒng)設計、全生命周期仿真數(shù)據(jù)管理設計平臺，CATIA與其他仿真軟件有良好的接口，用戶能夠自由創(chuàng)建他們自己的模型庫或修改已建成的模型庫，從而更好地滿足用戶獨特的建模和仿真需求。

五維度評價用戶體驗

CATIA目前在航空航天、交通、能源、建筑和機械制造等行業(yè)取得認可。除一飛外，國內(nèi)不同領域內(nèi)用戶也已開始基于CATIA解決方案完成相關設計工作。如上海市政總院基于達索系統(tǒng)的3D體驗平臺與達索系統(tǒng)共同建立新研發(fā)中心，為土木工程專業(yè)人員提供行業(yè)解決方案體驗。

達索系統(tǒng)CATIA 首席執(zhí)行官Philippe LAUFER在接受媒體采訪時介紹，某銀行大廈屋頂外形構建需要12000塊形狀彼此不同的磚塊，通過傳統(tǒng)方式設計磚塊形狀十分費時、費力，“基于CATIA解決方案仿真模擬，在實際操作過程中僅損壞了2塊磚，且通過變形技術，快速實現(xiàn)磚塊的迥異設計，大大節(jié)省了設計成本。”他還表示，CATIA將與更多領域深入融合，如醫(yī)藥科學、生物工程等。

談到CATIA未來在CAD領域的發(fā)展，達索系統(tǒng)CATIA首席運營官Cecile DOAN表示，CATIA將聚焦“虛擬產(chǎn)品體驗”和“產(chǎn)品在實際環(huán)境中的模擬”兩個市場。前者的市場規(guī)模是傳統(tǒng)CAD市場的3倍以上，而后者的市場規(guī)模是傳統(tǒng)CAD市場的10倍～12倍。