时间：2022-09-11 01:44:09
关键词：虚拟样机技术；人才培养；机械工程类；仿真分析；创新
作者简介：路永婕（1981-），女，甘肃靖远人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；陈娜（1979-），女，辽宁辽阳人，石家庄铁道大学信息学院，讲师。（河北 石家庄 050043）
基金项目：本文系石家庄铁道大学教育教学改革研究项目（项目编号：110408、110326）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0033-01
在20世纪80年代，随着计算机科学技术的进步与发展，导致了虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology）的出现，从而加快了工业发展的步伐。虚拟样机技术以自身的优势大大提高了工业产品的设计和研发的效率，极大地缩短了产品的生产和制造周期。目前虚拟样机技术在各领域的企业和研究机构里已经取得了良好的经济效益，得到了广泛的应用。因此各企业单位对熟练掌握虚拟样机技术的人才需求不断增长，这就势必要求在高等教育过程中更加注重培养大量的此类人才，以满足人才市场的巨大需求，进一步促进我国工业水平的提高。
虚拟样机技术作为一种先进的技术，在推动工业发展的同时也为高等教育培养高质量、高水平的人才提供了良好的手段和思路。在机械工程类本科教学实践中充分应用虚拟样机技术将会有力地促进工科类教学方式和教学体系的改革，会大幅度地变革旧的教学模式，实现大学生学习的多元化和主体化，使学生跟随工业技术发展的步伐，牢固夯实知识要点，掌握学科体系。
一、虚拟样机技术的理论依据与应用前景
虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，该技术结合了先进的建模技术、仿真技术、信息技术、优化技术、制造技术和先进的信息管理技术，涵盖了工业产品的概念、设计、实验、生产和制造的各个环节。可见，虚拟样机技术重点强调了工业产品的系统观，它针对产品的全生命周期，对产品进行全方位的测试、分析与评估，实现了不同领域的虚拟化的协同设计。
总之，虚拟样机技术是以虚拟样机为主体，可视化为界面，仿真分析为主要手段，三维造型软件为工具，建立起的多学科、多领域、多角度的协同设计平台。在机械领域中，虚拟样机技术以机械系统运动学、动力学、传热学和控制理论为核心理论，几乎涵盖了机械工程体系中的各个子系统。目前基于虚拟样机技术，涌现出来了大量成熟的商业化软件，大体可以分为几何建模（SolidWork，UG，Pro/E）、结构分析（ABAQUS，ANSYS，NATRA）、多体动力学（SIMPACK，ADAMS，DADS）、液压与控制（AMESIM）、振动与噪声（SYSNOISE，AUTOSEA）等几个范畴，在机械工程、航空航天、国防和医学等各个领域发挥越来越重要的作用，在企业中已经得到了普遍的应用，获得了很多的成功案例。
因此在运用虚拟样机技术进行工业生产时，需要具备扎实的计算机、运动学、动力学和控制学多个学科的知识，这就对高等教育人才的培养提出更高的要求。从上述虚拟样机技术的内涵和理论依据可以发现，该技术具有很强的实践性强、可重复性和操作直观的特点，所以这些特点既是学生最终学习的目的，也为教师提高教育水平提供了很好的手段。
二、充分发挥虚拟样机技术在机械工程类教学中的作用
1.培养学生的仿真分析意识
在计算机技术高速发展的今天，基于虚拟样机技术的仿真分析已经日趋完善，分析的结果可靠、逼真，在工业生产中已经被广泛认可。所以，在教学过程中应引导学生积极掌握和利用仿真分析的技巧，在学习和吸纳新知识时充分应用仿真的手段进行分析和验证，提升对知识的理解程度，提高对专业知识的认知水平，形成良好的仿真分析习惯。
由浅入深地让学生在学习过程中随时借助虚拟样机技术对书本中的例题、课程设计中的案例和毕业设计命题从仿真的角度预演解题过程，树立起良好的仿真意识，这不仅提高了学生分析、解决问题的能力，而且在反反复复的仿真实践中对虚拟样机的综合应用能力得到提高，对专业知识的准确应用也会有一个比较深刻的认识。
2.注重理论与仿真实践结合
在机械工程相关专业的学习中，“机械原理”、“机械设计”、“机电控制”、“测试技术”等都是必修的专业基础课程，在以往的教学中，学生在掌握这些课程时比较头疼，教师在教授过程中诠释概念、分析原理时也比较吃力。分析其中的原因，主要就是学生在认知这些专业知识之前，相应的背景知识比较欠缺，对难懂的知识点存在很大的陌生感，教学的效果差强人意。然而虚拟样机技术恰恰可以弥补这一点，可以在教学的各个阶段都发挥不同的效用，在每门课程学习之前，教师可通过基于虚拟样机技术的成功工程案例的展示，激发学生对本专业知识求知的欲望，对课程设计的过程产生浓厚的兴趣，以最短的时间融入到课堂中。
因此在学习理论的过程中，对于那些晦涩难懂的理论就可以通过结合虚拟样机的仿真分析实践的方式，以鲜活的仿真现象直观揭示理论的真正内涵。例如，对于“机械原理”教学可以通过多体动力学的仿真软件建立机构的虚拟样机模型、定义部件的约束、动态仿真运动的轨迹、获取各构件的运动学特性曲线等等就可以清晰展现机械原理的整个理论体系，让学生轻松享受学习的过程。
关键词：虚拟样机；物理样机；计算机仿真；应用与发展
引言
随着世界经济的快速发展，市场竞争日趋激烈，这种外部因素的影响下，机械产品要提高竞争力、满足客户需求，就必须针对市场环境和需求，改变产品开发模式，提高产品技术含量。随着计算机技术的快速发展，现代信息技术已逐渐的应用到机械产品的设计与研发中，并成为提高产品质量和性能的一种新技术手段，同时也为虚拟样机技术的发展和应用提供了更为方便的操作平台[1]。
1 虚拟样机技术的概念
虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价[2-3]。
在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计样机建造测试评估反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。
2 虚拟样机技术的特点
传统的产品开发过程如图1所示，机械产品的设计是一个不断的循环过程。为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。
图1 传统产品开发过程
利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程，其设计流程如图2所示。通过对多种设计方案进行如有限元、运动学和动力学等仿真分析，对仿真结果比较，最终确定一个最优化的方案，产品研发周期短，研发成本低，有效地提高了产品质量。
图2 虚拟样机技术产品开发流程
与传统设计方法对比，虚拟样机技术主要有以下特点：
（1）全新的研发模式。传统的产品设计研发是一个串行的过程，而采用虚拟样机技术则可以实现产品不同设计工作的同时进行，通过仿真得到产品在不同使用环境下的动态响应，进而评价不同设计方案可行性。
（2）产品研发周期短、成本低、质量高。基于虚拟仿真平台建立初步设计完成后的产品模型，对所建模型进行多次仿真试验，这样省去了样机的制作时间，缩短产品开发周期，同时也能够提高产品的质量和性能。
（3）实现动态设计的重要手段。企业间可以通过网络将各自的产品的信息进行传递，以便双方就一些产品设计信息进行交流，同时可以就设计问题进行讨论，实现了不同时间、地点、人员对产品设计的进行。
（4）支持产品的全方位测试、分析与评估。利用虚拟样机技术对产品在不同应用环境下的动态响应进行仿真，根据结果对产品结构进行分析，得到产品全方位的测试结果，有利于对产品进行全方位的分析和评估。
3 虚拟样机技术的应用与发展
虚拟样机技术在国外已得到了深入的研究，并已成功的应用在汽车制造、武器装备制造、船舶制造、医疗机械制造等诸多制造行业中。无论是海里的军舰、奔驰的火车等这些大型复杂的机械系统，还是自行车的链条、减速器的齿轮等较小的结构件，虚拟样机技术在其研发过程中都有应用，并为产品的设计生产提供了重要的保障。
随着我国对虚拟样机技术的研究不断开展，虚拟样机技术在我国应用的领域也在不断扩大，但主要集中在一些大学、科研院所和一些大型的制造企业。其中武汉理工大学利用虚拟样机技术实现了计算机对船用起重机在各种工况下作业过程的三维可视化仿真分析[4]；西北机电工程研究所采用虚拟样机联合仿真平台实现了发射药协调器的机电液一体化仿真[5]；交通运输部水运科学研究院对轨道式集装箱门式起重机虚拟样机模型进行了动力学仿真，并对门架结构进行了可靠性分析[6]；辽宁工程技术大学通过建立采煤机、掘进机和刨煤机的刚柔耦合模型，对不同工况下机械部件的可靠性、动态特性进行了分析，将虚拟样机技术成功的应用于工矿企业的产品设计研发当中[7]。
虽然我国对虚拟样机技术的研究虽然取得了快速的发展，但在理论和实践的深度方面的研究与国际水平还存在着较大的差距，应用范围还不够广阔，还有很大的提升空间。
4 结束语
虚拟样机技术作为一种新兴的设计制造技术，有着广阔的发展和应用前景，并且已被广泛的应用到机械制造业的设计研发中，对其进行深入的研究，有利于提高产品的质量，使其能够及时的适应市场经济发展的需要。同时对虚拟样机及其关键技术进行研究，扩大该项技术的工业应用领域，对于我国制造业的发展也具有重大的战略意义。
参考文献
[1]张卫，吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究[J].组合机床与自动化加工技术，2002（10）：12-14.
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[3]胡蓉，胡如夫.机械产品虚拟样机协同开发技术[J].机床与液压，2003（7）：145-146.
[4]杨宝林.基于虚拟样机技术的船用起重机技术结构动力学仿真[D].武汉：武汉理工大学，2008.
[5]梁辉，王玉林，马春茂，等.发射药协调器虚拟样机建模与仿真[J].兵工自动化，2011，30（5）：86-88.
[6]李益琴，刘晋川，李志建.轨道式集装箱门式起重机的虚拟样机仿真[J].水运科学研究，2010（1）：17-21.
关键词：虚拟机技术；系统安装与调试；实验；应用
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0128-02
计算机已经成为大学生学习中必不可少的工具之一，计算机组装与维护课程除了作为计算机专业必修的基础课以外，也作为高等职业类学校公选课之一，受到广大学生的欢迎。计算机系统安装与调试是《计算机组装与维护》课程中的一项重要的实验项目，该实验是理论与实践的有机结合，重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，掌握该技术后，学生能自己安装与调试计算机系统，方便了日常应用，同时还会对学生的未来就业产生一定的影响。
1 虚拟机技术
1.1简述虚拟机技术
虚拟机，也就是虚拟计算机，指的是在一台物理计算机的基础上虚拟出来的逻辑计算机。虚拟机技术指的是利用计算机软件来模拟硬件的技术，通过利用虚拟机技术，可以在一台物理计算机的基础上虚拟出来一台、多台虚拟计算机，进行操作系统与应用软件安装、硬盘分区、CMOS设置、格式化以及应用测试，而且每一台虚拟计算机都可以独立运行，就像真正的计算机一样，且每一台虚拟计算机的操作系统之间也不会互相干扰。因此，在实际对虚拟机进行操作的过程中，可以对其进行操作系统安装、磁盘分区、格式化等，甚至虚拟机的系统崩溃，也不会对其他虚拟机系统、主机产生影响。基于虚拟计算机的这个特点，其非常适合学生进行计算机系统安装与调试实验，即便是操作失误，也不会对主机软件资源、硬件造成破坏，便于维护、管理。
1.2常用虚拟机软件
就目前来说，较为常用的虚拟机软件主要有三种：①Microsoft Virtual PC；②Virtual Box；③VM ware。通过对比分析这三种虚拟机软件发现，与其他两种相比，VM ware的功能更加出色，且综合稳定性也更好，更能满足产品研发以及教学科研的要求。因此，本研究中以VM ware为例，探讨虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用。
1.3虚拟机的运行原理
在主机的操作系统上，VM ware是作为一个软件进行直接运行的，VM ware软件在主机操作系统上为虚拟机系统提供了一虚拟操作平台，而虚拟机的功能则主要通过这一虚拟操作平台实现（如图1）。从根本性质上来讲，虚拟机就是一个软件，其与一般的应用软件一样，只能依靠主机才可以完成操作。就功能方面上看，主机、虚拟计算机之间的差别并不是很大，也就是说虚拟计算机有主机所具备的所有功能，唯一的一个不同点就是虚拟计算机的运算速度相比较于主机来说比较慢。
1.4虚拟机的主要特点
以VM ware软件为例，探讨虚拟机的特点发现，其主要有以下几个特点：第一，可以同时运行多个操作系统。虽然VM ware软件仅仅是对一个虚拟机进行模仿，但与计算机相同的是其也具备BIOS，还可以修改和设置BIOS参数，从而能够在一个计算机上同时运行多个虚拟操作系统，还可以实现虚拟系统、主机系统之间的切换，此外，主机系统也可以参与虚拟机的任务，从而有效避免了由于主机系统受到损坏而导致的虚拟机程序数据损坏的问题；第二，虚拟机操作系统之间相对独立。由于虚拟机系统是独立的，且有着自己的网址，同时有主机所具备的所有功能，因此，在多台虚拟机系统同时运行的过程中，如果其中一台虚拟机出现问题或故障，其他的虚拟机系统也不会受到影响；第三，能够兼容多个版本。虚拟机能够兼容多个版本，那么在虚拟机的同一操作系统上安装不同版本的时候，就无需重新进行硬盘分区。例如，在“Red Hat Linux”目录下安装“Turbo Li flux”的时候，就无需重新进行硬盘分区。
2 计算机系统安装与调试实验项目的内容和特点
计算机系统安装与调试实验重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，本文讨论的虚拟机技术应用主要针对的是计算机软件系统模块，包括CMOS和BISO设置、硬盘分区与初始化、操作系统安装、驱动程序安装、系统的维护、工具软件安装与卸载等等。
计算机系统安装与调试实验项目的主要特点有：第一、知识更新速度较快。新的时代背景下，科学技术更新换代的速度不断加快，在计算机领域表现得尤为突出，无论是计算机软件、还是计算机硬件，更新的速度均比较快，往往学生还没有掌握好现有的技术、产品，而新技术、新产品又迅速出现，为适应社会需要，教学内容也要不断更新；第二，技能要求比较高。计算机系统安装与调试实验，重视技能培养，注重培养与提高学生的动手能力、实用技能，其目的是使学生通过实验，掌握计算机主板设置方法，并且对计算机软件、操作系统进行安装与维护，能够处理、解决实际问题。
3 虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用
3.1设置虚拟光驱
考虑到系统的安装与调试，需要各种安装光盘，而在实际的实验操作环境下，安装光盘的使用会有很多不利因素，如读盘速度、光盘磨损、光盘的管理。利用成熟的“光盘映像文件制作/ 编辑/转换工具”将相关的光盘制作成ISO 格式的文件，形成ISO 镜像库进行统一的管理。通过应用虚拟机技术，可以把ISO文件当作虚拟光驱，也可以利用真实光驱设置虚拟光驱。在使用光驱时，就可以直接通过网络下载ISO镜像文件，这样不仅在很大程度上节约了教学经费，节省了学校的开支，还大大减少了实验准备的时间，有利于提高教学效率。
3.2设置CMOS与BIOS
在启动虚拟机系统时，与启动普通计算机的过程一样，先进行自检之后，通过DEL进入BIOS，设置参数。这一实验地主要目的是练习开机启动顺序、计算机日期与时间、USB控制、CPU频率以及BIOS密码开机密码的设置等。每一台虚拟机均具备独立BIOS，也可以通过BIOS实现上述实验目的，在设置BIOS时，可以把光驱放在第一启动顺序中，从可以为之后的操作系统安装提供良好的基础。
3.3硬盘分区与初始化
在通用的学生上机机房中，硬盘分区与初始化这一实验是显然是不允许进行的，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。不管是硬盘分区，还是硬盘初始化，不仅可以利用工具软件实现，也可以通过在DOS环境下用命令实现，但大多数情况下是利用工具软件实现的。具体的做法如下所示：通过镜像文件、物理光驱，引导虚拟机系统启动DOS环境，之后使用分区软件或者命令进行硬盘分区、硬盘初始化，这些操作均是处于虚拟机系统中，因此不会破坏硬盘数据。
3.4安装操作系统
由于通用机房中配备了还原保护措施，因此，在通用机房中无法进行安装操作系统的实验，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。虚拟机中安装操作系统，与普通计算机安装操作系统相同，均是利用光盘或ISO镜像文件安装的，安装方式、安装流程也与普通计算机一样。
3.5 ghost备份
在计算机组装、维护时，克隆软件是一种应用比较频繁的软件，在计算机出现故障或问题，且通过还原不能使其恢复正常，这时就可以利用ghost恢复系统，为此，需要进行克隆，并在系统恢复时取代损坏的系统。为节约学生时间，计算机实验室可以向实验学生提供需要安装或恢复的系统备份，在日常的实验课中，保存不同实验环境下形成的镜像文件或GHO 文件，以待日后使用。
3.6病毒测试
随着计算机技术的迅速发展，病毒查杀的重要性日趋凸现出来，成为计算机操作的一项主要内容，因此，在计算机系统安装与调试实验项目教学过程中，也要重视病毒测试方面的内容。利用虚拟机技术开展实验，通过进行CPU虚拟以及硬件端口、寄存器的虚拟，并用调试程序把病毒程序调入到虚拟机系统中来，就可以使学生清楚地看到病毒执行的过程。需要注意的是做病毒测试时，建议关闭虚拟机与主机的共享和文件互通功能，虚拟机若不需要网络，关闭虚拟机网卡，这样可以避免对宿主计算机和网络产生影响。
4 结束语
综上所述，虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验项目教学过程的科学、合理、有效应用，不仅可以良好地保护硬件，大大降低了实验教学的成本，还丰富了教学环境，最佳程度上提供了真实的模拟环境，从而可以为学生提供更多的实验机会，有利于教学效率、教学效果的提高。
参考文献：
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关键词：虚拟样机技术；工程机械；产品设计
目前大多数工程设计都进行了新技术改革，并且也取得了一定的进步和发展，在实现产品设计现代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虚拟样机技术使用于工程机械领域的过程中，许多产品设计实现了非物质化依赖化，主要依靠虚拟样机技术便可以实现产品设计的整个流程，有利于新产品设计技术的不断开发利用，实现新科技环境下的新技术开发。
1虚拟样机技术的特征
（1）概念的新颖性。虚拟样机技术在工程领域有着颇为成功的运用，其特征之一在于设计概念的新颖性，是一种全新的机械产品设计理念。传统的仿真机主要是对于单个子系统的模仿，人们已经逐渐意识到这种仿真机即使针对整个系统的性能都进行了优化，但并非这种简单的将已经得到优化的子系统进行叠加就可以使得整体系统得到优化。虚拟样机技术而是强调整体优化大于机械式的叠加优化，使得虚拟整机与虚拟环境进行不断的耦合，对于各种产品设计方案进行检测、评价，不断改进产品的设计方案以达到最优化，实现整体最优而不是局部优化。（2）设计的系统性。通过整机结构、液压系统、控制系统等的独立设计，实现局部优化促进整体优化是传统的产品设计方法惯用的套路。在虚拟样机技术中，注重各个子系统之间的动态交互与协调求解，改善了传统产品设计中，因设计考虑不周，在产品开发之后发现不足导致的浪费现象。通过虚拟样机技术，逐渐建立起各个子系统之间的多体动力学虚拟样机，实现产品的协同设计，及时的发现设计中存在的问题，解决问题，以系统的测试分析来驱动整个产品设计过程。
2虚拟样机技术的实际应用
（1）虚拟样机技术在国外的运用。早在美国最早研制出无图纸研发飞机波音777时，虚拟样机技术就已经在飞机研发的设计、装配、性能评价以及分析评估上发挥了重大作用，这项技术的应用不仅使得波音777飞机的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大缩短一半，并且确保了产品最终一次性成功装接，实现了飞机制造的一次伟大成功。著名的生产工程机械商JohnDeere公司在解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及重载下自己震动问题时，积极地采用虚拟样机技术进行原因查找，并且大胆的进行方案改进，虚拟样机技术大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能，解决了传统方式无法查找原因的问题。还有类似福特公司等美国的汽车制造公司也都相继采用了虚拟样机技术来进行样图的设计和产品检测、评估，其目的之一就是降低开开产品的成本，减少在研发使用的过程中存在的风险，从而改进产品的质量，并且获得较好的经济效益，由此来达到自己生产产品的目的。（2）虚拟样机技术在国内的运用。虚拟样机技术在国内的主要应用体现在对于虚拟样机技术的技术内涵、组成运行模式进行进一步的探讨，深入的研究虚拟样机技术在自主研发平台上的发展前景以及在科技高速发展过程中的环境支持。多领域研究虚拟样机技术有助与对于该技术的深入开发，实现虚拟样机技术在于各个行业内的广泛应用。在国内的虚拟样机技术应用实例比较多，在许多科学研究中广泛应用虚拟样机技术进行深入的开发，获得了较好的成果，这项技术为国内制造业创新发展带来了无限可能。研究员也纷纷将虚拟样机技术分散应用于汽车制造业、工程机械业等等各个行业，国防工业以及航天航空业等进行更加广泛的应用，不断的促进虚拟样机技术的完善和发展，增强我国的企业产品开发能力。
3虚拟样机技术在工程机械上的应用以及前景
（1）虚拟样机技术在工程机械上的使用流程。虚拟样机技术在工程机械上的应用优势主要体现在能够保证产品设计的美观性、舒适性。安全性、可靠性、制造的简便性以及可维护性等等。由于虚拟样机技术具备其他技术所没有的可视性特点，因此可以再计算机虚拟现实环境中进行技术设计、产品组装以及性能优化等，并且综合考虑产品的外观设计在虚拟的环境中进行进一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操纵和修改的生成模型进行产品的不断完善。市场上一些成熟的软件，如：CAD、CAE等都可以进行虚拟工程机械设计，虚拟样机技术主要是利用图1流程进行产品的开发利用。上述流程借助商业上的三围CAD软件进行构图设计分析，进一步实现虚拟样机技术在工程机械设计上的有效利用。（2）虚拟样机技术在工程机械上的发展情况。虚拟样机技术的广泛应用能够实现产品设计的低成本、高效益，并且摆脱产品设计的物质依赖性，是一种全新的开发模式，将会给工程机械设计带来重大影响。主要的发展前景体现在：加快产品更新换代、引发一轮虚拟产品的销售潮，企业引发新的竞争点和增长点、促进企业间联盟、加快技术人员的技术提高，优胜劣汰速度。如此一来，将有利于产品的研发和企业的发展，以及人员素质的不断提高，可见，在新时代虚拟样机技术将成为工程机械产品开发的主流，引发全球经济新挑战。
4结语
文章讨论了虚拟样机技术在工程机械上的应用，探讨了虚拟样机技术的特征以及该技术在国内外的应用情况，大胆的畅想了新技术在工程机械上的开发利用情况，虚拟样机技术的发展将有助于新产品设计开发，同时促进工程机械流程的不断改革完善，促进我国工程机械设计实现高效、资源节约、发展迅速、人员配置合理的高效设计系统。
参考文献
［1］李寒杰.虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用［J］.装备制造技术，2012，（6）：302-304.
关键词:虚拟现实;教学实践;三个基本;点面结合
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。
二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。
2课程的特点
北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:
2.1学科交叉性、综合性强
国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。
2.2数理基础要求高
虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。
2.3创新思维丰富
虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。
2.4工程应用突出
虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。
2.5课程内容多课时紧
本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。
3教学内容安排
我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:
第一章:概论(2h)
问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。
第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)
虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。
第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)
视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。
第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)
IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。
第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)
人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。
第六章:虚拟人技术(2h)
人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。
第七章:分布式虚拟现实技术(2h)
DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。
教学实践与课外教学安排:(18h)
课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。
4教学实践与思考
针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。
4.1突出三个基本,注重融会贯通
在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。
4.2点面结合,各有侧重
虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。
4.3结合实例,促进创新思维
虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。
5结论与展望
“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。
参考文献:
[1] 赵沁平. DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具[M]. 北京:科学出版社,2004.
【关键词】虚拟现实技术；数控切割实习教学；教育教学
随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。虚拟现实技术的出现，为人际交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。在教育领域，利用计算机来模仿真实的数控设备工作环境并将其应用于数控切割实习教学上，将对整个教学过程产生深远的影响。
一、虚拟现实技术概述
虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术、生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。
虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。
虚拟现实技术的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且允许用户看到真实世界，还可以看到叠加在真实世界之上的虚拟对象，增强现实丰富了用户对真实世界的感知和人―机交互操作。该技术主要是将真实世界和虚拟世界在三维空间上进行整合，使二者融为一体，具有实时人―机交互功能。
二、虚拟现实技术在教学中的应用
2.1数控切割实习理论学习
在传统的教学中，学生只有通过在书本上看到各种教学仪器设备的平面图形，平面图形限制了学生空间想象能力，实际现场教学又增加了学校的投入。采用虚拟现实技术，我们可以建立一个与实物同样的三维物体，如采用Pro/E建模，将各种教学仪器，设别和产品进行实务虚化，并将这些物体以立体形式存放在虚拟教室中。学生利用虚拟现实系统学习各种知识，再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动，逼真的感性学习材料。例如，在学习数控切割理论时，通过虚拟现实系统，将学生带到切割现场去感观认识切割机的工作过程，向学生展示切割过程中的程序运行的注意点，通过虚拟演示，让学生观察套料软件的应用以及具体的实际应用。
2.2探索学习
教学中，许多设备由于受各种条件的限制而无法普及，如果利用虚拟现实技术，建立虚拟实验室，学生便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设条件进行模拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。
2.3技能训练
虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练。例如在虚拟数控机器切割过程中，学生可以按照自己的假设，改变切割参数，切割顺序，观察总结实际切割的产品和理论产品之间的差异，从而培养了学生在实际工作中解决问题的能力。还可以在安全的环境中让学生学到知识，而且不会因操作失误而造成人身事故。
三、虚拟现实技术在教学中的优势
3.1建立数控切割仿真实习室
随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际数控切割机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，这就是某一特定数控系统借助计算机软、硬件的功能，通过实习者控制计算机的演示，分析数控切割加工从零件设计图到动态切割过程实现的全过程。仿真机床操作的整个过程包括：系统软件编程，点火，调整参数，切割等内容。虚拟数控切割加工仿真教学系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控切割参数是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试，编辑，修改功能都一应俱全。学生可以身临其境地操作数控加工设备，能有充分的机会去练习数控加工的常用操作，如基本运行方式的选择操作，参数补偿量的确定等。解决了初学数控技术者需要大量操作实习，提高了机床操作训练的时间。把数控加工仿真实习教学系统引入到教学中，这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的机床的损坏，又可以使操作人员对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时降低成本，彻底解决了设备不足的难题，让每位学生都有足够多的实践机会，从而使数控切割这门课程得到更好的学习效果
3.2建立数控切割理论课堂教学
利用虚拟现实技术进行教学不再局限于有形的教室空间，时间得到了无形的扩展，将进一步向虚拟课堂，虚拟大学发展。虚拟现实技术也将为搞笑设置分校和远程教育教学点提供可移动的教学场所，使资源由可以共享。远距离的继续教育及其急需的课程教学，还可以为社会提供新技术和高等职业培训的机会，促进全国教育水平的提高。例如数控切割实习操作，有学生需要巩固加深学习就可以通过远距离教育继续学习课程。
四、虚拟现实技术在教学中存在的问题及展望
可以预测，随着经济和技术的不断发展，虚拟现实技术将日益广泛地应用于教育教学领域。但目前的虚拟现实技术还存在一定的问题。主要表现在：
1、虚拟环境与现实生产的差异
2、虚拟现实的效果还有待加强
3、硬件环境还有待提高
4、实现成本问题还有待降低
综上所述如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中目前是教育领域发展中的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。
参考文献：
[1]丁美荣，柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术，2007（7）.
[2]瞿，邓居祁，殷科生.虚拟实验的特点与实现[J].现代远距离教育，2007（4）.
关键词 虚拟实验室 医学实验教育 科研型研究生教育
1 医学实验教育的现状
（1）课时减少、教学质量难以保证：随着课改的进行，提倡减少上课时间以学生能动性学习为主，各门课的课时数都在减少，然而，在减少理论课课时的同时实验课的课时同样相应的减少，那么就面临着这样的问题：减少的实验课的内容得不到学习，或者内容不减但匆匆了事学得不精。
（2）医学实验涉及的内容大都难于理解，比较抽象，例如ELISA、PCR等现代医学常用技术，学生都是从微观水平理解其原理以进行分析，而学生在实验课中操作及观察结果则是宏观水平，即使得到实验结果，却不能深刻体会其反应原理，对于实验意义、适用范围的理解更是不充分。
（3）现有的教学模式：现有的教学模式都是老师用有限的课时匆匆讲完所学的很多内容，上实验课时也是老师先讲解实验步骤，自己再一步一步做，与其说自己做实验不如说体会实验过程，学生在其中很少能够得到思考，只是机械地完成课程任务，这样的教学模式无法培养学生学习的主观能动性与创造性，更不会深刻理解教学内容从而学以致用。
（4）课堂实验开展的仅仅只是一部分有代表性、易操作、经济、常用的简单实验，对于那些需要昂贵仪器、比较耗时的实验大多并不开展。尤其是有些实验可能学生本身会很有兴趣，希望亲自感受而学校却并未开展的，这无疑对于学生的积极性会起到消极作用。
（5）实验课的资源紧张：无论在哪门实验课中同学们经常会被要求分组，从而多人共做一次实验，而开展的实验大都较为简单可以自己独立完成，而且有时好不容易可以共同做一次复杂实验，还因为资源紧张而被要求做教学实验，没有锻炼机会，这些都不利于学生动手能力的提高、对实验的理解。
（6）医学相关技术的发展与开展技术实验的落后：理论课上学生经常会了解一些先进的实验技术，充分学习常用的实验技术，可是在实验中我们往往面对的是过时淘汰的机器，甚至有的机器自己并没有上手调试的机会而仅仅是看，这样就会更加打消学生的积极性，久而久之也会使学生自身产生懒惰、依赖心理。
2 科研型研究生的需求
经过调查发现我校科研型研究生对医学实验教学方式改革的需求主要有下列几方面：（1）通过理论课可以让学生初步理解实验原理，了解其应用范围，然后通过实践中遇到的问题进行思考，确定自己解决相应问题的方法。（2）学生应该有独立动手的机会，可以体验实验中所要面临的各种问题，积累经验，即使出错也会找到原因进行纠正，这样才会不断的强化、深刻理解、从而可以应用自如。（3）无论是常规还是较先进的技术都可以得到锻炼，并且对于一些耗时较长、不需要观察过程的实验可以忽略其过程而较快的观察结果，省时省力。
3 虚拟实验室教学的重要性
3.1 虚拟实验室（virtual laboratory）的定义
虚拟实验室是由计算机生成的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。是由以计算机仿真技术为核心的虚拟实验和用于运行虚拟实验的网络结构等构成的实验室。其核心虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，以虚拟现实技术为基础，实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。
3.2 虚拟实验室的优点
（1）多感知性：虚拟实验室运用虚拟现实技术，除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有人所具有的一切感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
（2）交互性：是指学生在虚拟实验室中用人类的自然技能实现对虚拟环境的操作。通过身体运动等自然技能，实现对环境中对象的操作；运用虚拟模拟技术计算机则根据学习者的身体运动等，来实时调整环境中相关对象的状态。这种交互性可以使医学院校在保证办学质量的前提下，大大降低办学成本。
（3）现实性：虚拟实验室通过虚拟现实技术可以最大限度地模拟实验，尽量创造其真实性，可以充分估计到学生操作过程中遇到的各种实际问题，例如，学生在操作过程中将试管放入离心机中，若未按要求放置，其可模拟出试管破坏，试剂损失的情景以提醒学生操作中应注意的相关基本问题。
（4）开放性：实验者可以自由地进入或退出虚拟实验室，具有良好的开放性。学生随时可以进行模拟实验，这成为他们预习与复习实验的好帮手。增加了学生的实验有效时数，提高了实验效率，对实现实验内容的远程教育起到了很大的推动作用。
虽然，虚拟实验室在各个方面都显现出优越性，但其也有自身的弊端。例如长期处于虚拟环境中难免会对现实生活中的实验缺乏实物感，不能预期突发状况；长期处于理想环境中对于提高学生的心理素质、积累经验同样产生影响；对于那些需要观察实验过程的实验也不能很好地体会。尽管如此，这些不足还是可以通过经常进入真正的实验室，切身感受实验过程而弥补。
4 结束语
实验是科学研究最重要的手段之一，科学的发展主要依赖实验的发展，虚拟实验室是一项非常好的教学方法，它是与许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟实验快速、方便、简洁，比较真实地模拟了整个实验的过程, 学生不受时间和空间限制随时可以操作实验，为科研型研究生提供了生动、逼真的实验学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，可以极大地调动学生的学习积极性，突破实验教学的重点、难点，在培养科研型研究生的实际操作技能方面起到积极的作用并且可以接触现有条件不能开展的实验，将理论与实践很好地结合起来学习。建设医学虚拟实验室符合当前高校的发展方向，将为实验教学开辟新天地，应该被各高校广泛应用，以提高高校学生的素质。这个领域的应用潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的。
参考文献
[1] 王志荣,黄一虹.诊断学虚拟实验室的创意与建立.中国高等医学教育,2007.
[2] 陈源红,唐华英等.谈谈建设医学免疫学虚拟实验室的必要性.右江民族医学院学报,2011.
[3] 聂滨,曾照芳等.基于虚拟现实技术的医学实验室的构建研究.西北医学教育,2006.
关键词：课程改革；虚拟现实技术；案例教学；自主学习
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0034-02
《材料成型技术》是机械类专业必修的一门综合性技术基础课[1]。设置这门课的目的是期望学生通过本课程的学习，使学生掌握铸造、压力加工、焊接、塑料、橡胶、复合材料、粉末冶金等成形方法的特点、过程及基本原理，熟悉成形工艺中的各种成形设备，了解国内外材料成形工艺技术最新进展与研究热点，扩宽学生知识面、提高学生的实践能力，为学生在校深造及毕业后从事各种材料加工方向的研究与设计打下必要的基础。
一、《材料成型技术》课程改革之关键
《材料成型技术》是一门专业性较强、理论抽象、概念较多的专业基础课，教学内容与工程实践联系紧密，教学难度大，对实践教学环节的运用要求较高，然而在实际教学中往往出现如下几种问题：（1）只讲理论，缺少相应的实践教学环节。造成这种现象的原因一方面是高校招生规模的扩大，一些建校时间短、经费紧张的院校实践教学建设相对滞后，无力购买足够的用于材料成形实践教学的设备。另一方面是一些高校进行人才模式改革和课程内容整合后《材料成型技术》课程教学学时受到挤压，大幅度削减学时，因此内容多和学时少的矛盾凸显。为节约学时，对课程的实践环教学环节一再压缩，甚至取消。（2）具备实践教学条件，但理论教学与实践教学脱节。这种现象是受实践教学场地、设备的数量等限制，无法将理论教学与实践教学有机衔接，结果造成要么是没有理论基础就先进行了实践教学，要么是学过了理论，但理论与实践教学时间不匹配，学生到实施实践教学环节时已对理论内容遗忘了。（3）实践操作简单模仿，导致学生学习的自主性丧失。出现这种现象的原因主要是出于操作性与安全性考虑。用于材料成型技术的很多设备是很昂贵的，设备调试非常复杂，学生缺少操作经验，很容易造成设备故障甚至损坏，并具有一定危险性。为了避免出现意外伤害事故和保障设备安全，一些院校对材料成型技术的实践环节让学生完全模仿老师的操作动作，进而完成简单产品的加工工艺过程，学生操作的每一步都受到严格的约束，其结果是学生感觉自己像木偶，完全没有自由，久而久之势必丧失学习的自主性，学习兴趣荡然无存。
材料成型技术课程理论抽象，最佳的教学环境是在真实加工环境中进行授课，边实践边讲解理论，通过对理论的学习指导实践操作，反过来通过亲自操作、观察来对深奥的、抽象的理论加深理解。但这门课程的现实境遇是：实践教学场所受到空间、环境的制约，无法进行深入的理论教学，而进行理论教学的教室又没有办法安置实践用的各种设备，理论教学与实践教学被人为割裂开来。各方面因素的综合叠加造成学生学习起来感到枯燥乏味，学习课程的效果较差。因此，如何在教学过程中引发学生的学习兴趣、充分调动起学生对本课程的学习积极性，是该课程教学改革的关键[2，3，4]。
二、将虚拟现实技术应用于材料成形课程改革具有的优势
虚拟现实技术[5]是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。将虚拟现实技术与材料成形课程相结合有如下优点：
1.逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能。对《材料成型技术》课堂教学引入虚拟现实技术，逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能，在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，变学生的“被动听讲”为“主动学习”，由“要我学”转变为“我要学”。教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来。
2.弥补实践教学条件的不足。通过应用成熟的虚拟现实软件，针对《材料成型技术》课程开发产品成形过程的虚拟操作环境及设备，在计算机上完成产品成形加工的全过程，这样将极大地降低设备成本，可以节省许多基础设施的低水平重复建设、仪器设备重复引进以及消耗材料的资金投入，有利于从整体上改善办学条件和提高教学水平，实现资源共享，为缺乏资金、无力购买足够用于《材料成型技术》课程实践教学各种设备的院校提供了一种理想的解决方案。
3.不受空间与时间的限制。只要有一台计算机，学生可以在任何时间、任何地点进行材料成形虚拟加工，获得与真实加工过程一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。也就是说只要每人拥有一台计算机，材料成型技术课堂就可以做到边实践教学、边理论教学，将两种教学有机结合，形成互补，达到一加一大于二的教学效果。此外，课堂时间有限，一些学生对课堂上的内容缺乏理解或对某一成形方法、过程特别感兴趣，可以在课外任何时间重新体验虚拟的加工环境与加工过程，强化学习效果。
4.虚拟设备的高仿真效果有利于积累加工经验。利用虚拟现实技术进行虚拟加工，在虚拟环境中，学生可以放心地去对设备进行各种操作，或做各种危险的或危害人体的实验，而不必担心损坏设备或出现人身安全事故。学生在这样的环境中学习，具有完全的自主性，不受任何约束，通过虚拟加工过程，自己发现哪些操作是错误的、哪些操作是危险的，怎样操作才是最合理、最安全的。由于虚拟设备的高仿真，学生在以后真实加工时，已经具备了足够的加工经验，可以安全、顺利地完成加工过程。
三、《材料成型技术》课程改革的实施
本次《材料成型技术》课程改革从课程内容体系、教学手段、教学模式三面进行改革。依托于虚拟现实技术，进行案例教学，运用互动式虚拟生产环境让学生完成某一产品的整个生产工艺过程，并通过设置理论障碍的方式将理论知识融于其中，达到让学生主动学习的目的。
1.建立以案例教学为核心的课程内容体系。现有的《材料成型技术》课程教学内容多是从理论的完备性角度进行论述，将实践性内容穿插到理论知识之中，实践知识的存在一方面是作为完整理论的一部分，另一方面则作为叙述、解析理论的一种手段，结果造成实践知识是破碎的，断续的。学生在学完某一成形技术后，对该技术原理等理论性内容很熟悉，理解较深，但对产品完整的加工过程、各工序中设备、工具的使用及操作方法等实践知识是模糊的甚至是陌生的。此外，为配合理论叙述而讲解的实践知识，通常都是理想状态下的情况，而现实生产中由于有很多实际条件的约束与限制，与理想状态相差巨大，为达到要求，需采用很多技巧与工具，而这些都是现有教学内容中所没有的。针对现有《材料成型技术》课程教学内容只突出理论性而对实用性、技术性重视不足的特点，为进一步提升该课程中各成形工艺的真实性与完整性，采用以典型产品为核心，产品成形工艺过程为主线的案例教学方式，将内容分为安全培训、工艺规程设计、辅助工艺（预处理工艺）、主加工工艺、后处理工艺、新技术新工艺六大主体部分，并将理论知识融入工艺过程各环节，突出课程的技术性、实用性。
2.引入高仿真的虚拟教学平台。教学手段的改革是鉴于网络游戏对学生的吸引力，基于学生兴趣开发，在教学中引入虚拟现实技术，使学生在类似于玩网络游戏的氛围中进行学习。教学用虚拟程序设计灵感来源于迷宫类网络游戏，此类游戏需要玩家按特定的路径，寻找到适合的工具，用指定的方法完成相应的任务。虚拟程序设计借鉴这种游戏模式，依托于虚拟现实技术，以典型产品为核心，以该产品成形过程为主线，建立高仿真的生产设备、工具、原料及其他辅助装置模型，模拟真实加工过程，并在程序中设立理论知识障碍，通过互动式虚拟生产环境让学生按真实的加工顺序，选择适合的设备、工具，采用正确的操作方法，跨越过理论知识障碍后，完成该产品的整个成型加工工艺过程，达到让学生主动学习的目的。以铸造为例，据此开发的虚拟教学平台界面如图1所示。
3.采用以学生为主体，老师为主导的探索式教学模式。在采用案例教学的基础上，根据材料成型技术课程自身特点，将传统的填鸭式教学模式转变为探索式教学模式。传统的填鸭式教学，老师在讲台上讲，学生在座位上听，老师从自己的视角及思路出发来向学生输出自己的观点，学生无论愿意与否都是被动接受的，学生在课程教学中收获不到学习的满足和愉悦，甚至会因为被迫学习而导致反感和抵触，这样一来，学生在课堂上从老师那里得到的信息量就会逐渐减少，同时也没法听到其他同学的观点，结果必然会造成学习结果的低效或无效。本次改革运用虚拟现实技术，将课堂教学从以老师为主体、老师讲学生听的填鸭式教学模式转变为以学生为主体、老师为主导的探索式教学模式，将句号课堂转变为问号课堂。学生像玩迷宫游戏一样来完成虚拟加工任务，要自己带着问题找答案，进行自主学习。老师在课堂上只起导向与组织的作用，对一般性的理论及实践知识，提供参考书籍的清单；对难度大或深奥的理论与实践知识，进行讲解；对有疑问、有争议的理论问题、技术问题组织学生进行讨论和探讨。学生在老师的引导下，通过运用已知知识与自主学习方式来理解与掌握新知识，或者与同伴合作交流去探索新知识。这种教学模式能够很好地发挥学生的自主性和个性特长，培养学生分析问题、归纳总结、合作交流的能力和团队合作精神，激发学生的求知欲与学习兴趣，将沉闷、封闭的课堂转变为活泼、开放的课堂，最大程度开发学生的学习潜力并培养他们对新知识的兴趣及其自学能力。
通过上述课程教学改革的探索，课堂出勤率有了明显提高，师生互动显著增多，课堂讨论热烈，学生学习积极性高涨，达到了激发学生学习兴趣，提高学习效果的目的。通过互动式虚拟加工平台的建立，使学生在“玩”中学，通过打关的形式，由浅入深，随着对某种成形方法理解的加深，将该种成形技术理论、成形工艺及所需设备、工具、操作技术较为牢固加以掌握。
参考文献：
[1]汤酞则.材料成形技术基础[M].北京：清华大学出版社，2008.
[2]张绪平，解辉军.“材料成型原理”课程建设[J].煤炭高等教育，2007，25（4）：123-125.
[3]张丽.《工程材料与材料成形工艺》课程疑难点的举例教学[J].装备制造技术，2008，（10）：143-144.
[4]吴树森，万里，安萍.工科专业课程中的案例教学研究[J].中国电力教育，2012，（35）：41-42.
[5]杜一宁.虚拟实验的研究现状以及在教学中的意义[J].浙江海洋学院学报（自然科学版），2010，29（4）：390-393.
关键词：动画艺术;虚拟现实;在场;三维动画技术
随着动画产业的不断发展，以及VR时代的到来，动画技术对虚拟现实技术的影响将越来越大，同时也将带领动画艺术进入一个全新的时代。二者的结合将给用户带来一种全新的娱乐方式，也为不同行业领域的发展带来更大的空间，同时为动画产业的发展开辟了新的路劲。
一、VR技术的概念及发展现状
VR的全名为Virtual Reality，中文译为虚拟现实。于八十年代初被提出，其原理是采用以计算机技术为核心的现代化高科技生成逼真的虚拟环境，以三维图形技术为基础，结合逼真传感技术，多媒体，主体视觉等，创造出一个神奇的令人折服的虚拟世界，是一种构想世界。用户通过借助外部设备来与虚拟环境中的虚拟对象进行交互作用，相互影响，从而获得类似于真实环境的反馈和体验，实现用户与体验环境的无缝交互。这种感受和体验主要是由系统的实时性和交互性来保证[2]，建立在多维的信息空间中。“沉浸感”、“交互性”、“构想性”是该技术的三大主要特征[1]。如今，虚拟现实技术已被运用到多个领域，如地产漫游、医疗、航天、娱乐、教育、旅游、多专业协调、场馆仿真等领域。虽然现在的VR生态系统相当于2007年智能手机的发展现状，普及较为缓慢。但随着技术的不断发展以及价格的下降，VR将逐渐进入家庭，应用前景不断延伸，扩大虚拟现实技术的影响力。
二、动画技术在虚拟现实技术中的运用
这里的动画技术主要指三维动画技术，三维动画技术作为虚拟现实技术中显示成像的基础具有十分重要的作用。例如在建立虚拟城市环境时首先要在三维动画软件中建立所需的三维模型，建立各种建筑、街道等等。它与多媒体、传感器等技术结合，为用户带来一个身临其境的奇妙虚拟世界。三维动画技术主要是指模型师运用计算机三维软件建立场景中所需的三维模型，构建虚拟的三维场景和角色，并可以使其发生运动等的计算机电脑动画技术，是迅速发展中的计算机技术与现代艺术结合的产物。运用三维动画技术，动画师可以充分发挥自己的想象力创造出一个虚拟的世界。可见，三维动画技术中的模型和角色运动等部分是虚拟现实技术的基础与根本。
三、虚拟显示技术对动画艺术未来发展的影响
最近一个关注度很高的移动应用上线，名为Google Spotlight Stories。用户可以通过移动手机角度，改变影像中的观看视角，使得用户可以根据自身的视点在全景影像中自由观看，通过移动变换手机的方位和角度来获取影片的不同视角。目前有四部影片可供观看，其中有三部为动画影片，为观众开启了不一样的童话之旅，同时也表明动态影像一种新形态的出现。传统的动画影片与观众的交互性是有限的，通常是被动的。但随着VR技术的出现，使观众在观看动画影片时能够更加主动，自由选择浏览路线，并有一种身临其境的感觉，仿佛自己就置身于这奇幻的动画之旅。它将传统的“视框视野”转变为“全景视野”[3]。虽然在观看时会有信息的遗漏，但会使好奇的观众产生重复观看的欲望。这种视线自由是虚拟现实技术的基础，它的最终目标是“在场”。使观众在观看动画影片时产生“视觉沉浸感”，从而扩大视域，增强影片效果。
因此，VR的不断发展将为动画带来一个全新的时代，在2016年的国际消费类电子产品展览会上。一款来自英国Starship Group 开发的名为vTime 的虚拟现实社交产品引起人们的关注[4]。它通过VR装置连接社交网络，建立自己的虚拟化身，任你想象，从逼真到抽象，什么样的都可以。vTime通过头部运动和语音来控制你的行为。在这里你可以和朋友随机交谈，讨论事情，虚拟社交，也可以开虚拟会议等。这似乎让我们想起了一款系列游戏《模拟人生》，而这种模拟在VR中“实现”了。
VR技术改变了观众被动观看的方式，使动画影片具有更强的交互性，增强其表现力和感染力。使观众更自由的选择浏览方式，以自己的视角来观看动画影片。VR技术在动画中的运用同时也转变了人们对动画艺术设计的认识，是一次技术的革新与飞跃。
参考文献 ：
[1] 陈晓群.虚拟现实技术与三维动画技术探析[J] .艺术评论， 2007-2-28.
[2] 刘贤梅，黄静，刘晓明.三维动画技术与三维虚拟技术的研究[J].计算机仿真，2004，9.
【论文摘要】虚拟现实，简称 vr枝术。目前，除了在城市规划、大型工程漫游、数字化酒店、展会、博物馆展示系统等领域中得以利用外，在电子商务、教育、娱乐等领域，也正表现出不同一般的非凡魅力。
虚拟现实．英文名virtual reaiity，简称vr技术。这一名词由美国vpl公司创建人拉尼尔在 20世纪 80年代初提出，我国著名科学家钱学森将它翻译为灵境技术。它与传统的模拟技术完全不同是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟环境是通过计算机图形构成的三维数字模型．并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸，检测周围环境及事物的内在变化．并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人种“身临其境的感觉。
虚拟现实有三个最突出的特征．即人们称道的 ”31 特性：交互性、沉浸感和构想性。虚拟现实系统旨在突破系统和用户环境之间的界限 突破用传统方法表达事物局限，使人们不仅可以：任何想象的环境虚拟实现．并且可以在其中以自然的行为与这种虚拟现实进行交流。
作为尖端科技，虚拟现实集成计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果是一种由计算机生成的高技术模拟系统。因为虚拟现实技术的特点，它可以渗透到我们工作和生活的每个角落，所以虚拟现实技术对人类社会意义是非常大的。正因如此 它和其它很多信息技术一样．当专家还未把它的理论和技术探讨得十分清楚时，它已渗透到科学、技术、工程、医学文化、娱乐的各个领域，并受到极大注意。
目前在我国虚拟现实技术多应用在城市规划、大型工程漫游、数字化酒店、展会、博物馆展示系统等领域。在这些领域虑拟现实技术所表现出的效果比起其他技术要优秀许多。
1．与传统沙盘比较
传统沙盘最大缺点在于空间限制性太大，不足以体现出整个项目设计细节．同时；其它的媒体信息加入其中亦存在许多困难．导致信息量严重匮乏，而虚拟现实为我们提供了无限的虚拟空间 近乎完美解决了这个问题。同时，他也可以与其它媒体手段无缝结合，辅以强大的数据库功能，所传递信息量更加巨大。
2与传统效果图画比较
静止的效果图只能向观者展示项目某一个或某几个方面，对观者提出的其他问题与要求必须以相近的图像或文字加以说明运作起来不直观、不全面，具有相当大的局限性。而以虚拟现实技术为核心的多媒体介绍程序．不需要观看者发挥任何想象力，以空前直观方式将项目展现给观众。在虚拟世界，我们可以任意角度，任意比例观看我们所感兴趣的内容。
3与传统三维动画比较
动画演示在一定程度上弥补了静止画面的不足声音与动画同步播放 ．生动细致。但是严格意义上．这种浏览演示方式用于地产演示项目．或其它类似的只是为了表现视频效果的项目 对于典型的工程项目缺少应有的严谨性、灵活性与客观性。动画在播放过程中，观者只是在被动的观看接受一些有关于项目的信息，并不能按照自己的意愿去观看、查阅、检索信息，而虚拟现实产品则完全解决了以上两种表现形式所存在的问题。我们可以虚拟空间中的任意地点、时间进行观察。
目前，虚拟现实技术除了在上述领域得以利用外在电子商务、教育、娱乐等领域，虚拟现实技术也正表现出不同一般的魅力．我们来看看目前和未来虚拟现实技术在不同领域的应用以及特点 。
1．电子商务
虚拟现实技术为企业、消费者提供摆脱各级经销商和卖场的机会。目前网上销售和购物正在成为一种主流的买卖方式，但一般的网上购物，买家只能看到商品的缩略图，无法对商品有全面认识。目前已经有商家引入虚拟现实技术。主要通过 360度全景照片或者三维立体技术．来更直观 ，更全面展示商品。消费者通过虚拟现实技术可以多角度的了解和接触商品。随着虚拟现实技术的不断发展，相信在不久将来，网上消费者将可以通过视觉．听觉、触觉甚至嗅觉来体验商品。
2．教育
在教育领域，虚拟现实技术具有广泛的作用和影响。作为受教育者主动去交互与被动的观看，有质的差别。因此基于虚拟现实技术崭新的教育模式，会带给我们崭新的教育思维，解决我们以前无法解决的问题，将给我们带来一系列的重大变革。想象一下．我们坐在虚拟的课堂里，听虚拟的教师讲课教学节奏完全由学习者来掌握 ，随时可以与虚拟教师进行互动，授课内容不再以空洞的说教为基础 而是以大量的详实、生动、直观的虚拟情节出现，寓教于乐成为教学的主要方式。
3娱乐
[论文摘要]虚拟现实技术是一种多维度模拟仿真的 计算 机技术，在以多媒体技术为主要技术手段的现代展示艺术中，虚拟现实技术的运用给其带来了一种“身临其境”的表现手法。本文通过分析虚拟现实的技术应用与艺术表现力，凸显此技术在现代展示艺术中的优越性，虚拟现实将成为现代展示艺术的新的 发展 方向。
一、 现代展示艺术的发展概况
现代展示艺术是以 科学 技术和艺术为设计手段，并利用传统的或现代的媒体对展示环境进行系统的策划、创意、设计及实施的过程。随着社会不断发展，现代展示艺术在 经济 与文化中的地位也越来越重要，它不仅仅是单纯的产品宣传推销的窗口，同时还是国家或地区综合经济与文化的宣传窗口。它在当今社会领域和信息领域、商业领域中充当着其他行业或媒体不可替代的角色。
在现代展示艺术中，早已不再只是单纯依靠展板或展柜这种纯静态的展示方式，而是运用了大量的多媒体技术，表现出一种动态的、交互的展示方式。观众不但可以多维度的观看展品，还可以对展品进行操作，与展品产生互动，让观众更加直接的了解产品的功能和特点。这种以多媒体技术为平台的现代展示技术手段多种多样，这些技术是随着计算机技术的发展而不断丰富的。近年来，虚拟现实技术的兴起，使现代展示艺术又有了新的创作手法，虚拟现实技术所带来的全新仿真交互体验将成为现代展示艺术新的发展方向。
二、现代展示艺术中的虚拟现实技术平台
虚拟现实(virtual reality)，简称vr，是利用计算机模拟生成虚拟空间，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的仿真模拟，让使用者如同身临其境一般，可以实时的地观察空间内的事物，并产生各种交互行为。虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、立体显示技术等技术，是一项综合的集成技术。它所具有的沉浸性(immersion)、交互性(interaction)和构想性 (imagination)，使人们能沉浸其中，形成具有交互功能的多维化的信息环境。现如今虚拟现实技术已经运用在军事、航天、医疗、 教育 、娱乐、文化艺术等诸多领域，在现代展示艺术中，虚拟现实技术才刚刚开始被使用。
虚拟现实技术主要是由硬件与软件两大块技术组成，这两块技术是相辅相成、互相关联的。在现代展示艺术中，根据展示的特性，通常将其分为四种主要技术，即全景图像技术、三维显示技术、立体声效技术和交互技术。
1．全景图像技术
全景图像技术是目前迅速发展并逐步流行的一种新的视觉艺术 ，它是一种基于图像处理的全景摄影技术，它是把相机环绕四周进行360。拍摄的一组照片或利用鱼眼镜头所拍摄的全方位照片拼接成一个全景图像，通过计算机技术实现全方位互动式观看的真实场景还原展示方式虽然全景图像技术从严格意义上来说并不是三维技术，也并不算是完全的虚拟现实技术，但它毕竞能给人带来一种真实的现场感和交互感受，所以它也常被称之为是一种准虚拟现实技术。由于全景图像技术相对较为简单，实现成本也相对较低，因此大量运用于许多场景展示中。
2．三维显示技术
立体三维显示的临场感是使人具有“身临其境”逼真感之根本，也是虚拟现实的核心技术之一。为了要逼真地模拟视觉功能，在很大程度上是依赖于三维显示技术的图像处理及理解能力。这种三维显示技术，一种是在软件三维制作基础上的基于平面显示器的三维图像，一种是基于硬件技术在空间中所展现出来的三维图像。第一种技术实质就是软件技术，即运用3dsmax、maya等三维建模软件制作出三维图像，而显示硬件平台仍为平面显示器，是一种平面视觉上的三维显示 ；第二种技术则是硬件技术，如多通道投影、空气成像技术等。多通道投影技术，可以实现环幕影像的放映，再如立体眼镜可以增强影像的立体感，而空气成像技术则是近年来才研制出的相对高端的硬件技术，它可以实现在空气中呈现立体影像，并具备触控感应交互性。
3．立体声效技术
为了追求虚拟现实的逼真程度，声效的制作是至关重要的一个环节。而虚拟现实的声效不仅仅是普通的立体声，而是比立体声更为复杂3d声音技术，它是通过人头录音技术实现的，是一种在虚拟现实环境中高度逼真的模拟真实世界中声音的各种物理特征的技术。3d声音可以使虚拟环境的用户分辨出其远近，并判断出音源所在的位置。在虚拟的三维空间中3d声音可以在3d模型的表面发生反射，遇到障碍物还会被遮挡，模拟现实中声音的各种特性 。
4．交互技术
现代展示艺术所追求的不再是单方面的视听展示而更多地注重互动性，因此虚拟现实技术中交互设计就显得尤为重要，这也是它最吸引人的地方。目前，交互技术主要有空间定位的交互，环境变化的交互以及三维行为的交互这三种交互方式。如果说建模与贴图给虚拟现实作品创造了世界和角色形象，那么交互技术的运用就是给世界增加了生气与灵魂。
三、虚拟现实技术在现代展示艺术中的应用现状
虚拟现实技术的不断成熟使得现代展示艺术也从中找到新的突破口，逐渐开始在展示中运用虚拟现实技术它所带来的沉浸性、交互性与构想性给现代展示艺术注入了新鲜的血液。
1．产品展示
在现代展示艺术中，虚拟现实技术最早被应用于产品展示。在信息时代的今天，商业产品的销售与服务都逐渐走向数字化，数字媒介高效而又经济的信息传播特点提高了产品的竞争力。而随着计算机硬件的发展，计算机的3d运算能力不断提升，二维图片的展示方式逐渐向三维虚拟现实发展。产品的展示通过三维的方式能全方位的展现产品的外观，同时也可通过交互功能来实时体验操作演示产品的各项功能，使顾客通过对之进行的观察与操作能够对产品有更加全面的了解和认识，并有助于加深对产品特色的印象，从而吸引消费者的购买欲望。目前许多知名的 企业 都开始运用了虚拟现实技术来展示其商品。例如上海汽车 工业 总公司旗下的荣威(roewe)品牌，在其官方网站上就采用了虚拟现实技术来展示荣威轿车。通过其展示界面，用户可以拖动鼠标进行任意角度的观看轿车外形，同时也可以进入轿车内部，观察内饰，这样的展示方式比传统的图片方式更具真实感，同时也增强了产品展示效果。
2．建筑展示
传统的建筑展示 ，如商业领域的房地产展示以及文化领域的 历史 建筑的展示往往都以等比例缩小的实体模型的方式展现，这样的方式虽然也能够多角度的展示建筑 ，但由于是等比例缩小的模型，观察者无法真正感受到建筑的体量大小，更无法体会到建筑融入现实环境后的感觉。通过虚拟现实技术来展示建筑，可以使观察者像现实一样漫步于建筑环境中，是一种身临其境的真切感受。这种虚拟现实的小区规划以及样板房的展现形式已经在我国北京、上海、广州等大城市逐渐热门起来。同时，虚拟现实技术运用于文化遗产领域的景观建筑，并借助于 网络 的传播，可以使远在千里之外的游客可以足不出户即可游览名胜古迹，使其文化可以得到更快更好的传播。目前，一些著名的文化景点如，故宫、敦煌、明孝陵等都已做了这样的虚拟现实系统。其中南京的明孝陵则运用了网络虚拟现实技术实现了网络化展示，并建立了虚拟明孝陵网站，游客不仅可以自由的游览三维的明孝陵景点场景，还可以进行实时的文字对话交流。
3．环境模拟
虚拟现实技术不仅可以对具体的物体进行仿真模拟 还可以对环境进行多维度的虚拟仿真，可以实现视觉、听 觉、触觉等多种感知的模拟。例如通过3d立体眼镜、3d头盔、多通道投影等实现多角度全方位的三维视觉模拟 通过人头录音技术展现具有更加真实感的3d声音；通过数据手套可以实现隔空取物等。这种对环境模拟的虚拟现实技术已经在很多展览馆中得到应用。上海科技馆内的全息音响就是一个虚拟现实的三维声音试听体验，游客进入一 间封闭的房间内，四周通过古老的装饰渲染古屋的气氛游客带上耳机，屋内灯光熄灭，耳机内传来具有位置感很强的立体声音，让人仅仅听到声音就仿佛置身于环境之中。
四、虚拟现实技术在 现代 展示 艺术 中的艺术性表现
虚拟现实艺术是典型的科技与艺术结合的产物，是 一种新媒体艺术形式。在很多人的认识中，艺术是人的感知与表达， 科学 是人的理性与探泰 如果将艺术视为人类永恒的精神家园，那么科学则是建立在经验与逻辑上的极端晦涩的理论，那么这样一来，科学与艺术往往会显得“格格不入”。但事实上，艺术家正积极的尝试将各种科技手段应用于艺术的创作而许多科学家也希望借助高技术手段实现着精彩的创意 ，跨入艺术家的行列。“每一种艺术形式的产生必然会经历一个由实用到审美，以劳动为前提的 发展 过程，这似乎是每一种艺术形式的必由之路”。虚拟现实艺术亦是如此，从最初的在军事航天医疗等领域的应用到现在越来越广泛应用范围，随着虚拟现实技术的不断发展，也逐渐开始利用此技术探索新的艺术手段。现代展示艺术中，虚拟现实技术的出现给予了设计者新的创意空间，从而给艺术领域带来了新的表现手法。
虚拟现实技术所表现出的艺术性首先存在于数字影像的虚拟性、非物质性。由于数字影像是一种真正的非物质化的图像，它并不是客观存在，也不是用物质颜料表现的想象性现实，而是一种真正属于 电子 视觉质感的影像。但同时这种数字影像又在模拟现实物质环境，甚至是超越现实的构建新物质新环境，这种亦幻亦真、现实与虚拟的纠缠常常引发人们无限的思考，这种源于现实，又超越现实的表现，本身就已经成为了一种艺术。同时 ，与传统的平面多媒体展示相比，虚拟现实的数字影像从视觉上是一种三维立体的展示，是可以多角度的、非线性的呈现虚拟物体或虚拟环境。其次，通过基于虚拟现实技术的声、光、电技术在现代展示艺术中的应用，与传统的声、光、电技术所表现出的纯粹电子视觉不同，虚拟现实的声、光、电技术更加注重物理真实、感官真实性，同时通过立体显示技术呈现出更为让人沉浸其中的逼真三维视觉效果。真实世界的光影声效是复杂的，但并不完美，而通过虚拟现实技术，在其模拟真实性的基础上对整体的色彩对比与光影层次上进行和谐统一，加强气氛的渲染和情感的传达，以达到超越现实的完美程度，增加其艺术性。再次，虚拟现实技术所带来的沉浸式交互的特性也给现代展示艺术带来了新的魅力。在虚拟的物品或空间里，用户可以实时的、非线性的进行人机交互，控制虚拟的物品，或在虚拟空间内自由活动。这种虚拟交互 ，最基本的方式是通过鼠标或键盘的操作，对三维物体或场景进行多角度浏览观察，并实现对物体的控制以及虚拟角色的行为控制。这种交互方式就类似于如今的3d游戏一样，充满互动趣味性。而更高级的交互则是利用数据手套、多点触摸屏等传感硬件设备来实现更加具有沉浸感的交互体验。这种交互是让人利用更加 自然 的行为来实现人机虚拟交互，使其降低人机交互那种纯粹模拟感，而变得更加真实，更为身临其境。
由此我们不难看出，虚拟现实技术的沉浸性、交互性与构想性在现代展示艺术中有着其特有的优势与魅力，它的这些特性所带来的全方位多维度的自由化的交互体验使得观众可以从一个传统艺术的受众者一跃成为艺术的参与者，而逼真的三维场景与视听效果使观众沉浸其中，在这种积极的状态下与所展示的作品进行能动的交流，从而可以分解或接受或改变作品原先的观念。
五 现代展示艺术的虚拟现实化发展展望
虚拟现实技术对于目前科学技术发展来说还是一项较为新兴的技术，属于数字技术的一个分支，而此技术在现代展示艺术中的应用才刚刚起步，就 已经体现出其明显的优势和魅力。它所带来的不仅仅是展示艺术视觉效果上的革命，更带来了与众不同的全新交互体验。首先就是它的真实感，这种真实感是除实体仿真模型以外任何一种展示手段所不具备的，是基于 计算 机技术来实现对现实的虚拟仿真以及对现实中所没有的事物进行虚构。其次就是它的自然属性的交互，这种交互不仅仅是传统多媒体展示手段中的电脑的鼠标键盘或触摸屏的交互操作，而是利用人的自然行为屙眭，即现实生活中的行为习惯来与虚拟现实环境进行交互，这种交互拉近了观众与展示作品间的距离，甚至是一种零距离的交互。
由此可见，虚拟现实化的现代展示艺术作为科技与艺术的崭新结合点，拥有以前任何一个时代都无法比拟的创造性、想象性和身临其境之感，更为合理的协调了人机之间、人与人之间的交互关系，开拓了现代展示艺术领域中的一个新的发展方向，其沉浸性、交互性和构想性的特点也给展示艺术带来了新的创作方式和艺术语言。随着虚拟现实技术的不断发展，其在现代展示艺术中的应用也会更加广泛。
参考 文献 ：
[1] grigore c．burdea(美)，philippe coiffet(法)著 ．魏迎梅 等译电子 工业 出版社 2005．
[2]胡小强．虚拟现实技术[m]．北京邮 电大学出版社 2005
【关键词】可视化虚拟技术;训练基地;技术研究
引言
随着科学技术的不断发展，为了提高人才进入社会的实践能力，计算机模拟仿真技术发展起来，技术的深化改革，更高级别的技术即可视化虚拟仿真实训基地开始出现，随着技术的应用，逐渐在教育中要广泛普及开，作为新型计算机技术的发展的高水平，可视化虚拟仿真模拟实训基地的建立，强烈的冲击着传统的教学手段，对于激发学生的学习积极性和主动性方面都较传统授课有着巨大的变化，取得的进步也是有目共睹的，计算机作为一个要能动性很强、动手操作能力很高的技术，将实践作为技术的发展出发点，针对教学中存在的不足进行弥补，可以为学习者提供一个真实的环境，将理论知识在一个虚拟仿真的环境中实现操作， 这是教育教学的一次大的飞跃，使得更多的知识转化为实践的技术，紧随社会发展的变化，为社会以及个人价值的实现提供了有力的帮助，不论是对于教学者还是学习者来说，可视化虚拟仿真实训基地的出现有着重要的意义。
1.“虚拟仿真实训室”具备的功能
在国内，开发虚拟仿真实训系统的队伍很是庞大，可是在这一两年，很多企业的产品得不到青睐，仿真模拟的效果也不是很理想，这其中重要的原因就是学生在虚拟实训室里进行操作，得不到与在与在现实环境里相似感受，操作的灵动性和交互性较差。
比如，在虚拟实训中，使用所有的操作是在电脑给予的指示下进行，参与者是根据电脑既定的程序进行实际操作，使得虚拟仿真实训基地存在着对于理论知识的加深，但是对于操作训练的实际没有得到锻炼，但是随着科学技术的不断发展，可视化虚拟仿真实训基地的出现，应用实现D3图形引擎渲染的场景和物体越来越真实，自主模拟虚拟环境下的实际性和可操作性将会更加真实，真正的锻炼到学习者的实践性。
2.虚拟仿真实训平台的实现
可视化虚拟仿真实训系统技术的实质就是提供一个高级人机接口，使人沉浸在其中，通过信息交互，完成真实的想象平台。可视化虚拟模拟仿真技术可以将传统教学转移到逼真的学习环境中去，在实践中实现对于理论知识的完善。
（1）硬件技术
可视化仿真中帧速率的发展方向，是因为图形处理器（GPU）技术的不断完善，图形处理器可以提高图形绘制速度，加快图形的处理与渲染，同时，图形处理器是高度的单指令执行系统，与中央处理器（CPU）不同，图形处理器（GPU）不能直接移动代码。利用图形处理图形绘制的基础，是按照图形处理器的处理方式进行的，包括计算方法以及处理方式。实现了质系动量定理的实时仿真。应用虚拟仿真技术，实现了设备不全引起的软件硬件不能使用、不能直接观看的问题。另一方面网络技术与其一同出现的计算、分布计算加速计算机网络运行，采用 B/S 架构和浏览器端显示技术，开启了可视化的仿真功能的模块以及数据接口，学习者通过计算机操作，利用虚拟机二维三维仿真运行，真实的体验到可视化下的仿真实践的服务。
（2）虚拟仿真实训平台的建立离不开三维建模
当前使用的建模软件有：CAD、UG（Nx）、Fro/e、catla和so11dworks等。Solldworks软件在众多软件中是建模速度快、而其易学，适合团队操作，而且在图形渲染方面，Solldworks表现也是相当出色，通过软件中photovlew360使用，四步操作就可以达到照片的渲染效果。有了这样的软件优势，在大部分虚拟实训建模过程中，solldworks作为主要的应用工具。
（3）物理引擎
目前常用的专业物理引擎有FhysX，ODE，HaVocl，vortex，Newton，BulletBoxZD等，这些物理引擎已经成为独立分支存在。物理引擎可以满足人们在真实虚拟环境中实现环境的交互，在没有物理引擎情况下，图形引擎可以实现对于图形的虚拟，而图形形成的虚拟现实模型（RVF）只是涂有色彩的图片而已，没有实体，物体之间没有必然的交互，由设计者提前设置程序，在模拟训练中不能达到实训的真实性，当然这样的操作也是死板的。物理引擎出现，虚拟图形就有了实体，实体具有了相互之间的作用力，同时物体自身是具备质量和速度等物理性质，有力这样的特质，可以使得实体产生真实的运动，真实而动态的进行模拟仿真实训的实践。
（4）虚拟实训中学生角色设置
在虚拟实训系统中，借助中视典RvF（虚拟现实平台）系统的骨骼动画功能中，不同的D3人物角色选择，建立学习者系统角色，可以在多人环境下真实模拟的操作，而且系统中有一百多个角色，每个角色可以进行站立、行走、跳跃等行为，使用3DMax建立这样虚拟真实的训练基地，学生进人虚拟实训环境中可以自行选择工作环境，像网络游戏一样在虚拟基地中行走，从不同方位和角度观察虚拟实训状态。也可以自主决定是否开启物理引擎进行模拟实验。物理引擎在没有开启的时候，学习者可以看到虚拟环境中实际操作状态，当开启物理引擎后，可以对人物进行移动知识。
（5）虚拟现实与网络平台整合
利用RVF编辑器完成对实训场景的设计与编辑后，通过2种方式虚拟实训场景，一是将虚拟实训场景编译成EXE格式的可执行文件，另一种方式是将虚拟场景成网页，在网页中存放虚拟场景及其相关的数据包，数据包里面只是包括虚拟场景，像是播放器、文件大小、网络传输等都不包括在数据包内。最新版的RVF使用了与Flash类似的流媒体播放技术，用户可以在浏览的同时，实现数据下载与播放的同时进行，缩短了载等待时间。在虚拟实训与网络平台整合时，以上两种方式都可以使用。将虚拟实训场景为EXE文件格式时，虚拟实训只能以教学资源的形式嵌人到教学网站中，这种方案适合制作一些理论性较强的课件，放在教学网站上供学生下载，以便后续学习中多次使用。将虚拟实训场景为网页形式，则可以把虚拟实训以教学活动的形式整合到教学网站中，借助Moodle平台教学活动的各种交互功能，教师能实现对虚拟实训教学活动进行监控和管理。考虑到安全性，Moodle平台将上传的文件存储于web根目录之外，使用这种方式将好的网页文件上传后，用户无法访问网页，因此需要单独为服务器部署F释功能，将好的网页文件使用F释方式上传到服务器目录中，在教学活动中通过链接的形式与虚拟实训场景相关联。
3.结束语
信息化时代的到来，对于计算机人才的需求是不断的增加，作为培养计算机人才的教育机构，如何培养出“即出即用”的人才，以此来满足社会的需求，是教育培训机构所要不断解决的问题，可视化虚拟仿真实训基地的建立，为解决这一难题创造了更大的优势，以一种更加真实、实践操作性更强的模拟化手段，让学习者将理论与实践的完美结合，虽然这样的技术不能完全代替真实环境中的实际操作，但是技术本身的优势对于教育教学来说，可以比正常教学起到的作用更大，对着可视化虚拟仿真技术的不断发展，必将为信息化社会的发展注入新的活力。
参考文献
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[3]曹文钢，王锐，张红旗，陈帝江，彭五四.应用虚拟现实技术的人机交互仿真系统开发[J].工程图学学报，2010（01）.
