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虚拟仿真电子技术

虚拟仿真电子技术

虚拟仿真电子技术范文第1篇

关键词:虚拟仿真;Matlab;电力电子技术;实验实训

中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:1674-9324(2016)02-0134-02

作者简介:王波(1982-),男,浙江义乌人,博士研究生,副教授,研究方向:电工、电子和自动化

一、引言

电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门新兴学科,且广泛应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域,它的应用领域几乎涉及国民经济的各个工业部门。

二、电力电子技术课程教学现状

当前高职院校基本都采取理论教学加实践操作的模式进行电力电子技术课程的教学。首先,讲解电力电子器件的工作原理、特性以及使用方法;然后对各种变流电路(包括整流、逆变、斩波和交流变换等)的电路构成、工作原理和波形等进行分析;最后在实验实训台上进行实操、搭建电路、观察波形等进行验证。电力电子技术课程本身属于电类各专业课程中较难的课程之一,教学对象又为高职学生,他们理论基础差,计算能力弱,因此教学重心一定偏向实操。然后,在对电力电子电路进行实验实训分析的过程中,由于电力电子器件具有非线性等特点以及电力电子电路的复杂性,造成实验实训结果不明显,单从示波器显示波形不能很好地检测电路的正确性。而且电力电子技术的实验实训都涉及到220V或者380V的高电压,具有一定的危险性。往往造成学生实验实训项目做得迷迷糊糊,不知道结果是否正确,即使知道错误了也很难进行排故,导致学生学习兴趣减低,形成恶性循环。

三、虚拟仿真技术在电力电子技术教学中的应用

虚拟仿真技术是近年来随着计算机技术迅猛发展而逐步形成的一类实验研究的新技术,它在各类专业各种类型的课程当中被广泛应用。虚拟仿真技术的优点主要有:(1)实验硬件门槛低,基本不需要专业的实验设备,只需要普通计算机即可;(2)实验过程安全可靠,不涉及高电压、高电流;(3)实验过程迅速、结果清晰明显,能快速地在计算机屏幕上显示所需要的所有结果,一目了然;(4)纠错排故简单,基本的仿真实验修改只需要在仿真环境下进行器件或者连接的修改。鉴于以上优点,虚拟仿真技术在电力电子技术课程实验当中进行应用十分合适,并能有效地提高电力电子技术课程的教学效果。目前,可对电力电子电路及系统进行虚拟仿真的软件较多,如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。这些模拟仿真软件的出现,为电力电子电路及系统的分析提供了方便、有效的手段,大大简化了电力电子电路及系统的设计和分析过程。其中Matlab软件由于其Simulink环境下提供的SimPow-erSystems工具箱在电力系统分析、电力电子电路分析中令人满意的表现、友好的界面和模块化的形式受到广大用户的青睐。根据电力电子技术课程教学的要求,结合课程实验操作内容,我们设计、建立并实现了涵盖高职教学要求的十五个电力电子技术Matlab仿真项目。下面以直流升压斩波电路为例,详细介绍使用Matlab软件进行模拟仿真的方法和步骤。

四、仿真实例

本节以直流升压斩波电路为例,详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。直流升压斩波电路是典型的直流斩波电路之一,它通过电容、电感元件的储能以及电力电子器件(此处使用IGBT)的通断控制,使负载上得到比电源电压高的电压。根据电路原理图,在Matlab的Simulink中建立直流升压斩波电路仿真模型,步骤如下:

1.仿真平台建立。启动MATLAB,进入MATLAB环境,点击工具栏中的Simulink选项,进入所需的仿真环境,点击File/New/Model新建一个仿真平台。

2.模块提取。在Simulink环境中拉取所需要的模块到仿真平台中,具体做法是点击左边的器件分类,电力电子仿真实验一般只用到Simulink和SimPowerSys-tems两个,分别在它们的下拉选项中找到我们所需的模块,用鼠标左键点击所需的模块不放,然后直接拉到仿真平台中。

3.仿真模型建立。将提取的各模块,按照原理图布局好位置并进行连线。具体做法是移动鼠标到一个模块的连接点上,会出现一个“+”字型光标,按住鼠标左键不放,一直拉到所要连接的另一个模块的连接点上,放开左键,连线就完成了。

4.参数设置。参数设置分为模块参数设置和仿真参数设置。模块参数设置如下:直流电压源的幅值设置为100V。电阻负载设置为1Ω。控制脉冲电压由脉冲发生器产生,电压幅值设置为3V,周期设置为0.001S,脉冲宽度比的大小设置可改变输出负载电压的大小。IGBT、功率二极管、信号分解器、电感和电容可保持默认设置。示波器根据需要输出的波形个数设置输入端口数。仿真参数设置如下:将开始时间设置为0,终止时间设置为0.01,算法设置为ode23tb。

5.仿真。完成以上步骤后便可以开始仿真,仿真结束后双击示波器观察波形。直流升压斩波电路在控制脉冲电压宽度比为80%和40%时的仿真波形如图3所示,与理论分析值一致。五、小结虚拟仿真技术随着计算机技术的发展在近些年得到了长足的发展,越来越多的课程在教学中引入了虚拟仿真技术,它对课程教学效果的提供具有较大的作用。文章在分析教学现状的基础上,引入了使用Matlab软件的虚拟仿真技术,并以直流升压斩波电路为例,详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。

参考文献:

[1]王波.虚实结合、理实一体的电力电子技术课程改革的探索与实践[J].时代教育,2015,(7).

[2]牛天林,樊波,张强,等.Matlab/Simulink仿真在电力电子技术教学中应用[J].实验室研究与探索,2015,34(2).

虚拟仿真电子技术范文第2篇

[关键词]虚拟仿真;中职院校;电子技术

[中图分类号]G712[文献标志码]A[文章编号]2096-0603(2017)21-0084-01

随着现代科技水平的不断提高,虚拟仿真技术愈来愈被更多的人所认识并了解,运用领域亦变得更加广泛。虚拟技术蓬勃的发展背景下,在中职电子技术教学中加强其工作的推进不仅有利于虚拟仿真技术社会价值的实现,更有利于推动我国中职教育事业的进步与发展。为此,加强虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用势在必行。

一、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用现状

(一)教师教学的得力手段

虚拟仿真技術在中职电子技术教学中的应用有效提高了教学质量,在传统的中职电子技术教学中,教师往往采用“填鸭式”的理论教学手法进行教学,然而电子技术教学的理论教学抽象、难懂,加之学生的实操课安排比例较少,从而导致其教学质量不高。而虚拟仿真技术的应用不仅有效地将抽象的理论知识进行具体化、形象化,使学生更好地理解相关知识,更有助于减轻教师的教学负担,使教师能够腾出更多的时间进行备课设计工作,并借此提高整体教学质量。

(二)学生学习的“好帮手”

中职院校的学生往往文化课基础较为薄弱,其在抽象、难懂的电子技术课堂学习中受个人学习基础的限制,难以激发自身的学习积极性。虚拟仿真技术的应用能够将系统的理论知识运用图文并茂的形式在荧幕中呈现,学生被新的动态教学模式所吸引,便会提高自己的学习积极性和主动性。此外,虚拟仿真技术在电子技术教学中的应用还能够打破传统理论知识统一的课堂局面,从而给教学模式带来更多的创新,使电子技术教学质量不断提升[1]。

(三)教师的虚拟仿真技术应用有待提高

虚拟仿真技术的应用确定能够提高学生的学习积极性和电子技术教学质量,然而,作为一种新型的教学模式,虚拟仿真技术的应用对教师自身的应用水平有着较高的要求。当前,我国中职院校多数教师在教学工作中已经形成了理论讲解为主的习惯,对突如其来的教学改革很难在一时间适应,并缺乏对虚拟仿真技术的深入了解,使其在实践教学工作中难以保持长远的教学价值。为此,强化教师对虚拟仿真技术的应用能力成为中职院校电子技术教学工作任务的重点。

二、关于虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的具体应用

(一)利用虚拟仿真技术创设教学情境

虚拟仿真技术对生活中的情境进行模拟,让教学资源更加直观地呈现在学生眼前,同时将教学资源的影像要素与生活化相关联,借以激发学生的积极性,使学生有种身临其境之感,并轻松、愉快地获取电子技术专业知识。此外,这种教学技术的应用不仅能够促进学生学习主动性的提高,更能让学生更加充分地理解和运用电子技术知识并提高学生的学习效率。为此,在实际教学中,教师可以构建一个虚拟仿真技术的情境平台,让学生模拟电路操作来展示电路数据,不仅能促使学生在课堂学习中清晰地掌握理论知识,而且能提高他们的实践操作能力[2]。

(二)虚拟仿真技术在小组合作学习中的应用

小组合作学习的教学模式在传统的电子技术教学工作中便有所应用,但学生整体对其知识点内容缺乏明确的认识和理解,继而导致在小组写作学习过程中容易产生较大的分歧,进而影响学习效果。而虚拟仿真技术与小组合作学习模式的融合不仅能够促进学生团队协作学习能力的提升,更能让每个学生清晰地了解技术与理论领域的知识点,让学生更能够在不同的观点下进行积极探索,极大地提高学生的学习效率。此外,教师在运用虚拟仿真技术授课时,其自身要不断加强对该技术的练习,在教学中不断学习,可以提高自身对虚拟仿真技术的应用能力,从而满足电子技术教学工作的要求。

(三)模拟操作与实际操作相结合

鉴于中职院校电子技术教学中的设备数量限制和人数配比限制,必须加强虚拟仿真技术的引进,从而促进全体学生能够更好地进行实操训练。虚拟仿真技术能够为学生构建虚拟的实操平台,让学生能够在模拟操作中切实感受到现实的操作滋味。值得强调的是,模拟器操作虽然能够培养学生的实操能力,但却无法模拟出现实设备出现的各种突发问题,为此,在进行模拟操作教学中亦要充分与实际操作相结合,让学生在虚拟仿真技术的辅佐下进行更好的实操训练,从而促进学生综合应用能力的提高[3]。

在信息化时展背景下,中职院校的教育模式要积极顺应时代的发展潮流,在电子技术教学工作中尽可能融入现代化教学手段,积极推进虚拟仿真技术在教学工作中的应用,科学、合理地利用虚拟仿真技术的优势来提高课堂教学质量,从而全面提升学生的实际应用水平。

作者:杨健

参考文献: 

[1]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报,2015(3):111-112. 

虚拟仿真电子技术范文第3篇

【论文摘要】将虚拟仿真技术引入教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和体会。

1.引言

自 20世纪 9o年代以来,以 计算 机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要 发展 方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。

2.虚拟仿真技术简介

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。

2.1虚拟现实技术

虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输入,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 生成技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计与展示、商业广告、游戏设计等。

在航空电子装备教学中,大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ,传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代,因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ,传统教学方法 已远远不能满足要求 ,而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。

目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发,主流平台creator vega vega prime vtree opengvs quest3d vrtolls eon、web3d、java3d、glstudio等。其中,multigen公司的虚拟现实数据库 openflight已经成为 了 工业 标准 ,在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r vega prime、glstudio和 eon作为视景仿 真开发的技术平台 ,解决物理模型的创建、场景显示等问题。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 .同时采用嵌入 opengl技术来解决物理模型 的交互问题。

2.2系统仿真技术

系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 .它通过建立实际系统 的数学模 型 ,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门,并进一步扩大到社会系统、 经济 系统、 交通 运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。

在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解 .教学效果主要依赖于教员的授课水平和技巧 。近年来.我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。 

目前,有许多成熟的系统仿真开发平台软件.如 simulink、systemview等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空 电子 装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。

3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤

3.1建立仿真模型

这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ,也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则 ,以尽量减小运算量。建立数学模型时 ,还应考虑到系统运行时的参数调整。

3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动

对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式如果进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用eon进行动作的编辑和驱动;如果需要对装备进行虚拟操作仿真,则使用 glstudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用 vega prime驱动以实现更复杂的交互操作。

3.3系统集成

系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 vb、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 eon、glstudio及vega prime等均以activex控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的安排,注意程序间的兼容性即可。

系统集成时,还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来,即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台,与视景仿真处于不同的系统进程中.因此这种驱动是通过两进程间的实时通信来完成的。这里还需要考虑进程间的同步问题。

虚拟仿真电子技术范文第4篇

关键词:虚拟技术 EDA VM

中图分类号:TN29

1 虚拟技术的概念

虚拟技术是一个很广义的概念,我国著名院士汪成为教授把虚拟技术看作人类认识世界的帮手,认为虚拟技术是“在计算机软硬件及各种传感器(如高性能计算机、图形图像生成系统,以及特制服装、特制手套、特别眼镜等)的支持下生成一个逼真的、三维的,具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境,使用户在这些软硬件设备的支持下,能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的‘虚拟’的世界中对象进行交互作用。它是现代高性能计算机系统、人工智能、计算机图形学、人机接口、立体影像、立体声响、测童控制、模拟仿真等技术综合集成的成果。目的是建立起一个更为和谐的人工环境”。

而从工程角度定义的话,虚拟技术可看作为通过使用下列一个或几个概念或方法:硬件和软件分区,分时,部分或全部的硬件仿真、模拟,提供服务质量(QoS)等,把计算机资源分成多个执行环境的系统框架和方法论。

上世纪60年代末期,IBM在其7044机上首次实现虚拟技术(IBM M44/44X Project)[3]。计算机技术的快速发展,使得虚拟技术成为重要的研究手段广泛应用于各学科领域的研究与实践中。随着电子技术与计算机技术交叉、综合的程度越来越高,在以物联网络和嵌入式系统为技术发展方向的现代电子技术中,虚拟技术的应用越来越广泛。

2 虚拟技术在电子技术中的应用

电子技术中,虚拟技术的应用可概括为三个方向:一是集成了大量虚拟仪器的软件包的应用,通常称之为EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)技术;二是虚拟硬件技术,即借助于图形图像、仿真和虚拟现实等一切可用的技术,在计算机上虚拟出一个与实际硬件功能相近,且操作方法和实验现象也相近的虚拟实验环境;三是VM(Virtual Machine,虚拟机)技术的应用,比如VMware虚拟机等。

2.1 EDA技术的应用

EDA技术是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。利用EDA工具,电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统,从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

作为现代电子系统设计的主导技术,EDA具有两个明显特征:即并行工程(Concurrent Engineering)设计和自顶向下(Top-down)设计。其基本思想是从系统总体要求出发,分为行为描述(Behaviour Description)、寄存器传输级(RTL,Register Transfer Level)描述、逻辑综合(Logic Synthesis)三个层次,将设计内容逐步细化,最后完成整体设计,与传统设计方法比较,这是一种全新的设计思想与设计理念。

EDA软件包在电子技术的虚拟实验教学方面体现出了巨大的优势,最重要的是由于其提供了种类齐全、功能强大、界面真实、设置方式真实的虚拟仪器,诸如万用表,示波器,频率计,LED显示等,一些软件诸如NI公司的Multisim,还包括有安捷伦示波器,安捷伦万用表,安捷伦信号发生器,泰克示波器等实际产品的虚拟界面,其操作界面和操作方式完全与实际器件一样。这些虚拟仪器的使用,较大程度增加了学生在虚拟实验过程中的真实感。

目前,EDA技术更多地指数字集成电路的设计自动化,模拟电路以及混合电路设计自动化的发展尚不够成熟。尤其是射频电路设计,因为要涉及到复杂的数学理论,导致其分析过程更加复杂,所以尚没有成熟的设计自动化软件。

2.2 虚拟硬件技术的应用

虚拟硬件技术在电子技术中的应用,则主要体现为虚拟实验室的建设。虚拟实验室的建设目前主要有纯软件仿真形式、可直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室两种形式。

2.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室

纯软件仿真形式的虚拟实验室是利用仿真软件来模拟实验的全过程,不涉及具体的实验硬件设备。

与单机版的仿真软件相比,这类实验室采用C/S模式,在其服务器上设计并存储进行实验的仿真代码,用户只需在客户端的实验操作界面上操作,即可实时地发送参数信息、接收仿真结果数据。这类虚拟实验室因其实验界面与仿真算法独立,易于设计与实现,方便操作,成为当今虚拟实验室的主流。

2.2.2 直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室

这种虚拟实验室是通过客户端操作直接控制远程实验室的实验设备运行,获取真实实验数据。

这类实验通常具有视频和音频反馈,使用者通过计算机可以实时地观察实验地运行,也可以调整实验相应的参数,从而远程操控实验室的实验过程。此类实验形式不但有效地利用了有限的实验室资源,而且具有很好的实验效果,成为解决远程教育中实验设备紧缺、实验效果难以保证等问题的一种很好的方法,是目前虚拟实验室研究开发的一个主流方向。

2.3 VM技术的应用

VM技术,是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 利用VM技术,能够在一台真实的计算机上虚拟出多台计算机,还可以同时运行两个或更多的操作系统,比如运行DOS、各个版本的Windows、各个版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虚拟机具有跨平台性,装载在硬件平台上的虚拟机,它和宿主机好像是连接在同一个网络中一样。用户通过虚拟机提供的标准接口访问异构资源,而标准接口的具体实现由各异构资源提供者负责落实,因此用户感觉不到请求资源的异构性。Java VM和PVM是比较成功的采用虚拟机技术实现跨平台、屏蔽异构性的典型例子。

3 虚拟技术对电子技术发展的重要意义

近几年来,虚拟技术在我国的应用研究和发展都十分迅速,结合虚拟技术在电子技术三个方向的应用,其重要意义可概述为以下几个方面:

第一,虚拟技术给电子技术的工程实践带来了革命性的变革。

传统电子系统的设计方法,主要基于自底向上的设计思想,设计人员必须利用底层功能模块的组装,才能构成较复杂系统的设计,系统调试难度高,设计效率低,设计周期较长。但EDA技术的出现,特别是自顶向下的设计思想,极大的提高了电子系统设计的效率,缩短了设计周期,使得电子设计进入了一个全新的时代。

第二,虚拟技术给电子技术教学带来了革命性的变革。

传统电子技术的教学是理论教学和实验教学分开进行的,由于电子技术的实践性强,人为地把完整的教学过程分离成了两个环节,极大地破坏了教学完整性。而EDA软件或虚拟实验系统,通过计算机把教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等有机地融合为一体,还原了一个完整的课堂,提高了教学的有效性。

第三,虚拟技术给电子技术的应用解决了实际问题。

随着物联网和嵌入式系统的发展,传统电子技术的发展受到了很大程度上的制约,一些诸如通信协议异构、数据格式异构等问题,给电子技术设计人员带来了极大的困扰。而虚拟技术的出现,给电子技术解决上述困难提供了最为有利的帮助,使得电子设计人员更为专注电子技术本身的功能实现。

参考文献

虚拟仿真电子技术范文第5篇

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(Virtual Reality)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: