仿真引擎的关键技术范文第1篇

关键词：： 数字电路；实时连续仿真； 时间片分割

引言：

电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，正在由以仪器仪表为测量工具的传统分析方法逐步向以计算机为工作平台的虚拟分析方法过渡，同时由于社会对网络教育的强烈需求和相关技术的快速发展，使得虚拟电路实验和远程教育日益结合，成为网络虚拟现实研究的新热点。通过对相关技术进行了可行性分析，结合多年的教学实践经验，开发了虚拟电路实验平台，系统分为客户端的用户界面层、服务器仿真引擎的数据处理层、仿真层以及客户端和仿真引擎之间的传输层。其中实时连续仿真则是在开发的过程中遇到的一个技术难点。由于实时性和多用户同时仿真的需求，系统在后台采用了分割时间片的技术，并根据电路状态的连续性，在时间片的结束点保存电路状态，在开始点重置电路状态，从而支持实时连续的远程电路实验。

一 虚拟实验的研究现状

虚拟实验分为有实验室支撑的实验模式和没有实验室支撑的实验模式。前者是一种"虚拟仪器版面一硬件设备"操作的模式。后者没有真实的实验室作为支撑，全部使用仿真技术、虚拟现实技术以及网络技术等高科技手段创造虚拟实验环境，实验者像在真实的环境中完成实验的各个环节，比前者更经济，更容易建立实验系统，也更方便实验者，是目前乃至今后的主要发展方向。电子电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，也得到了快速的发展。而针对远程教学的仿真软件，或者着重于多媒体演示，功能简单，交互性差，或者没有强大的后台支持。远程教学仿真软件不能利用单机版的仿真软件，建立功能强大，交互性强，能够实时连续仿真的远程虚拟实验平台，使得远程实验教育难以得到有效发展。

二 虚拟电路实验平台的系统构架设计

要设计的"虚拟电路实验平台"系统，硬件构架采用b/s结构，用户通过装有flash插件的浏览器与实验平台交互，搭建电路，并观察输出结果。用户信息和实验信息保存在mysql数据库中，后台的核心xspice仿真软件，进行仿真计算。系统的软件构架设计如下：1）界面层采用多媒体技术构造实验板及各种元器件，用来与用户交互并显示仿真结果。2）传输层通过socket传输xml格式的实验数据，实现客户端与仿真引擎的数据交换。3）数据处理层解析xml格式的用户实验操作的数据，并转换为.cir文件所需的语法格式；构造xspice所需的仿真输入文件（.cir）；分析xspice仿真后的输出文件（.out），提取实验所需数据； 以xml格式封装仿真数据，准备发送。4）仿真层调用xspice进行仿真计算。xspice是一个优秀的电路仿真软件，它把cir文件作为仿真参数文件输入，由仿真程序运算后得到仿真结果，输出到out文件。

三 实时连续仿真技术的实现

在基于仿真的远程电路虚拟实验系统中，往往需要使用电路仿真软件，如spice、xspice等，通过它们的瞬态仿真功能获得电路输出数据，先仿真电路状态变化的全过程，再输出全部仿真结果。在电路实验中，模拟电路虚拟实验往往瞬间就可以达到稳定状态的，之后电路状态就不再变化。像这样的电路，在进行仿真的时候可以只显示电路达到稳定之后的状态，也就是只显示一次。正好符合spice、xspice等仿真软件的要求。类似的还有自动脉冲输入的数字电路。下面以接有自动脉冲输入的时序逻辑电路为例，讨论实时连续仿真技术。

1.分段仿真原理。真实情况下的实时连续仿真，实验者只要按下仿真开关，电路就会源源不断地把数据显示在界面上。但是仿真引擎使用的xspice并不是一个实时连续仿真软件，在使用xspice进行电路瞬态仿真计算的时候，必须等到xspice仿真结束才能得到仿真结果，进而分析显示。而xspice的这种功能特性与虚拟实验中所要求的连续不断地计算并显示电路输出数据，并能根据用户的交互实时作出响应是有矛盾的。为此，可以采用分段仿真的方法，即设定一仿真时间段tb，仿真引擎让xspice每次瞬态仿真只计算tb 时间长度的电路输出数据，然后将数

据发送到客户端，客户端则按照结果数据中的时间戳在相应的时间点上改变显示输出。等到tb时间之后，客户端得到的数据显示完毕.仿真引擎再计算下一个tb 时长度的电路数据并发送给客户端。

在电路实验教学中，多数电路并不复杂，输入时钟信号的频率也不太高，因此基本可以满足这一要求。仿真引擎每次仿真一个时间片的数据，并把它传送给客户端，客户端以仿真结果中的时间戳为序，把数据保存在一个fifo队列中，然后根据时间戳依次从队列中取出数据进行显示。当客户端发现队列中的仿真数据即将被显示完时，就发送一个队列空的请求到仿真引擎。考虑到网络传输时间和仿真程序的运行时间的消耗，客户端发送继续仿真的请求需要有一个时间上的提前量，尽量避免出现冒泡fifo队列已空，而客户端还未收到仿真引擎的下个时间片的仿真结果，导致显示出现停顿的情况。

2.电路状态重置。由于时序电路的输出是由电路的输入和当前状态决定的，因此在进行分段仿真时，必须保存每个时间片结束时的电路状态，并在下一个时间片的仿真开始时用它来设置电路的初始状态，从而可以保持在整个仿真过程中电路状态的连续。可以把第i个时间片的t时刻的电路状态表示为：

sit=[αφ]，i∈[i，+∞]，t=[0，tb]其中 α=[α1，α2，…，αn]t 为各触发器状态，n为电路中的触发器数，φ= [φ1，φ2，…，φm ] 为各输入时钟脉冲源的相位，m为电路中的输入源数。那么时间片i中，t时刻的电路状态与0时刻电路状态的关系是：sit=f（si0，t），其中f是由实验电路决定的状态变换函数。

3.用户交互。上述仿真算法中，整个仿真过程被分割成一个个时间片来分段仿真，每一个时间片的仿真结果是在认为这个时间片内没有用户交互，实验电路的结构和参数没有发生变化的情况下得到的。然而，用户有可能在一个时间片的任何时刻对实验电路进行操作，例如调整了信号发生器的信号输出频率或者幅度、按下了电路板上的按钮等。在发生了用户交互的情况下，由于电路已经发生了变化，有可能导致电路的输出也发生变化，因此这个时间片中剩余的还没有显示的数据就将成为无效数据。所以当发生用户交互时，客户端需要清空未显示的数据队列，向仿真引擎发送交互请求，并传送交互时间t1，仿真引擎根据发生交互的时间点，可以根据当前时间片的输出数据计算出t1时刻的电路状态st1i，其中i是发生交互的时间片编号。

四 结束语

仿真引擎的关键技术范文第2篇

关键词: VLAN配置; 跨三层交换机; 虚拟网络; 端口配置

随着计算机网络技术的飞速发展。国内各大中专院校也相继创办了计算机网络技术专业， 但是随着现代社会对实训技能要求的提高，也相应对学校的网络实训设备有了更高的要求，就某前来说网络设备还是比较昂贵， 组建一个比较完善的网络实验室一般院校还是有困难的，普及到每个学生能够随时动手练习的程度更是困难，而Boson NetSim网络模拟仿真软件恰好能解决这一难题。目前, 应用网络模拟仿真软件组建虚拟通信网络, 在组建的虚拟通信网络上进行各种虚拟网络设备的配置与测试实验, 开展虚拟网络的模拟仿真教学意义十分重大。本文就初学者对于跨三层交换机的虚拟通信技术作以测试研究，并在实际的网络设备上进行了实验验证，希望对于学生或者初次尝试三层交换机的学者得以帮助。

一、Boson NetSim软件和三层交换机配置原理

1. 1 Boson NetSim 简述

Boson Netsim 是BOSON 公司开发的一款模拟Cisco 路由器、交换机组建虚拟网络的仿真软件, 适合在各种操作系统运行的一个软件平台, 提供了完整的动态网络系统设计、仿真和分析的可视化环境，其命令和最新的Cisco 的IOS 基本保持一致。BosonNetsim 由两部分组成: 设计网络拓扑图的Boson Net??work Designer 和作为网络实验模拟BosonNetSim。利用Boson Network Designer 设计出一个网络拓扑结构图, 拓扑结构图可以包含Cisco 路由器、Cisco 交换机、用户机或终端等设备, 它们通过网络传输介质连接起来, 再把拓扑结构图保存到一个扩展名为.top 的文件中; 然后用Boson NetSim 模拟器打开设计好的网络拓扑结构图( . top 文件) , 可以对拓扑图里的路由器、交换机、终端等网络设备进行配置, 如在路由器上配置网络路由协议, 在交换机上划分VLAN, 在终端上配置IP 地址和网关等。将所有设备都配置好以后, 可以通过网络诊断工具( 如Ping 等) 来测试网络的连通性。如果网络畅通, 则表示配置正确, 实验成功。

1.2 三层交换机交换原理

第三层交换是在网络交换机中引入路由模块而取代传统路由器实现交换与路由相结合的网络技术，每个VLAN对应一个IP网段。在二层上，VLAN之间是隔离的，这点跟二层交换机中交换引擎的功能是一模一样的。不同IP网段之间的访问要跨越VLAN，要使用三层转发引擎提供的VLAN间路由功能。在使用二层交换机和路由器的组网中，每个需要与其他IP网段通信的IP网段都需要使用一个路由器接口作为网关。而第三层转发引擎就相当于传统组网中的路由器，当需要与其他VLAN通信时也要在三层交换引擎上分配一个路由接口，用来做VLAN的网关。三层交换机上的这个路由接口是在三层转发引擎和二层转发引擎上的，是通过配置转发芯片来实现的，与路由器的接口不同，它是不可见的。下面举个例子来说明通信过程。假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内，若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发，若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向三层交换机的三层交换模块发出ARP(地址解析)封包。当发送站A对三层交换模块的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址，否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。可见由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度。

二、实验设计与配置

本文为了便于利用Boson NetSim 软件对三层交换机VLAN间路由技术作以阐述，直观地说明交换机的数据转发路径， 对一些主要的设备进行了深入分析, 如交换机的端口及终端IP 地址设置、配置命令以及结果测试, 而对于一些简单的部分则不作详细阐述, 读者可自行参阅相关资料。

2. 3 结果测试

经过测试, PC1、PC2 和PC3 、PC4之间彼此都能ping

通。

仿真引擎的关键技术范文第3篇

关键词：虚拟仿真；城乡中小学机器人；科技教育；均衡化发展

青少年机器人竞赛活动是一项涉及了机械制造、电子技术、传感器、无线通讯、声音识别、图像处理和人工智能等领域的先进技术，在中小学开展智能机器人教育可以培养学生的动手实践能力、创新思维能力和团结协作能力，同时也能够适应新课程改革的需要，对提高中小学生的信息科技素养有着巨大的促进作用。虚拟机器人活动作为青少年机器人科技活动的有效补充和功能延伸，具有经济性、开放性、趣味性、创新性等优点

1 中小学机器人虚拟活动存在的问题

1.1 虚拟活动的教育功能与中小学课程整合的问题

当前的机器人科技教育活动，无论是活动内容、活动的组织还是评价体系的建设，由于缺乏系统的研究，其科学性、严谨性、有效性不足。与《义务教育课程标准》中提出的“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”的要求仍未能整合。

1.2 虚拟机器人活动的创新性问题

虚拟机器人活动与实体机器人活动的相比，既有相同性，也有独立性。它在优势于任务的设计、场景的设计、机器人模型的设计上，不用受到现实器材、场地等条件的制约。实体可以实现的功能，虚拟系统都可以实现；实体现受到环境或价格因素的制约不能实现的功能，虚拟系统也可以实现。但目前开展的虚拟机器人项目，大多停留在对实体活动项目的简单模仿上。

1.3 教学资源开发的问题

目前一些地区与学校已经陆续开展了与虚拟机器人相关的教学资源的开发，如在线课程、教材、课件等，但总体上处于“各自为战”的状态，缺乏建立在学术研究基础上的有效指引，在一定程度造成了资源的重复建设。

1.4 师资队伍建设的问题

虚拟机器人活动是一个理论与实践应用的结合十分紧密的项目，对指导教师的综合素质要求较高，指导教师除于要精通程序设计方面的知识外，还要掌握活动中涉及到的力学、机械原理，虚拟机器人活动还是一种“探究性”学习的过程，还要求有指导学生开展科学探究的能力。

2 中小学机器人科技教育均衡化展虚拟平台的设计

2.1 平台方案

机器人在线仿真平台以强大物理引擎作为技术支撑，以机器人为载体的科技创新平台。平台通过先进的3D虚拟技术对机器人应用的各个环节进行高度的3D模拟，对解决机器人活动发展中的各种问题作用重大，而基于网络互动的应用模式将彻底摆脱单机应用方式的后继乏力问题，可以有效建立起一个可持续发展的、充满乐趣的区域化科技创新应用环境。系统采用创新的应用模式与系统架构见表1。

2.2 平台特性

平台在新技术与新模式的探索方面做了非常多的创新，应用模式的创新将为活动带来突破性的应用价值，而新技术的应用将让机器人仿真具备更好的效果与用户体验。

网络的应用模式：传统的机器人仿真软件只是一个硬件机器人的简单延伸，并且基于单机的应用缺少成员间的有效交互，除了简单的机器人运动轨迹仿真能力，并不足以成为一个有效地活动组织平台或者教学、自主学习平台，在推进机器人活动普及的层面，并没有起到革命性的作用。而本文的机器人平台创造性的使用了基于网络的应用模式，它已经不是一个简单的机器人仿真软件，通过基于网络的应用将可以有效构建成区域的科技创新互动平台、信息技术教学平台、自主学习平台、玩中学平台。

强大物理引擎支撑：传统的机器人仿真软件基本只能实现一些简单的项目，且并没有遵循现实的物理规律，我们可以称之为程序的仿真，而不是机器人的仿真，原因在于，没有物理引擎的支撑。“物理引擎能够模拟真实的刚体运动。运动物体具有密度、质量、速度、加速度等各种现实的物理动力学属性，在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中，不同的动力学属性能得到不同的运动效果”

平台提供了各种类型的场景元素，通过简单的堆积组合就能方便构造一个需要的任务场景，再通过平台提供的规则定制，完成平台任务体系的构建。一个开放的任务体系，是平台是否能够持续运营的非常重要的一个环节。由于有了物理引擎的支撑，场景中的很多元素将具备各种物理属性，如重量、体积、摩擦、能耗、力等，同时这些信息将真实体现于整个仿真过程。

[参考文献]

[1]陈艳.义务教育均衡化的伦理辩护[J].江南大学学报（教育科学版），2008，04：45-49.

仿真引擎的关键技术范文第4篇

关键词：虚拟现实 交互设计 图形引擎 操控

虚拟现实，简称VR（Virtual Reality），是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。由计算机生成的虚拟环境，可以是对现实环境的再现，亦可以是构想中的幻境场景，其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。图形引擎是控制图形图像的创建及显示的系统程序，是虚拟现实、实时仿真以及交互三维设计等高端应用领域的重要技术。图形引擎就好比汽车的传动引擎，汽车之所以能跑，是因为把燃油注入发动机中点火燃烧产生了热能，进而推动汽缸做活塞运动，再由传动轴传到车轮上使其转动，所以车才会跑，这一个复杂的操控过程就通过汽车引擎表现为踩油门这一直观的操作来实现了。图形引擎封装了图形绘制技术、图形显示技术、图形操控技术等多个方面的底层操作技术，提供给程序开发人员一个清晰直观的程序界面，可以极大的提高应用程序开发的效率。最重要的是，虚拟现实环境工程对视觉感受的要求极高，必须在力争呈现更高分辨率的图形图像显示效果下，保持相当高的显示刷新率，才能使虚拟现实环境的显示效果实现真实的人眼感受。目前，各种类型的图形引擎技术中，只有数字游戏引擎中的图形引擎发展得最为成熟，实时渲染显示的速度快，完全可以应用于创建虚拟现实环境或各种虚拟现实的视觉交互界面。

交互系统，包括用户对产品（硬件和软件）的使用以及产品对用户的反馈两个部分。交互的媒介从软件界面、键盘、鼠标扩展到视线、语言、手势、动作等，交互发展的趋势体现了对人的因素的不断重视，追求所谓“人机和谐”的多维信息空间和“基于自然交互方式的”的人机交互风格，理想的人机交互模式就是“用户自由”，可使用户在进入虚拟现实的环境中真正享受人机交流和人性化操作带来的愉悦。纵观这几年数字辅助设计产业的发展，虚拟现实环境的分量是越来越重，投入是越来越多，因此对虚拟现实环境的交互系统研究也就具有十分重要的意义。本文以利用图形引擎技术所搭建的虚拟现实环境为研究对象，对虚拟现实环境的交互系统展开研究。

一、虚拟现实环境的交互特征

1.角色扮演。交互系统能让参与者扮演虚拟现实环境中的角色，可以变成跟现实世界完全不一样的人。

2.虚拟环境的逻辑真实性。虚拟现实环境的交互系统可以保证各个环境单位之间构成复杂而严谨的关系，可以产生十分丰富而真实的逻辑互动，成为现实社会之外的一个虚拟世界。

3.强烈的临场感。参与者只要进入虚拟现实的交互系统，就会产生逼真的临场感，让参与者沉浸其中，以为自己就是虚拟世界中的角色。

二、虚拟现实环境交互设计的三大主体范畴

虚拟现实环境的交互设计主要涉及图形交互设计、实体交互设计和声音交互设计三个主体范畴，它们刚好对应了人类感知外界信息的三种主要途径：视觉、触觉和听觉。

1.图形交互设计，一般是指控制图形（像）和虚拟现实视觉外观并接受用户输入控制代码的交互设计，有时一个系统的图形界面连同它的输入设备一起被称为“视觉效果”，为用户提供最简单的方式去形象化地看每虚拟环境。如在一款训练飞行员的虚拟现实交互系统中，参与者的飞行仪表盘(HUD)就是图形交互设计的一部分，在这里显示参与者的健康情况和训练得分。图形交互设计让用户可以通过图标和控制设备与他们的电脑进行交互，而不是在命令行中输入文本。

2.实体交互设计，是将人与虚拟现实系统的信息交互直接体现在人与实体的交互之中，成为高度具象化的交互行为，人可以通过操作实体或者在现实环境中实施指令，都可以实现与游戏系统的信息交互。例如,苹果公司在iphone手机里用到的手势及多点触摸技术就属于实体交互设计的典范。

3.声音交互设计，大致分为功能性的声音交互和背景性的声音交互两类，功能性的声音交互与参与者的使用和操作相关，如各种提示音；背景性的声音交互对于烘托气氛必不可少，背景性音乐的交互设计往往和虚拟现实环境的类型相匹配。声音的交互技术研究中，最重视的是模拟出和现实一般的声场，参与者可以依靠声音来判定自己在三维虚拟环境中的方位。

三、虚拟现实环境交互体系的设计原则

交互设计涉及到多个学科，从用户角度来看，交互设计是一门如何让产品易用、有效并且让人愉悦的技术，它致力于了解目标用户和他们的期望，了解“人”本身的心理和行为特点，同时，还包括了解各种有效的交互方式，并对它们进行增强和扩充。虚拟现实环境交互设计最主要的目标是让参与者能够尽快地进入虚拟现实的角色，更容易地操控角色行为，虚拟现实的交互设计,首先应该遵从以下这些交互设计的通用原则：

1.反馈（Feed back）。随时将虚拟现实系统正在做什么的信息告知用户，尤其是需要用户较长时间等待的情况下。如参与者在要由一个场景转入另一个场景时，有时可能因为场景文件较大，载入系统的时间较长，需要用户耐心等待一下，这时如果画面上只是一个黑屏等待状态，会使用户以为死机了，所以应该给予一个载入的进度提示画面，让用户清楚地知道虚拟现实系统现在正在做什么。

2.状态（Status）。告诉用户正处于虚拟现实环境中的什么位置。许多虚拟现实的环境都是巨大的，用户很容易在这样的环境系统中迷路。因此，需要有相应的设置来告知用户在游戏中的坐标位置，如在环境中设置全局地图。

3.脱离（Escape）。允许用户中止一种操作，且能脱离该选择，避免用户死锁发生。比如在虚拟现实中设置可随时暂停或停止仿真进程的触发按键。

4.默认值（Default）。只要能预知答案，尽可能设置默认值，节省用户工作。在虚拟现实的初始化设置时，虚拟现实环境中的内定参数应该按用户的常规条件以及设备的配置条件来智能设置，如图像参数、纹理精度、动作控制等等都要做好默认的设置。

5.求助（Help）。尽可能提供联机在线帮助。用户可随时调出虚拟现实的各种使用帮助，如解答在虚拟现实中按什么键来使所虚拟对象做出相应的动作等。

6.复原（Undo）。在用户操作出错时，可返回并重新开始。如在虚拟现实环境中要设置保存（save）和读取（load）的功能。

7.简化（simplify）。尽可能减轻用户记忆，如简化对话步骤、采用列表选择、对共同输入内容设置默认值、系统自动填入用户已输入过的内容，等等。

作为虚拟现实环境的交互设计，还需注意以下一些特殊的要求：

1.降低计算机的影响。在设计一个虚拟现实环境的交互界面时，应该尽量让参与者忘记他们正在使用计算机，尽量使应用程序开始得又快又容易。参与者进入一个虚拟系统花的时间越长，越会意识到这只是个仿真的系统。

2.在虚拟现实系统中策略地加入帮助。尽量把系统的帮助手册结合到虚拟现实环境当中，避免把参与者逼出屏幕去看书面的帮助文字。例如，如果你有一幅让参与者使用的地图，就不要让它成为文档的一部分，应该把它做成屏幕上的图形，合并到系统中的图像通常能够比文本更快且更有效地显示信息。参与者在初次接触系统时往往很难马上记住并接受所有的操作方法，在这个时候帮助只要做到突出重点，留有余地逐步给以启示。

3.综合集成界面。界面上关键的信息要简化，主界面尽量简练、精致。对于虚拟现实的交互设计来说，目标就是要让界面深入到系统本身的结构中去；从设计流程上讲，首先应将虚拟现实所要使用的功能分类清楚，然后再做界面，尽量考虑资源的通用性。

四、虚拟现实环境的交互平台研究

虚拟现实环境的交互平台是参与者与虚拟现实环境相互作用的活动场地，它包括虚拟现实环境的交互界面和操控方式两个部分。

1.交互界面的整体设计有助于形象地体现各部分的功能与操作，增加参与者与虚拟现实系统之间的交流与互动。根据交互界面的形象特点，可将交互界面分为I/O（in/out，指令输入/输出）类型的交互界面与实体类型的交互界面。I/O类型的交互界面是指运用各种技术手段在屏幕上虚拟现实环境，参与者通过键盘等指令型操控设备，输入虚拟对象的活动指令，再通过程序的动作设置将这些指令转化为对象在虚拟环境中的行为。I/O操控类型的交互界面的主要缺点是交互方式不够直观，需要参与者练习操控，影响参与者交互的感观体验。实体操控类型的交互界面是在参与者与虚拟现实环境之间中搭建直观的操控体，参与者通过这个真实的操控体在虚拟现实环境中活动。例如，参与者不是用鼠标，用方向盘来进行汽车的仿真训练；用全身的运动在跳舞机上玩跳舞游戏等。

2.当参与者使用I/O类型的交互界面时，参与者是间接操控虚拟现实环境中的角色，参与者需要记住各种操控按键所设置的命令指令，通过这些按键及其组合来让角色进行各种活动；当参与者使用实体类型的交互界面时，参与者则是直接操控角色，参与者只要象现实生活中一样做出动作，虚拟现实环境中的角色就会做出相应的动作。从虚拟现实的交互性上来看，直接操控方式比间接操控方式要具有明显的功能上的优势；从虚拟现实环境与参与者关系的角度观察，直接操控方式以其益突出的其易用性和舒适性突出了以人为本的交互设计理念。直接操控方式是虚拟现实发展的交互方向，采用视线、语音、手势等交互通道和技术以自然、协作的方式进行人机对话。这种操控方式可以实现精确的和不精确的输入，能有效捕捉用户的交互意图，能显著提高人机交互的自然性和高效性。直接操控方式的优点是直观而形象，参与者无需看使用说明书，就会使用，不会产生歧义和误操作。

五、结论

通过深入研究虚拟现实环境中的交互设计，可以使我们了解交互系统在虚拟环境和现实环境之间所起到的桥梁作用，有效地实现虚拟现实环境的沉浸性（immersion）和构想性（imagination），同时为我们利用图形引擎技术创建虚拟现实环境提供了必要的理论基础。

参考文献：

[1][美]巴斯比著.沙鹰译.精通Unreal引擎技术――关卡设计艺术.人民邮电出版社，2005.3.

[2][美]Jef Raskin.人本界面 交互式系统设计.机械工业出版社，2004.

仿真引擎的关键技术范文第5篇

关键词：云计算；信息系统仿真；关键技术

随着云计算的不断发展，已在很多领域取得卓越的成效。将云计算的理念和技术引入信息系统仿真领域，可以为信息系统仿真提供更加强大的基础设施、仿真平台及仿真软件等的支持，更能进一步提高仿真的效率和降低成本。

1 云计算概述

1.1 什么是云计算

云计算仍处在发展阶段，关于云计算（Cloud Computing）的定义可谓众说纷纭，据ISO组织的调查，云计算的定义多达20多种。可以看下面几种定义。从谷歌的角度来看，云计算是以用户为中心的，是以任务为中心的，是强大的，是易于访问的，是智能的，是可编程的。百度百科中的定义是这样的，云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。美国国家标准与技术研究院（NIST）给出的定义，云计算是一种模式，能以泛在的、便利的、按需的方式通过网络访问可配置的计算资源（例如网络、服务器、存储器、应用和服务），这些资源可实现快速部署与，并且只需要极少的管理成本或服务提供商的干预。

云计算的三种服务模式：

⑴基础设施即服务（IaaS）：为用户提供按需的基础设施服务。

⑵平台即服务（PaaS）：提供用户应用程序运行的软件平台，并作为一项服务提供给用户，包括软件开发测试、部署、运行环境以及应用程序托管服务。

⑶软件及服务（SaaS）：“将软件作为服务”是将某些特定应用软件功能封装成服务。该软件的单个实例运行于云上，并为多个最终用户或客户机构提供服务。

1.2 云计算的特点

⑴超大规模：云中具有成千上万台服务器，云能赋予用户前所未有的计算能力。

⑵虚拟化：云支持用户在任意位置，使用各种终端获取应用服务，所请求的资源来自云而不是固定的有形的实体。应用在云中某处运行，实际上用户无需了解，也不用担心应用运行的具置，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需一切，甚至包括超级计算这样的任务。

⑶高可靠性：云使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机更加可靠。

⑷通用性：云计算不针对特定的应用，在云的支撑下可以构造出千变万化的应用。

⑸高可扩展性：云的规模可以动态伸缩 ，满足应用和用户规模增长的需要。

⑹按需服务：云是一个庞大的资源池，你按需购买，云可以象自来水、电、煤气那样计费。

⑺极其廉价：云的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，云的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受云的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。《纽约时报》使用亚马逊的云计算服务在不到24个小时的时间处理了1100万篇文章，累计花费240美元，如使用自己的服务器，需要数月和多得多的费用。

1.3 云计算的发展现状

目前Google、亚马逊、雅虎、微软、Oracle、IBM、Dell、SUN等国际上知名的IT公司都在积极地研究和部署云计算，并已经开始提供云计算商业服务。Google正在运营云计算商用平台---在线应用服务托管平台Google应用引擎（GAE），软件开发者可以在此之上编写应用程序，企业客户可以使用定制化的网络服务。典型的应用方式有Gmail、Google Picasa Web以及可收费的Google应用软件套件Google Apps。云计算在军事领域也已得到了高度的重视。美国国防信息系统局（DISA）从2008年开始着手云计算应用，为美国军方和国防部开发一系列的云计算方案，并在2012年9月4日，了《2013-2018年战略规划》，将云计算列入了“战略技术清单”。

国内，云计算发展得也很快。中国电信在上海构建了一个拥有2PB存储空间的云存储平台e云；中国移动研究院已经建立起1000台机器的云计算试验中心；瑞星、金山、360安全卫士等均推出了云安全解决方案；华为、中兴公司都做出了云计算战略部署；2008年，IBM就在无锡和北京建立了两个云计算中心。中国电子学会云计算专家委员会于2008年11月25日成立，目前已举办了四届中国云计算大会。

2 云计算在信息系统仿真中的应用

2.1 应用模式

根据云计算的三种服务模式，其在信息系统仿真中的应用也可有三种模式：

⑴基础设施即服务（IaaS）：服务机构（运营商）提供基础设施资源，如虚拟主机/存储/网络/数据库管理等，用户无需购买服务器、网络设备和存储设备，只需通过网络（如军网或民用互联网）申请、审批、付费（或租赁），即可搭建自己的应用系统。服务机构提供海量数据存储、数据计算、信息处理和查询消息传递等可靠、低成本的服务。

对于信息系统仿真来说，该服务类型可以有效避免硬件建设的重复投资，降低资源使用成本和推广应用门槛，从而促进信息系统仿真的普及。

⑵平台即服务（PaaS）：提供用户应用程序运行的软件平台，并作为一项服务提供给用户，包括软件开发测试、部署、运行环境以及应用程序托管服务。

对于信息系统仿真来说，该服务类型适宜搭建全军参与的仿真系统。试想，如果上级机构或技术实力很强的研究机构能够提供信息系统仿真系统平台的数据服务引擎、模型构建引擎、模型运行引擎、平台管理服务引擎、系统集成架构与接口等标准化、规范化，甚至一体化的解决方案和服务，那不仅会提高信息系统仿真系统的建设质量和应用水平，而且会显著提高全军上下参与信息系统仿真建设的积极性，发挥更多人的聪明才智，且能从大大减少的重复研发中有效降低信息系统仿真成本。

⑶软件及服务（SaaS）：“将软件作为服务”是将某些特定应用软件功能封装成服务。该软件的单个实例运行于云上，并为多个最终用户或客户机构提供服务。

对于信息系统仿真来说，该服务类型是统一技术体制，提高信息共享程度的极佳途径； 也是减少“烟囱”、“孤岛”的有效手段。

2.2 关键技术

⑴虚拟化技术：云计算的虚拟化技术不同于传统的单一虚拟化，它是涵盖整个IT架构的，包括资源、网络、应用和桌面在内的全系统虚拟化，它的优势在于能够把所有硬件设备、软件应用和数据隔离开来，打破硬件配置、软件部署和数据分布的界限，实现IT架构的动态化，实现资源集中管理，使应用能够动态地使用虚拟资源和物理资源，提高系统适应需求和环境的能力。

对于信息系统仿真，云计算虚拟化技术的应用意义并不仅仅在于提高资源利用率并降低 成本，更大的意义是提供强大的计算能力。众所周知，信息系统仿真系统是一种具有超大计算量的复杂系统，计算能力对于系统运行效率、精度和可靠性影响很大，而虚拟化技术可以将大量分散的、没有得到充分利用的计算能力，整合到计算高负荷的计算机或服务器上，实现全网资源统一调度使用，从而在存储、传输、运算等多个计算方面达到高效。

⑵分布式资源管理技术：信息系统仿真系统在大多数情况下会处在多节点并发执行环境中，要保证系统状态的正确性，必须保证分布数据的一致性。为了分布的一致性问题，计算机界的很多公司和研究人员提出了各种各样的协议，这些协议即是一些需要遵循的规则，也就是说，在云计算出现之前，解决分布的一致性问题是靠众多协议的。但对于大规模，甚至超大规模的分布式系统来说，无法保证各个分系统、子系统都使用同样的协议，也就无法保证分布的一致性问题得到解决。云计算中的分布式资源管理技术圆满解决了这一问题。

Google公司的Chubby是最著名的分布式资源管理系统，该系统实现了Chubby服务锁机制，使得解决分布一致性问题的不再仅仅依赖一个协议或者是一个算法，而是有了一个统一的服务（service）。

⑶并行编程技术：云计算采用并行编程模式。在并行编程模式下，并发处理、容错、数据分布、负载均衡等细节都被抽象到一个函数库中，通过统一接口，用户大尺度的计算任务被自动并发和分布执行，即将一个任务自动分成多个子任务，并行地处理海量数据。

对于信息系统仿真这种复杂系统的编程来说，并行编程模式是一种颠覆性的革命，它是在网络计算等一系列优秀成果上发展而来的，所以更加淋漓尽致地体现了面向服务的体系架构（ SOA）技术。可以预见，如果将这一并行编程模式引入信息系统仿真领域，定会带来信息系统仿真软件建设的跨越式进步。