序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇虛擬技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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中職電子技術的教學理論性較強，波形變化分析復雜，課程教學較為枯燥，一些理解能力較差或者基礎較差的學生，可能會無法跟上電子技術課程教學的節奏。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠使學生在一個仿真的情境下，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，將學生的實踐操作和理論知識的學習相結合，借助實踐活動，不斷豐富學生的理論知識體系，借助理論知識的學習，不斷提升中職學生的實踐操作能力。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，符合中職電子技術教學的特點，是時展和進步的必然要求。

(二)創新中職電子技術教學的模式

電子技術教學中應用仿真虛擬仿真技術，可以使學生將所學習的Windowsxp內容和仿真軟件結合起來。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠改善傳統的教學方式中單一的教學氛圍，更加關注學生的實踐體驗，在實踐中，使學生獲得更多的知識，并使中職學生能夠通過實踐活動，形成一定的思維想法和創新意識，真正展現中職電子技術教學的價值和電子技術教學的意義。

(三)提升學生的電子技術綜合能力

很多中職院校中的學生，普遍具有文化基礎較差、學習積極性較差等方面的問題，中職學生的動手能力和實踐能力較強，但是他們的學習熱情較差，不愿意積極、主動參與到教學活動當中，無法感受中職電子技術學習的樂趣和電子技術的魅力之處。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠有效改善這一問題，通過有趣的情景創建，快速吸引中職學生的注意力，激發學生的學習興趣和參與實踐活動的熱情，并使中職學生在參與實踐活動的過程中，形成一定的電子技術實踐操作能力和電子技術思維想法，改善傳統電子技術教學中的缺點，更加關注學生思維的發展，為中職學生未來的工作和發展奠定良好的基礎。

二、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中應用的具體策略

虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，可以通過將虛擬引進課堂，激發中職學生的學習興趣、創設仿真電子技術教學實驗，增強學生的實踐操作能力與開展虛擬項目合作實驗，提升中職學生的綜合素養等方式來開展教學活動。

(一)將虛擬引進課堂，激發中職學生的學習興趣

在傳統的中職電子技術教學過程中，教師較為注重對學生理論知識的傳授，而忽視了實踐技能指導對中職學生電子技術操作能力提升的重要影響。單純的電子技術理論知識講解，多數是一些原理和公式推導，在這種教學模式下，中職學生可能會產生一定的厭學情緒，無法將注意力完全集中在電子技術學習活動當中。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠改善傳統的教學方式中單一的教學氛圍，更加關注學生的實踐體驗，在實踐中，使學生獲得更多的知識，并使中職學生能夠通過實踐活動，形成一定的思維想法和創新意識。虛擬仿真技術能夠使學生在一個仿真的情境下，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，使學生將實踐操作和理論知識的學習結合起來，借助實踐活動，不斷豐富學生的理論知識體系;借助理論知識的學習，不斷提升中職學生的實踐操作能力。中職電子技術理論知識教學需要結合實際展示才能夠加深學生對電子技術理論知識的深入理解，從而為接下來的課堂教學活動和實踐教學活動奠定良好的基礎。但是，如果一味通過實驗操作展現，不僅浪費時間，同時也很浪費材料。虛擬仿真技術能夠完美地解決這一問題，通過將虛擬仿真技術引入到中職電子技術教學中，通過多媒體等信息技術軟件，進行仿真模擬實驗，借助多媒體等信息技術軟件，將抽象化的內容變得更加直觀，使學生對抽象化的理論知識一目了然，深化學生對中職電子技術知識的理解與掌握。

(二)創設仿真電子技術教學實驗，增強學生的實踐操作能力

正所謂“實踐是檢驗真理的唯一標準”，在中職電子技術教學中，教師可以借助虛擬仿真技術，引導學生在模擬的場景中，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，在電子技術的實驗過程當中，提升學生的實踐操作能力。在中職電子技術教學實驗中，教師可以結合學生的性格特點和中職電子技術教學的特點進行教學實驗活動的創新，將虛擬仿真技術融入中職電子技術的教學活動當中。例如，在指導學生對《彩色電視機原理與維修》這一項內容的學習過程中，教師可以首先借助多媒體等信息技術軟件，為學生展現70年代至今，電視機逐步發展的過程，為學生介紹全球彩電市場的特點。彩色電視機與學生的實際生活密切相關，是學生所熟悉的事物。在課堂教學中，教師可以結合實際生活，提問學生“家中所使用的是什么樣的電視機”等問題，構建互動型的中職電子技術教學模式。在此基礎上，教師可以通過多媒體等信息技術軟件，為學生展現一個立體化的電視機模型，借助模型引導學生認識彩色電視機的整體結構以及具體的元器件。在教學指導完成之后，可以組織學生自行實驗，借助虛擬仿真技術進行完整電視機零件和部件的整合。

(三)開展虛擬項目合作實驗，提升中職學生的綜合素養

一些仿真軟件(例如加拿大IIT公司所開發的Multisim軟件)能夠為中職學生創建一個類似于真實的電子電路實驗工作平臺，學生可以在這個仿真的電子電路實驗工作平臺中，進行各種各樣的電子電路實驗。這些軟件當前被應用于國內外的各大高等院校當中，并取得了較為理想的實踐應用效果。電子技術教學中，教師不僅僅要指導學生學習電子技術，掌握電子技術，更加需要通過一定的電子技術教學活動，提升中職學生的綜合能力和綜合素養。在電子技術教學活動當中，教師可以借助一些虛擬的電子技術合作實驗項目，引導學生通過電子技術實踐活動，增進彼此之間的感情，形成良好的電子技術操作能力和合作意識。例如，在指導學生對《組合邏輯電路的分析與設計》相關內容的學習中，教師可以在完成教學指導的基礎上，組織學生通過小組合作的方式，集中學習組合邏輯電路的分析方法。在共同合作和分析的過程中，增進彼此之間的感情，提升學生的綜合能力和綜合素養。

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二、虛擬現實技術與動畫藝術的融合之路

動畫在當前社會的發展中，在形式上很多情況不能滿足商業或藝術上的要求，這就要求動畫技術進行革新以滿足其需求。然而，虛擬現實技術就應運而生了，虛擬現實技術使動畫藝術在表現形式上更廣，甚至促進新興行業的產生。例如，虛擬三維仿真動畫游戲，建筑漫游交互可視化，模擬軍事、工業制作互動領域。

三、模擬真實環境，實時仿真交互

模擬真實環境主要是應用在商業中，早在加拿大，就已經投入運用了，即，在商業會議中，會議中的人員都不會到場，而是在家拿出手機或是電腦，進入一個虛擬的辦公環境中，大家都坐下來開會就好了。這樣就大大節省了資源。在虛擬的環境中每個模型的外形，進行真實的擬合，然后通過數據轉換成三維模型。比如，藍天白云花草樹木的模擬、虛擬現實主題公園真實模擬、真實的建筑場景等。

四、動畫藝術與虛擬現實技術的發展

動畫藝術的設計可以挖掘傳統文化中的元素。傳統文化經過幾千年的沉淀，所留下來的優秀文化大多是符合大眾口味，都有其獨特的藝術形式，吸引著各自的愛好群體。虛擬現實技術隨著科技的發展，也日益健壯，把動畫藝術融入到虛擬現實當中，其視感、觸覺可謂大為觀止。建筑行業中，為了把握市場趨勢，果斷啟用最新技術把握住了商機。虛擬現實技術甚至成了當今房地產行業綜合實力的象征與標志；工業生產中，虛擬現實技術給其帶來了便捷，提高了效率，更是減少了損失；在軍事模擬動畫中，給戰士充足的現場感覺，提升了培訓質量。

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1.1教育領域

隨著虛擬技術的發展和教學要求的不斷提高，虛擬技術已進入教育領域，并且已成為完成教育工作的一種有效方式。例如利用化學教育軟件，展示化學實驗的流程和結果。學生可以通過使用該軟件，了解和掌握整個實驗過程，然后再進行實踐操作。這樣，既可以減少實驗的危險性，又可以提高學生的學習興趣和效率，減少不必要的浪費。再如利用物理教學軟件，開展“歐姆定律”的講解，其效果生動，且學生便于理解。

1.2生物制藥領域

虛擬技術在生物制藥方面的應用主要是在藥物的設計階段：采用相關的分子設計軟件，設計藥物小分子，模擬小分子與受體的相互作用，預測小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代謝途徑、代謝物及其各類性質。目前，這種藥物設計模式已被國際專業制藥公司在研發新藥時采用，并與實驗相結合，以達到減少研發消耗，提高研發成功率的目標。1.3醫療領域虛擬技術在醫療領域的應用主要有：手術培訓、手術模擬、醫學影像檢查和臨床診斷。已經報道的“上海交通大學附屬第九人民醫院骨科專家成功完成真正意義上的3D打印骨盆重建手術”，是虛擬技術在醫療領域成功應用的又一案例。

2、化學信息學

化學信息學的研究領域并未經過刻意界定，很多化學家在各自不同的研究領域中力爭發展和采用計算機的方法來處理大量涌現的化學信息，建立化合物的結構與性質的關系。在20世紀60年代，化學信息學的發展已初見端倪，到了70年代開始出現了颶風式的發展。因此，相關的化學信息學的定義有多種。

比較典型的有以下一些論述。

（1）采用分子模擬和數據分析技術與高分辨圖形顯示組合，得到了令人驚訝的結果。因此，化學信息學是通過應用信息技術幫助化學家研究新問題、組織并分析科學數據，以研發新化合物、新材料的過程。

（2）很多人認為化學信息學是化學信息的擴展，它涵蓋了與化學結構、數據存儲和計算方法相關的領域，如化合物登記系統、在線化學文獻、結構-活性關系分析和分子性質計算[3]。化學信息學作為一個學科名稱來說是很新的，但我們可以體會到，它存在于我們周圍已經有了一段時間。不同的階段常會給出不同的化學信息學的定義。

所以，在討論這些不同觀點的時候，我們認為“化學信息學是一門應用信息學方法和計算機技術來輔助解決化學問題的學科”[4]這個論述更具有普適性。

化學信息學方法主要有三種，即基于數據、基于邏輯和基于原理。

（1）基于數據的方法建立和利用多種化學數據庫管理系統和化學數據庫中的數據。該方法主要的作用是在數據庫中獲得已記錄的相關信息。

（2）基于邏輯的方法利用已有的化學數據庫中的數據，并在此基礎上，利用歸納、推理和分類等方法將數據轉化為知識，并對知識實施有效的管理，以便于知識得到廣泛的應用。最終，能用于解決實際的化學問題。該方法適用于大量數據的處理，對象具有比較強的規律性。同時，它能解決數據庫系統不能解決的問題。

（3）基于原理的方法利用已有的量子化學的理論，對化學對象作相關的量化計算，并根據計算結果，研究對應的化學問題。該方法能從原理上解釋化學問題，但不適用于大批數據和大的體系的處理。在化學研究中，這三種方法相輔相成。對于不同的研究對象或不同的研究階段，采用對應的方法組合。

3、化學研究

化學是研究物質的組成、結構、性質和變化規律的科學。有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、用途和有關理論的一門學科，由于有機化合物都含有碳，同時以碳、氫化合物為母體，因此這門學科又可稱為“碳化合物的化學”或“碳氫化合物及其衍生物的化學”，隨著這門學科的發展，誕生出了高分子化學、元素有機化學等新學科，為合成染料、橡膠、纖維、藥物、塑料等有機化學工業建立了理論基礎?；瘜W的研究內容主要可歸納為三部分：分子設計、合成設計和結構確定。利用相關技術設計具有特定功能的化合物即為分子設計[5]；利用相關技術設計特定化合物的合成路線即是合成設計；結構確定包括兩部分：結構解析和譜圖模擬。結構解析是根據已有的化學譜圖，推測對應的化學結構。譜圖模擬是基于化合物的化學結構，預測其化學譜圖?；瘜W是重要的基礎科學之一，它也是一門建立在實驗基礎上的科學。在化學研究中實驗和理論這兩方面一直是相互依賴、彼此促進的。化學是一門古老而歷史悠久的科學，它的研究模式為靈感、經驗和實驗（見圖1）。長期實驗數據的積累，為現在和今后的化學研究提供了寶貴的財富。截至2013年12月，已有記載的小分子化合物達7600多萬個，化學反應約5580萬個。要有效應用如此大量的研究和實驗數據，只有采用信息技術才能實現。在此，我們提出了化學研究的現代模式，即在化學研究的傳統模式中融入虛擬技術（見圖2）。分子設計是化學研究的內容之一。傳統模式的分子設計流程如圖3所示，某種化合物的性質，通常是在得到化合物之后，經過實驗測試才可獲得對應的性質?，F代模式的分子設計流程如圖4所示，化合物的性質，可以用相關軟件預測獲得。根據獲得的預測結果和經驗，決定是否要合成該化合物。圖3和圖4中的分子設計流程顯示，兩者的差異主要在合成之前。傳統模式在合成之前的分析工作僅以文獻信息作為判斷依據。而現代模式，既以文獻信息作為判斷依據，又以軟件預測結果作為分析判斷依據。從原理上講，采用現代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于傳統模式，研究過程中產生污染的幾率要比傳統模式的低。

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1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產品的概念設計的主導地位和重要性。

1概念設計的內涵

概念的設想是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創意出現了形形的座椅開發設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養院、醫院、不能自理的老人家庭等。

這是傳統的產品概念設計。當然，產品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創造活動中，產品概念的構思是豐富的，人的創作智慧是無窮的。概念產品的類型更是多種多樣。

2概念設計與產品市場

概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發商或企業帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發設計的許許多多產品中，只要一百件產品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。

3虛擬現實技術促使概念設計的市場化

為了更好地接近產品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發的產品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業設計的發展，尤其是虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發設計的產品與傳統相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業決策人尋找商機、判斷概念產品能否進一步開發生產，提供更好的依據。虛擬現實技術能模擬整個產品開發過程，保證產品開發一次性成功，加快開發進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產品。

二、虛擬現實技術與虛擬產品

1虛擬現實系統(VirtualReality，VR)

虛擬現實系統又稱為虛擬現實環境，是指計算機生成的一個實時三維環境。使用者可以在這環境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環境所反饋的作用力，從而讓使用者產生一種身臨其境的感覺。產生虛擬現實環境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產生虛擬環境的步驟為:

①用放置在不同地點的多個攝像機將某環境或事物記錄下來;

②利用計算機的視頻技術抽取出環境或事物的三維模型;

③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數據標度攝像頭分離對象建立模型嵌入顏色交互回放。

2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用攝像頭連續掃描周圍空間來獲取某一區域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環境。

2虛擬現實系統的常用設備及要求

虛擬現實系統常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數據手套、數據衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現實系統的要求除了應具有高性能的計算機系統(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產生力學反饋。

3虛擬產品(VirtualProduct，VP)

虛擬產品是虛擬現實技術應用于產品設計的產物，是一個數字化的產品。它具有真實產品所必須具有的特征。通過對產品實時的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。由于產品的設計過程是數字化的，因此節省了傳統方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統的繪圖工作量大大減少。

三、虛擬現實技術在概念設計中應用前景

在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產品使用者的感受，而非產品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。甚至還可根據用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數人滿意為止。

為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產品，而應該主動把自己廠家的產品推向市場。利用虛擬現實技術做出虛擬產品的動畫廣告，再與計算機網絡技術結合起來，使用戶能夠通過網絡來游覽設計廠家的設計產品，并能直接在虛擬環境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。

若用戶對廠家設計的產品引起購買的欲望，通過網上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯系，網上定貨，使廠家的產品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現實技術及其在工業設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產力，這是產品迅速占領市場的關鍵。

參考文獻

1陳軍等虛擬現實中虛擬景象產生的技術初探計算機應用研究，1999，6

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1.虛擬儀器與圖形化編程語言-LabVIEW

虛擬儀器(即VirtualInstrument，簡稱NI)是一種基于計算機的儀器，就是在通用計算機上加上軟件和(或)硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設計的專用的傳統電子儀器。在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統的功能與規模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術的出現，徹底打破了傳統儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術給用戶一個充分發揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是廠家)可以隨心所欲地根據自己的需求，設計自己的儀器系統，滿足多種多樣的應用需求。

虛擬儀器系統是計算機系統與儀器系統技術相結合的產物。它利用PC計算機強大的圖形編程環境和在線幫助功能，結合相應的硬件，快速建立人機交互界面的虛擬儀器面板，完成對儀器或設備的控制、數據分析與顯示，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器的價格，使用戶可以根據自己的需要定義儀器的功能，方便地對其進行維護、擴展、升級等。

LabVIEW是美國NI公司利用虛擬儀器(virtualinstnlments)技術開發的32位，主要面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平臺。LabVIEW同時也是一一種功能強大的圖形編程語言，但它與傳統的文本編程語言(如c語言)不同，采用了一種基于流程圖的圖形化編程形式，因此也被稱為G語言(graphicallanguage)。這種圖形化的編程形式，方便了非軟件專業的工程師快速編制程序。LabVIEW也不同于傳統文本式的編程語言的順序執行方式，而是采用了數據流的執行方式，這種方式要求程序僅在各節點已獲得它的全部數據后才執行。

多任務并行處理一般是通過多線程技術來實現的，不同的任務實際上通過各自的線程輪流占用CPU時間片來達到“同時”處理的目的。LabVIEW也采用了多線程技術，而且與傳統文本式的編程語言相比，有兩大優點：LabVIEW把線程完全抽象出來，編程者不需對線程進行創建、撤銷及同步等操作；LabVIEW使用圖形化的數據流的執行方式，因此在調試程序時，可以非常直觀地看到代碼的并行運行狀態，這使編程者很容易理解多任務的概念。

LabVIEW圖形化編程語言有效地利用了當今圖形用戶接口的點擊特性。編寫程序只包含以下的一些簡單步驟：

用鼠標選擇儀器函數作為對象；

描述測試步驟和對象之間的關系；

建立初始條件。

2.運動控制

運動控制卡是一種基于PC機、用于各種運動控制場合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。它的出現主要是因為：

為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；

在各種工業設備、國防裝備(如跟蹤定位系統等)、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；

PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。

運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等)；控制卡完成運動控制的所有細節(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在相應系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，步進電機由于具有轉子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，成了控制系統的主要執行元件之一。步進電機的控制方法包括開環控制和閉環控制兩種。

二、基于虛擬儀器的步進電機控制系統整體結構與原理

一般運動控制系統主要由五部分構成：被移動的機械設備、運動I/O的馬達(伺服或步進)、馬達驅動單元、智能運動控制器、以及編程/操作接口軟件。

本系統的目標是利用筆者實驗室已有美國國家儀器公司(NI)的NIPCI7354伺服/步進運動控制卡及其配套軟件、NI7604伺服/步進驅動器及其配套軟件、兩相步進電機、LabVIEW軟件、多軸精密電移臺(負載)、PC機等構建一套步進電機運動控制系統，分別實現單軸、兩軸、三軸和四軸的運動控制，要求系統具有數控系統的基本功能，能實現不同坐標系下的直線、圓弧插補、速度控制、電子傳動等功能，以供實驗教學應用。系統整體結構框圖如圖1示。

圖1系統整體結構框圖

1.NIPCI7354運動控制卡

NIPCI7354控制卡可同時控制包括交流和步進電機的4軸運動，能實現諸如點到點位置控制、速度控制、三維直線、圓弧、螺旋型和球形運動、電子傳動、混合運動、回程和限位控制、Trigger輸入和Breakpoint輸出等功能。NIPCI7354的嵌入式固件是基于RT0S(實時操作系統)內核的，實時性強，通過簡單易用的運動控制器、軟件、以及外設提供集成方案的功能與能力，為一般伺服與步進應用提供精確、高性能的運動功能。該運動控制器可以使用支持Windows2000/NT/Me/xp操作系統的LabVIEW、MeasurementStudio(LabWindows/CVI、VisualBasic)以及C/C++進行編程。

NIPCI7354運動控制卡是高性能PCI步進/伺服控制器，可用于所有運動控制系統中，控制器采用先進的技術，在嵌入式實時運動或者以主機為中心的編程環境中提供混合運動軌跡控制和完全協同的圓形、線性、點到點、齒輪和空間矢量控制。其豐富的功能可以滿足最為嚴格的要求。

NIPCI7354運動控制卡的主要特點：通過PCI總線與主機(上位機)通信；68芯VHDCI輸出電纜；普通數字輸出電壓：0-32V；高電平3.5--30V，低電平0—2V；最大脈沖速率：100KHZ；運行電流：3-14mA；觸發輸出最大脈沖速率：1MHz；

2.運動控制軟件

利用NILabVIEW圖形化編程語言以及各種應用軟件可以開發功能強大的運動控制程序，運動控制器配備NI-Motion驅動軟件提供的LabVIEWVI、固件更新程序、DLL程序，可以利用其它開發工具(比如MeasurementStudio，LabWindowsCVI)或其它編程語言開發運動控制應用。NI運動助手(MotionAssistant)是一個采用LabVIEW代碼生成方法的附加工具，運用該工具您只需進行極少編程甚至無需編程即可開發LabVIEW運動控制應用。

3.NI7604驅動器

NI7604驅動器將NI7354提供的四軸運動控制信號放大，以驅動兩相步進電機運轉，帶動精密電移臺運動。該驅動器將運動控制器與特定應用馬達、編碼器、限位器、用戶I/O連接在一起。一根控制電纜連接運動控制器與驅動器，為全部的命令集與反饋信號提供一個通道。

NI7604的主要特點：輸入電壓：115V/23V，2/1A，60/50Hz；步進放大器：IM481H；每相電流：0.2—1.4A；電源連續輸出容量：80W；輸入電纜：68芯VHDCI型；輸出電壓：24VDC；+5V輸出：1A。

4.運動控制外設

兩相步進電機4臺，四軸精密電移臺一套，電移臺是滾珠絲杠/螺母驅動結構。系統原理圖如圖2示。

三、系統工作原理

通過上位機(PC機)的數據終端設備設置步進電機的目標位置、加速度、速度和減速度(即發出運動控制任務)，NIPCI7354運動控制卡根據設置信息控制電機的運動時間(輸出脈沖個數)和方向，即控制卡完成實時運動規劃，NI7604驅動器放大脈沖信號以驅動電機運轉。

在電機運行過程中，控制脈沖的頻率f應隨時變化以滿足電機低速起停及高速運行的需要。脈沖頻率由發送數據的波特率(B)決定，每發出一個脈沖需用兩個二進制位1和0來構成其高、低電平，所以f＝B/2，通過調整發送數據的波特率可改變所發出的控制脈沖的頻率。按常規波特率系列發送數據時所產生的控制脈沖頻率變化較大，不能滿足電機正常起停及調速的要求，為此計算機需按非標準的波特率發送數據以產生任意頻率的控制脈沖。一般在電機起動及停止階段每發送一個字節調整一次波特率，以使電機起停得盡量平滑。

四、軟件研究與實現

在系統硬件環節構建完成后，先后逐步完成了單軸直線運動控制、兩軸平面運動控制、三軸空間運動控制系統的軟件研究與開發。

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前言

隨著我國教育的不斷改革和科學技術的飛速發展，絡教育的出現改變了傳統的教學方式。尤其是計算機更新速度非?？斓奶攸c使得傳統的教學方式難以滿足學習的需要。虛擬現實技術作為一門新的技術，它在教育領域的發展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現實技術特征和VRML語言的角度探討其在計算機專業教育中的應用。

一、虛擬現實技術

多媒體技術與網絡技術的發展為現代教育手段的現代化帶來了新的機遇和挑戰。隨著計算機技術的快速發展，現代教育技術的應用已不再是停留在音像技術課堂中應用的常規模式層次上．而是朝著多媒體化、網絡化、信息化、教育技術應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發展，特別是基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，是一種最新出現的教學模式，具有廣闊的發展前景，代表了教育的未來和發展的方向。

1．1虛擬現實技術概念

虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)，又稱為靈境技術，畢業論文它匯集了數字圖象處理、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技術、傳感器技術，以及人體行為學等多項天技術．是計算機技術的綜合應用。具體地說，就是采川以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產生如同真實環境的感受和體驗。盡管該環境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環境中的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存存意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創建的維虛擬環境中處于一種全身心投入的狀態。

1．2虛擬現實系統的構成

一個虛擬現實系統由以下幾部分組成：

(1)虛擬環境。它由虛擬環境發生器所產生，且可讓使用者通過傳感器件和作用器件與之交互，這種交互的結果是使用者有全身心進入這一環境的感覺。

(2)傳感器件。它將虛擬環境中的物體的形、動作、聲音等進行轉換，使人能獲得視覺、聽覺、觸覺等多方面的感覺。這些感覺與他以往在實際環境中的感覺一致。

(3)作用器件。它將人的一些約定動作(如行走、手勢等)變成作用的信息，讓虛擬環境有所察覺。

(4)人。虛擬現實實質上是一內含反饋的閉環系統，只有人的存在才能使這一反饋環路有效成立。碩士論文所以人是VR系統中不可缺少的成分。人通過傳感器件感受虛擬環境的存在．又通過作用器件去影響虛擬環境，使其作出相應的變化。

(5)虛擬環境發生器。它能產生使用者所需要的虛擬環境，且能通過作用器件傳來的作用信息。了解使用者的位置和動作。并對已產生的虛擬環境作出相應的修改。

1．3虛擬現實技術基本特征

(1)沉浸性。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣。當使用者移動頭部時。虛擬環境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

(2)交互性。虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互．使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。計算機能根據使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調整系統呈現的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能．就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

1．4虛擬現實系統的類型

虛擬現實技術按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現實系統

沉浸式虛擬現實系統是利用頭盔顯示器、數據手套、三維鼠標等傳感跟蹤裝置與虛擬世界進行交互。由于這種系統把人的視覺、聽覺和其它感覺封閉在虛擬的感覺空間，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之處在于專用設備復雜而且昂貴，難以在教育行業普及推廣。

(2)桌面式虛擬現實系統

桌面式虛擬現實系統是運用軟件編程的方法在顯示器上顯示三維場景．用戶通過鍵盤、鼠標等簡單的設備與虛擬場景進行交互。這種系統由于用戶坐在顯示器前，通過屏幕觀察虛擬世界并與之交互，往往會受到周圍環境的影響，難以做到完全投入．但是結構簡單、成本較低，易于普及推廣。

(3)分布式虛擬現實系統

分布式虛擬系統是多個用戶通過網絡共享一個虛擬空間，共同參與虛擬活動。

(4)增強現實性虛擬現實系統

增強現實性的虛擬現實系統不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知的感受。

1．5虛擬現實造型語言VRML

VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虛擬現實建模語言，是一項和多媒體通訊、因特網、虛擬現實等領域相關的，在Intemet上營造虛擬環境的技術。它用來在網絡上創建可導航的、超鏈接的三維虛擬場景。

VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠程傳輸和本地計算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標點的數據來描述三維物體的，因為這樣會有很大的數據量．在Intemet上傳輸會遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標記文本語言來描述三維場景．就像我們的編程語言。比如，一個立方體的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一種描述語言標準，規定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時，需要通過Intemet將描述場景的文本傳送到本地。一般來說，文本描述是嵌在WEB頁面中，在瀏覽器請求相應頁面時與頁面描述文本一起傳送本地。本地計算生成是指描述虛擬場景的數據傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。概括地說，就是用文本信息描述三維場景．在Intemet網上傳輸，在本地機上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場景．解釋生成的標準規范即是VRML規范。

VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節點、腳本和路由。在這四個要素中．醫學論文只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器該文件符合的規范標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創建帶有指定名稱、接口和整體的新節點類型。一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節點是VRML中的基本建造模塊．它構成了VRML文件的主體部分，正是由于造型節點定義而產生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個節點的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒有任何動作．然而你可以通過程序腳本來賦予你腳本節點的動作。程序腳本實際上是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由Java或javascript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個節點之間創建了一個路由．第一個節點可以順著路由傳遞消息給第二個節點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節點和域值、定義的節點名、使用的節點名等。

設計VRML虛擬場景時。最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本，它類似于程序設計，這種方法簡單方便．但不是很直觀．對設計者的空間想象能力要求也較高，設計的效率不高?，F在有很多的可視化的VRML設計工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標準節點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場景就可以了．而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統自動將這些可視的虛擬場景生成標準的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會在用戶的屏幕上重現這個虛擬場景。

VRML使得Intemet的平面世界出現了三維場景。它的問世在世界上引起了極大的反響．得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Intemet上最有發展前景的新興技術。VRML在各方面都展現出了強大的應用可能性。蘊藏了無限生機。在教育領域的WEB站點中，它可廣泛用于學習情景創設上，以增加學習內容的形象性和趣味性。例如：創建網上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標輕輕地點擊對應的虛擬圖書。另外，使用VRML做模擬訓練是一種可行性極高的措施，它不僅可以減少某些情況下現實空間中操作的難度和危險。

更為重要的是它可以使訓練造價得到大幅度降低，這樣就使得在教育方面的應用成為可能。由于這種模擬系統具有高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統介入而造成較差的訓練效果?，F在虛擬校園、虛擬考場也已經陸續地出現在網絡中，這些新興的教育形式必將因其優越的一面而在未來教育領域中占有一席之地。

二、虛擬現實技術在計算機專業教育中的應用

2．1虛擬現實技術在輔助課堂教學中的應用

眾所周知，計算機課程實踐性很強，在書本上體現難免會給人們的理解帶來困難。利用虛擬現實技術制作的課件能夠很好地解決這一問題。例如，在計算機基礎課程中介紹計算機中各個組件的結構和講解計算機組裝的過程時，書本的文字難以讓學習者了解組件結構和組裝的過程。利用虛擬現實技術可以將文字、聲音、圖片、動畫等幾種媒體表現形式有機地結合，設計出生動活潑的界面。制作出一些三維的、交式的、具有沉浸感的內容，滿足學習者從各個角度觀察和學習，仿佛身臨其境，更好地理解學習的內容。

制作VRML課件的基本思路是：

(1)制作一系列空間形體的三維造型和動畫．并且為這些造型指定所需要的顏色、大小等。

(2)引入VRML的相關節點，建立虛擬運動空間。實現課件多媒體功能。

(3)優化VRML場景，即在構建場景的過程中，利用VRML提供的高級造型技術適當優化程序。

(4)VRML文件的輸出，將已創建的空間場景輸出為．wrl形式的文件。

例如，設計VRML課件來實現網上虛擬計算機組件結構和組裝的輔助教學。

首先，在介紹計算機組件選擇知識同時?？梢栽诰W上從各個角度來觀察VRML制作的計算機組件的造型．增強感性認識，并使學習者對怎樣組裝計算機有個初步的了解。利用VRML的造型設計和VRMLScript的動畫鏈接．虛擬出組裝計算機過程中所需的主要硬件，再通過把VRML文件嵌入到網頁的方法，使學習者既能在網頁中看到二維不同型號硬件的圖片和一些描述硬件的文字．又能看到三維的虛擬制作出來的硬件模型。這樣使學習者能真切地、直觀地感受到二維和三維的不同．感受到虛擬世界的美妙。然后，通過文字和圖片向學習者介紹如何將各計算機組件組裝到一起。接著，通過VRML的動畫節點控制和VRMLScript的結合。制作出安裝、注釋和視點切換的效果，然后按照六個安裝步驟：第一，機箱、主板的安裝；第二，風扇、內存的安裝；第三，光驅、軟驅、硬盤的安裝；第四，聲卡、顯卡的安裝；第五，電源的安裝；

第六。顯示器、鍵盤、鼠標的安裝，組合完成整個在虛擬三維世界中組裝計算機的過程。

在學習的過程中，只要點擊相應的按鈕，就可以按相應的步驟進行安裝。拖動鼠標或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝。在安裝完光驅和軟驅后，點擊光驅的開、關鍵，光盤托會自動拖出和送入，點擊軟驅的按鈕，軟盤會自動取出．使學習者能動態地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺來完成學習的過程。

通過VRMLScript語言的鏈接。制作出生動有趣的動畫效果和逼真的聲音效果。例如．當你點擊軟驅上的按鈕，會發出聲音并彈出一張軟盤；當你點擊光驅按鈕時，盤盒會自動地彈縮并發出逼真的聲音。為了方便學習。還可以實現注釋信息，當學習者的鼠標碰到硬件設備時。在對象的旁邊會出現一個注釋信息，說明該對象名稱。

又如，在《數據結構》課程中，對于常用的數據結構的算法思想．由于其抽象程度高。使得學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學。將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現出來。例如，遞歸算法是學生比較難理解的，因為其算法是靠隱形調用堆棧來實現，而通過虛擬技術可以將堆棧內部情況的變化動態、直觀、形象地表現出來，這樣學生就很容易理解。同樣在講解樹和圖的遍歷時，可以從可視化的角度觀察遍歷的順序。二叉樹與樹的概念的區別、Hanoi塔等問題都可以直觀地表現。方便教師的教學和學生的理解。

總之，通過制作課件來輔助課堂的教學，能為學習者提供生動、逼真的感性學習材料，使抽象的學習直觀化、形象化，幫助學習者解決學習中的重點和難點，提高學習者的積極性。

2．2虛擬現實技術在計算機實驗中的應用

由虛擬現實技術生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應的實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象。以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實再現。也可以是虛擬構想的實驗室。例如，在城域網和廣域網的網絡建設過程中，不必真正把網絡構建起來就可以親身體驗，猶如進行現場的操作。在數字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設計的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務課程實驗中，可以虛擬商務環境，讓學生進入這個虛擬環境。身臨其境地體驗現場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統的安裝是比較基礎但又是難做好的一個實驗。由于在計算機上安裝新的操作系統不可避免地會對原有的操作系統產生影響。

使用虛擬計算機來進行操作系統的安裝試驗就十分的方便了。工作總結使用虛擬機的軟件VMware可以創建與真實計算機一模一樣的虛擬機。創建的虛擬機有自己的CPU、內存、硬盤、光驅，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統以及各種應用程序。通過在虛擬的操作系統環境中進行操作，熟悉操作和新技術，達到事半功倍的效果。VMware只是一個軟件。可以幫助你在一個操作系統的環境下安裝另一個操作系統，而不會對當前的操作系統產生影響。

虛擬現實技術還可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬．通過虛擬系統便可以直接地觀察到這一假設所產生的結果或效果。利用虛擬技術。學生還可以進行網絡設備設計、電路設計等方面的學習探索，設計出新型的網絡設備和電子器件．從而激發學生的創造性思維，培養學生的創造能力。:

通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充．易于改變教學項目，減少設備投入經費，使教學內容在虛擬的環境中不斷更新．使實驗實踐及時跟上技術的發展。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。虛擬實驗是虛擬的實驗，缺少“實物感”，正如在網上看書與拿真實的書看時，會覺得真實的書更實在。在網絡實驗中，用到的網絡設備像路由器、交換機等種類、型號都很多，在虛擬實驗中．學生很難見到這些設備，如果在真正的實踐中可能會無從下手。因此，在具體實施中，應該虛實進行結合。有目的地安排一些實驗在真實環境中操作，這樣，他們會對實驗的設備有親身的體會，更能加深實驗的印象，提高實驗的效果。

三、結束語

虛擬現實技術在計算機教育領域發展的潛力是巨大的，只有親身去經歷、親身去體驗去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動地觀看有質的不同。虛擬現實技術能形象、生動、逼真地表現教學內容，有效地營造一個發展的教學環境。提高學生掌握知識和技能的效率和積極性，達到優化教學過程、提高教學質量的目的，從而解決傳統教學方式無法解決的問題。隨著計算機網絡技術的飛速發展，基于WEB的虛擬現實遠程教育具有廣泛的應用前景，必將成為21世紀教育的主流。

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以每服務器、每應用、每用戶為單位部署服務器，通常需要配置多臺服務器，才能保證每個最小單元都得到分配。

（2）資源利用率低：

部分服務器，僅運行的B/S或C/S架構小的應用程序，如OA辦公系統、網頁基礎服務類型。很多多核心處理器處于嚴重的空閑狀態，但這些空閑資源又沒有合理的整合和利用。很多設備資源利用率只能達到10%-30%。

（3）防病毒軟件五花八門：

現今IT用戶對系統安全要求比較高，每個用戶需要自己安裝繁瑣的安全防護軟件，防止網上多種多樣的網絡攻擊，沒能給用戶提供一個整體的防網絡攻擊方案。

（4）系統恢復耗時長：

因為考慮成本，IDC用戶數據一般沒有專門的數據備份設備，當故障發生時，維護人員在故障定位后，往往要花費大量的時間，備份數據，替換故障硬件，重裝操作系統，重裝應用軟件，重新導入備份的數據，并重新做安全加固。傳統的架構，恢復系統功能耗時一般會在4個多小時的時間。

2IDC虛擬化技術提出

為了降低成本、提高資源利用率、縮短系統故障恢復時限，技術人員提出了IDC虛擬化技術。將IDC業務基礎設施的架構進行了轉變。將傳統的基礎架構最小化單元從每個服務器轉變成每個虛擬環境（VirtualEnvironemnt，縮寫VE，即VPS）。通過VPS產品的部署，根據用戶不同應用的類型，將硬件服務器劃分為很多個虛擬容器，分配給一個客戶使用，每個容器安裝一種類型的應用。即實現了將硬件服務器進行邏輯層面上的劃分和整合，并且在統一的界面上進行管理，通過軟件可以集中對多個服務器上的上數百個虛擬容器進行統一集中管理，配置集中的存儲，提高應用的可靠性，通過部署統一的防攻擊軟件，對所有虛擬用戶進行安全防護。每VPS分配的資源不僅局限于CPU個數、內存和磁盤大小，還包括了系統的核心運行的幾十個參數。通過在一臺服務器上創建多個虛擬獨立環境，可以確保每一個虛擬服務器的用戶獨享該資源，其運行及管理完全和獨立主機相同甚至優于獨立主機。虛擬服務器產品能夠以較少的物理服務器服務較多的用戶，從而達到節約電力，機架的目的，從而節省資源，擴大公司IDC的服務能力，既實現收益的增加，也達到綠色環保，可持續發展的要求。

3操作系統虛擬技術的應用

VPS的全稱是VirtualPrivageServer，即虛擬的傳統服務器，縮寫為VPS。VPS采用“操作系統的虛擬化技術”的Virtuozzo所創建的虛擬應用系統，在一臺物理服務器上，安裝基礎的宿主操作系統，然后在宿主操作系統上再安裝操作系統的虛擬化軟件Virtuozzo。通過Virtuozzo的資源分割功能，將原宿主系統，劃分為多個個虛擬的環境，每個虛擬的環境作為IDC基礎架構中的最小化分割單位，部署相應的用戶，即構成一個虛擬專用設備。VPS采用虛擬化技術，Virtuozzo的虛擬化基于操作系統架構層，實現了軟件的分割、隔離，每個虛擬出來的環境都是原操作系統的一部分，不需要單獨安裝操作系統，同時也具備原系統的各方面性能。這就是所有天津聯通選擇VPS虛擬技術在IDC應用的原因。

4虛擬化整體方案部署

4.1本方案初期設置虛擬服務器100臺，每服務器提供30個虛擬主機用戶。

為了保證業務的連續性，同時具有充足的可擴展性，設立集中備份服務器一臺，操作Virtuozzo內置的VPS備份功能并配置集中備份。軟件配置：配置64位架構硬件平臺與軟件平臺每臺服務器提供30個64位VPS（兼容32位應用程序）配置集中備份方案跨平臺集中管理控制臺配置完善的防病毒預案

4.2硬件配置，制約虛擬化容量的主要因素

操作系統虛擬化技術，其意義在于有效地分割、管理、調度資源，虛擬化技術本身并不能憑空創造出新的資源。因此，為虛擬化選擇高性能高可靠性的硬件平臺是非常重要的。配置至少滿足以下要求：在本方案中，所有硬件服務器采用百兆網絡連接，并根據就節點數量適當分配帶寬。物理服務器采用千兆內網連接，以增強集中備份的數據傳輸速率。如不滿足千兆內網連接條件，則也可以備份網絡與數據網絡混合傳輸的方案，但這樣將會降低遠程備份存儲的吞吐性能，因此推薦服務器配備雙網卡，并使用千兆網絡連接。集中統一管理工具VZCC/VZMC遠程管理終端可部署在內網，也可以部署在公網，本方案實施為了方便操作管理，將管理終端部署在公網。

4.3防網絡攻擊

Virtuozzo有兩種MAC地址分配方式：路由模式與橋接模式。在路由模式下，所有VPS和物理節點共用同一個MAC地址。從交換機等網管設備看來，安裝了Virtuozzo的物理服務器在一個網卡上綁定了多個IP。在橋接模式下，VPS可以有自己獨立的MAC地址，這個MAC地址有系統管理員手工設置。通過在交換機上綁定對應的靜態MAC地址，可避免MAC地址欺騙等來自同網段的惡意網絡攻擊。在通常模式下，使用路由模式的MAC地址即可滿足正常使用的需要。VPS內的網絡保護也有Windows自帶的網絡防火墻完成，用戶可自行配置自己的VPS防火墻，不影響其他VPS。為了保護各種網絡攻擊，需要打開物理節點上的Windows防火墻，通過網卡“屬性”->“高級”標簽可以啟動它。在物理節點的Windows防火墻上，無論如何配置，都不會影響到其上VPS的運行，防火墻只對節點生效。因此可限制3389端口登陸IP地址，并允許特定IP地址連接本機的22端口（VZMC管理控制臺端口），以便遠程管理。

4.4集中備份設備配置

隨著業務的開展，服務器數量的增加，架設完整而有效地集中備份平臺即成為保障業務持續運行的關鍵。集中備份方案采用Virtuozzo內置的備份功能和集中存儲進行，采用本地備份、遠程存儲的設計方式實現，即能集中統一存儲所有節點的備份數據，又實現了低成本、高速度的備份。備份方案需要集中存儲設備一臺，容量按照計算方式如下：每VPS空間×每服務器VPS個數×服務器數×保存備份的數量=存儲空間。其中，每VPS產品空間假設定型為5GB，每服務器30個VPS，部署100臺物理服務器，完全備份最少保留2個，則得出：5GB×30×100×3=45TB。因此，如果需要為所有的VPS都提供3個完整備份，則需要45TB的存儲空間。

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二、虛擬技術的優勢

虛擬技術是當下計算機實驗教學應用的主要教學技術手段，在計算機實驗教學發展過程中，具有重要推動作用[1]。虛擬技術在計算機實驗教學中應用，其優勢主要有以下幾個方面：2.1降低資源投入成本虛擬技術不需要太大的場地就可以進行計算機實驗教學，這與傳統的計算機實驗教學來說，有著很大的差別。傳統計算機實驗教學需要建立教學實驗室，并且購置很多計算機實驗設備。虛擬技術則不需要這一點，極大地降低了資源試論虛擬技術在計算機實驗教學中的應用陳軍山東醫學高等?？茖W校【摘要】計算機技術在當下社會經濟發展以及人們日常生活中所占的地位越來越重要，計算機實驗教學對于計算機技術的應用與發展來說，意義重大。但就目前計算機技術發展來看，可供研究和使用的計算機實驗資源缺乏，這對于掌握和發展計算機技術來說，十分不利。為此，旨在促進計算機實驗教學發展的虛擬技術在計算機實驗教學中得到了廣泛的應用。這種虛擬技術主要是以軟件創建虛擬機，并且在虛擬機情況下進行計算機實驗教學。經過大量實踐，虛擬技術在計算機實驗教學中具有重要作用。本文以虛擬技術在計算機實驗教學中的應用為研究對象，主要探討了基于VMwareWorkstation軟件創建的虛擬機在計算機實驗教學中的具體應用?！娟P鍵詞】虛擬技術計算機實驗教學應用投入成本，但其所起到的實驗教學作用，與真正計算機實驗教學并無差別。2.2靈活性較強虛擬機在設計和使用上，只需要通過對硬件和軟件進行系統化更新，就可以讓虛擬機與當前計算機技術保持一致性，具有很大靈活性。這種對軟、硬件的更新，可以不需要進行實體機配置的兌換，就可以實現更新目的。2.3安全性較高虛擬機當中，具有單獨的數據存儲設備，可以對實驗數據、實驗資源、實驗資料等信息進行保存，避免數據丟失為用戶造成不便。而且，虛擬機在進行計算機教學實驗過程中，即使其他系統出現故障，也不會對數據存儲設備產生影響，避免數據丟失，具有很高的安全性。

三、虛擬技術在計算機實驗教學中的應用研究

虛擬技術在計算機實驗教學中的應用，首先要創建虛擬機，這是虛擬技術進行應用的前提。針對于虛擬機的創建，需要在物理計算機操作平臺上安裝虛擬機操控軟件，就目前虛擬機技術應用來看，主要以‘VMwareworkstation’軟件為主。其次，對虛擬機進行優化與維護，使其更好服務于計算機實驗教學。最后，則是將優化好的虛擬機投入到計算機實驗教學當中。3.1虛擬機創建研究虛擬機創建以VMwareworkstation軟件為主，在VMware窗口中，進行虛擬機創建，其具體步驟如下：（1）啟動VMwareworkstation后，需要在打開的窗口中選擇創建類型，進行程序安裝工作。一般來說，創建虛擬機主要采用Typical默認方法，VMware會根據物理計算機的實際配置，進行虛擬機硬件配置創建工作。而虛擬機創建過程中，又會根據用戶需求不同，通過對虛擬磁盤以及適配器進行重新定義，從而實現虛擬機新功能。根據用戶自身需求對VMware創立完成后，接下來就需要對虛擬機的操作系統進行設置；（2）進行操作系統設置時，頁面會彈出“客戶機操作系統安裝”窗口，這個窗口中一共有三個選項，虛擬機創建時需要選擇“稍后安裝”選項。之所以選擇這個選項，是因為可以在很大程度上避免客戶機系統的不完整性，有利于虛擬機使用；（3）客戶機的默認配置，需要在“客戶操作系統安裝”的窗口中進行選擇，就虛擬機的操作系統類型來看，可用于選擇的操作系統主要有“Windows”、“VMware”、“Linux”等，就操作系統選擇來看，需要根據實際情況進行分析，選擇的系統要符合當前使用虛擬機的版本；（4）默認配置以及操作系統選擇完畢后，下一步需要對創建的虛擬機進行命名，這種虛擬機命名主要是為了日后操作時更加有利于識別；（5）虛擬機命名之后，則需要生成虛擬機配置的保存路徑，用硬盤進行相關配置保存，為之后虛擬機的使用提供方便。虛擬機的創建，為計算機實驗教學創造了方便，新虛擬機生成之后，需要對其進行優化，之后投入到計算機實驗教學之中。3.2虛擬機的優化及維護研究虛擬機的建立，主要是以‘VMwareworkstation’軟件為主，虛擬機的硬件設備，則是由VMware自動生成[2]。虛擬機應用于計算機實驗教學中，需要對相關配置進行優化，使之符合計算機實驗教學的要求。在進行虛擬機優化及維護過程中，要遵循以下優化及維護的方法：（1）內存：虛擬機的內存與物理計算機內存有著密切聯系，一般來說，虛擬機的內存主要是根據物理計算機內存大小進行測算的。例如物理計算機的內存值若是1024MB，那么虛擬機的推薦內存則為512MB。在虛擬機內存優化時，其內存設置在512MB左右浮動，最大值不能超過1024MB，最小值不能低于128MB，其內存設置應該為32MB的倍數；（2）處理器：在進行處理器優化時，虛擬機處理器的個數要與物理計算機進行比較，保證處理器個數少于物理計算機處理器個數；（3）硬盤：硬盤大小對于虛擬機進行計算機實驗教學來說，具有重要影響。硬盤容量決定了對數據的存儲容量，在虛擬機優化過程中，要根據實際情況，對有用信息進行保留，對無用信息進行清除。這就需要在硬盤設計過程中，對硬盤內容進行相關設置。關于硬盤功能設置，主要通過‘Expand’的功能，可以根據硬盤工作狀態，進行‘持久模式’和‘非持久模式’選擇，其主要是針對硬盤數據問題進行的一種優化；（4）網絡適配器：網絡適配器是虛擬機進行網絡連接的關鍵，它決定了虛擬機以何種方式實現上網。一般來說，虛擬機進行上網，大都是通過網橋連接模式，利用網卡實現上網。這種上網形勢下，虛擬機需要有著自己單獨的IP地址。除此之外，虛擬機還可以實現‘NAT’上網模式，但這種上網模式下，就需要對主機IP以及虛擬機IP進行重新設置，虛擬機的單獨IP地址將會被取消。網絡適配器在虛擬機中的應用，決定了虛擬機的上網方式，并且根據實際情況，可以實現虛擬機與物理計算機單獨上網，這對于虛擬機進行教學實驗來說具有重要意義。以單獨上網的方式進行攻擊性網絡教學實驗，除了可以達到實驗目的之外，還可以避免對物理計算機造成損壞。3.3虛擬技術在計算機實驗教學中的應用分析本文研究的虛擬技術在計算機實驗教學中的應用，主要從多操作系統安裝實驗以及分級網絡實驗兩個方面進行分析，關于這兩種實驗教學的應用，如下所示：（1）多操作系統安裝實驗：多操作系統安裝實驗是計算機實驗教學的基礎，其主要包括計算機硬盤分區、操作系統安裝等教學內容，該教學實驗受到的限制條件較多，若是以物理計算機進行教學實驗，會造成極大的資源浪費，并且對物理計算機軟硬件的損壞較大，因此，針對于這一教學實驗，最為有效的辦法則是采用虛擬機進行實驗教學[3]。虛擬機與物理計算機的特性一致，以虛擬機進行計算機多操作系統安裝實驗，可以讓學生進行實踐操作。關于虛擬機的多操作系統安裝實驗，可以以任意一臺物理計算機為主，安裝‘VMwareworkstation’軟件，進行虛擬機構建，之后進行虛擬機優化，使之符合計算機實驗教學要求。在虛擬機構建完成之后，學生可以根據計算機實驗教學目標，在虛擬機進行實踐操作，就多操作系統安裝實驗的要求，按步驟進行實際操作；（2）分級網絡實驗：分級網絡實驗是利用虛擬機與物理計算機的聯合，構建對等網絡，從而實現實驗局域網的構建。分級網絡的構建，在很大程度上提升了學生們學習計算機技術的信心，并且增強了學生的實際動手操作能力。分級網絡的構建，主要是基于虛擬機和物理計算機的對等網絡構建基礎上實現的。而分級網絡的實踐操作，進一步增強了計算機實驗的難度，可以考驗學生對計算機實際操作能力的掌握。在進行分級網絡實踐操作時，學生們的操作主要在虛擬機上進行操作，避免了對物理計算機軟、硬件的損壞。利用虛擬機進行分級網絡實驗，為學生提升計算機實驗能力打下了堅實基礎，對學生日后使用計算機技術方面，具有重要意義。

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二、基于3D虛擬技術的檔案信息服務的特點

3D虛擬技術是一種多源信息融合交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，能夠生成一種逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，使用戶能夠進入到一個清晰度高、更新速度快的三維虛擬環境，并與之產生互動，由于3D虛擬技術在信息展示和交互方面具有更大優勢，被廣泛應用于建筑展示、軍事訓練、古跡遺址復原、工程演示、航空航天等諸多領域，將其應用于檔案服務，可以給用戶帶來全新體驗，滿足多層次用戶的多樣化需求。

（一）拓展了檔案服務的空間

傳統的實體檔案展館一般建設時間較長、展館面積有限、展品數量少、更新慢，而且展品的載體復雜多樣，不僅需要占用一定存放空間，還易發生毀壞、磨損、丟失等現象。若將3D虛擬技術運用到網上檔案展覽的制作或建造虛擬展館，對展覽主辦方而言，一方面可以避免實體展覽中實物調取擺放、展出安全、場地經費等問題，另一方面可以緩解建實體展館的資金和空間的壓力。對用戶而言，首先，在虛擬環境中可與信息平臺互動，其豐富的視覺效果、充分的互動效應能吸引更多觀眾參與其中；其次，用戶參觀展覽不受時間地域限制，參觀成本大大降低，可實現重復參觀，在便捷實體檔案服務利用的同時，又對實體檔案進行了備份，實施了保護，同時也擴大了檔案展覽的影響。

（二）創新檔案服務方式

傳統檔案館雖然擁有大量珍貴的館藏信息資源，但是由于不能被人及時、充分地感知和利用，無法發揮應有的作用。若應用3D虛擬技術建立虛擬檔案館，采用信息推送等方式主動將館藏信息資源公之于眾，能夠使被動服務變為不受時空限制的主動服務，能夠激發用戶的對檔案信息的利用需求，用戶隨時可以通過聯網終端的方式查閱所需要的檔案信息，可以最大化實現檔案信息資源的價值，這樣檔案信息服務就由單一服務變成了多元、多層次的服務，加強了檔案館與用戶之間的溝通和聯系，拓寬了檔案信息服務的范圍。

（三）提高檔案利用效果

傳統的檔案展覽是以實物形式再現檔案，普通的網頁是以平面圖形和文本的二維表現形式再現檔案，而利用3D虛擬技術來開發實體檔案，對檔案展品來說不僅是一種立體的展示，而且在展品的結構和空間信息的表現方面都具有更為明顯的優勢，用戶可以通過網頁在線瀏覽，觀察可交互的三維產品模型，通過點擊鼠標，可以旋轉、平移模型，從任意角度觀察，實現展品完美的三維真實感表現，若再配上音樂、導游解說和多媒體手法，使利用者足不出戶就能“身臨其境”，可以增加用戶的點擊率，留住和吸引越來越多的人來利用檔案。從而實現了檔案館（室）的文化休閑功能，在增加人們檔案意識的同時，檔案的價值也得到了更好的發揮。

三、基于云計算和3D虛擬技術的智能化檔案信息服務的意義

云計算是一種商業計算模型，它可以將大量分布的資源連接在一起以提供各種IT服務，使各種用戶能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。云計算技術是檔案信息化發展的引擎和趨勢，我國改革開放以來，由于普遍重視經濟建設，而不能直接貢獻經濟建設的檔案管理長期處于被冷落地位，2013年從廣東軟件行業協會了解到的數據：全省1200多家軟件企業（通過雙軟認定），而從事檔案信息化方面的僅有3家，與500多家ERP軟件廠商形成鮮明的對比，可以說這是一個冷門行業，但也是潛力巨大的行業。云計算技術已經無容置疑，是當今IT業最熱門的技術，如果將云計算這項當今IT業最熱門的技術與檔案信息化這一最冷門的行業進行“聯姻”，再結合3D虛擬技術共同運用于數字檔案管理系統，將會給檔案界及檔案信息化應用帶來新的啟示。

（一）可以實現“低碳經濟”的檔案信息化建設模式

引入云計算這項技術，可以減少對硬件和軟件等檔案管理基礎設施的投入，節省資金，避免重復建設，提高效率，還可以緩解檔案部門開展檔案信息化對既懂檔案業務、又能精通計算機技術等這種復合性人才的需求。通過云計算技術可以實現基礎設施和基礎服務的統一管理，有效整合富余的計算機資源，按需合理分配，可以規范和統一不同系統之間數據交換和數據存儲的格式，提高不同設備的數據和應用的共享性，擴大檔案信息的外延，從而改變檔案信息獲取和知識傳播的方式，降低檔案信息化門檻，提高檔案信息化水平。

（二）可以實現檔案信息的可視化檢索

隨著信息技術的高速發展，目前國內很多企業和高校都建成了數字檔案館，但檔案信息利用率和檔案網頁的訪問率相對整個館藏量來說還是偏低，用戶對檔案信息的反映比較冷漠。檔案的數字化、網絡化雖然為信息檢索和查閱提供了便捷條件，卻不能滿足用戶直觀、智能化的需求?；谠朴嬎愫?D虛擬技術的文獻檢索，用戶可以用“所見即所需”的方式對館藏資源進行快速檢索，大幅提升檢索效率和準確性，與樹形分支檢索和對話框向導檢索方式相比，更為形象直觀，用戶可以快速定位所需信息，而且是最終信息，只需用鼠標點擊圖片、動畫或展品，在界面上就會彈出與該圖片、動畫或展品相關聯的圖、文、音、視等相關的信息集并提供與之相關的鏈接，實現的是云平臺上的知識集的展現，拓展了傳統檔案館的檢索功能。

（三）可以實現檔案信息的知識化

傳統的檔案編研多以文字為主，輔之以少量的圖片，且耗時，成本高，而利用云技術進行檔案信息化建設，能夠將各業務系統的數據集成到數字檔案管理系統中，對檔案信息進行全面收集和集中管理，實現超大規模的檔案信息資源共享，建設的是基于互聯網的相對開放的數字檔案館模式。再結合3D虛擬技術的在線編研可做到文字、聲音、影像、圖片、動畫等多種形式并用達到良好的藝術效果，增強了檔案匯編的可讀性和可視性，吸引更多的瀏覽者。同時保證檔案信息傳播的即時性與檔案信息大量性的傳播，也簡化了檔案匯編的出版流程，縮短了出版周期，加速了信息的傳遞速度，提高檔案信息的時效性，使檔案信息成為一種重要的知識資源，從而實現檔案價值和業務管理的緊密結合，提供的是主動式檔案編研成果服務和智能化內容導航。

（四）可以實現檔案信息利用的便捷性

在信息大爆炸時代，就必須吸引人的眼球，檔案信息要想引起人們的關注，就得提供有特色的、有個性的產品，以適應用戶多元化的服務需求。傳統的檔案文獻編輯、展覽和網站比較偏重于對檔案信息的加工，忽視了用戶的需求和與用戶的溝通，而基于云計算和3D虛擬技術的檔案信息服務正好填補了這一缺陷，也為檔案文獻編輯的咨詢服務和編研成果反饋提供了一種開放性的雙向信息傳播和溝通的渠道。首先，其直觀性能使原本枯燥的檔案信息變得生動，能夠提高人們利用檔案的興趣，激發用戶的潛在利用需求；其次，其互動交流平臺可以提供在線交流，可以提供用戶留言與聊天室等功能模塊，可以收集用戶信息，把信息傳遞給服務器端，再從服務器接受反饋信息，然后將處理好的信息發送回用戶界面，實現與用戶的互動。再次，云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務，只需連接互聯網，就可以通過云平臺為用戶提供安全保障的個性化服務，這樣就能解決數字檔案館用戶終端局限性的問題。

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2VR技術對產品工業設計的影響

典型的工業設計過程通常都是基于物理樣機，在設計和試制過程中難以避免地會陷入反復試錯的設計循環之中，這就將直接導致人力、物力的浪費和開發周期的延長。如果利用虛擬現實技術則可以減少設計過程中物理模型的數量，通過應用虛擬現實技術使產品設計的各個階段實現可視化，可以對產品的造型、材料、人機工程、裝配、檢修過程、模擬仿真、加工工藝性能等進行預測及交互式的評價和優化。由于它靈活的特性，則可對其進行實時修改和評估，使設計師、工程師、市場營銷人員、業主或其他參與者之間的交流更順暢，從而簡化設計流程，提高設計效率，給產品設計帶來全新的理念和方式。

2.1工業設計方案展示與評估

在傳統的工業設計中，設計師主要用平面的手繪圖或者不同角度的三維效果圖來表達設計思想、展示設計成果。而基于虛擬現實技術的工業設計則打破了傳統的設計模式，在沉浸式的虛擬現實環境下，交互展示設計方案，更關注用戶的體驗感，而非產品本身。在進行設計評估時，在虛擬環境中利用專業設備（3D眼鏡、頭盔顯示器、交互式手柄、數據手套等）進行交互，從而獲得逼真的體驗感。全尺寸的車輛外觀、內裝及司機室的三維立體影像能實時地顯示，甚至還可以邀請專家和業主一起參與到設計中來，通過手持控制終端激發預設的參數命令對車輛的造型、色彩、裝飾風格等進行直觀的選擇與搭配，親自體驗產品的最終效果，并對模型提出修改意見，實時觀察設計和修改過程。

2.2人機工程分析

產品的舒適性、可操作性是評價設計的重要指標。以往，對于產品的人機工程分析往往是參照相關標準來進行，再結合物理樣機進行評估。而在虛擬人機工程系統中，通過產品的三維數據和內置的人體模型數據集成，可以實時進行司乘人員的可視性、可達性、空間適應性、特定姿態的舒適性分析等。同時也可針對人體動作疲勞度的分析來校核并優化設計方案，及時發現設計方案中人機工效方面的不足，避免了設計方案在人機工效方面的“硬傷”。降低返工所帶來的時間上和成本上增加的風險，縮短設計周期，使交付評審的設計方案更為準確，更具說服力，并給予設計方案理論以及數據方面的支撐，各種評估參數也可以輸出成分析報告，并可以根據模型的修改實時更新。

2.3虛擬裝配

在虛擬裝配系統中，工作人員可以在虛擬環境下通過專用設備（立體顯示系統、頭盔顯示器、跟蹤定位器、三維鼠標、數據服、反饋數據手套）直觀地實現人與虛擬產品的交互操作，對設計的機構進行裝配檢驗，實現產品的虛擬裝配和調試，并檢查可能存在的干涉問題和其他不合理問題。

2.4虛擬試驗及制造

車輛交付使用之前，都要進行試驗，傳統的產品開發模式下，產品的各種性能實驗是通過樣機和物理模型來實現的。隨著VR技術在軌道交通行業的應用，物理試驗模型已逐步被數字模型代替，基于數字模型，不僅可以對車輛的造型、結構關系等進行驗證和評價，還可以在虛擬場景中，結合分析軟件對數字樣機進行分析計算，并實時將驗證結果展現出來。設計人員即可及時進行調整，而不必等到列車在行駛試驗進程中出現問題時再進行設計修改。虛擬現實技術還能模擬產品的制造過程，即產品虛擬制造。就是利用計算機仿真技術、信息處理技術對產品制造活動進行仿真，它不消耗現實資源和能量，過程是虛擬過程，生產的產品也是虛擬產品。虛擬制造過程包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。它是應用軟件或虛擬數控技術對加工工藝及模具成型過程進行仿真，按照設計精度等的要求，通過模擬加工，選擇最佳的刀具路徑和加工參數。通過產品的虛擬制造，對產品性能和可制造性進行預測和評價，可以在生產之前發現潛在的工藝問題，進而采取相應的措施，從而縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發成本。

3基于VR技術的工業設計流程

相比現有的工業設計流程，引入虛擬現實技術后，帶來的改善主要在以下三個方面：

1）在產品方案設計階段，應用虛擬現實技術可以實現逼真的、交互式的設計界面，用戶可以直接繪制可視化的產品數據模型。

2）在方案評估及驗證時，虛擬數字樣機讓用戶可以交互、協同地評審、分析和測試產品數據模型。

3）可以實現虛擬裝配與虛擬制造。VR技術的應用實現了新產品開發技術的一個巨大飛躍，三維交互的設計方式給設計師提供一個更直觀、更自由的工作環境。虛擬現實技術可以極大地彌補現有的CAD—RP產品開發流程的不足?；赩R技術的設計流程可以由現有的串行向并行的設計方式轉變。

4應用VR技術的優勢

1）增強工業設計手段：利用VR技術向產品開發決策者、市場營銷人員、工程師及客戶逼真地進行工業設計方案展示，將未來產品三維立體真實地呈現出來，讓參與者身臨其境的在車內外漫游，還能實時改變造型、顏色、材質，滿足不同業主的個性化需求。

2）提高產品設計質量：在產品設計階段，利用VR技術模擬產品開發全過程，預測產品性能，產品的可制造性、可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。

3）降低樣車試制成本：利用VR技術的逼真展示、人機交互、虛擬裝配、事故模擬及虛擬實驗等技術進行設計評估，減少物理樣機的試制成本。利于有效組織生產制造，縮短產品開發周期、降低成本，提升設計質量與生產效率。

4）利于售后檢修維護：利用VR技術真實展現設備的維修過程，制作虛擬樣機電子檢修維護手冊，包括維修性設計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓練實施等，以一種新型的方式讓操作員工更直觀地學習了解針對具體裝配維修的檢測維修方式。