时间：2024-02-04 16:56:54
1虚拟仿真技术的概念
虚拟仿真技术也叫做模拟技术，是利用计算机系统模拟出另一个系统，可以与人们进行交互，虚拟仿真技术是一种遵循自然界发展规律的高新技术。虚拟仿真技术可以对工程施工方案进行虚拟验证和优化，极大程度上降低了施工安全事故的发生机率，实现了的建筑工程施工成本的有效控制。虚拟仿真技术具有交互性，而且非常的逼真，它可以结合图形技术、仿真技术以及传感技术建立起虚拟的信息空间，进行人性化的模拟仿真互动，虚拟仿真技术是一种对系统动态模型的试验方法，在建立数字城市、室内设计、建筑工程施工等很多方面都应用的非常广泛。
2虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用意义
虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工过程进行模拟，在工程正式施工之前，就可以对建筑工程结构构件的位置和相对关系进行验证，准确的计算出建筑工程相关结构的应力情况，以便可以及时的对建筑工程施工方案进行优化。在选择建筑工程施工方案时，需要有一定的施工经验，这种优化方式需要建筑工程施工开始之后才能进行优化，具有一定的局限性。应用虚拟仿真技术可以在建筑工程施工之前就展现出施工效果，以便有效的选择施工方案，实现建筑工程施工的最优化。虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用有助于施工技术的创新，同时缩短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工风险。虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工全过程进行模拟，发现建筑工程存在的施工质量问题，同时也帮助施工人员对整个施工流程进行了解，可以保证施工人员的人身安全。虚拟仿真结果可以帮助设计人员对不合理的施工结构进行改进，使这个建筑工程的施工流程更加规范。
3虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用
3.1虚拟仿真施工技术在建筑工程中的应用
虚拟仿真技术可以在虚拟模型上完成建筑工程的虚拟施工，对建筑工程的施工方案合理性进行验证，确定具体施工环节的进度。传统建筑工程的施工需要根据设计人员的工作经验来制定详细的施工方案，这种根据经验制定的方案很容易产生施工漏洞，造成建筑工程的施工进度或者施工质量出现问题，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中应用虚拟仿真技术可以提前建立起建筑工程的仿真模型，对设计完成的施工方案进行验证，寻找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中应用虚拟仿真技术有效的降低了工程施工的成本，并保证了建筑工程的施工质量。虚拟仿真技术还可以根据施工现场的具体情况，对建筑物周边的道路、场景等进行渲染处理，并利用计算机对建筑工程的具体环境进行实时交互，也可以深入到整个建筑模型当中，对建筑物的内在环境进行观察，有利于建筑工程设计人员对建筑图纸进行有效的修改。设计人员可以感受到自己设计的成果建设完成后的景象，并对建筑结构的相关功能进行检测，使设计者可以更加精确的了解建筑工程中各个结构部件的位置以及相对关系，使设计人员对建筑工程设计的更加全面，实现了对建筑工程施工过程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三种围护结构方案，通过虚拟仿真技术对三种围护方案的能耗进行分析，最终可以选择出最佳的节能围护方案。
3.2虚拟仿真技术在复杂钢结构施工中的应用
建筑工程中的复杂钢结构是整个施工过程中最为关键的环节，因为建筑钢结构是单独的钢制构件拼接在一起，不同钢结构的受力情况和承载力都是不同的，在不同的施工阶段钢结构的平衡性也是不同的。钢结构的特殊性就需要保证安装过程的严谨，一旦钢结构的设计或者安装出现差错，会导致建筑工程的整体受力情况受到影响。钢结构的精准施工可以实现对建筑工程的施工指导，避免增加无效的施工成本。在对复杂钢结构进行施工时，仅依靠施工人员的经验是不可能完成的，但是虚拟仿真技术弥补了复杂钢结构施工中存在的不足，可以对复杂钢结构的构件位置进行精准定位，并实现对钢结构施工的全过程跟踪，实现施工过程的有效控制，降低建筑工程施工事故的发生机率，有效提高建筑工程的经济效益。在对复杂钢结构进行施工时，虚拟仿真技术可以使建筑工程实现最优化施工。
3.3建筑工程施工过程中三维动画技术的应用
传统的建筑工程施工，施工进度只能依靠施工人员的经验进行判断，不能对施工过程进行针对性指导。而在建筑施工过程中应用三维动画技术，可以将施工全过程利用高仿真动画的形式展现出来，并着重体现出施工过程中的重点和难点，使施工人员在建筑工程施工之前就可以了解到施工过程中的每个细节，注意到施工过程中的注意事项。三维动画技术在虚拟仿真技术中属于比较低端的技术，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重复更改和修理，加快了建筑工程的施工进度，使建筑工程的施工质量得到有效的提升。中央电视台新址以及上海环球金融中心在施工过程中都应用了三维动画技术。
3.4模拟仿真技术在建筑工程施工安全中的应用
模拟仿真技术可以实现对建筑施工方案的最优化控制，传统的施工安全控制不能对施工方案进行优化分析，所以不能发现施工方案中存在的问题，但是通过虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工方案进行模拟演练，发现施工过程中可能出现问题的部位，并利用三维动画技术对问题部位进行动画演示，以便制定有效的安全预案和相关的应急措施，以便发生安全事故时可以将建筑工程的损失降至最低，避免造成严重的施工安全事故。施工人员也可以借助虚拟仿真技术进行安全演练，增加施工人员的安全防护能力，进一步提高了建筑工程的安全水准。
4虚拟仿真技术在建筑工程施工中的实现
在建筑工程施工中应用虚拟仿真技术首先要建立起虚拟场景，并各具各个结构部位的不同特征，建立起相应的细节模型。在所有的细节模型建立完成后，通过内部联节点将所有的结构部件拼接成一个整体，并将地物造型与原有的地形结构紧密结合在一起，完成整体效果图的建立。虚拟仿真场景中，为了增加建筑工程虚拟模型的真实感，可以对虚拟模型进行交互设计，通过不同的指令，设计人员可以在模型中进行自由移动。设计人员可以在虚拟方则仿真平台内对建筑工程相关结构的施工轨迹进行定位，例如在对复杂钢结构进行施工时，仿真模型可以对吊装过程进行交互仿真，将各种二维数据全部输入到三维模型中，实现复杂钢结构的虚拟施工。这种方法提高了建筑工程施工的可视化效果，使相关施工方案可以更加直观的表达出来，同时也可以对施工过程中重点位置进行分析，制定针对性的施工措施，有效保证建筑工程施工项目的顺利进行，让建筑工程的技术交底更加全面，促进了建筑工程施工的发展。
5结论
关键词 职业院校；虚拟仿真；实训资源
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2012）33-0004-04
1 引言
为贯彻落实北京市教育委员会《关于北京“十二五”时期职业教育信息化规划》的文件精神，利用云计算技术、3G无线网络技术、虚拟现实技术和物联网技术——这些技术催生了应用，应用孕育了技术，探索开发职业院校的虚拟项目、虚拟工艺、虚拟流程、虚拟实验、虚拟车间、虚拟工厂，形成虚拟对象与真实对象的有效对接，虚拟实训与真实实训的有机互补，全面提升职业院校的实训教学的可操性、实效性，避免危险性，降低高成本性、不可逆性和高耗费，为实验与实训提供有力支撑。
2 虚拟实训资源
虚拟实训的概念是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察、操纵、建构其中的对象，使他们获得类似真实的体验或者掌握知识理论体系的规律。
目前虚拟实训资源是非常丰富的，各大公司开发了很多虚拟仿真软件与开发平台，尤其是网络版游戏仿真软件风起云涌，给开发商和网吧的投资者带来丰厚利润。而职业教育的虚拟仿真软件与开发平台显得相对匮乏，这是因为职业教育涉及各行各业，一个权威的、界面友好的、能满足各种用户需求的仿真平台编辑器尚未产生，而能满足某一领域的虚拟仿真软件与开发仿真平台编辑器很多，如Pro E机械三维仿真平台、VR-Platform三维互动仿真平台和Tina电子线路三维互动仿真平台等。这是因为虚拟技术具有沉浸性、交互性、构想性特征：沉浸性指人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中，由观察者变为参与者，成为虚拟现实系统的一部分；交互性指是人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互，如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的对象发生交互关系；构想性指人能从虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想。上述这些软件都能满足沉浸性、交互性、构想性的特征。
3 职业教育虚拟仿真四层步骤
3.1 专业仿真软件的应用
专业仿真软件很多，其特点是：在调试上，面向图符对象的仿真软件，不须任何编程学习，只需要填充控件或对象，就能仿真大量的应用系统，几乎囊括现代所有领域的可视化、动态仿真系统、图符表示的功能模块。目前职业院校的教师在授课中常使用各自专业的虚拟仿真软件进行辅助教学。例如，TINA Design Suite v8专业仿真软件是针对电路分析、设计和实时测试的软件，它功能强大，易用性极高，具有模拟、数字、VHDL语言、单片机、电子电路和混合电路板以及PCB Layout布线仿真设计环境。学生可以便捷地快速分析开关电源、射频、通讯、光电电路的各种真实情况，生成和调试使用集成的微控制器代码流程图，并在混合电路的微控制器应用环境中进行联动测试。
TINA仿真系统独特之处在于可以通过USB总线控制的TINA Lab II硬件，使计算机变成一个强大的多功能测试与测量仪器，完成从“设计需求”到“物理实现”的自动化设计过程。TINA技术大致分为电气原理图设计输入、混合电路仿真分析、PLD设计、印制板（PCB）自动布线设计等环节。学生会发现TINA是一个易用性极高的高性能电子电路仿真设计工具，而教师更喜爱TINA中包含的结合仿真内核的训练环境等独特功能。如图1、图2如示，分别是电路原理图和面包板上实物元件连线、电路原理图在面包板和PCB仿真。
另外，Pro E仿真软件在机械零件、装配及工艺处理上有强大功能，这些仿真软件在行业内是工程师工作的主要工具。但是这些仿真软件都具有强烈的专业性，专业之间互通较少。还有VMware Workstation虚拟机软件、硬盘分区、Boson NetSim模拟器等仿真软件。
3.2 具有开发功能的专业仿真软件的应用
目前社会上大型3D游戏仿真软件已经很多，制作这些仿真软件的公司开始瞄准职业教育市场，推出许多虚拟仿真软件，它的特点是可以针对不同专业，根据教师的专业需求，设计出某专业课的某些知识点和实训项目的仿真。
首先，采用仿真技术研究可节约大量的研究经费，在一定程度上可替代真实的测试技术研究，至少可以起到相当的指导作用。
其次，能够帮助科研单位把科研工作中积累的许多宝贵知识和经验加以总结，建立相应数据库，得以长期保存和便于检索。
第三，全三维的场景交互有很好的可视作用，其直观性和可交互性得到良好的体现。
例如VR-Platform三维虚拟现实平台软件，该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，可广泛应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、互动广告设计、军事模拟等行业，它的出现将给正在发展的3D仿真产业注入新的活力。
VR-Platform的目标是：低成本、高性能，让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维的新乐趣，能与自己专业有效融合。
VR-Platform具有良好的系统架构，无论是学生、教师，还是软件开发人员，都可以在不同层次上以不同的开发方式，开发出满足自己需要的各种应用程序。如图3所示，航模发动三维运行与零件装配仿真。
在进行仿真专业课程制作过程中要以行业需求为基准，以专业实训要求为依据，根据不同的行业特点探索行业通用性的操作规范，确保开发的课程能够得到行业认可，最终建立起一批满足行业要求，符合企业操作流程和规范的虚拟技术实训资源。要建立一套完整的虚拟技术实训中心，其硬件条件可根据学校不同条件自行组织，建议釆用主动式立体投影机、无缝软边融合技术的沉浸式环幕、虚拟现实成像及播放仿真平台系统——三通道环幕立体投影系统、高端VR专业图形工作站等设备。
虚拟技术（Virtual Reality）是借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。它是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术等领域。它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者自然地对仿真世界进行体验和交互，最终使得参与者产生身临其境的感觉，并且能直接参与该环境中事物的变化与相互作用。其最大特点是根据教师的不同专业需求，设计出精美的3D仿真。如图4所示，旅游专业介绍圆明园正大光明景区虚拟3D仿真。
3D技术模式主要釆用max、3ds、flt、obj、dxf、dwg、dem，其中flt文件格式是专业虚拟仿真软件MultiGen的专业格式，在实现过中，定义一个3DS Object类就可实现三维建模与仿真。
3.3 物理介入式的仿真软件的应用
由于仿真软件平台开发人员大多是软件工程师，应用仿真软件平台人员只需要关注脚本的编写和项目的真实可操作性，如需美观应要大量的照片，也称之为皮肤，增强3D的可视性。但是人们又提出更进一步的要求——实物操作与虚拟仿真一一对应，而且要求仿真软件能够控制实物的动作，甚至能模拟或预测实物动作的危险，如核燃料棒的泄漏、地震等。这就要求实物的动作过程中有大量的传感器的物理量，经过V/I转换，以及RS232或485的通讯协议，与仿真软件平台中的I/O函数构成事件，形成仿真软件能够控制实物的动作。以机器人为例，如图5所示。
目前通用开发型的仿真软件平台是通过游戏软件移植过来的，已有游戏手柄，它是一种开关量，利用GeyKey（）函数就能调用，还有一种是游戏手套，手套内放置了压力传感器可模拟CS游戏中许多武器的仿真。所以说物理介入式仿真软件的开发应用已近在眼前，但是难度较大，这不但需要开发人员与设计应用人员必须具备软硬件的综合素质，而且应具备相当水平的美术观。
有实物介入式计算机仿真系统将成为职业教育仿真实训教学中的又一个亮点。随着实训仿真技术的发展，实训内容、实训手段、实训设备将发生变革，传统的校内、外实训基地模式将向校内、外实训基地与虚拟实验实训相结合的教育实践模式发展。职业教育对仿真技术的需求异常迫切，这必将会带动一批人加入到仿真在职业教育中的应用研究队伍之中。
3.4 全场景式真实仿真软件的应用
1）大连海事大学船舱模拟驾驶仿真系统。该船舱模拟驾驶仿真系统是仿真的最高境界，实现了实物与虚拟的有机结合。笔者参观了该实训中心，但是没有图片，只能粗略地分析船舱模拟驾驶仿真系统。它是在原有的机舱三维模型基础上，采用MultiGen Creator对相关设备的可操作部件重新建模，并依需对其进行层次结构优化；结合船舶机舱的具体情况，采用Vega对船舶虚拟机舱内相关技术进行实现；并在MFC平台上开发具有实时仿真及交互控制功能的视景仿真系统。
概括起来，该船舱模拟驾驶仿真系统主要包括以下几个部分。
①自定义运动模型的实现。对自定义运动模型的设计思路作了详细分析，并实现了一种运动模型。
②虚拟驾驶舱碰撞检测的实现。对虚拟驾驶舱碰撞检测模型的Volume方法的设计作了详细分析，对碰撞检测模型实现总流程作了详细规划，设计出一种结合BUMP和Z的碰撞检测方法。
③对虚拟设备进行拾取操作的实现。对进行设备拾取操作前的模型部件的创建和处理方法作了详细讲述，并根据机舱内部模型部件的特征，制定操作方案，最后实现模型部件操作和SE2000之间的通讯。
④基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统相关功能的实现。对在MFC上的系统总体实现流程做了详细规划，并讲述了基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统的相关功能的实现方法，如用户视点在各虚拟设备间切换、视景仿真窗口的全屏显示、场景中各参数能根据用户需要进行设定等。
2）北京石油化工学院的炼油厂模拟仿真。该工业仿真系统是针对真实工业系统的复杂工艺推出的加水模拟系统的解决方案，用实时三维可视化的方式，有针对性地解决工业领域中展览展示、宣传介绍、实时监控、技能培训及技术服务等方面的难题。
该工业仿真系统用真实和缩小的系统模拟了炼油厂的工艺各系统及整体厂区环境外观，并模拟仿真了各设备的结构、工作过程。同时，该工业仿真系统还综合了OpenGL技术、数据库，以及其他多媒体技术、程序开发技术、显示技术、互动控制技术、网络技术。笔者参观了该实训中心，但是没有图片资料，故而也只能粗略地对其进行分析。
①展示功能：可模拟展示工艺系统、机械设备的外观、结构、性能、工作原理等。
②互动功能：可与操作人员互动，具有较好的操作性，操作人员可以第一人称的方式随意地浏览、展示、学习；
③体验功能：操作人员可体验真实工艺系统和设备的所有功能（操作使用、安装施工、故障排除等）。
④教育功能：具有完整的知识库，并具有完善的教育功能（教学、指导、培训、实训、考核）。
4 职业教育虚拟实训资源开发的方法
4.1 成立虚拟实训中心
虽然职业院校虚拟仿真软件的开发与应用都已展开，但大多是教师的个人行为，没有形成职业院校自己的特色，绝大多数的虚拟仿真软件都是购买公司的产品或定制的。在此，笔者提出虚拟实训资源开发的方法。
1）由院、系两级实训基地构成。
2）建议成立院级虚拟实训管理中心，由教务处和信息中心联合管理，系部虚拟实训基地由各系部及相关专业教师组成。职责与任务：教务处负责管理实训中心总体方案制定及相关文件的起草；信息中心担负基于网络环境下的软硬件技术实施和支撑；具有虚拟仿真软件专业背景的教师负责学院虚拟教学的教研和教改工作；同时职业院校的系部负责对各专业的课程、项目、虚拟实验进行宏观指导。
3）各系以专业为依托，构建其虚拟实训基地，由主管实践教学的系主任直接负责。
4）建立专业或专业群的虚拟实训实验室
5）开展对口企业合作
4.2 虚拟实训的方案
1）对来源于实际企业或单位的工作任务或子任务进行虚拟，实现部分核心技能的核心教学；
2）对专业有关实际岗位的某些技能或操作进行虚拟仿真；
3）对某些技能证书的考核环境及操作进行虚拟仿真，实现技能证书的高通过率；
4）对源于企业的真实设计方案、设计工艺、流程、设计策略或算法进行虚拟仿真，实现计算机类的课程实践教学；
5）对源于企业岗位的操作流程或操作规范进行虚拟仿真，实现基于网络环境下就业岗位的实训需求；
6）建立与真实企业环境一致的虚拟工厂和车间，实现校内生产实训和企业实际生产的有机统一。
4.3 提交虚拟实训的成效及成果
1）有关虚拟实践的教学设计、教学方法、教学手段和科研论文；
2）有关学生虚拟实践的作品与成果；
3）有关虚拟实践的仿真平台编辑器建设或案例展示；
4）有关虚拟实践的教学科研立项与成果；
5）有关虚拟实践的教材与专著；
6）有关虚拟实践教学的专业建设、课程建设、基地建设的整体方案及成功经验。
4.4 虚拟实训的教学模式
1）构建“理论学习——虚拟演练——实操训练”的教学模式；
2）虚拟仿真教学能将抽象理论形象化、直观化；
3）虚拟仿真教学为学生提供自由探索的学习环境，培养学生认知能力、理解能力和创新能力。
5 结论
虚拟仿真建设解决方案是特别针对教学资源建设要求和标准进行顶层规划和设计的，虚拟仿真平台编辑器是促进主动式、协作式、研究型、自主型学习，形成开放、高效的新型教学模式的重要途径，是示范性院校和骨干院校展示和推广本校教学改革成果的重要平台。
虚拟仿真平台编辑器是以资源共建共享为目的，以创建精品资源和进行网络教学为核心，面向海量资源处理，集资源分布式存储、资源管理、资源评价、知识管理为一体的资源管理仿真平台编辑器。该编辑器实现资源的快速上传、检索、归档并运用到教学中，实现资源的多级分布式存储、学校加盟共建等，具有虚拟仿真建设管理并能实现精品课程资源和网络教学之间无缝联接。
1）技术特点。虚拟仿真架构合理，安全可靠，具有先进性、实用性、开放性、通用性、标准化等特点。
2）先进性。虚拟仿真平台编辑器运用国际主流的技术，具有先进的技术方案，提高系统的生存周期和运用。
3）规范性。基于国际、国家、行业标准，实现资源的互通互导。根据专业教学资源内容、形式、标准、所需存储空间等特点，遵循通用的网络教育技术标准，通过网络开发和数据库技术，将虚拟仿真资源集成为资源库。
4）安全性。系统方案中考虑的安全策略和安全机制包括：根据不同的业务要求，采用不同的安全措施；设备、数据介质等某些关键部分考虑备份和冗余配置，保证其发生故障时不影响整个系统的正常运行等。
5）开放性。采用.net开发架构和三层B/S系统结构，实现跨越UNIX、LINUX和Windows仿真平台编辑器运行。
6）扩展性。在硬件方面，对用户设备支持对系统进行灵活配置和组合，相关软件能方便地升级和更新，系统容量保证满足用户量的考虑；在软件方面，提供二次开发功能函数包，适应不断拓展的应用空间。
7）自主学习。提供完善的讲授型网络课程库、多媒体课件库、素材和案例库、专家答疑辅导系统，使用者可以自主完成专业课程学习。
最后感谢大连海事大学、北京石油化工学院、北京掌宇集电科技有限公司、中视典数字科技有限公司和北京森汉科技有限公司提供的有关资料。
参考文献
[1]王洪兴.虚拟现实技术在高等职业教育中的应用探讨[J].中国教育技术装备，2011（30）：132-133.
[2]续志学.关于高等院校建立虚拟教学实验室网络平台的探讨[J].中国教育技术装备，2011（18）：124-126.
[3]杨勇，董晓辉.西部高校发展虚拟实验的必要性与可行性研究[J].中国教育技术装备，2012（15）：6-9.
关于档案的保护，特别是涉及具有重要社会价值与历史价值的珍稀档案保护的问题，除了档案原件修复之外，往往会提到仿真复制这种技术保护措施。社会信息化、数字化的深入发展与广泛应用，使档案仿真复制对新技术的要求不断增强，为了使档案复制件呈现更佳更理想的效果，传统复制方法不断改进，结合了数字技术等高新科技手段，复制工艺水平有了很大提升。一般而言，较为常见的档案形态有两种，“纸质”与“实物”，而档案仿真复制必须依据原件的实际形态（纸质或非纸质）、保存现状，采取科学合理的技术手段进行复制，本文将结合目前数字技术、三维激光扫描技术、虚拟现实技术等科技特点，探讨相关高新技术措施在不同类型档案复制中的应用问题。
1 档案复制的意义与数字化的作用
档案的保护与利用，两者关系密切又对立。利用档案的时候，必定会对原件造成损害，这是客观事实。档案保管的最终目的是利用，并在利用中发挥其内在的社会价值，但是档案的不可再生性及唯一性限制其目的，因此，采用仿真复制手段能一定程度弥补这一缺点，它免去原件在酸度、湿度增加的环境中受到腐蚀的风险， 提高了利用率，平衡了档案保护与利用两者的关系，延长了档案原件的寿命。再者，档案的仿真技术能为各类陈列展览提供复制件，这是档案开放的一个重要形式。档案馆或纪念馆会根据情况举办各种形式的展览，档案作为历史素材与历史依据，是展览不可缺少的重要组成部分，应用仿真复制技术， 对划入展览计划的档案原件进行仿制，用复制件替代展出，能避免对原件的损害，增强档案实体保护，同时达到逼真的艺术效果。科学技术在档案仿真复制中的应用日益广泛，逐渐成为档案现代化建设的一个重要组成，这种应用方式可理解为以数字技术、虚拟技术等措施对档案原件进行数字化处理，以数字形式再现原件，并采取科学的输出技术仿真复制的过程。有两个方面的优势：
1.1 增加档案原件的安全性
档案的价值体现于应用，以数字形式再现原件，使档案被间接利用，减少了原件受损、被盗的情况，特别是珍稀的历史档案原件，在展览时若丢失或被盗，会给国家部门造成重大损失，数字形式再现原型，或者以数字形式为模板的仿真复制件作为展览道具，能有效保护档案实体安全。
1.2 方便保存与迁移
档案经过数字化、虚拟化加工后便具备电子文件的数字信息特征，具有游动性、共享性、易操作性、复制性与迁移性等多种特性，且不受时空限制，有效存储保护完整的档案信息。对于沿海地区、地震或其他自然灾害高发地区的档案部门来说尤其重要。
2 纸质档案仿真复制策略
传统的纸质档案仿真方法可分为临摹、木刻水印、坷罗版印刷等，对档案形态有针对性要求，如临摹针对壁画、油画等绘画种类，木刻水印针对中国画与书法。由于复制成本高、生产周期长、效率低等因素影响，传统的复制方法现已较为少用，或见于商业途径，如荣宝斋利用其列入“部级非物质文化遗产”的木刻水印技术制作名人书画复制件，作为艺术品销售。相比较，运用现代数字技术、印刷技术制作的仿真件，因成本低廉、生产时间短、灵活性高、图像效果好等优势，备受推广。数字仿真复制的主要环节包括：图像采集、图像处理、图像输出、后期加工及色彩管理五个方面。 [1]色彩管理是复制过程的关键与核心。
2.1 数字图像采集
数字图像采集是指使用扫描或拍摄等手段，对档案画面进行高精度全真色彩数字化采集，将原件模拟信息转换为数字信息的过程。它是整个复制工作的基础步骤，采集图像的质量直接影响下一个工作环节，特别是对于色彩要求高的纸质档案（如绘画）要选用专业扫描仪、高精度数字采集系统对其进行扫描处理，以保证采集图像的效果与质量。
2.2 数字图像处理
该环节是通过Photoshop、Indesign等专业图像处理软件，运用高端计算机设备对采集的数字画面进行分析、调整、修正、锐化等处理，使数字图像的色彩精度、细节表现贴近原件。按照数字化方法，可采取不同处理方式，如去污、清除、校正、修补、拼接等技术手段。为了保证图像处理的精度与工作效率，图像处理工作站的配置要根据实际情况进行优质选配。
2.3 数字图像输出
是指使用专业的打印设备（打印机、喷绘仪等输出设备）、打印管理软件，把已处理的数字图像输出到不同形式载体上，再现档案原貌的过程。数字图像的输出要把握处理好，输出墨量控制、输出介质选择要切合原件实际需要，要按照图像幅面大小，选用不同型号打印设备。
2.4 后期处理
复制工作的最后环节，是对打印输出的仿真件做进一步加工细化处理，包括裁剪、磨边、做旧、装裱等办法，尽可能使仿真复制件与档案原件外貌保持高度一致，达到逼真效果。
2.5 色彩管理
色彩管理是以色彩空间变化为核心的色彩控制技术，它通过色空间转换来实现色彩逼真再现。色彩管理是数字技术在仿真复制应用中的关键核心环节，它贯穿了整个复制流程的色空间转换，仿真工作要求色彩信息在图像采集、处理、输出过程中颜色保持一致，但是色彩在传递过程中涉及对色彩的表达方式不完全相同的软硬件环境，因此要保持色彩信息传递过程中的一致性和稳定性，必须实施标准化管理。目前较为常用色彩管理软件有ProfileMaker，它可创建和编辑优质、可靠的ICC配置文件，将色彩成像工作流程的各环节连接起来，有效实施色彩管理的参数控制，确保色彩精确一致，图1。
图1 色彩管理控制
3 实物档案数字化复制策略
实物档案的概念一直以来存在不同的理解，有肯定说，也有否定说或折中说。搁置争论点，在档案实际管理过程中，我们不可避免要面对档案实物的存储与保护问题。特别是一些历史文化价值高的珍贵实物档案，其状态与性质甚至接近文物，对于这类档案，使用数字化等高技术手段进行合理的复制保护，具有重要的现实意义。与纸质档案一样，实物档案同样面临保护与开发利用问题，由于其形成带有一定的偶发性，以致收集的不确定与不可预知，档案形态复杂多样，有石膏、陶瓷、玻璃、金属等多种复合材质，结构、体积、大小不一，给档案的保管利用带来一定困难与风险。[2]因此有学者提出利用信息化政策、技术，实施档案数字化，能有效解决珍贵历史实物档案的保护问题。笔者认为，目前涉及的技术方式主要有三种：三维激光扫描技术、虚拟现实技术与快速成型技术。
3.1 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术又称实景复制技术，是一种先进的现代测量绘图技术，它对虚拟视景和模型生成实现了技术拓展，提供了简化模型构造的可能。对于实物档案而言，其工作原理是：仪器把激光脉冲发射到实物上，对其整体或局部进行多角度全自动高清度逐点测绘，通过记录被测物件表面大量而密集的三维坐标信息（x，y，z）、RGB颜色信息和反色率信息，获取它的线、面、体、空间等三维点云数据，以具有一定分辨率的空间点云图来表达物体表面的采样结果，然后经过点云处理及三维逆向建模，最终重建物件的真实视景世界。三维激光扫描技术的显著优势是能深入到任何复杂的现场环境中进行作业，比较适合雕塑实体档案的扫描数字化处理。雕塑的形状比光洁的工业造型物件要复杂，存在大量的扫描盲点，如皱折的衣服纹理、弯曲的手臂内侧等，用函数曲面来准确表达数据很困难，为了还原实物真实性需要保留表面坑洼的肌理效果，因此3D扫描技术在细节处理上能贴切反映物件原状。现在的三维激光扫描仪都是针对工业逆向技术开发的，常见的逆向工程软件有Rapidform和Geomagic Studio，这类软件因使用新一代运算模式，缩短了处理数据时间，对扫描品质有显著改善。三维激光扫描技术当前应用面广泛，在多个领域得到推广，典型的例子有：美国斯坦福大学、华盛顿大学与Cyberware公司合作完成的数字化米开郎基罗计划，该计划使用激光扫描仪记录了十座米开朗基罗塑造的大型塑像，包括著名的大卫像。经过三维激光扫描设备技术处理后，实物档案形态由现实模拟信息转化为虚拟数字信息，具备了一般数字信息的特征，如复制、保存、迁移、备份等，时空限制性减弱，传播与利用通道拓展，便捷性增强，其价值得到更好实现与传承。
3.2 虚拟现实技术
虚拟现实技术又称灵境技术（英文简称VR），是利用电脑模拟构造一个三维虚拟空间，生成具有视觉、听觉、触觉等多种感知的模拟环境，让使用者如身临其境般体验交互式视景仿真和信息交流。它有三个关键特征：交互性（Interactivity）、沉浸感（Immersion）和想象力（Imagination），也就是“3I”特性。[3]VR技术不是一种单一技术，是综合计算机图形技术、计算机仿真技术、人机交互技术、传感器技术、立体显示技术等多种科学技术构成的。它的实施过程包括四个方面：数据获取、虚拟环境建模、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术。传统VR中的视景生成办法比较简单，获取数据是通过二维摄像（拍照）取景，再由电脑三维视景整合而成，仿真结果的逆向还原工作受到限制，缺少对物件原始数据的全面实测，数据与真实之间存在一定偏差。[4]上文提到的三维激光扫描技术能有效填补这一缺陷，使获取到的点云数据切合物件真实性，以利于逆向反求工程的实施，因此，结合3D扫描技术，虚拟现实技术的瓶颈得到突破与拓展，促使跨领域的推广应用步入实质阶段。VR技术作为一种前沿技术，在文物保护方面已取得初步成效，如近年的“数字长城”、“虚拟紫禁城”等项目。基于虚拟的现实环境展示文物的方式能让受众得到真切的场景感受，是爱国教育、历史教育、认知教育行之有效的办法，对重要的国家文物起到良好的保护作用，是文物开发延伸的一种先进技术手段。在技术不断更新与成本逐渐下降的前提下，VR技术应用于档案管理领域，用于保护实体档案，特别是历史价值大的实物档案，是一种潜在可能，符合社会与科技发展的总体趋势。
3.3 快速成型技术
快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing， 简称RP），是20世纪80年代中后期兴起的，利用材料逐层迭加堆积成型的原理来制造产品的工业制造技术，可以扼要归结为“分层制造，逐层叠加”。现时常说的3D打印技术，是快速成型技术的一种典型代表。RP集合了数控技术、激光技术、机械工程、软件技术和新材料等多学科于一体，是由CAD 模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体技术的总称。[5]它的基本过程是：由三维软件平台设计出计算机实体模型（CAD模型），根据工艺要求将其按一定规则进行离散（又称分层）， 把三维电子模型变成二维平面信息， 在微机控制下， 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型，得到一个三维物理实体。关键环节有：三维CAD造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。[6]再者，CAD模型的获取方式可结合上文所述，利用三维激光扫描技术，通过对物件进行多维度的立体色彩扫描，以获得实体的点云数据，借助逆向反求工程，按照实际测绘重构曲面信息，建造CAD 模型。快速成型技术主要应用于制造工业，现时在文物复制修复方面也较常见，并逐步在医药、农业、文化等领域迅速推广，特别RP典型代表3D打印技术，它因精度高、打印成本相对低廉等特点，受到各行业的青睐与关注。基于历史原因，我国档案管理部门积累形成了大量珍贵的实物档案，有些几近文物的价值，类似这种情况，利用3D打印技术对其仿真复制亦是保护思路的拓展。目前而言，3D打印设备、成型材料等价格仍较高，特别是成型材料价格高昂，当前研究的重点转为材料方面的开发与应用，以探求降低其成本的方法。基于此，利用RP制造实体档案复制件的应用方式在短期内推行不符合现实需求，但作为“第三次工业革命技术”，RP其效率性与优点是十分显著的，它为未来科技发展提供了一种可行的研究方向，值得档案部门的重视和关注。
4 结语
数字技术、3D激光扫描技术、虚拟现实技术、快速成型技术等高新科技的发展进步，为历史档案的仿真复制工作提供了更为便捷的选择，尤其是数字技术，它使档案在形式载体上发生根本性的变化而转换为数字信息，这种新形态的出现标志着档案事业发展的一种根本性转变，档案的管理不再局限于实际物件，同时也包括数字虚拟信息，这是对当前档案管理工作提出新的思路与探索。如前文所述，多种高新科技的应用，亦可理解为对数字信息的深层次开发，无论哪种技术哪种档案载体（纸质或实物），在复制工作开展前期，都要转换为数字形态。
总的来说，以数字技术等高科技手段制作的仿真复制品，在效率方面表现出显著优势，仿真效果与传统方法制作的复制件比较，更为理想、逼真。目前，色彩管理技术、三维激光扫描技术应用于档案的复制保护已经具备足够的社会条件，可加以推行，但是由于技术成本偏高、技术环境不成熟等诸条件受限，把虚拟现实技术、快速成型技术应用于档案实际工作，短期内存在一定困难，对于一些历史因素复杂，社会经济价值特别高的实体档案，我们可在策略上做大胆的尝试与技术创新，也是对档案事业未来发展的探索与期待。
【参考文献】
[1]栾宁丽，孙冀宁，刘敏华.数字影像技术在档案（字画）高仿真复制工作中的应用[J].数字与影像微缩，2011.3：1-2.
[2]邓羽.虚拟现实技术在实物档案管理中的应用初探[J].兰台世界，2013，1（中）：24-25.
[3]王晨晨.虚拟现实技术及其在图书馆的应用[J].图书馆学研究，2011.10：33-37.
[4]蒋定定，王长力，王玉菊.三维激光扫描与虚拟现实技术[J].电子世界，2012，10：30-31.
[5]辜勇，刁燕，李伟.快速原型技术在考古工艺品修复与仿制中的应用[J].机械，2005.4：19-46.
[6]牛爱军，党新安，杨立军.快速成型技术的发展现状及其研究动向[J].热加工工艺，2008.5：116-118.
[7]黄平.扫描技术在雕塑领域的运用[J].雕塑，2010.4：22-23.
[8]李晖，吴禄慎.三维激光扫描技术在虚拟现实中的应用[J].南昌大学学报，2007.9：239-242.
【摘 要】高科技的发展为珍贵历史档案的复制保护提供了新的选择，传统复制方法面对技术的革新存在明显不足与短板，以技术推动革新是档案事业的发展大势，目前，数字技术、三维激光扫描技术、虚拟现实技术、快速成型技术等高科技不断发展成熟，被广泛应用于多个领域，为国家带来巨大的社会经济效益，尽管现时无法全部应用于档案的实际工作，但技术优势不应忽视，值得深入研究与探索。
【关键词】档案复制；数字技术；三维激光扫描技术；虚拟现实技术；快速成型技术
On Replication and Protection of Valuable Historical Archives
――Application of Digital Technology and Other High Technologies
CHEN Yong-bin
（Guangzhou Academy of Fine Arts，Guangzhou Guangdong 510261，China）
【Abstract】The development of high technologies provides solutions for replication and protection of valuable historic archives. Traditional method is of shortcomings in replication compared with the technology innovations. Therefore， pushing forward innovation in archive undertaking by technology is the trend. At present， digital technology， three-dimensional laser scanning technology， virtual reality technology， rapid prototyping technology and other high technologies have been developed more and more maturely and been widely applied to many fields， bringing large social and economic benefits to countries. Although， at current these technologies cannot be all applied into archive business， their advantages should be carried out with in-depth researches instead of being ignored.
【Key words】Archive Replication；Digital Technology；Three-dimensional Laser Scanning Technology；Virtual Reality Technology；Rapid Prototyping Technology
0 引言
关于档案的保护，特别是涉及具有重要社会价值与历史价值的珍稀档案保护的问题，除了档案原件修复之外，往往会提到仿真复制这种技术保护措施。社会信息化、数字化的深入发展与广泛应用，使档案仿真复制对新技术的要求不断增强，为了使档案复制件呈现更佳更理想的效果，传统复制方法不断改进，结合了数字技术等高新科技手段，复制工艺水平有了很大提升。一般而言，较为常见的档案形态有两种，“纸质”与“实物”，而档案仿真复制必须依据原件的实际形态（纸质或非纸质）、保存现状，采取科学合理的技术手段进行复制，本文将结合目前数字技术、三维激光扫描技术、虚拟现实技术等科技特点，探讨相关高新技术措施在不同类型档案复制中的应用问题。
1 档案复制的意义与数字化的作用
档案的保护与利用，两者关系密切又对立。利用档案的时候，必定会对原件造成损害，这是客观事实。档案保管的最终目的是利用，并在利用中发挥其内在的社会价值，但是档案的不可再生性及唯一性限制其目的，因此，采用仿真复制手段能一定程度弥补这一缺点，它免去原件在酸度、湿度增加的环境中受到腐蚀的风险， 提高了利用率，平衡了档案保护与利用两者的关系，延长了档案原件的寿命。再者，档案的仿真技术能为各类陈列展览提供复制件，这是档案开放的一个重要形式。档案馆或纪念馆会根据情况举办各种形式的展览，档案作为历史素材与历史依据，是展览不可缺少的重要组成部分，应用仿真复制技术， 对划入展览计划的档案原件进行仿制，用复制件替代展出，能避免对原件的损害，增强档案实体保护，同时达到逼真的艺术效果。科学技术在档案仿真复制中的应用日益广泛，逐渐成为档案现代化建设的一个重要组成，这种应用方式可理解为以数字技术、虚拟技术等措施对档案原件进行数字化处理，以数字形式再现原件，并采取科学的输出技术仿真复制的过程。有两个方面的优势：
1.1 增加档案原件的安全性
档案的价值体现于应用，以数字形式再现原件，使档案被间接利用，减少了原件受损、被盗的情况，特别是珍稀的历史档案原件，在展览时若丢失或被盗，会给国家部门造成重大损失，数字形式再现原型，或者以数字形式为模板的仿真复制件作为展览道具，能有效保护档案实体安全。
1.2 方便保存与迁移
档案经过数字化、虚拟化加工后便具备电子文件的数字信息特征，具有游动性、共享性、易操作性、复制性与迁移性等多种特性，且不受时空限制，有效存储保护完整的档案信息。对于沿海地区、地震或其他自然灾害高发地区的档案部门来说尤其重要。
2 纸质档案仿真复制策略
传统的纸质档案仿真方法可分为临摹、木刻水印、坷罗版印刷等，对档案形态有针对性要求，如临摹针对壁画、油画等绘画种类，木刻水印针对中国画与书法。由于复制成本高、生产周期长、效率低等因素影响，传统的复制方法现已较为少用，或见于商业途径，如荣宝斋利用其列入“部级非物质文化遗产”的木刻水印技术制作名人书画复制件，作为艺术品销售。相比较，运用现代数字技术、印刷技术制作的仿真件，因成本低廉、生产时间短、灵活性高、图像效果好等优势，备受推广。数字仿真复制的主要环节包括：图像采集、图像处理、图像输出、后期加工及色彩管理五个方面。 [1]色彩管理是复制过程的关键与核心。
2.1 数字图像采集
数字图像采集是指使用扫描或拍摄等手段，对档案画面进行高精度全真色彩数字化采集，将原件模拟信息转换为数字信息的过程。它是整个复制工作的基础步骤，采集图像的质量直接影响下一个工作环节，特别是对于色彩要求高的纸质档案（如绘画）要选用专业扫描仪、高精度数字采集系统对其进行扫描处理，以保证采集图像的效果与质量。
2.2 数字图像处理
该环节是通过Photoshop、Indesign等专业图像处理软件，运用高端计算机设备对采集的数字画面进行分析、调整、修正、锐化等处理，使数字图像的色彩精度、细节表现贴近原件。按照数字化方法，可采取不同处理方式，如去污、清除、校正、修补、拼接等技术手段。为了保证图像处理的精度与工作效率，图像处理工作站的配置要根据实际情况进行优质选配。
2.3 数字图像输出
是指使用专业的打印设备（打印机、喷绘仪等输出设备）、打印管理软件，把已处理的数字图像输出到不同形式载体上，再现档案原貌的过程。数字图像的输出要把握处理好，输出墨量控制、输出介质选择要切合原件实际需要，要按照图像幅面大小，选用不同型号打印设备。
2.4 后期处理
复制工作的最后环节，是对打印输出的仿真件做进一步加工细化处理，包括裁剪、磨边、做旧、装裱等办法，尽可能使仿真复制件与档案原件外貌保持高度一致，达到逼真效果。
2.5 色彩管理
色彩管理是以色彩空间变化为核心的色彩控制技术，它通过色空间转换来实现色彩逼真再现。色彩管理是数字技术在仿真复制应用中的关键核心环节，它贯穿了整个复制流程的色空间转换，仿真工作要求色彩信息在图像采集、处理、输出过程中颜色保持一致，但是色彩在传递过程中涉及对色彩的表达方式不完全相同的软硬件环境，因此要保持色彩信息传递过程中的一致性和稳定性，必须实施标准化管理。目前较为常用色彩管理软件有ProfileMaker，它可创建和编辑优质、可靠的ICC配置文件，将色彩成像工作流程的各环节连接起来，有效实施色彩管理的参数控制，确保色彩精确一致，图1。
图1 色彩管理控制
3 实物档案数字化复制策略
实物档案的概念一直以来存在不同的理解，有肯定说，也有否定说或折中说。搁置争论点，在档案实际管理过程中，我们不可避免要面对档案实物的存储与保护问题。特别是一些历史文化价值高的珍贵实物档案，其状态与性质甚至接近文物，对于这类档案，使用数字化等高技术手段进行合理的复制保护，具有重要的现实意义。与纸质档案一样，实物档案同样面临保护与开发利用问题，由于其形成带有一定的偶发性，以致收集的不确定与不可预知，档案形态复杂多样，有石膏、陶瓷、玻璃、金属等多种复合材质，结构、体积、大小不一，给档案的保管利用带来一定困难与风险。[2]因此有学者提出利用信息化政策、技术，实施档案数字化，能有效解决珍贵历史实物档案的保护问题。笔者认为，目前涉及的技术方式主要有三种：三维激光扫描技术、虚拟现实技术与快速成型技术。
3.1 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术又称实景复制技术，是一种先进的现代测量绘图技术，它对虚拟视景和模型生成实现了技术拓展，提供了简化模型构造的可能。对于实物档案而言，其工作原理是：仪器把激光脉冲发射到实物上，对其整体或局部进行多角度全自动高清度逐点测绘，通过记录被测物件表面大量而密集的三维坐标信息（x，y，z）、RGB颜色信息和反色率信息，获取它的线、面、体、空间等三维点云数据，以具有一定分辨率的空间点云图来表达物体表面的采样结果，然后经过点云处理及三维逆向建模，最终重建物件的真实视景世界。三维激光扫描技术的显著优势是能深入到任何复杂的现场环境中进行作业，比较适合雕塑实体档案的扫描数字化处理。雕塑的形状比光洁的工业造型物件要复杂，存在大量的扫描盲点，如皱折的衣服纹理、弯曲的手臂内侧等，用函数曲面来准确表达数据很困难，为了还原实物真实性需要保留表面坑洼的肌理效果，因此3D扫描技术在细节处理上能贴切反映物件原状。现在的三维激光扫描仪都是针对工业逆向技术开发的，常见的逆向工程软件有Rapidform和Geomagic Studio，这类软件因使用新一代运算模式，缩短了处理数据时间，对扫描品质有显著改善。三维激光扫描技术当前应用面广泛，在多个领域得到推广，典型的例子有：美国斯坦福大学、华盛顿大学与Cyberware公司合作完成的数字化米开郎基罗计划，该计划使用激光扫描仪记录了十座米开朗基罗塑造的大型塑像，包括著名的大卫像。经过三维激光扫描设备技术处理后，实物档案形态由现实模拟信息转化为虚拟数字信息，具备了一般数字信息的特征，如复制、保存、迁移、备份等，时空限制性减弱，传播与利用通道拓展，便捷性增强，其价值得到更好实现与传承。
3.2 虚拟现实技术
虚拟现实技术又称灵境技术（英文简称VR），是利用电脑模拟构造一个三维虚拟空间，生成具有视觉、听觉、触觉等多种感知的模拟环境，让使用者如身临其境般体验交互式视景仿真和信息交流。它有三个关键特征：交互性（Interactivity）、沉浸感（Immersion）和想象力（Imagination），也就是“3I”特性。[3]VR技术不是一种单一技术，是综合计算机图形技术、计算机仿真技术、人机交互技术、传感器技术、立体显示技术等多种科学技术构成的。它的实施过程包括四个方面：数据获取、虚拟环境建模、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术。传统VR中的视景生成办法比较简单，获取数据是通过二维摄像（拍照）取景，再由电脑三维视景整合而成，仿真结果的逆向还原工作受到限制，缺少对物件原始数据的全面实测，数据与真实之间存在一定偏差。[4]上文提到的三维激光扫描技术能有效填补这一缺陷，使获取到的点云数据切合物件真实性，以利于逆向反求工程的实施，因此，结合3D扫描技术，虚拟现实技术的瓶颈得到突破与拓展，促使跨领域的推广应用步入实质阶段。VR技术作为一种前沿技术，在文物保护方面已取得初步成效，如近年的“数字长城”、“虚拟紫禁城”等项目。基于虚拟的现实环境展示文物的方式能让受众得到真切的场景感受，是爱国教育、历史教育、认知教育行之有效的办法，对重要的国家文物起到良好的保护作用，是文物开发延伸的一种先进技术手段。在技术不断更新与成本逐渐下降的前提下，VR技术应用于档案管理领域，用于保护实体档案，特别是历史价值大的实物档案，是一种潜在可能，符合社会与科技发展的总体趋势。
3.3 快速成型技术
快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing， 简称RP），是20世纪80年代中后期兴起的，利用材料逐层迭加堆积成型的原理来制造产品的工业制造技术，可以扼要归结为“分层制造，逐层叠加”。现时常说的3D打印技术，是快速成型技术的一种典型代表。RP集合了数控技术、激光技术、机械工程、软件技术和新材料等多学科于一体，是由CAD 模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体技术的总称。[5]它的基本过程是：由三维软件平台设计出计算机实体模型（CAD模型），根据工艺要求将其按一定规则进行离散（又称分层）， 把三维电子模型变成二维平面信息， 在微机控制下， 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型，得到一个三维物理实体。关键环节有：三维CAD造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。[6]再者，CAD模型的获取方式可结合上文所述，利用三维激光扫描技术，通过对物件进行多维度的立体色彩扫描，以获得实体的点云数据，借助逆向反求工程，按照实际测绘重构曲面信息，建造CAD 模型。快速成型技术主要应用于制造工业，现时在文物复制修复方面也较常见，并逐步在医药、农业、文化等领域迅速推广，特别RP典型代表3D打印技术，它因精度高、打印成本相对低廉等特点，受到各行业的青睐与关注。基于历史原因，我国档案管理部门积累形成了大量珍贵的实物档案，有些几近文物的价值，类似这种情况，利用3D打印技术对其仿真复制亦是保护思路的拓展。目前而言，3D打印设备、成型材料等价格仍较高，特别是成型材料价格高昂，当前研究的重点转为材料方面的开发与应用，以探求降低其成本的方法。基于此，利用RP制造实体档案复制件的应用方式在短期内推行不符合现实需求，但作为“第三次工业革命技术”，RP其效率性与优点是十分显著的，它为未来科技发展提供了一种可行的研究方向，值得档案部门的重视和关注。
4 结语
数字技术、3D激光扫描技术、虚拟现实技术、快速成型技术等高新科技的发展进步，为历史档案的仿真复制工作提供了更为便捷的选择，尤其是数字技术，它使档案在形式载体上发生根本性的变化而转换为数字信息，这种新形态的出现标志着档案事业发展的一种根本性转变，档案的管理不再局限于实际物件，同时也包括数字虚拟信息，这是对当前档案管理工作提出新的思路与探索。如前文所述，多种高新科技的应用，亦可理解为对数字信息的深层次开发，无论哪种技术哪种档案载体（纸质或实物），在复制工作开展前期，都要转换为数字形态。
总的来说，以数字技术等高科技手段制作的仿真复制品，在效率方面表现出显著优势，仿真效果与传统方法制作的复制件比较，更为理想、逼真。目前，色彩管理技术、三维激光扫描技术应用于档案的复制保护已经具备足够的社会条件，可加以推行，但是由于技术成本偏高、技术环境不成熟等诸条件受限，把虚拟现实技术、快速成型技术应用于档案实际工作，短期内存在一定困难，对于一些历史因素复杂，社会经济价值特别高的实体档案，我们可在策略上做大胆的尝试与技术创新，也是对档案事业未来发展的探索与期待。
【参考文献】
[1]栾宁丽，孙冀宁，刘敏华.数字影像技术在档案（字画）高仿真复制工作中的应用[J].数字与影像微缩，2011.3：1-2.
[2]邓羽.虚拟现实技术在实物档案管理中的应用初探[J].兰台世界，2013，1（中）：24-25.
[3]王晨晨.虚拟现实技术及其在图书馆的应用[J].图书馆学研究，2011.10：33-37.
[4]蒋定定，王长力，王玉菊.三维激光扫描与虚拟现实技术[J].电子世界，2012，10：30-31.（下转第349页）
（上接第217页）[5]辜勇，刁燕，李伟.快速原型技术在考古工艺品修复与仿制中的应用[J].机械，2005.4：19-46.
[6]牛爱军，党新安，杨立军.快速成型技术的发展现状及其研究动向[J].热加工工艺，2008.5：116-118.
电路实验系列课程（以下统称为电路实验）包括：电路实验、电工与电子技术、电路基础实验、电工电子学实验，是高等学校电类、非电类各专业的技术基础课程。目前国内大中专院校绝大部分仍然延续传统的实验方式，即在教授理论知识的同时，根据课程设置，延后一段时间进行实验的验证。显然，这种实验安排方法造成了实验验证落后于理论教学的进度，特别是工科专业较多的学校，由于实验时间安排的限制，甚至出现实验课提前于理论知识的情况。学生在实验过程中无法获得实验的感性知识，理论―实验―认知这一传统的教学模式被割裂的同时，也不利于知识的吸收、转化。
虚拟仿真实验允许学生在网络虚拟环境中进行实验，不依赖于具体的实验室和实验仪器，克服了以前实验教学中受到实验时间、场地、器材限制等弊端。同时由于学生操作具有不可预知性，教师在开发和指导实验时都需要预知可能出现的问题，这对教师教学方式的变化和教学能力的提高都有着积极的作用。
虚拟仿真技术的发展，为现存的理论与实验教学的矛盾提供了很好的解决方案。国内部分高校的电路实验课程加入了软件仿真实验项目，有利于学生对电路基础理论和实验验证的理解吸收。为此，本项目旨在探索将虚拟仿真技术引入电路实验的教学，将“课程+实验”的理念引向深入，创建“理论授课―虚拟实验―实验室教学”融合的高校实验教学新模式，最大限度地共享实验资源，降低实验成本，提高实验的使用效率，并在此基础上，进行实验教学方案的初步推广试行。
2.存在的问题
据2012年全校本科专业人才培养计划，广州大学校内现有三个学院八个专业四门课，年均292个学时，共14000人机时数电路实验。可以说电工学基础实验是培养相关专业人才的基石，但由于历史及其他各方面原因，我校目前电类实验存在以下几方面的问题：
（1）由于经费有限，加上近几年专业的扩招，部分班级的学生人数甚至超过50人，导致实验室的硬件跟不上，仪器设备陈旧老化且数量不足（影响了正常实验教学的开展，进而影响了实验教学质量）。
（2）传统的实验教学模式，受到实验时间的限制，造成学生动手实验的时间不够，虽然可在课后预约开放实验，但受到实验场地的限制，无法完成。因此，部分学生为了在正常教学时间内完成实验数据，抄袭他人实验结果。
（3）传统实验教学受到实验器材的限制，严重落后于理论教学和科研的发展。
（4）在学校扩招这一大环境下，功能实验室的设备数量无法满足教学大纲所要求的一人一套设备等条件，使得部分实验必须将一个自然班分成几个组进行排课，大大影响了教学效果，也不利于教务部门的教学管理与监督。
（5）综合设计性实验，受到实验器材、实验设备的限制，无法达到教学大纲规定的实验教学质量。
基于以上考虑，本章旨在探索将虚拟仿真技术引入电路实验的教学，一方面，最大限度地共享实验资源，降低实验成本，提高实验的使用效率，有利于实验设备的更新，另一方面，学生可以突破时空的限制在计算机上完成各种实验，获得与真实实验一样的体会。
3.虚拟实验改革的实施方案
广州大学实验中心电子信息实验室在《电路实验》平台课程的基础上，提出了虚拟仿真电路实验的改革方案。首先选取了“基尔霍夫定律的验证”、“一阶电路过渡过程的研究”两个典型的电路实验，在大学一年级电类专业学生试运行，得到了第一手资料，在此基础上，根据原有电工实验台的参数，编写了与之对应的虚拟仿真实验指导书和电子课件教案，对一些关键项目提供了DV视频。随后在学校电工平台课程的教学大纲中，将原有“电路仿真软件入门”实验调整为虚拟仿真相关实验，并最终将虚拟仿真实验推广至所有电类、非电类专业，直至电类选修课。
（1）虚拟仿真实验平台的应用。跟相关公司合作，提出了适合本校电路实验仿真的典型案例，并将所搭建的虚拟仿真实验平台逐步在低年级学生中推广。首先挑选了基尔霍夫定律的验证、一阶电路过渡过程的研究两个实验，在14级电信专业大学一年级下学期的《电路实验》中进行测试。广州大学电信专业14级有四个班，共计180余人，其中参与了《电路实验》虚拟仿真实验的约120余人。在进行对应的实物实验之前，实验教师安排了学生进行实验内容的预习，并提前一个星期进行虚拟仿真实验的学习和试做。在实物实验的前两天，实验教师查看虚拟仿真实验结果并进行分析，了解了学生在实验内容方面的难点和错误之处，并有针对性地讲解。在实物实验过程中，实验教师普遍反映，学生对实验内容的掌握程度较之以前更好，进行实验的速度更快，实验纠错能力也有一定的提高。
在本学期，广州大学将购置《电路实验》虚拟仿真平台，并在15级电信专业、电子专业中全面展开，为基础实验提供新的思路和方法。
（2）立体化实验教材的编制。为了加强虚拟仿真实验与实物实验的相互结合与促进，作者致力于进行虚拟仿真实验教学教材编制，编写了与原有实验台和元器件参数相关的虚拟仿真实验教材，并在虚拟仿真实验的学生中进行了适用，对虚拟仿真实验的推广起到了一定的作用。
新编写的虚拟仿真实验教材力争内容和形式的立体化，具体包括以下内容：
内容立体化：研究已学课程和后续课程内容和定位，融入进阶提高和未来课外创新等需求，激发学生学习兴趣，编入了部分在实验课程中无法进行的提高实验，比如对二阶电路动态响应特性实验，加入了RLC串联、并联，并观察电感电流的暂态响应的实验；
形式立体化：充分利用信息化技术和现代教育技术，编制了包括纸质教材、PPT、典型环节演示的DV视频、PC操作演示屏幕录像，网络课程等各类教学资源，方便学生自主学习。
（3）虚拟仿真实验教学团队建设。考虑到核心教学团队的建设和相关培训问题，在此基础上形成定期培训、交流参访的机制，确保团队建设稳中有升；定期举办教研会议，邀请专家或厂家专题讲座，鼓励相关老师外出培训和进修，持续改善教学内容、教学设计与教学组织方式，为教学改革的推行提供了可靠保障。
4.结语
本文章针对目前电路实验教学亟待解决的问题，提出了利用虚拟仿真实验平台，高效管理实验教学资源，实现校内电路实验教学资源共享的方案，并在14级电信专业学生中试行了《电路实验》虚拟仿真实验。基于这些初步的探索，探讨了电路这一系列实验教学改革的路径。
关键词：虚拟现实技术；服装手工印染；图案设计
1 虚拟现实技术在服装领域的应用现状
虚拟现实英文缩写为VR，虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合［1 ］。目前虚拟现实技术在服装领域得到了一定的应用，例如服装定制可以通过三维人体扫描技术实时、高效地采集人体数据，实现个性化定制服务［2 ］；服装购物可以通过虚拟购物商城环境，以三维形式观看相关物品，实现触摸、把玩和试用，提高购物体验［3 ］；服装设计通过各种软件进行服装数字化设计，如纸样设计、款式设计、图案设计等，但是图案设计仍然停留在机械化生产的设计上。由于传统技法的限制，服装手工印染图案的设计和生产很难做到设计和生产完全统一，因此，本研究借助虚拟现实技术对服装手工印染图案设计展开研究。
2 虚拟现实技术应用在服装手工印染图案设计中的挑战
手工印染一般指采用手工技术和方法在织物上染色、印花的工艺［4 ］。目前手工印染技术主要有手绘、拓印、喷绘、渍染等，其中扎染、蜡染、夹染被称为中国传统3 大手工印染技术。在中国古代，扎染被称为绞缬，蜡染被称为蜡缬，夹染被称为夹缬［5 ］。手绘就是直接采用手工绘制方式绘制出图案，可以采取各种手工绘制技法，如用笔绘制、刀刻绘制等。拓印最早始于书法的拓印字帖，后来很多人将有颜色的植物或物体等通过敲打等手段使其在布料上形成图案和色彩［6 ］。喷绘是将染料预先调制好，保证其色彩和浓稠度符合要求，用喷、泼、洒、溅的方式把染料喷到布料上，形成富有美感的自然肌理［6 ］。渍染是预先调制好染料，然后将吸水性较好的服装面料局部浸入染料中进行印染，最终呈现出不规则的斑渍图案，能带来自然、质朴的艺术效果。近年来，传统手工印染产品越来越受市场的欢迎，挑战也接踵而来。
2.1 如何利用虚拟现实技术提高图案手工印染的生产效率
传统的手工印染产品具有个性化的特点，其抽象纹样和随机效果迎合了现代人的审美情趣，但是由于传统手工印染技法本身存在局限性，且工艺复杂，产能低下，导致产品价格较高，无法满足大众市场的需求。虚拟现实技术能用在手工印染图案设计和生产过程中的主要有计算机辅助设计系统、多媒体技术、网络技术等，具体使用哪些技术及技术联合以提高生产效率，在哪些方面和阶段使用，是目前面临的挑战之一。
2.2 如何利用虚拟现实技术提高图案印染的效果
目前，仿手工印染技术取得了一定的发展，例如蜡染技术有两种新突破，一种是真蜡印花技术，一种是工业化仿蜡印花［6 ］。真蜡印花技术生产效率比传统手工艺方式更高，生产原理、流程与传统蜡染技术类似，但真蜡印花技术在机械化生产过程中污染大，并且仿制的传统蜡染图案效果呆板、不逼真。工业化仿蜡印花技术具有生产效率高、生产技术简单等特点，不借助真蜡印花而具有一定的传统蜡染效果，缺点仍是图案效果不够逼真。虚拟现实技术如何解决印染图案的效果问题，是一项挑战。
2.3 如何利用虚拟现实技术对图案进行准确构图及定位
传统手工印染图案往往只凭借经验进行构图和定位，只是借助尺、笔等传统工具定位，图案构图及完成状态很难保持一致。手工印染图案运用到服装上，对图案的位置又需要重新定位，而一般手工艺人往往不具备整体的服装设计能力，而设计师又往往不具备精湛的手工印染能力，两者的矛盾导致服装手工印染出来的图案不符合服装设计的整体要求，难以进行大规模的生产。虚拟现实技术如何解决图案的构图以及在服装中的定位问题，也是一项挑战。
3 基于虚拟现实技术的传统服装手工印染图案设计要素及应用
基于虚拟现实技术的传统服装手工印染图案设计，首先要明确传统服装手工印染图案设计中必须要保留和传承的文化和要素，其次利用虚拟现实技术对传统服装手工印染图案设计中的各个要素进行分析，提出应用方案。
3.1 虚拟现实技术下的传统服装手工印染图案设计要素
3.1.1 图案纹样各个地域的手工印染风格不同，图案纹样大致有几何纹、植物纹、动物纹及其他纹。其中，几何纹典型的有方形、圆形、棱形、直线形、丁字形、之字形等，植物类纹样主要有花卉、草等，动物类纹样主要有蝴蝶、鱼、虫等，其他纹样主要有祥云、瑞兽、铜鼓纹、万字纹等［7 ］。纹样一般具有一定的方向，间隔、连续、反复使服装产生节奏感和韵律感。传统手工印染的图案纹样在变化中寻求统一，符合现代人追求个性、崇尚自然的需求。因此，在借助虚拟现实技术进行设计时，传统手工印染的图案纹样是需要参考的要素。3.1.2 色彩和肌理传统手工扎染使用的染料主要是植物、矿物染料，颜色主要以红、蓝、黄、绿为主，现代手工印染使用的是化工染料［8 ］。由于扎染是先将布料进行捆、绑、扎等技术处理，然后将布料浸入色彩中，经过一系列技术处理后最终生成图案，图案具有丰富的色彩效果，在边缘上一般会存在色彩渐变，产生特殊肌理；如果是扎染彩色图案，那么在布料边缘会出现两种色彩的自然晕染混合效果。由于这种工艺处理的特殊性，经常会产生意想不到的色彩效果和肌理。因此，在借助虚拟现实技术进行设计时，传统手工印染图案的色彩和肌理是需要考虑的要素。3.1.3 图案构图传统手工印染的构图往往根据艺人的经验进行设计，例如做放射状图案，只需预留出适当的面积进行捆绑染色即可；做格子形构图需要把布料整齐叠放再用棍棒夹紧染色。在传统蜡染设计中，有经验的手工艺人开始只进行大体构图，然后凭借个人经验边刻画图案边进行下面环节的构思。因此，在借助虚拟现实技术进行设计时，传统手工印染图案构图上自然天成的构图形式是不能改变的要素。
3.2 虚拟现实技术在服装手工印染图案要素设计中的应用
虚拟现实技术可以实现图案创新设计。如在传统手工艺的扎染和蜡染图案设计中，设计师在前期可借用计算机参数化设计方法对图案纹样、色彩、构图进行设计，且计算机技术能生成传统蜡染中无法表达出来的图案效果，扩展了蜡染图案的范围；然后服装设计师将预先设计好的图案运用到服装上，再将服装款式图导入计算机软件或其他可视化工具中对图案进行定位，方便手工艺人准确了解纹样构图和效果。借助计算机技术进行设计，不但能提高设计效率，而且能缩短生产周期，从而减少生产成本以增大市场竞争力。图1a是经过传统捆扎后形成的图案效果，色彩模糊，肌理不明显；图1b是借助虚拟现实技术设计后再进行扎染的图案，色彩鲜艳，肌理清晰、明朗，整体艺术效果良好。虚拟现实技术可以对服装手工印染图案的肌理效果进行预先模拟。如蜡染中冰裂纹的仿真模拟，冰裂纹作为蜡染制品的艺术灵魂，一般采用手工方式生产才能看到其纹路，在完成之前很难预知其肌理效果和视觉形式。而计算机技术能够解决这样的问题，通过各种计算机软件和其他可视化工具预先将冰裂纹设计好，应用于服装上方便设计师设计和修改，如使用扩展有限元方法模拟出网状连续裂纹，效果接近真实冰裂纹的艺术效果。虚拟现实技术可以指导手工印染者的具体操作，实现图案的准确定位和构图。手工印染的构图很难复制，但可以通过建立数据库的形式，积累大量的手工操作演示过程，将每一步操作形成可视化资料，以备工人具体操作时参考。如把传统扎染或蜡染的图案纹样进行细分，在每个花纹的制作过程中，应用计算机技术、多媒体技术、传感技术等虚拟现实技术对其进行位置、构图等的定位，将视频数据等导入计算机系统，建立数据库，这样在设计师调取图案纹样进行设计后，手工印染环节的操作就可以指导工人生产，能促进沟通和提高生产率，使传统手工印染接近标准化生产。
4 虚拟现实技术在服装手工印染图案设计各个阶段中的应用策略
虚拟现实技术的发展为传统手工印染的设计和生产提供了新的生机和动力，可以在设计过程的各个阶段进行应用。
4.1 准备阶段的应用策略
在设计准备阶段，设计师可以借助虚拟现实技术做好前期的图案初稿设计工作。将计算机的优势与设计师的设计想法相结合，使设计方案与实际表现融为一体，摆脱思维的局限性，设计出更精确的方案，并且方案可以随时修改，最终选取较为科学可行的方案；并且可以精确预算成本，从不同角度提高方案的安全系数［9 ］。4.2 完善阶段的应用策略在方案完善阶段，设计师通常会利用虚拟现实技术分析设计方案及效果图的主要视角，对设计方案进行全面对比分析，修正和完善选出的方案。在服装手工印染图案设计中，设计师可根据整体效果修改图案的色彩属性、构图比例等，最后调整设计方案，使服装手工印染图案设计能够整体呈现良好的视觉效果。
4.3 检验阶段的应用策略
在检验阶段，设计师可以借助虚拟现实技术与相关专家、试穿者、各环节操作者进行沟通，以全面检验设计方案的可实施性。此外，运用虚拟现实技术开展工作能够及时得到反馈信息，进而快速修正结果。
4.4 展示阶段的应用策略
在展示阶段，设计师可以借助虚拟现实技术开展展示工作，立体全面地展现更丰富的设计作品信息，可从触觉与听觉的角度深入感受［10 ］，获取更多信息，如图案的细节、色彩、构图及位置，服装的整体效果、试穿效果等。虚拟现实技术展示效果非常生动，能够起到及时的互动和交流作用，不仅可以指导生产，也可以对产品后期宣传起到积极作用。
5 总结
传统的文化和工艺需要传承、保护、发扬光大，把虚拟现实技术运用到服装手工印染图案设计和生产中是对传统手工印染技术的传承和发展。虚拟现实技术能改善传统手工印染制作上的局限性，提高设计上的创新性，设计出符合现代人审美和需求的优质产品。运用虚拟现实技术的各种手段能提高图案及其相关产品的生产效率，进而降低成本满足市场需求。虚拟现实技术的应用对服装手工印染图案的设计影响是全方位的，能使产品富有生机，提高其市场生存率，为服装和印染行业带来新能量，还能够使传统印染技术真正做到与时俱进，符合快速发展的时代要求。
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为了应对工业工程在有关工业系统设计、管理及优化等综合性实验课程开发难度较大的问题，该文提出将计算机仿真技术与项目教学、案例教学相结合，实现了“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使得工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。
关键词：
计算机仿真；工业工程；实验教学
计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。
1工业工程实验课程教学现状分析
工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。
2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用
计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。
3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发
在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。
（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。
（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。
（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。
4结语
将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。
作者：赵灿灿 单位：首都经济贸易大学安全与环境工程学院
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关键词:云服务;计算机工程教育;虚拟实验室
随着我国的“卓越工程师计划”的实施，实践工程教育的开展，大学生要想取得较好的实践体验，就势必要依从实训平台，通过融合当前的计算机信息技术，从而完成整体教学的多层次调整和提升。我国的相关教学规划纲要中指出，要在各高校的计算机工程实践教学中，建立优质的基于计算机的实践仿真实验室。虚拟实验室的使用就是基于计算机终端，从而构建的虚拟的实验环境，主要是为了能够实现工程教学中，诸多不同的工程用具以及电子化教学环境。在此种教学环境中，实现了有效的实践化科研教学活动。虚拟实验室的存在，有着较为功效的自动化实验教学仿真环境，具备了成本投入较低，课程开展多元化，提供实践平台的教学体验。
1虚拟仿真共享云服务平台建设
在各大高校的计算机工程实践教学过程中，通过构建虚拟仿真共享云服务平台，本着服务资源两者高效结合的教学原则，建设具备了一定开放性、拓宽性、延展性的云计算虚拟服务管理体系以及信息资源共享平台。主要包含了对于物质的多样化虚拟管理，以及对教学资源的多平台共享系统。虚拟云服务共享平台中的仿真软件，以及监控所存在的整个虚拟仿真过程，以及仿真实验平台的诸多管理系统以及集成软件，都提供了多方面的共享教学。云服务平台的存在，不仅实现了教学资源的云存储以及虚拟化教学资源管理，更实现了平台化的监控服务管理，以及相关安全权限管理的多样化功能。将教学过程中的诸多工程课程开展设备的存储，以及系统化计算机信息化资源的虚拟化统一，更是实现了教学资源在云计算的相关环境中，通过给予较多使用者的相关资源供给，依照用户的诸多使用需求，完成教学资源的分配。在开展教学中，提供了具备一定灵活性的虚拟化部署以及虚拟化的模拟配置功能。提供了可视化的监控感知机构管理，给予角色的相关访问权限管理。实现了计算机信息基础的应用管理同时，主要通过使用Swift技术，对计算机云存储功能完成管理，实现虚拟化的接口管理功能。通过在虚拟仿真实验平台中引入诸多终端化操作程序，主要涵盖了计算机网络体系中的应用程序，以及不需要计算机主体的终端操作程序。基于SPICE桌面完成与云服务设备的终端通信功能。云终端可以完成不同设备之间的连接，不同设备之间的虚拟资源共享，从而有效的实现了网络仿真平台的实验便捷以及安全操作性（如图1所示）。学生在使用过程中也可以通过借助云终端，完成对于实验数据的获取，对于应用服务以及教学资源的共享使用。基于云计算的虚拟仿真实验平台，实现了更加高效率的教学资源整合管理，完成了软件以及硬件多种教学设施的综合性共享，打破了专业的实验教学限制，从而有效的满足了多个教学学科，完成虚拟化教学平台的教学需求，构建适当的虚拟化实践教学，在完成了多功能教学资源共享的同时，满足了学生在使用过程中的虚拟化仿真实验。
2虚拟方针实验教学资源管理模板
虚拟仿真实验教学的实验室，通过利用工程学科的原本学科优势，完成了虚拟的仿真实验系统整合，通过共享教学资源的信息化资源设备，添加多种自主化的教学虚拟课程软件。学生可以在开展工程实践教学过程中，借助云终端客户平台，完成特属账号的登陆，从而进入虚拟仿真实验平台。按照工程课程的开展诸多教学需求，依照课程的相关实验开展，创设适合的实验仿真平台，虚拟仿真实验室的存在为学生的实践学习，构建了特色化的实验性操作平台系统。并且可以依照学生之间的不同设计能力，发散学生的创新思维，构建属于自身的不一样的操作创新平台。通过按照教学资源中的诸多教学模板需求，完成对于仿真平台的诸多教学资源管理，完成定制的满足客户诸多需求化管理版块。在云定义的个性化通用模型之上，实现计算机的多样化视图版块，完成不一样的操作进程，在计算机终端中得以体现。
3虚拟仿真平台实验教学组织结构
在对工程教学的实验仿真平台教学中，通过在云服务的计算机仿真平台之上，开展实践教学过程中，由各个教师可以提前设置具备一定多样性的仿真虚拟化实验操作方案，完成虚拟化控制仿真过程，适当的在课程开展中，展开虚拟仿真工程实践操作的多方面资源整合。为了能够有效的确保虚拟化仿真教学的实验平台可以顺利的完成，教师通常在对教学方案进行设计的过程中，需要根据提前设置或者规定相应的随机教学目标，完成教学课题的范围选择，从而建设针对性的实验教学课程开展方案。
4结语
通过建设以云桌面计算机技术为主要教学系统的虚拟化计算机实验室，在整合教学资源的基础之上，完成了计算机工程的实践教学，很大程度的发散了学生的创新思维，有效的推进了高校计算机工程的整体教学成效。
参考文献
【关键词】数字化工厂工艺规划仿真优化
中图分类号：S220文献标识码： A
1引言
围绕激烈的市场竞争，制造企业已经意识到他们正面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等压力。如何快速适应市场的变化，实现从“以产定销”到“按订单生产”模式转变？数字化工厂提供了较为理想的解决方案。
2 数字化工厂概述
数字化工厂是BIM(建筑信息模型)技术、现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。
2.1数字化工厂
2.1.1数字化工厂的概念
数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。它是在设计建造阶段，建立全面、详实的信息，包括材料、工艺、设备运行管理等全生命周期的信息档案数据库，利用BIM(建筑信息模型)技术指导建筑物、构筑物及设备的科学使用和维护，为信息化、标准化管理提供数据基础平台，加上CAD、EEP、MEP等应用管理系统，实现工厂控制系统内部数字化信息的有效传递，既链接了生产过程的各个环节，又与企业经营管理相互联系，进而把整个企业数字化的资金信息、物流信息、生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息、市场信息、采购信息以及企业所必须的控制目标都实时、准确、全面、系统地提供给决策者和管理者，帮助企业决策者和管理者提高决策的实时性和准确性以及管理者的效率，从而实现管理和控制数字化、一体化的目标。
2.1.2数字化工厂的优势
数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段，改变了传统工业生产的理念，给现代化工业带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。
预规划和灵活性生产：利用数字化工厂技术，整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划，帮助企业进行评估与检验。同时，数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，有助于工厂建设过程中的灵活协调与并行处理。此外，在工厂生产过程中能够最大程度地关联产业链上的各节点，增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。
缩短产品上市时间、提高产品竞争力：数字化工厂能够根据市场需求的变化，快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计，加快了新产品设计成形的进度。同时，通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化，保证了新产品生产过程的顺利性与产品质量的可靠性，加快了产品的上市时间，在企业间的竞争中占得先机。
节约资源、降低成本、提高资金效益：通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证，最大程度地降低了物理原型的生产与更改，从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时，充分利用现有的数据资料（客户需求、生产原料、设备状况等）进行生产仿真与预测，对生产过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与资金使用效益。
提升产品质量水平：利用数字化工厂技术，能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排，降低设计与生产制造之间的不确定性，从而提高产品数据的统一性，方便地进行质量规划，提升质量水平。
2.2数字化工厂的差异性
“数字化工厂”贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，在实施过程需要注意系统集成方面的问题，“数字化工厂”不是一个独立的系统，规划时，需要与设计部门的CAD/PDM系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况。所以，“数字化工厂”与设计系统CAD/PDM和企业资源管理系统ERP的集成是必须的。同时，“数字化工厂”还有必要把企业已有的规划“知识”（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是PLM构架。
同时，类似于PDM系统和ERP系统，每个企业都有自己的流程和规范，考虑到很多人都在一个环境中协同工作（工艺工程师、设计工程师、零件和工具制造者、外包商、供应商以及生产工程师等），随时会创建大量的数据，所以，“数字化工厂”规划系统也存在客户化定制的要求，如操作界面、流程规范、输出等，主要是便于使用和存取等。
3 数字化工厂的实现与应用
数字化工厂以突出的功能优点，在工业生产，尤其是制造业生产中具有广泛的应用，但其实现过程也涉及多种关键技术。
3.1数字化工厂的关键技术
数字化工厂涉及的关键技术主要有：数字化建模技术、虚拟现实技术、优化仿真技术、应用生产技术。
数字化建模技术：数字化工厂是建立在数字化模型基础上的虚拟仿真系统，输入数字化工厂的各种制造资源、工艺数据、CAD数据等要求建立离散化数学模型，才能在数字化工厂软件系统内进行各种数字仿真与分析。数字化模型的准确性关系到对实际系统真实反映的精度，对于后续的产品设计、工艺设计以及生产过程的模拟仿真具有较大的影响。因此，数字化建模技术作为数字化工厂的技术基础，其作用十分关键
虚拟现实技术：虚拟现实技术能够提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间，方便实现人机交互，使用户能身临其境地感受开发的产品，具有很好地直观性，在数字化工厂中具有广泛的应用前景。虚拟技术的实现水平，很大程度上影响着数字化工厂系统的可操作性，同时也影响着用户对产品设计以及生产过程判断的正确性。
优化仿真技术：优化仿真技术是数字化工厂的价值所在，根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品质量，最终提高企业的效益。由此可见，优化仿真技术水平对于能否最大限度地发挥企业效益、提升企业竞争力具有十分重要的作用，其优化技术的自动化、智能化水平尤为关键。
应用生产技术：数字化工厂通过建模仿真提供一整套较为完善的产品设计、工艺开发与生产流程，但是作为生产自动化的需要，数字化工厂系统要求能够提供各种可以直接应用于实际生产的设备控制程序以及各种是生产需要的工序、报表文件等。各种友好、优良的应用接口，能够加快数字化设计向实际生产应用的转化进程。
3.2常见数字化工厂软件
由于数字化工厂技术在工业生产过程中的优越性，各知名企业竞相开发各种数字化工厂软件，其中较为常见、应用最为广泛的数字化工厂软件主要有eM-Power和Demia等。
eM-Power是由美国的Tecnomatix技术公司开发的数字化工厂软件，它在工业生产中应用十分广泛。该软件架构是建立在Oracle数据库之上的三层结构，它为企业用户提供零件制造解决方案、装配规划、工厂及生产线设计和优化、产品质量和人员绩效等主要功能。这些主要的功能模块建立在统一的数据库eM_Server中，实现整个生产制造过程的信息共享。2007年以来，西门子公司在收购了UGS（UGS于2004年收购了Tecnomatix）的基础上，推出了功能更为强大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工厂设计及优化、制造工艺管理、装配规划与验证、开发、仿真和调试自动的制造过程和质量管理等功能，在各大企业具有广泛应用。
Delmia是由法国的Dassault公司开发的数字化工厂解决方案，该解决方案是构建在Dassault公司的PLM结构的顶层，由其专用数据库（PPR-Hub）统一管理。Delmia的体系结构主要包括：面向制造过程设计的（DPE）、面向物流过程分析的（QUEST）、面向装配过程分析的（DPM）、面向人机分析的（Human）、面向虚拟现实仿真的（Envision）、面向机器人仿真的（Robotics）、面向虚拟数控加工方针的（VNC）、面向系统数据集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向数字化工艺规划模块、数字化仿真平台工具集以及车间现场制造执行系统的集成模块等组成。
3.3数字化工厂的应用
数字化工厂是信息化技术发展过程中出现的一种新的企业组织形式，是促进企业现代化发展的新兴技术，目前主要应用在汽车制造、航空航天等大型制造企业。
3.3.1数字化工厂技术在汽车行业的应用。
目前，数字化工厂技术在国内外汽车制造业中得到了广泛应用。在国外，如通用汽车公司使用Tecnmatix eMPower的解决方案，大大缩短了通用公司从新产品设计、制造到投放市场的时间，同时提升了其产品质量。奥迪公司使用eM-Plant进行物流规划仿真，如A3 Sportback项目。通过物流规划仿真不仅使得整个生产物流供应链之间建立起了紧密有序的联系，同时也方便对物流方案进行先期评估和可行性分析。在国内，如一汽大众在车身主拼线工艺设计中采用数字化工厂技术，改善了车身焊接工艺，提高车身焊接质量。上海大众在发动机设计和产品总装领域采用数字化工厂技术，大幅提升了公司的制造技术和产品质量。目前，华晨金杯公司引进西门子的Tecnomatix软件，对产品的总装工艺进行数字化改造。
3.3.2数字化工厂技术在飞机制造业的应用。
在飞机制造业，数字化工厂技术的先进性也得到了充分体现。如美国的洛克希德马丁公司在F35研制过程中，采用数字化工厂技术缩短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，开创了航空数字化制造的先河。有如波音787飞机在研制过程中采用基于Delmia的数字化工厂技术，实现其产品的虚拟样机。空客A380飞机采用虚拟装配方案，实现整机的三维虚拟装配仿真和验证。不仅国外飞机制造企业在其产品的研制、生产过程中使用数字化工厂技术，国内的飞机制造企业也是如此。如上海飞机制造厂利用数字化工厂技术在三维环境中进行人工装配操作的数字化模拟，提高了人工操作的标准化。而西安航空动力控制公司则采用Tecnomatix的数字化工厂软件对其异型件生产线进行仿真和优化，进行技术改造探索。
3.3.3数字化工厂在铸造行业的探索
共享铸钢团《数字化工厂示范工程》拟运用先进制造理念（如虚拟制造、智能制造、绿色制造、柔性制造等）和先进铸造技术、方法，结合共享集团在铸造行业内领先的制造、技术和管理经验，全面融合先进信息化技术，建设数字化模样生产线、数字化柔性造型生产线、智能化熔炼控制系统、智能体联合控制的铸件精整线、数字化在线检测等综合集成的数字化铸造工厂，在“多品种、小批量、快捷”铸造生产方面达到同行业领先水平，建成一座在铸造行业领先的“数字化、柔性化、绿色、高效”铸造工厂，集成并创造数字化铸造新模式。
4结束语
随着计算机技术、网络技术的飞速发展，数字化工厂技术不断与现代企业相结合，已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下，数字化工厂技术出现了新的趋势。首先，现场总线技术在数字化工厂中的应用，提升数字化工厂的现场可操作性；其次，应用网络技术，拓展数字化工厂网络互联能力；最后，数字化工厂的智能化发展，实现虚拟仿真与企业真实生产的无缝链接，打造真正的智能数字化工厂。
作者简介
郭兆祥（1976-）男，硕士研究生，从事技术质量管理工作。
参考文献.
[1]李险峰.DELMIA让数字化工厂成为现实[J].CAD/CAM与制造业信息化，2006，(9)：48-50.
关键词：虚拟仿真技术；“电子技术”；教学
1虚拟教学法应用背景
在实际教学过程中，除了掌握“电子技术”课程必需的基础知识外，还需要培养学生“电子技术”方面的创新意识和实践能力，进而锻炼学生的思维，提高教师“电子技术”课程教学的水平。把虚拟教学法应用到“电子技术”教学中，可以有效增强学生学习的兴趣，提高学生学习的主动性，最终提高学生的学习效果和学习水平。因此，高职院校担任“电子技术”课程教学的教师应该加强对虚拟仿真技术的分析和应用，明确在“电子技术”课程教学中应用虚拟教学法的重要性、有效性和创新性，从而研究、制定出相关的方法和措施，促进学生整体学习能力和学习技巧的提升。
2“电子技术”课程的特点
“电子技术”课程是电气工程专业、自动化专业以及其他相关专业的主要课程，其教学内容是和电子、控制技术以及电气相互融合在一起的，“电子技术”课程具有很多特点，具体如下：第一，“电子技术”课程的教学理论性较强，在实际的教学过程中，课程内容较为单一和枯燥，因此，学生在学习的过程中通常情况下都会出现理解上的困难，影响学生的学习兴趣。第二，“电子技术”课程的系统模式化特点较为鲜明，且模型参数的变化也较为明显，其中的实验项目反而相对是独立存在的。第三，“电子技术”课程的项目设计的综合性较高，且技术的推广应用也较广，在实际的技术开发过程中，相关的案例也较为成熟。故而教师在教学过程中也可以将虚拟教学和实验教学相互结合起来，改变传统教学方式的局限性，帮助学生对抽象理论知识的理解，最终促进“电子技术”专业课程的创新发展。
3虚拟仿真平台的选用
“电子技术”课程的系统化程度较高，且理论分析上也较为复杂，因此，教师在采取虚拟教学法的过程中，在虚拟仿真平台的选择上，Matlab仿真平台是最佳选择，其在使用过程中具有很多的优势，具体如下：第一，Matlab仿真平台的计算功能较为强大，且在使用过程中，Matlab仿真平台的运算速度也较快，将其应用在“电子技术”课程的教学中，可以有效解决课程中的计算问题，提高教学水平。第二，Matlab仿真平台也可以提供两种虚拟仿真的形式，即利用编写代码文件进行仿真和利用Simulink的仿真平台进行图形化仿真，其教学效果非常直观且形象。第三，对于Simulink的仿真平台来说，将其应用在“电子技术”课程教学过程中，不仅可以提供实体图形化的模型和相关的仿真仪器等，还可以提供专门的电气系统模型，虽然并不是真实的物体，但是却具有真实物体的特征和属性，也具有较高的使用价值。另外，Matlab仿真平台的应用成本也相对较低，根据相关调查显示，其虚拟仿真结果和实际的实验结果相比较也具有一致性，教师在应用时，可以将Matlab仿真平台和实验项目的设计结合起来，以此来提高“电子技术”课程的教学质量和教学效率[1]。
4在“电子技术”课程中应用虚拟教学法的可靠性
4.1教学条件上满足应用条件
随着我国科学技术的飞速发展，我国各大高校在教学条件上也得到了相应的完善，大部分高校在教学过程中采取的都是多媒体教学的方式，为虚拟教学法的应用提供了可靠的教学条件。教师通过在计算机上安装相关的虚拟仿真软件，就可以利用多媒体技术进行“电子技术”课程的教学。另外，完善的硬件设施使得教师也可以利用虚拟仿真软件对实验进行演示教学，解决了我国传统“电子技术”课程教学中的实验教学问题。
4.2开发虚拟仿真技术的条件较为完善
在计算机技术的发展过程中，我国高校的电子类专业实验室也设置了相关的计算机设备，使得高校具备了开发虚拟仿真技术的条件。另外，我国的很多高校的“电子技术”专业中也具备了较为完善的网络技术以及数字信号处理等实验室也配备了相关的微机。同时，高校也在微机上安装了Matlab等仿真平台，为“电子技术”课程的虚拟仿真教学提供了完善的条件。除此之外，部分高校的学生也有自己的电脑，可以在电脑中安装相关的虚拟仿真软件，可以不受时间和空间地限制进行实验设计。
5在“电子技术”课程中应用虚拟教学法的重要性
5.1有利于调动学生的学习积极性
通过在“电子技术”课程中应用虚拟教学法，有利于调动学生的学习积极性。第一，高校在电子信息技术课程的教学过程中，通过建立实验基地，可以打造出锻炼学生的实践能力的综合性平台，帮助学生将所学到的理论知识应用到实际的操作过程中，从而加深对理论知识的理解，提高自身的实践能力。第二，在实际的虚拟仿真软件的操作过程中，也可以将学生难理解的理论知识用更加形象的方式表达出来，让学生更加直观地感受到“电子技术”课程的相关知识，提升学生的学习积极性和增强学生的学习兴趣。第三，教师在应用虚拟教学法进行教学的时候，也可以通过教学节奏的把控，来帮助学生探索并思考相关的知识结构，使其主动参与到教学过程中，凸显学生学习的主体地位，最终实现教学目标。
5.2有利于提升学生的实践动手能力
随着科学技术的快速发展，企业生产工艺更新加快，新技术被采用的步伐加快，这对高职院校人才培养提出了更高的要求，高职院校在“电子技术”课程的教学过程中着重以培养应用型人才为教学目标，在教学过程中，重点培养学生的分析能力、动手能力和实践能力。而通过在“电子技术”课程教学过程中应用虚拟教学法，可以有效提升学生的实践动手能力。高校通过为学生提供实践操作平台和操作环境，可以引导学生学会理论知识的应用，加深对“电子技术”课程的了解。虚拟教学法在教学实际应用过程中，更加强调学生学习的自主性，学生通过虚拟技术体验知识要点和能力要点，实现理论知识和实践操作完美融合，进一步提高“电子技术”课程教学的趣味性、有效性，帮助学生及时地发现并解决问题。
6我国高校在“电子技术”教学中的问题
6.1相关的学习环境有待完善
“电子技术”课程是一门实践性很强的课程，对于学习情景的要求也较高，但是在我国传统的教学工作中，教师一般选择生活中的例子来演示和创设实验内容。生活中的例子只能说明结果，无法获取演进过程，学生在学习中只能知道是什么，却难以知道因为什么。另外，对于演示实验所需的教材，由于学校经费有限，相关仪器设备缺乏或陈旧，导致部分实验无法完成。即使能进行演示实验，由于人员、空间、温度、湿度等诸多因素，实验结果会受到一定的影响，产生一定的误差，难以实现预期的教学目的。
6.2学生的主动探索意识有待加强
在传统的教学模式下，教师在进行“电子技术”课程教学时，教学内容主要来自于教材，主要教具是粉笔和黑板，即使有演示实验，也大多是验证实验。学生在学习知识的过程中总是被动的，即只记录和标记老师的讲解。在学习过程中，即使有自己独到的见解，也由于缺乏必要的实验测试，最终无法实现，学生的主动探索意识有待加强[2]。
7基于虚拟教学法下的“电子技术”教学措施
7.1将虚拟仿真技术融入教学课堂
我国以往的“电子技术”课程教学模式，通常情况下注重理论知识的掌握而忽视实践能力的培养，课堂大部分时间也用在了理论知识的传授上，课堂气氛较为活跃，很容易影响学生听课积极性。另外，如果理论知识没有得到实践的补充和验证，无形中也会增加学生的学习难度，因此，教师需要将虚拟仿真技术融入教学课堂，解决我国传统的“电子技术”课堂实验的困境。教师在讲解理论知识的同时，要充分利用多媒体进行实验演示，通过演示抽象的理论概念，帮助学生进行理解，激发学生的学习兴趣，使其愿意主动思考问题，愿意动手进行实验，进而巩固相关知识点。
7.2创新实验教学方法
“电子技术”课程的技术性很强，而学生的技术能力是需要在实践中进行不断积累的，因此，教师在实际的教学过程中，理论知识只是对技术实践的知识补充，两者需要进行充分结合方能实现最好应用。同时，教师需要创新实验教学方法，在实验教学中应用虚拟教学法，通过应用虚拟仿真软件，让学生将所学到的理论知识在实验中进行强化。另外，教师在实际应用虚拟教学法进行实验教学时，还需要加强和学生之间的交流，及时了解学生在实验过程中遇到的问题，帮助其制定解决问题的方案。同时，教师也要鼓励学生之间加强交流，通过学生之间的相互学习、相互影响，主动寻找实验内容的知识支撑，从而提高学生之间的相互协作能力，完善实验方案，提高学生主动寻找问题和解决问题的能力，最终提高学生“电子技术”课程的整体学习水平。
7.3增多课程设计实践环节
教师在应用虚拟教学法进行“电子技术”课程教学时，还需要增加实践环节的课程设计，进而实现时间目标、教学目标的有效控制。首先需要教师对“电子技术”课程的教学内容进行多个单元模块的划分，以此来提高虚拟教学法的有效性；其次，教师在教学过程中，需要对学生进行“电子技术”课程的演示实验，在按步骤规范地操作一次以后，要将实验的主动权交给学生，让学生自主实验，自主分析，独立思考，独立制定实验计划；最后，教师在学生实验操作结束以后，要安排学生对自己的实验过程进行简单的讲解和总结，引发学生对实验结果的思考，让学生在总结的过程中实现二次思考，最终实现理论知识的牢固掌握[3]。
8结语
关键词：核电厂 虚拟数字化控制系统 全范围模拟机
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0120-03
1 引言
核电全范围模拟机是应用计算机仿真技术对实际核电站运行、系统、设备进行1∶1的逼真模拟，能够真实呈现核电机组在各种工作状况下的特性，人们将之称为“虚拟核电站”，能够模拟核电站运行过程中各类复杂工况，用以训练操纵员在各种紧急情况下对机组操纵技能。在全范围模拟机开发工作中，核电站仪控系统的模拟是模拟机开发项目的关键工作。
2 核电站模拟机仪控系统的仿真方式
核电站控制系统引进数字化仪控系统（DCS）后，配套的模拟机仪控系统根据工程项目的进度和成本控制要求也采用不同的仿真方式（如图1）。
实物模拟DCS（Stimulation）─通常是简略输人/输出板卡和外设，采用真实DCS的硬件、软件和网络系统的适当或最小配置，再现DCS。实物模拟DCS具有最高的软硬件逼真度，但要模拟庞大的核电DCS结构，不仅软硬件成本无法接受，而且与对象模型系统连接比较困难，无法完成复杂的仿真应用功能。
虚拟实物DCS（Virtual DCS或Emulation）─简称虚拟DCS，是将DCS功能在计算机上实现，在完成 DCS组态之后，将组态工程直接下载于虚拟DCS平台，实现DCS的平台转移和再现。虚拟DCS具有极高的软件功能逼真度，实现成本不高，能够完成复杂的仿真应用功能。
逻辑模拟DCS（Simulation）─按照DCS的组态逻辑，采用手工建模方式建立DCS的功能模型。只要DCS完成控制功能和逻辑设计，就可以根据设计图纸进行仿真。逻辑模拟DCS是多年来培训仿真系统的通常采用的形式，虽然实现成本不高、能够完成复杂的培训仿真应用功能，但软件功能逼真度和可信度相对不够高，跟踪修改较为困难。
上述仿真各有优缺点，综合考虑投资成本和仿真逼真度，虚拟DCS是一个比较好的选择。在实际项目中，有时实际DCS组态无法满足模拟机开发进度要求，在工程前期采用逻辑模拟DCS，待模拟机最终验收之前切换至虚拟DCS。
3 核电全范围模拟机仪控系统应用虚拟DCS的技术优势
多年以来，仪控系统的模拟是提高核电模拟机仿真逼真度的一个技术瓶颈。但随着仿真和控制技术的发展，许多研发机构特别是实际DCS供应商已经能够提供完整的虚拟DCS解决方案，应用虚拟DCS各种优势逐渐体现在实际工程项目当中。
第一，虚拟DCS可以有效提高模拟机的逼真度，增强核电操纵员对机组操控能力。《HAFl03核动力厂运行安全规定》提出为了满足核电厂的安全运行要求，必须使用模拟机对操纵员进行培训，确保操纵员能够获得运行核电机组的操纵技能，提高机组异常和故障的处理能力，因此模拟机仿真的逼真度与核电站的安全运行戚戚相关。
第二，虚拟DCS可以缩短模拟机仪控系统的开发进度。一般新建机组的模拟机至少要在机组装料前一年投入使用，才能满足商运机组足够数量操纵员的培训需求，在以往模拟机项目中交货时间或多或少产生延误，其中很大一部分原因是受仪控系统的开发进度限制。虚拟DCS采用与实际DCS相同的工程文件，不需要重新组态，能有效缩短模拟机总体开发进度。
第三，基于虚拟DCS的模拟机在调试期间发现的问题可以直接反馈应用于实际机组。仿真环境中虚拟DCS在现场安装调试之前对DCS的设计和工程组态可靠性进行验证（Verification）和确认（Validation）测试，这种完整仿真环境是设备供应商仿真工具无法比拟的。从已投用全范围模拟机开发经验来看，模拟机从集成到出厂有50%左右的偏差与设计和DCS工程组态有关。目前很多核电站已经规定实际机组修改的逻辑需要在模拟机上进行验证，减少人为错误风险。
最后、基于虚拟DCS的模拟机可以获得最多的功能应用。虚拟DCS可以真实地再现实际DCS的软硬件系统结构、组态方法、算法模块、系统管理、数据库管理、文件管理和通信协议等内容，能够最大限度满足操纵员对各类机组故障培训的需求，许多破坏性或可能导致严重后果的试验（例如反应堆保护通道故障叠加）在实际机组是无法完成的。
此外核电行业DCS国产化刚刚起步，在很长一段时间内需要培养大量维护、运行技术人才，当实际DCS系统投入后，为了保证机组运行可靠和安全，不允许对实际DCS进行频繁的试验性操作，基于实际DCS的培训是不现实的，虚拟DCS提供了良好的培训平台。
因此采用虚拟DCS的核电全范围模拟机在无论是前期开发还是后期运行培训、维护都具有重要的应用意义。
4 虚拟DCS在全范围模拟机中的应用方案
4.1 典型核电站仪控系统结构
从系统安全和系统硬件角度看，核电仪控系统分为安全系统和正常运行系统（非安全级）。以目前国内正在建设典型DCS系统结构日本三菱MELTAC-Nplus R3（1E安全级）和广利核HOLLiAS MACS（NC非安全级）DCS为例，仪控系统设备主要包括：控制器、通讯站、服务器、网关和操作员站，这些设备通过层次化的多种总线（系统网和控制网）互联构成核电DCS总体构架。
通常按系统功能纵向分为四层（如图2）：
工艺系统接口层（LEVEL0）检测工艺系统和工艺设备的参数，根据自动化系统来的控制指令控制工艺过程。
自动控制和保护层（LEVEL1）完成DCS系统数据采集、逻辑处理、控制算法运算、产生自动控制指令以及各控制站之间的通讯。
操作和管理信息层（LEVEL2）执行的任务包括信息支持、状态诊断、工艺信息和操纵员动作的记录以及通过操作设备对机组的控制。
全厂技术管理层（LEVEL3）通过网络接口设备单向接收电厂的一些必要的信息，使管理者能够实时了解电厂的运行情况。
实现虚拟DCS模拟主要目标是完整再现上述LEVEL1、LEVEL2各设备软、硬件功能，通过网络通讯实现与模型的数据交换。
4.2 全范围模拟机虚拟DCS的功能需求
全范围模拟机虚拟DCS主要功能与实际DCS保持一致，根据模拟机及培训特点对上述LEVEL1/LEVEL2层功能进行适当的修改，各主要设备功能需求如图3所示：
与实际DCS相比，模拟机不需要实际DCS的冗余管理功能和为追忆操纵员操作过程的操作历史记录功能。
同时虚拟DCS需要根据教员从教控台发出的指令来进行多种状态（加载、运行、冻结）的切换，在故障模拟教学中，还要根据场景接收相应的故障指令并触发相应故障响应。
4.3 核电站模拟机虚拟DCS的成套应用方案
核电全范围模拟机参照实际DCS层次机构，由LEVEL0，LEVEL1，LEVEL2组成。其中LEVEL1/2也即虚拟DCS实现核电仪控系统的仿真，各部分功能（如图4）如下：
LEVEL2操纵员站主要用来模拟人机交互界面，采用真实的HMI可以获得与现场完全一致的仿真效果，安全级和非安全级系统分别配置了一回路、二回路、值长、安工等操作员工作站。非安全级通过I/O实时、历史、计算等服务器提供运行数据的实时监控、历史趋势调用及报警、日志等功能。
LEVEL1通过两台专用服务器运行虚拟DPU程序，该程序利用多线程技术，建立多个虚拟控制站进程，每个控制站对应一个进程，与实际机组DPU运行相同的内核程序，实现DPU和控制逻辑运算的仿真。LEVEL1服务器实现了控制逻辑和内部网络的仿真，并将逻辑运算的结果发送给操作员站和模型服务器。在数据流程上更加贴近真实DCS系统。模型服务器不再直接与操作员站交换数据，而是通过数据接口与虚拟DCS系统交换数据。
LEVEL0模型服务器主要用来运行仿真支撑平台和仿真模型。仿真支撑平台提供仿真模型的运行环境，实现仿真模型模块间的同步、控制以及数据接口，管理仿真系统数据，并提供仿真模型的建立、修改和调试的功能。
网络主要用来进行数据的传输与交换，一是LEVEL1服务器与操作员站HMI之间的数据传输，二是LEVEL1服务器与模型服务器之间的数据传输。在虚拟DCS系统中，LEVEL1服务器和操作员HMI可以采用统一的数据库，在虚拟DCS工程师站中进行配置。仿真模型数据库与虚拟DCS系统数据库一般并不相同，二者之间的数据传输需要专用通讯程序。
4.4 虚拟DCS工程应用的重点
在实际工程应用中，需要采用统一机制使虚拟DCS与模型同步工作。
4.4.1 模型与虚拟DCS数据交换
在实际DCS工程中，控制基本单元-控制器一旦上电运行，是按预定的周期周而复始完成I/O数据的采集、控制运算及I/O数据的输出。但在模拟机，DCS I/O数据的采集和输出是与工艺模型按一定交换周期（如100ms）进行的、同时模拟机必须在教控台统一控制下完成例如运行、冻结、回放等特殊功能。因此数据交换和虚拟控制器的运行必须在同一指令下（Step）同步工作，图5描述了Run执行的执行过程，Step指令完成了运行过程中的数据交换。
4.4.2 控制器算法调度和数据交换周期的处理
在虚拟DCS中，控制器算法调度周期和交换数据的周期是无关的，因此无法用交换数据的周期来代替算法调度周期，但是可以用交换数据的周期来确定虚拟DCS的最小周期。由于模型交换数据的周期是实际系统DCS调度周期（50ms）的两倍，将虚拟DCS控制的最小周期变为100ms，同时，保持算法调度周期和最小周期的倍数不变，这样，所有的算法调度周期也都变成为原来的两倍，即对于50ms调度周期的算法页，以100ms 的调度周期执行（相当于减速2倍），依次类推每收到一个Step（图6、长箭头），就运行一个最小周期，至于这个最小周期是否执行算法（图6、短箭头），由算法调度周期决定。
4.5 存在问题及改进方法
虚拟DCS移植了实际DCS平台的功能，完成控制逻辑计算、网络通讯等软件功能的复现，对于依赖硬件实现逻辑运算的特殊模块（如SOE卡件和手操器）目前模拟机上并没有得到很好解决，影响了模拟机的总体性能。以事件顺序记录（SOE）卡件为例。
实际DCS中SOE的功能是用于分辨一次事故中与事故相关的事件所发生的顺序，所记录事件的时间分辨率通常为1ms，在信号进入硬件采集板时直接打上与系统同步的时间戳，因此所有信号时间是统一。在模拟机中由于模型与虚拟DCS数据交换时间为100ms，无法满足卡件1ms采集速率要求，因此目前模拟机基本丧失了实际机组SOE功能。
通过缩短数据交换时间或减少SOE数据采集分辨率都能解决上述问题，但缩短数据交换时间需要更多计算机硬件、网络带宽资源的投入，当数据交换时间缩短到一定程度时，投资成倍增加，这不论是开发商还是用户都很难接受，同样减少采集分辨率会降低仿真逼真度，因此基于目前这种仿真构架很难彻底解决问题。
SOE功能关键在于统一信号的时间戳，由于模拟机中所有的信号均来自模型服务器，因此系统时间是统一的，如果在模型侧对于有限的SOE信号（约300多个）进行处理，即设定1ms计算扫描速率同时打上时间戳，实现事件先后顺序的捕捉，在不增加投资的情况下便可很好解决上述问题，但模型与DCS数据通讯格式发生变化，需要在初步设计阶段综合考虑。改进前后示意图如图7所示
手操器模块及类似模块可以采用相同的改进方案，最终实现仿真结果与实际机组保持一致。
5 结语
核电全范围模拟机是集核电设计、核电运行、数值计算以及信息技术和软件技术为一体的高科技产品，其中数字化仪控系统是仿真关键技术之一，它的技术水平也直接关系到全范围模拟机的技术水平，虚拟DCS无疑是提高数字化仿真技术的有效手段。
虚拟DCS在核电全范围模拟机的应用刚刚起步，但随着我国核电事业和仿真技术的发展，未来虚拟DCS在核电全范围模拟机应用将越来越广泛，仿真功能越来越强大，实现实际DCS和虚拟DCS一体化，不仅对于核电模拟机，而且对于实际DCS维护和核电机组安全运行都有重大意义。
关键词：公安院校 消防 虚拟仿真教学系统 设计
中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（b）-0128-03
公安院校学生未来就业方向主要是公安基层民警，而消防监督工作是公安基层工作的重要组成部分，因此，学生对消防监督检查流程及重点应有一定了解，对通用消防器材装备应熟练使用及对火灾初期应灵活处置，而这些方面的教学工作在实际教学中存在教学与实际脱节的矛盾。随着建模与虚拟仿真技术的快速发展，计算机模拟训练以其特有的优点越来越受到高校的重视[1]。消防虚拟仿真教学系统的研发可以很好地解决教学与实际脱节的矛盾[2]。该教学系统由训练（软件）系统和3D交互沉浸环境（硬件）系统两大部分构成，系统软件部分通过三维虚拟仿真技术进行设计和研发，系统硬件部分为配套虚拟交互训练内容实现3D沉浸交互功能应用的硬件平台支撑，上述两部分共同构成整个教学系统，以实现在虚拟环境下达到真实环境条件进行实验认知、训练的效果。
1 消防虚拟仿真教学系统软件平台的设计
根据目前公安基层工作的需要，教学系统软件平台由消防监督检查、消防装备与灭火技术和灭火救援指挥3部分组成。
1.1 消防监督检查
消防监督检查虚拟训练系统以三维仿真的某大型商业综合体为背景，利用虚拟仿真技术模拟商场中各消防设施、消防器材和相关消防设备与消防区域的设置情况。该系统主要包括消防监督检查教学展示（3D效果）、消防监督检查的组织、实施消防监督检查训练、对举报、投诉的消防违法行为的查处训练、重大火灾隐患的判定、立案、督办和消案的训练、恢复施工（使用、生产、营业或者举办）的检查训练等部分。（如图1所示）
该系统可以生动立体地讲述消防知识，同时培训学生在任意一个普通场景中，能够完成消防监督检查的各项工作措施，掌握消防监督检查的技能，实现教学目标。系统设计使用虚拟环境、立体成像设备、模拟软件的方式，一方面使学生全方位多角度的形式进入立体虚拟环境中去，身临其境地到现场去发现问题、听取解决办法、学习相关知识；另一方面则利用安装了“消防监督检查虚拟实训系统”的PC机，通过可视化交互，让学生能自我做出判断，发现并记录虚拟场景中存在的安全隐患，以达到实训要求，完成目标。
1.2 消防装备与灭火技术模拟演练系统
鉴于学生对消防灭火实际操作知识的匮乏，以及经验的欠缺，因此，需要通过实际动手训练来提高学生实践能力，以便日后能从容应对各种危机情况。由于火灾本身是一个很难控制的事件，其危害性巨大，扩张速度迅猛，稍有不慎即可对人们的生命财产造成严重损失，因此，通过实际引发一场火灾来进行扑救，达到训练的目标自然是非常不可取的。但学生终究必须是要掌握消防灭火技术，如何连接理论知识和实际扑救之间的纽带，达到训练的目标，就成为了必须解决的问题。为解决理想与现实之间的矛盾，虚拟现实技术显得尤为合适。消防装备与灭火技术虚拟演练系统可全真模拟出火灾现场环境、风力风向、火情蔓延面积等；细节来讲，包括楼层通道、燃烧物质、火光火焰、烟雾层层等；扑救操作方面来讲，包括各类灭火器使用的方式方法（如，除掉铅封、拉下保险销、对准火源、按压手柄），以及室内、外消火栓的连接和使用模拟。因此，这套虚拟火灾扑救系统可从宏观到微观层层递进展开扑救技术训练，兼具安全性和交互性，加之轻量化的演练环境，是火灾扑救训练最科学完善的解决方案。（如图2所示）
1.3 灭火救援指挥模拟训练系统
灭火救援指挥模拟训练系统以某大型商业综合体为实战训练背景，利用虚拟仿真技术模拟生成特定环境条件下的虚拟火灾事故场景；受训学员依据应急救援战术原则进行指挥决策，调动和部署抢险救援力量，形成战斗方案，控制事故的发展和蔓延；并依据战术知识库，以模拟训练系统提供的训练监控、记录回放等工具为辅助，记录、分析受训学员的战斗方案，对受训学员的战斗方案进行逻辑推理，最终进行评判结果和结果解释；虚拟火灾事故场景也随着战斗方案的执行实时产生动态的仿真效果，为受训学员创建一个具有高度沉浸感以及符合实际情况的训练环境。该系统主要包括灭火救援指挥教学展示（3D效果）、接处警训练需求、灭火救援指挥训练需求、模拟训练台需求和场景、模型及处置效果需求等部分。（如图3所示）
2 消防虚拟仿真教学系统硬件平台的设计
消防虚拟仿真教学系统硬件平台以三通道沉浸式环境G-Discover为主，同时配以学生机房，满足教学认知以及课程考核的需要。（如图4所示）
2.1 立体显示系统
作为整个虚拟现实仿真平台的显示部分，显示系统效果的好坏对整个系统表现的影响非常大。系统一般由投影机、投影屏幕、机械结构实现。其核心是根据使用要求和现场情况（环境光情况、场地情况、观众等），选择恰当的投影方式，在投影方式确定的前提下，选择适当的投影机、投影屏幕和结构形式以形成最佳的视场。由于显示屏面积较大，图像均匀性及一致性要求突出。
2.2 图形图像处理系统
由于虚拟系统所采用的软件占用较大空间资源，因此，对计算机硬件的要求随之提高，当前虚拟系统中的计算机硬件以高性能图形工作站为主流，具体配置因所采用的建模和分析软件不同而不同。
2.3 交互系统
虚拟设计平台中的人机交互设备包括动作捕捉系统、半实物仿真灭火器、半实物仿真水枪等，可以使设计者和观察者实时地对多通道显示屏幕上的内容进行综合操控，实现用户与三维模型的交互浏览和相关训练操作。
2.4 教学考核机房
包含学生机和教师机若干台，“消防监督检查”的学生考核部分、“消防装备与灭火技术模拟演练”的认知教学部分、“灭火救援指挥”的协同操作演练部分均在该机房中完成。
2.5 火灾现场信号转播系统
可将当地公安消防部门消防指挥大厅通过卫星信号车采集到的火灾现场视频信号，通过网络传输的形式接入到实验室的投影环境中，供学生进行火灾实战的观摩教学[3]。
消防虚拟仿真教学系统利用虚拟现实、三维仿真建模与再现技术、三维场景渲染技术等先进手段真实的再现各类场所火灾现场的环境，以消防日常设备设施安全监督检查，灾害事故救援的应急指挥、处置和救护为主线，通过三维人机交互式教学实训模式为学生针对以上不同场地条件和状况下的消防安全检查、面临火灾的自救、维持火灾现场秩序、组织疏散及指挥群众逃生等采取正确的指挥调度措施、应急处置办法和消防设备器材的工作原理及使用等进行设计与研发，从而增强受训者的临场感觉，提升应急学员的快速反应和处置能力。
参考文献
[1] 蔡丁友.优课虚拟仿真实验室在化学实验教学中的应用[J].教育信息技术，2013（6）：13-15.
被动安全主要是指汽车在不可避免的情况下所发生的交通事故，能够在事故发生时保护车内的驾驶人员以及其他人员的安全，或者将伤害降低到最小，此时，就需要反复的进行计算机试验研究才能将损害降低最低，达到最大的优化利益。由于这种试验相对成本较高，所以不能经常性的做实车碰撞试验，只能根据计算机的方式进行测试，当试验到一定阶段的时候才能进行实车碰撞试验，这在很大程度上就降低了成本。实车碰撞结果产生的问题，计算机会自动根据实际情况进行安全设计改良与革新，最终将导致研发周期的延长。为此，计算机模拟技术在汽车被动安全中是十分重要的。
2基于MATLAB/Simulink的仿真分析
MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包，也可以称之为一体化仿真环境。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统及连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的。在MATLAB/Simulink环境下，系统模型可以根据实际结构搭建，调整方便，结果输出直观。Advisor不仅可以对传统汽车(包括轻型车和重型车)进行仿真，而且对电动汽车(包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车)也可以进行仿真分析，可以预测多种循环工况下的车辆性能、能量消耗、排放、控制策略实施情况以及零部件的效率。
3硬件在环仿真分析
硬件在环仿真，最初应用在结构复杂、价格昂贵的系统的开发和测试上，是将被仿真系统的一部分用数学模型描述，并把它转化为仿真计算模型，其他部分以实物(或物理模型)方式引入仿真回路，可以对虚拟运行环境中的设备进行逼真的模拟，其特点是实时性。这种定义比较早的“半实物仿真”定义更准确。通常硬件在环仿真的输入和输出是连续的或模拟的，在这种情况下，连续的输入必须使用A/D转换器转换为数字的形式。这种仿真可以充分发挥物理仿真和数学仿真的优越性，避免各自缺点。硬件在环仿真环境实现了物理硬件和软件模型的互换，从而可以在原型车不存在的情况下进行部件或整车的仿真，也可以对潜在的部件及其组合方案进行评价、筛选，直到确定最优方案。功能强大的高逼真度HIL实时仿真不仅可以缩短开发周期，加快了产品上市速度，而且由于测试期间无需使用实际硬件而降低了设备成本以及相关的维护成本。HIL仿真最显著的优点是可以对实际情况进行模拟，而不会产生实际危险。
4虚拟现实技术
虚拟现实技术是二十世纪八十年代末开始新型的一种实用技术，采用计算机技术进行视听觉融为一体的，在某种特定环境下，进行的一种虚拟环境试验，这种试验就如同亲临现场般一样真实。随着科学技术的不断进步与发展，这种技术不断地被应用于汽车工程建设之中，并推动了汽车工程建设的发展。利用虚拟技术可以将汽车进行数字化，然后将其模拟的环境结合起来，用真实的驾驶员进行一种仿真模拟驾驶，驾驶员可以真实感受到汽车的振动，噪音等就如同在现实生活中一样，同时，可以进行各种危险技术的模拟实验，所有这一系列的数据参数以及结果都将在虚拟技术中得以体现，这样不仅仅实现了虚拟技术的现代化，更加节省了投资，可以反复的使用，测试，并不存在任何的风险。
5高层体系结构技术
高层体系结构技术是美国在1995年提出来的一种构件计算机仿真技术的建模技术，最显著的特征就是可以通过应用层将与环境分离，最大限度的利用新技术进行标准的服务功能，该系统也有较强的适应能力，这种技术在汽车工程中得到了广泛的使用，随着不断变化发展与完善，并逐渐应用于航空航天等事业。无人驾驶飞机就是在该系统的基础上发展起来的。这种虚拟训练与交通工程仿真技术不断的结合，并越来越完善。
6结束语
