发布时间：2023-04-23 15:24:55
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的计算机仿真技术论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
英文名称：Computer Simulation
主管单位：中国航天科技科工集团公司
主办单位：中国航天科工集团公司第十七研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1006-9348
国内刊号：11-3724/TP
邮发代号：82-773
发行范围：
创刊时间：1984
期刊收录：
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
论文摘 要：实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入, 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出，实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题，并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。
0 引 言
实验教学是学校教学活动的重要组成，教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容, 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时，更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学，学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入, 实验教学的改革也越来越引起人们的关注，以往的教师灌输式的理论教授方式，学生被动接受的教学模式，已无法满足社会经济发展的要求。当前，社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养，必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念，重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用，根据当前社会经济对人才的要求， 改革传统的实验教学模式，改革实验教学手段，优化更新实验教学的内容，切实提高实验教学质量。
1 实验教学的传统模式与存在的问题
国内高校工科教育当中，实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2]，加上近几年高校扩招，实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入，丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设，在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况，我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如：在全国高校本科的教学水平评估中，实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且，各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动，纷纷实行了“双基”型实验室[2]，与此同时，建设了“实验教学示范中心”。当前，传统实验教学模式的缺点主要有以下几点：验证性的实验所占比例较大，与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调；实验模式单一、实验室设备陈旧；实验教学中缺乏先进的实验教学手段。
2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法
2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术，能够充分调动学生主动学习的积极性，培养学生的学习兴趣。同时，教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察，对学生进行良好的跟踪与指导，更好地进行学生实验结果的采集工作，先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果，提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后，理论与实验教学，教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决，实验教学更加灵活化，教学内容在时空上得到进一步的延伸，更好地激发了学生进行实验的热情。
将计算机仿真技术引入到实验教学中，通过相应技术进行的虚拟实验，为学生提供了更为灵活开放的实验环境，能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力，增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容，仿真技术的应用，将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体，实验的能动性与趣味性明显提高，同时实验内容的充实，有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前，已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设，通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中，为实验科研提供了良好的平台，对于激发学生学习的主动性与积极性，培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用，一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容，另一方面，还能够明显降低实验成本，提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学，能够发现，教学过程中引入proteus仿真软，通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟，克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程，除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验，这有力地推动了实验课程教学改革，更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上，如挑战杯、电子设计大赛等等，学生就能够用计算机来实现仿真，首先用计算机仿真出实验的模型，再在计算机上进行相应的模拟调试，最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中，学生可以自由发挥自己的潜能，通过大量的仿真对比，来达到设计目的，也可大胆反复地调试，避免了器件的损坏。电子设计竞赛中，由于proteus开发环的运用，培训过程中不需投入任何硬件的条件下，学生却普遍反映，对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明，运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作，可明显的提高单片机系统的设计效率。此外，远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义，对于教学改革是一种很好的尝试[2]。
2.2 实验中引入matlab软件内建的simulink组件技术
目前，我国开设了电子信息类专业的高校中，大部分都将matlab软件作为重要的实验教学平台，对定理以及算法进行仿真和验证实验。simulink组件作为matlab的重要组成，能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下，只需利用鼠标进行简单直观的操作，就能够完成复杂系统模型的构建，在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 simulink组件具有适应性强、效率高，结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点，simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模，该组件还可支持多速率系统，不同的系统组成部分的采样速率不同。此外，simulink为动态系统模型的创建，提供的图形用户接口(gui) ，使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成，为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式，同时能够立即获得系统仿真结果。
该组件的这一特性，一方面可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面，可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典rls 算法为例，如果直接采用matlab编程方式，在进行代码调试时，就会消耗掉大量的精力，代码长度将达到200 行以上。而如果采用simulink组件模块化设计的思想，只需要鼠标对模型的拖拽，就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于simulink提供了丰富的元件库，采用图形化的表示方法，学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍，思路清晰，参数的调整也十分便捷，广受学生欢迎。由此可见，引入simulink组件后的实验，既不会影响实验效果，又能够提高实验效率，对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。
3 结 语
当前，社会对人才综合素质的要求不断提高，进行实验教学改革已经迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，把计算机仿真技术与simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性，充分发掘学生的创造能力，在学习到先进技术的同时，提高学生对社会的适应能力。
参考文献
论文摘要：高等职业教育实践教学对于促进学生知识理解和掌握、培养学生分析问题和解决问题的能力方面发挥着非常重要的作用。但是由于我国高等职业教育教学条件相对不足，实践教学不能最大限度的实现，利用虚拟现实技术来仿真模拟现场可以使学生产生身临其境进行实践教学的效果。
实践教学在高等职业教育教学活动中占有非常重要的位置，对于深化学生对知识的理解和掌握、培养学生分析问题和解决问题的能力具有重要的作用。但是我国高等职业学校实践教学特点及条件的限制，阻碍了学生的动手能力和创新能力的培养。不能最大程度的激发学生的求知欲望，在一定程度上影响了学习的效果，而用虚拟现实技术来进行实践教学却可以解决这些难题。
1 虚拟现实技术的内涵及特征
虚拟现实(Virtual Reality，VR)又称临境技术，是一种利用计算机系统来创建和体验虚拟世界(Virtual World)的技术。虚拟现实技术是综合应用各种技术来制造逼真的人工模拟环境，并能有效地模拟人在 自然环境中的各种感知系统行为的高级的人机交互技术，使用户身临其境地感知虚拟环境中的物体，通过虚拟现实的三维设备与物体接触，从而真正地实现人机交互。可以说人处在虚拟环境之中跟现实环境是没有差别的。
VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。它同时具有沉浸性(immersion)、交互性(interacdon)和构想性(imagination)L2 J，VR技术的发展始终围绕这三个特征而前进。沉浸性是指用户对虚拟世界中的真实感，此种真实感将使用户难以觉察、分辨出其自身正处于一个由计算机生成的虚拟环境中；交互性是指用户对虚拟世界中的物体的可操作性；构想性是指用户沉浸在虚拟世界的多维信息空间中，依靠自身的感知和认知能力获取新的知识，提高感性和理性认识，从而深化概念并萌发新意 J。因而可以说 ，虚拟现实可以启发人的创造性思维。VR技术的实质是一种采用计算机技术制作仿真的假想世界的技术 J，采用计算机产生一个被仿真世界的动态、三维视觉环境，使操作者产生一种身临其境的感觉。实现的方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器，通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。
2 虚拟现实技术在高等职业教育实践教学中的应用
2．1 高等职业学校实践教学的现状
我国正处于社会、经济的快速发展时期，时代需要大量应用型人才、高技能人才。“加快培养高质量技能型人才，是当前我国职业教育面临的紧迫任务；加强实践教学的建设和改革，是提高技能型人才培养质量的关键环节”[5]。因此，高等职业教育要将学生职业技能的培养工作落到实处，实践教学起着不可替代的作用，加强实践性教学可提高教学效果和开发学生创造能力，进而达到巩固理论知识、提高综合素质和实践能力的目的。可见，加强实践性教学，是当前高等职业教育改革与发展的重中之重。帮助学生形成实践操作技能和职业能力，满足就业的需要是职业技术教育普遍的教学终端目标。
高等职业教育实践教学通常存在的问题：(1)专业实训设备体积较大而实训教学的场地有限，教师在讲授设备操作、使用、注意事项时，只有在设备附近的少数学生能看清楚。(2)专业实训设备结构比较复杂、单价较高，为实训教学增加设备的台数势必大幅度增加购置经费，而且每次使用机器成本较大(包括原材料、电力、机器损耗和设备维修费用，而实验产品是不能投放市场产生经济效益的)。(3)实验设备更新速度相对滞后于技术更新的速度。如果按照现在的技术更新速度同步进行实验设备的更新，投入将是非常巨大的，由此造成的浪费也是非常严重的。(4)由于实验故障等原因导致的设备损耗较为严重。对实验过程指导不力或实验过程中的失误，易导致设备非正常损耗。(5)对于没有实践经历的学生在真实实验或生产车间进行操作存在一定的危险性。因而在现实教学中，一般采用教师演示或组织学生看录像的方式，但学生很难获得感性认识，实验效果大打折扣。(6)教师只能对机械外表进行讲授，而机器的运作原理及内部运作无法了解，当机器运转时内部结构无法讲授(机器运转时不能拆开机壳)；(7)在财经、管理等文科专业教学中存在单纯依靠语言讲授，实践不足的现象；旅游等专业的学生实践教学要专程到旅游景点进行，费用太高等问题。
2．2 虚拟现实技术在实践教学中的应用特点
2．2．1 教学手段先进 用现代化计算机仿真技术展示设备，学生能真实的对虚拟设备进行操作，且操作过程清晰易懂。同时，在立体投影屏幕上显示相应的图像和交互操作的效果，坐在虚拟现实教室的其余近百名学生则可带上立体眼镜进行观摩学习，课堂气氛活跃，参与度高，有利于学生的正确理解和掌握。
2．2．2 降低办学成本 用现代化计算机仿真技术，减少设备台数，没有原材料消耗，旅游等专业减少了异地实践的费用，可大大降低办学成本。
2．2．3 学习效果明显提高 用现代化计算机仿真技术，将设备三维“虚拟”出来，并可产生互动，学生通过在计算机反复操作练习后，掌握基本操作技能的时间比以前大大减少，提高了教学质量。
2．2．4 学习兴趣增强 用现代化计算机仿真技术，学生可使用计算机进行仿真操作，使一些比较枯燥难于操作的实验、实训变得有趣和便于掌握。
2．3 利用虚拟现实技术加强高职学校理工科学生实践能力的培养
对于高等职业教育理工科专业的实践教学，通过了解实验仪器的结构、原理及使用，科学验证或展开演绎课程的理论，从而加深学生对理论的认识。而对于专业方面的实践课程，培养学生的动手能力是十分重要的。传统实践教学专业实训设备结构比较复杂、单价较高，设备损耗较为严重，且存在设备非正常损耗现象，有的专业实践操作还有一定的危险性，并且存在设备更新速度在很大程度上滞后于技术发展速度的现象。采用虚拟现实技术可减少资金投入并保持设备更新。通过虚拟现实技术可保护昂贵的真实设备，减少误操作的危险，缩短占用设备的时间。特别对于一些本来具有一定危险性的实验实训教学活动，毫无危险性的虚拟现实 VR教学系统的应用尤为重要。例如，虚拟的化学实验，通过模拟现实世界真实场景，营造一个虚拟的三维实习实验环境，这个环境的真实感尤为重要。对于化学专业的实践教学来说，应尽量精确逼真地表现化学实验的操作内容、过程和现象。学习者可以通过虚拟操作获得直观的亲历体验，从而在获得安全操作方面知识的同时，提高他们在不同的复杂环境下的推理判断和瞬间决策能力。以这种方式获得的经验也会成功的转移到学习者现实生活的实践中。
【论文摘要将虚拟仿真技术引进教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和心得。
1.引言
自 20世纪 9O年代以来,以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探索在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和心得。
2.虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。
2.1虚拟现实技术
虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个和现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输进,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 天生技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计和展示、贸易广告、游戏设计等。
在航空电子装备教学中,大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ,传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代,因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ,传统教学方法 已远远不能满足要求 ,而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。
目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发,主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了产业标准 ,在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ,解决物理模型的创建、场景显示等新题目。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 .同时采用嵌进 OPENGL技术来解决物理模型 的交互新题目。
2.2系统仿真技术
系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 .它通过建立实际系统 的数学模 型 ,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、探究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要产业部分,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。 在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解 .教学效果主要依靠于教员的授课水平和技巧 。近年来.我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。
目前,有很多成熟的系统仿真开发平台软件.如 Simulink、SystemView等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。
3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤
3.1建立仿真模型
这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ,也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时进步逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则 ,以尽量减小运算量。建立数学模型时 ,还应考虑到系统运行时的参数调整。
3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动
对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式假如进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用EON进行动作的编辑和驱动;假如需要对装备进行虚拟操纵仿真,则使用 GLStudio软件先进行操纵面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操纵。
3.3系统集成
系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的布置,注重程序间的兼容性即可。
系统集成时,还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来,即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台,和视景仿真处于不同的系统进程中.因此这种驱动是通过两进程间的实时通讯来完成的。这里还需要考虑进程间的同步新题目。
在欧美等发达国家，理论与实践教学的学时比一般为1：2或1：3，远高于国内大部分理工科高校。长期以来，国内理工类高校实验占教学之比重较低，普遍存在重理论轻实践的倾向，这样不利于人才的培养。教育部和财政部等单位于2012年2月了《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，[1]文中针对加强实践教学提出了明确的要求和具体的措施。其中第5条指出：深化实践教学方法改革，加强实践教学方法是专业建设的重要内容。因此，需要从学生能力培养着手，对过去单一的实验教学模式包括实验内容、方法和形式等方面做进一步的探讨和改革。
一、实验教学内容的调整
“电路”课程高等工科院校是电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课。我校电子信息工程学院12版教学大纲规定，电气类专业的“电路”理论课程在大一的下学期开设，教学共计划84学时，其中理论课时占64个，实验课时占12个，共安排6次。实验涉及到的课程主要内容有：电路的基本概念与基本定律、电阻元件的VCR，电源的等效变换、线性电路的基本分析方法、基本定理、含有理想运放的电路分析、一阶电路的时域分析、二阶电路的时域分析、正弦稳态电路的分析等。
针对新形势下对人才培养的要求，“电路”课程的实践教学改革应该采取对不同教学对象因材施教、人尽其才的分层次教学方法，实践环节的内容和形式应多样化。作为民族院校，生源的差异性较大，对基础较差的学生要求完成必做的验证性实验；对基础较好的学生除完成基本要求之外，还要完成综合性实验；对动手能力强和创新意识强的学生，可分成兴趣小组，完成设计性和自定项目的实验。分层次的实验教学可以充分调动不同层次学生学习的积极性，充分发挥其主观能动性，为社会的发展培养和提供各种急需的复合型人才。[2]
在“电路”实验内容的调整上，将原来只要求做验证性实验改为计算机仿真实验和硬件实验两大部分，其中硬件实验又划分为验证性、综合提高性和设计性三个层次。
将计算机仿真技术引入“电路”实验，[3-4]采用EWB计算机软件进行仿真实验，可以实现验证性、测试性、设计性、纠错性和创新性等不同形式的针对性训练，有效地培养学生运用计算机提高分析、应用和创新能力。而且，对复杂的实验过程在计算机仿真过程中会更便捷高效，可保证一些高压强电实验的安全性。安排的相关实验内容包括电路的直流分析、一阶RC电路的瞬时响应、二阶RLC串联电路的瞬时响应、电路的交流分析等。计算机仿真实验安排两次实验，实验内容在以上指定实验中选做。
实验硬件化三个层次的教学内容安排如下：
1.验证性实验
验证性实验也是基本实验，教学计划改革后保留少量的2-3个验证性的实验，要求所有的学生一人一组独立完成。验证性实验的部分实验电路已模块化，在电路板上连接好；另外的一部分实验电路要求学生根据实验要求，自己用给定的元器件在面包板上搭建实验电路。鉴于学生刚接触电路实验，验证性实验要求学生在完成指定实验内容的同时，熟悉各种常规电子仪器仪表的使用，掌握对电路中关键物理量的测量方法，掌握常用元器件的识别方法，以及掌握搭建电路的基本技能，学会对实验数据的分析和处理方法，旨在培养学生实事求是的良好的工作态度和脚踏实地的科学作风。
实验内容包括：电阻元件伏安关系的测试、受控源特性的测试、叠加定理的验证、直流电路中戴维宁等效和诺顿等效、交流等效参数的测量等。
2.综合提高性实验
综合提高性实验的目的是一方面要求学生能合理地选择和使用元器件，另一方面培养学生扎实的基本功和严谨的工作作风，提高分析问题和解决问题的能力，以及撰写小论文的能力，使一部分学生能够脱颖而出。学生按照老师提出实验任务和设计要求，设计好实验电路、写出实验步骤、并估算各元件参数。实验可让不同层次的学生进行组合，不再局限于一人一组，安排1-2个实验内容。内容包括：电阻网络分压电路设计、动态调谐电路的设计、运算放大器与有源器件、最大功率传输和匹配网络的设计等。
3.设计性实验
设计性实验主要着重培养学生的灵活运用理论知识的想象力和创新能力，为社会的发展输送高素质的专业人才。设计性实验对学生提出了更高的要求，不再要求所有学生参加，将有选择性地挑选有基础扎实、能力强、有潜力和精力的学生参加，将他们分成兴趣小组，由指导教师专门指导其完成设计性和自定项目实验。通过设计性实验可以进一步挑选，让其中能力强的学生进入学院创新团队，重点培养他们参加全国各类电子设计制作竞赛，以获得更多的成长机会。设计性实验的内容包括：非正弦周期信号与选频滤波电路的研究、波形产生和波形变换器的设计、直流稳压源和恒流源的设计等。
在时间上，实验室在一定条件下对学生开放；在内容上，除必做实验外，还安排有选作实验和采用现场指导、网络答疑等多种指导方式；充分利用视频、实物模型和演示等内容丰富、形式多样的教学手段。对不同程度学生实行因材施教。
二、硬件实验平台的改造
我校“电路”试验教学改造前主要是依托计算与试验中心的电工实验室来完成的。该实验室使用的KHDG-1电工试验平台由于存在使用年限长，设备老化严重，维护维修不方便，实验电路已模块化固定，只能完成验证性实验，无法进行综合设计型的试验，根本不能满足新形势下我院“电路”课程教学改革和实践教学的要求，以及由此课程展开的培养学生实践技能和创新活动能力的需要。由此进行了实验平台的改造，自制了试验箱，改造后的实验平台的功能主要表现在：
针对验证性实验，将实验中的验证性实验电路模块化；针对综合提高性和设计性实验，可以在实验平台上自由搭建实验电路。
引入该电路实验平台后，使得“电路”实践教学具有以下几个特点：
新的实践教学平台的设计制作和实验内容的调整，以及配套实验教材的编写。给任课老师一个提高理论教学与实践能力的机会，尤其是对年轻教师，由此得到了锻炼，从而促进了教学改革，使教学质量真正得到了提高。
新的实验平台的实施与使用，使学生尽快接触到实际的电路元器件，熟练掌握元器件的识别与合理选择及其正确使用，以及熟练掌握搭建电路的技能，在教学上可以灵活设置实验教学内容。
通过实验教学改革，提高了实验平台的实用性。灵活多样的实验内容，真正的使学生通过本课程和实践环节的训练后，具备从事电路设计的基本技能和实践能力。
为创新性活动提供了一个良好的条件。实验不再局限于课本上的理论知识的验证，综合性实验和设计性实验培养了学生灵活运用理论知识的应用能力，为学生提早进入各种课外科技活动、各类电子设计竞赛等活动提供了良好的条件。
实现了资源共享和优化。新的实践教学平台的研制及使用，不仅降低了试验教学的成本，而且改造后的实验平台也适用于其他专业相关学院如生医学院、计算机学院等同类课程的试验。
三、实验教学改革后的效果
改造后的实验平台经过两年多的实践，表现出良好的教学效果，主要体现在以下方面：
1.规范和完善了教学体系和教材建设
根据新的教学大纲重新编写了实验教材， 增加了提高性、综合设计性的实验内容，符合了不同层次的教学对象，给学生个性的发展提供了空间和自由，调动了学生的积极性和主动性。
2.独立性、自信心和学习积极性得到了锻炼和提高
改造后的实验平台性价比高，可操作性强，可实现一人一组，真正使每个学生主动参与到实验中去，切切实实的通过实验达到提高，学生普遍反映效果好。基本实验的完成效果非常好，大部分学生的自信心得到了很大的提升，所有学生的积极性都有明显的改变。
3.提高了理论知识的灵活应用能力
由改造后的实验平台来实行分层次教学，最大限度提高了对理论知识的掌握和实践的能力，使学生能真正透彻理解电路的基本概念并牢固记忆，切实掌握实验的基本技能和基本方法，并将课本知识灵活的运用到实际问题中，提高了分析问题和解决问题的能力。
4.创新能力提高
综合提高性实验和设计性实验教学的实施，充分发展学生学习兴趣和个人专长，提高了灵活掌握和运用理论知识的能力，培养和提高了学生的创新意识和能力。
5.利用计算机仿真技术提高设计能力
将 EWB计算机仿真技术引入电路实验，学生在仿真时可以放心大胆地连接电路，大大地激发了学生的创新意识和能力，教师着重引导学生对一个实验尝试多种电路，比较优缺点，选择合适的方案，比较仿真软件的分析方法、测量方法与硬件电路的异同以及测量结果的差异，引导学生去发现问题。
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
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根据高职医学影像技术专业电工电子技术课程教学中存在的问题,针对高职生特点,从教学内容选取,教学方法、教学手段、考核方法改革等方面进行分析、总结。
关键词：
高职；医学影像技术专业；电工电子技术
电工电子技术是医学影像技术专业一门重要的专业基础课程，理论性和实践性都非常强。本文针对医学影像技术专业高职生专业和职业能力需求，根据高职生特点，以实践、应用为主线浅谈其教学改革。
1存在问题
1.1理论与实践脱节
传统教学中理论教学与实践教学是分开的，且过分追求教学内容的系统性与完整性，忽视了电工电子技术作为应用学科的实用价值，学生缺乏明确的学习目标，难以理解课程目的和意义，影响了教学质量提高和应用型、技能型人才培养。
1.2教学方法陈旧
教学基本上采用“教师讲，学生听”的灌输式方法，有些教师对新的教学方法和手段不熟悉、不适应，课堂上讲得过多、过细，缺乏新意，没有留出足够的时间供学生思考回味。此外，课后作业过多也使学生无暇思考，导致其始终处于被动状态，无法产生学习兴趣和热情。
1.3考核方式单一，内容片面
电工电子技术课程考核采用闭卷笔试方式，主要考查学生理论知识掌握情况。这样既不利于学生对知识的全面掌握，又不符合高职生学习特点。
2改进措施
2.1课程整合和优化
打破学科体系，改革课程设置，实施课程内容的简约、集成与重组，体现高职教育特色。以实际应用能力培养为主线，精简教学内容，去除理论推导、证明、验证内容，注重技术重现和技术实现。实现做中学，弱化过深、偏难的理论，突出知识的实际应用。以适用、实用为原则，优化知识技能结构，形成与职业岗位需要相一致的教学内容。从职业岗位需要出发，将课程知识与技能有机结合起来，增加实用性和针对性，删去与今后工作关系不大的内容。例如，很多教材大篇幅讲解二极管如何形成单向导电性、三极管内部载流子的传输情况，然而在实践中，只有专门从事研究的人员才可能用到这些原理，对于高职生而言，教学重点应该放在二极管、三极管的作用，如何判断二极管正负极，三极管的标号及管脚判别鉴定，如何通过参数来选择二极管、三极管的型号等内容上。对电子电路应强化集成电路方面内容（特别是集成电路的应用），而难度较大、求解过程复杂的例题、习题应予以删减。
2.2加强与专业课程的对接
电工电子技术是专业基础课，一般在大一第一学期开设。此时，学生对专业还不够了解，授课内容既要注意与各学科专业基础知识的衔接，又要兼顾同后续课程的联系。教学内容应满足各层次学生对课程深度和广度的要求。
2.3课堂教学方法灵活多样
高职生基础相对薄弱，教师应根据学生实际水平，对基础知识、基本内容和重点内容精心组织，运用多种教学方法，如比喻法、类比法、启发质疑法、讲练法、实验演示法，使学生克服厌学心理，树立自信心，提高学习兴趣。对于理论性较强的内容，教师要耐心讲解，引入各种案例，多讲多练，反复强化，务必使学生掌握。
2.4充分利用现代科技，丰富教学手段
抽象的电工原理讲解起来容易使学生觉得枯燥乏味且生涩难懂，如电容的充放电等，若合理巧妙地使用辅助教具，往往能收到事半功倍的效果。教师可以通过教学录像、实物模型、幻灯片、投影以及生动详尽、图文并茂的教学课件，激发学生学习兴趣，开阔学生视野，进一步强化对基础理论的掌握。为了适应目前既要减少教学时数又要增加课堂信息量的教学改革形势，培养学生学习主动性，提高自学能力，充分利用网络资源是有效可行的方法之一。在理论教学中引入仿真技术来提升教学质量，使理论得以验证。比如，对于一些较抽象的内容，教师用语言不易描述，学生也难以理解，还有许多概念需要通过实验阐述和验证。在讲授需要实验演示的电路时，可利用事先建立的仿真电路文件进行现场演示，不但提高了教学效率，而且降低了教学难度。实验教学中引入仿真技术，具有3个优点：（1）实验信号存在时间过短，用常规仪器往往很难观察到，借助仿真技术可以方便观察；（2）将实验任务布置给学生，让学生先进行理论设计，然后按照设计要求进行计算机仿真设计，再到实验室按照仿真电路装配实际电路进行测量；（3）进行虚拟仿真实验，根据教学内容和专业要求，联系生产实际提出简单的设计题目，让学生进行理论设计，然后在计算机上完成仿真实验，检验和完善自己的设计。
2.5理论教学与实践教学相结合
电工电子技术是一门基础学科，也是一门应用学科，学生不仅要掌握必要的理论知识，还要把这些理论灵活应用于实践。但是，学生到企业实践的机会很少，无法了解具体工作流程。为此，教学中，每章都从最基本的应用实例出发，由实际问题入手引入相关知识和理论，由实训引出相关概念。首先，教师提出学习内容、目的、要求及注意事项，学生自主学习，再通过自己动手来加深对所学知识的理解，同时训练相关技能。这种在教师指导下，感性认识与理性认识的交互，对学生自主学习能力的培养起到了促进作用。教学所选实训项目应与医学影像技术专业相关，这样会极大地激发学生学习兴趣。此外，实践教学场所应按照职业环境来布置，突出职业特点。同时，实践教学严格按照生产、建设、管理、服务第一线的现场有关规定，强化学生职业技能和职业素质，促使学生形成一丝不苟、严格认真的工作作风。
2.6建立以能力为中心的课程考核体系
改变传统考核方式，强调学生能力考核，实现向过程考核的转变。学生学习效果的好坏主要取决于教学过程，与之相对应的考核也应贯穿整个教学过程。考试不再局限于单一的闭卷形式，而是采用开放灵活的方式，包括开卷考试、课程论文、口试、实际操作、调查报告、综合考查等。不同内容采用不同考核形式，如基本理论考核采用闭卷形式；实训技能考核采用项目任务形式，根据学生态度和操作情况，综合评定实验实训成绩；平时作业可以结合生产实际写课程论文和调查报告。课程结业成绩由平时成绩、实验实训成绩、期末成绩（试卷）组成。为使学生全程参与，将其注意力转移到日常学习上来，可扩大平时成绩和课程测验比例，具体为：平时成绩占20％，课程测验成绩占40％，期末成绩占40％。另外，改革平时测试和实验考核记分方式，实行实质性评价，部分考核可按照A、B、C、D级评分，淡化分数，促进学生全面发展。注重考核反馈，通过反馈使学生了解自己的不足，使教师调整教学方式。
3结语
论文关键词:虚拟现买技术 培训 作用
论文摘要:我国石油行业发展迅速，职工的素质直接影响到石油企业的效益及安全生产状况，因此，企业对职工的技术要求越来越严格。钻井模拟器采用基于虚拟现实的虚拟制造技术，开发过程运用多种先进的计算机技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。作为针对油田具体情况开发的新型培训系统。钻井模拟器有着积极的意义。本文重点分析了该系统的开发过程，详述了虚拟现实技术在油田培训钻井井控人员过程中的作用。
1．引 言
我国石油行业的发展与现场地质情况等密不可分，充满着危机和挑战。对于员工的能力和安全意识要求很高，传统的进场培训有一定的局限性，例如：职业培训效果是否良好主要依赖于教师的水平，培训过程没有明确统一的评价标准，针对性差，没有可重用性等。可见传统的培训技术不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都存在很大问题。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了现代社会的需求。
钻井模拟器采用虚拟制造技术的概念，开发过程基于现代计算机控制技术、计算机仿真技术、计算机图形技术、计算机网络技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。它为用户提供了起下钻、钻进、井控和钻井事故及复杂情况处理等作业的操作过程模拟，主要用于钻井司钻、钻井技术人员的操作培训和安全培训，并为学员培训考核提供了教师评分系统，解决了传统培训过程中客观上无法解决的技术难题。作为新型的针对油田具体情况开发的培训系统，钻井模拟器有着积极的意义。
2．基于虚拟现实技术的虚拟培训
该设备是以控制为中心的VM设备，主要用于钻井人才的培训。这套虚拟培训设备运用虚拟现实技术 ，真实生动的模拟了钻井工艺流程的细节。学员能够通过对仿真钻机设备的操作，直接观察到钻井平台上的活动以及操作结果，最终达到让培训人员掌握正确操作过程的效果。虚拟培训有以下特征：
2．1 仿真性
在虚拟现实技术支持下，虚拟培训设施与真正的培训设施功能相同，操作方法也一样，学员通过虚拟培训设施训练技能与现实培训基地里同样方便。这是因为虚拟培训环境无论是现实的环境还是构想的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度。
2．2 开放性
虚拟培训环境可以为所有受训者在任何时间、地点提供各种培训的场所。实际上，虚拟培训环境的内涵是广泛的，它不同于传统的培训基地概念，它具备可以进行类似于传统培训项目的环境，但更擅长的是使学员置身于培训项目对象中的逼真环境。凡是受训者可以通过有关器具操作，来学习或训练某种技能的虚拟环境，并都归之于虚拟培训环境。
2．3 超时空性
虚拟培训环境具有超时空的特点，它能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、客观世界、主观世界幻想世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机结合，并可随时随地提供给学员进行培训。
2．4 可操作性
受训者可通过使用专门设备，用人类的自然技能实现对虚拟环境的物体进行操作，就像在现实世界中一样。
2．5 对应性
学员的培训内容与虚拟环境是密切对应的。例如，学员要学习飞行器驾驶技术，那么虚拟环境就是飞行器飞行的模拟环境。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况，以提高受训者的应变能力，从而使得他们在实际环境下能得心应手的处理各种情况。另外，虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力，对应性的开展个性化的教育培训。
3．钻井模拟器视景仿真系统的分析与设计
计算机图形学是研究现实场景计算机显示的科学，也是利用计算机处理人类所能看见的图景的手段和方法。视景仿真技术是以计算机图形学为理论基础的三维模型动态显示技术，基本原理是：根据观察点及观察方向对场景进行实时计算和实现，并做到对三维复杂环境中物体运动的实时交互控制，产生良好的动画效果。实现三维模型视景的实时动态显示，一方面要求计算机硬件有高速运算能力和很强的三维图形处理功能；另一方面还要求在算法和软件上有所发展，以便在硬件平台上取得更好的实时动态显示效果。视景仿真系统是钻井模拟器的重要组成部分，它提供给用户一个三维的真实感视觉环境。
3．1 钻井模拟器视景仿真系统分析
钻井模拟器在虚拟培训过程中需要模拟井场环境和操作结果，这就需要视景仿真系统根据钻井模拟器司钻控制台的操作过程，实时模拟出井场环境的变化和司钻、井控操作对钻井过程的影响。在现实的司钻和井控过程中，操作错误和地质环境变化都是事故的诱因，在钻井模拟器视景仿真系统中也模拟了事故发生过程和事故排除的情况。实时地显示钻井过程中的数据，计算参数。根据司钻台操作的具体行为，依照物理模型和数学模型来模拟设备运动的过程，使得钻井模拟器视景仿真系统的三维动画过程更贴近现实。
钻井模拟器视景仿真系统需要对井场设备、自然环境、井下情况进行实时的动态模拟，使培训者在培训过程中除了学习操作知识 ，还能更有效、直观的学习到理论知识。硬件设施和三维图形软件的结合实现了虚拟模拟系统 ，培训人员能够通过这套虚拟培训设备完成所有钻井工作人员所需要的专业知识和实际操作技术。
3．2 实时场景系统组成
根据钻井模拟器视景仿真系统的需要，开发过程在Windows xP平台上，建模部分使用3D MAX完成机械部件的模拟，模型的管理由3D Explorer~成，并实现模型数据文件的转换导出。程序对模型的控制由C++Builder6．0实现，整个开发过程基于OpenGL2．0。
钻井模拟器视景仿真系统的实时场景组成包括以下几个部分：三维图形实体模型、钻井模拟器视景仿真系统控制程序、GLSL编写的渲染效果。
在整个组成部分中，最重要的是钻井模拟器视景仿真系统控制程序，在程序中完成了以下工作：场景初始化、工艺动画控制、与主控机通信、参数显示、碰撞处理以及特效渲染。
场景初始化：由于钻井工艺的复杂性和虚拟培训的操作性，每个作业当前场景都有所不同。在一个新的作业开始前，图形程序在接收到控制机发出的作业指令后初始化当前场景，例如：钻井平台上各操作部件当前的数量、状态以及位置。
工艺动画控制：在完成规定工艺作业的过程中，司钻控制台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机，再由主控机发送协议数据给图形程序，图形程序得到参数后，做出具体反映。在图形机上体现出钻台上各种控制系统的运动参数、具体动作、视图选择(包括上视角、井下视角、防喷器视角、多视图显示等)等。
与主控机通信及参数显示：主控机的设计主要由钻井模拟器设计的需求决定，由于这套仪器主要用于虚拟培训 ，教师和学生之间有教与学的关系，主控机能够提供给教师一个教育平台，提供作业调度、控制、评分等功能，与此同时，传递司钻控制台上发来的各项数据，并把与操作有关的数据发给图形机，即钻井模拟器视景仿真系统，两方通信，传递参数并进行数据处理，在屏幕上显示操作过程中需要操作者了解的参数值。
碰撞处理：在三维图形的运动仿真过程中是不允许有“穿墙而过”的状况发生的，因此要对运动物体作碰撞检测的处理。为了遵循模型运动的真实感，钻井模拟器视景仿真系统当然也包括碰撞的检测与处理部分。
渲染特效：实现对火焰 、气泡 、液体喷涌效果的模拟，使用GLSL实现电影级的光照效果，可以分别模拟白天，夜晚，探照灯等光照模式，大大地提高了图形效果和真实感。
3．3 钻井模拟器视景仿真系统设计
一个性能优越、功能完备的系统需要在设计阶段就进行详细的设计规划。这样，在后期的开发过程中才能完成高质量的软件项目。钻井模拟器视景仿真系统的设计遵循面向对象的原则，在系统的稳定性、可扩展性和兼容性等方面都有突出的表现。
3．4 系统特点及设计目标
钻井模拟器视景仿真系统要求有以下特点：
1)可以生成高质量的图形，实现实时的可控动画。
2)图形的生成快速稳定，对图形硬件要求不高。目前，系统配置为NVIDA6800，NVIDA6系列以上显卡都可以实现高质量的图形动画。
3)提供给用户多角度、多视图的工作窗口，方便用户定位观测，在操作过程中既能观察整个场面，又能集中观察工艺作业下重要部件的工作过程。
4)建立模型细致、真实 ，宏观模型和微观模型通过软件和程序分别建模，真实感程度高。
经过分析钻井模拟器视景仿真系统的系统特点后，设定该系统要达到以下目标 ：
可扩展性：对于新模型、新器件、新工艺的增加，方便快捷，可以在短时间内完成对系统的扩展。
兼容性 ：系统可以用于Windows2000／XP平台，兼容于各种图形加速硬件。
敏捷性：图形生成迅速、稳定，一般的图形加速硬件既可满
足要求；系统应达到反应迅速、操作灵敏的功效。
3．5 基于面向对象的系统设计
钻井模拟器图形系统的设计是基于面向对象的，系统规模较大，设计复杂。基于在钻井工艺中涉及到的物体较多，并且各个物体在不同的方面有不同的特性，因此在设计之前，应确定设计类的准则。对本系统而言 ，这里关心的是用物体如何展现工艺流程 ，所有类的设计应该围绕物体的动画功能需要来进行。
在钻井各工艺流程中，大钩、钻杆等物体是系统动画的载体，具有物体自身的方法和属性，因此 ，可以将其封装成类。根据围绕物体的运动功能来设计类的思想 ，将液压大钳和液压大钳的活塞、吊卡的主体和活页设计成不同的类，这样设计不仅可以使动画更加逼真，还能提高系统灵活性。
