虚拟仿真实验教学（通用8篇）
篇1：虚拟仿真实验教学
东华大学教务处通知
教函2013年35号 签发:吴良
关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心申报工作的通知
各学院：
根据教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号）(附件1)，现就我校国家级虚拟仿真实验教学示范中心申报推荐工作有关事项通知如下：
一、建设内容和任务
虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。
（一）建设任务
虚拟仿真实验教学中心建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。
（二）建设内容
1．虚拟仿真实验教学资源。发挥学校学科专业优势，积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合学校信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源，提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。
2.．虚拟仿真实验教学的管理和共享平台。建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索校企共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。
3．虚拟仿真实验教学和管理队伍。建设教学、科研、技术人员结合，核心骨干人员相对稳定，结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进，学术水平高，教学科研能力强，实践经验丰富，勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。
4．虚拟仿真实验教学中心的管理体系。以虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用为目标，系统制定并有效实施保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施，建立有利于激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和反馈机制。
二、申报对象
本次国家级虚拟仿真实验教学示范中心申报对象主要为我校国家级实验教学示范中心和上海市级实验教学示范中心。非实验教学示范中心如已有相关的建设基础也可申报。请符合申报条件的学院根据自身的特色和优势自愿申报。
三、申报日程安排
1．9月16日前，各学院提交书面材料。包括：《国家级虚拟仿真实验教学中心申请书》（附件2），相关支撑材料（关于实验教学示范中心成立的批件以及相关政策、保障措施、规章制度等文件）。2．9月18日-30日，学校组织专家评审，遴选确定上报项目，并公示。3．入选项目按教育部通知（教高司函〔2013〕94号）要求准备视频、网站等其他相关材料，10月25日报送书面材料和光盘材料至教务处,电子材料一并发送至电子邮箱：mzmedu@dhu.edu.cn。联系人：毛志敏，联系电话：67792064。
附件：
1．教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号）
2．国家级虚拟仿真实验教学中心申请书 3．国家级虚拟仿真实验教学中心遴选要求
教 务 处 2013年9月3日
篇2：虚拟仿真实验教学
中国已成为全球汽车的第一大市场，快速发展的汽车工具为我国经济注入了一支强心剂，拉动了各个产业的发展，随着我国汽车保有量的不断攀升，另一个问题已经浮出水面——汽车维修维护。
不仅是现有的4S店，社会上的各类大大小小的汽车维修店如雨后春笋般涌现，而汽车维修维护人才却极为缺乏，近年来汽车工业和汽车技术不断发展，新能源汽车也不断普及，对汽车的维修维护提出了更高的要求。作为汽修人才培养的主力：职业院校，如何解决社会汽修人才的问题，成为了最大的教学要求。
汽车作为一个高度机电一体化的产品，内部结构非常复杂，需要全面了解汽车的结构和运行原理，才可能对维修维护有深刻的认识和技能，利用先进的IT技术，使用虚拟汽车教学培训系统，对培养汽修人才有着巨大的促进作用。
凤凰创壹虚拟汽车教学培训系统以3D互动方式直观展现汽车的基本结构和工作原理，以及虚拟拆卸与安装（每一步互动操作都有相应的语音解说或提示）。并提供3D互动 故障诊断及考核功能。本系统包含汽车机械常识、汽车文化、汽车的美容与装饰、汽车电子电工技术应用、汽车结构与拆装、汽车使用日常维护、汽车的修理、汽车 性能检测、汽车故障诊断九大模块：（1）汽车机械常识包含量缸表的使用、曲轴的测量、汽缸的测量；（2）汽车文化包含汽车驾驶的演示和汽车驾驶的实训；（3）汽车的美容与装饰章节包含的主要课程（汽车清洗、汽车护理、汽车漆膜修补、汽车车身装饰、汽车室内装饰、车身电器的装饰等）；（4）汽车电子电工技 术应用主要包含电源系统绘制与连接、启动系统绘制与连接、点火系统绘制与连接、照明系统绘制与连接；（5）汽车结构与拆装包含整车拆装，发动机拆装，发电 机拆装，发电机拆装（含工具），自动变速器原理，变速器内部展示与拆装，汽车整车展示与拆装，汽车底盘展示与拆装等（所有拆装均包括：自动拆卸，自动安 装，手动拆卸，手动安装。其中自动拆卸，自动安装是为了让学员学习整个拆装过程，手动拆卸，手动安装是为了学员练习对所学拆装步骤的熟悉度）；（6）汽车使用日常维护包含调整点火正时、交流发电机各部件的检修、启动机故障诊断与排除、前照明灯的检查与排除、电动门窗故障诊断与调整等。（7）汽车的修理包 含汽油泵拆装、分电器拆装、曲柄连杆机构拆装、活塞环更换、喷油器拆装、汽油机竣工验收、柴油机竣工验收、气缸压力的测量、变速器的拆装、前桥拆装、转向 器拆装桑塔纳主减速器拆装、东风制动阀拆装、交流发电机拆装、分电器拆装、四缸发动机拆装、以及制冷剂进行泻放、添加及抽真空等常见汽车修理内容；（8）汽车性能检测功能模块可让学员在三维互动的场景中学习动手进行制动性能检测、灯光性能检测、汽车尾气性能检测、侧滑性能检测、蓄电池性能检测、交流发电机 性能检测、启动机性能检测、点火性能检测、点火能量检测等性能检测；（9）汽车故障诊断包含机械故障，电控故障，电器故障。机械故障主要检查器件磨损间 隙，裂纹，变形，老化等故障（包括冷却系统，润滑系统，启动系统，点火系统等故障）；电控故障检查发动机控制和各个系统控制反馈信号的检测，查看各个功能 传感器的故障（防盗系统，燃油系统，排气系统，点火系统，空气供给系统等故障）；电器故障检查各个系统的电器原件故障(如雨刮喷水系统，灯光照明系统，仪 表系统，启动系统，充电系统，玻璃升降系统，电动后视镜系统等故障)。本系统还提供排除故障过程中需要用到相关仪器仪表，例如：汽车故障检测仪，示波表，千分尺，内径千分尺等三维互动模型。
篇3：虚拟仿真实验教学
随着我国高速铁路的迅猛发展以及“高铁出海”战略的提出, 社会对轨道交通类人才的需求急剧增加。因此,为相关行业培养和培训技术人才和熟练技工的需求也日趋紧迫。地处淮海经济区和铁路交通枢纽(徐州)的江苏师范大学,立足于为区域经济社会发展提供技术人才和科技服务,加快了轨道交通类专业人才的培养,在理论教学的同时,也注重对学生的实验教学。
实验教学是理论教学的延续,学生通过亲历实验过程,能够加深对理论教学的理解,有助于对课堂教学知识的消化和吸收。实验室建设是实验教学的重要平台和保障基础,可以提升学科专业水平,提高人才培养质量。
目前,我国轨道交通专业实验教学和实践培训存在如下问题: 真实平台设备价格高昂,占地面积大,难以同时实现多人的标准化实训和考核;对涉及不可逆的操作,极端的环境,不可控天气条件的运行状况无法进行真实教学和研究。然而,基于虚拟仿真技术的实验教学方法具有投资少、安全性高、拓展性强的优点,可为轨道交通专业实验教学的开展提供有力支持。
2虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术是以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托,用一个虚拟的仿真系统来模仿真实系统的技术。虚拟仿真实验教学中心是通过虚拟仿真技术,模拟真实的实验设备和实验场景,使学生通过人机交互的方式在模拟的实验场景、实验设备中开展相关实验,达到在虚拟现实环境中,完成各种实验教学活动的目的。它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识等多学科融合的结晶。在实验教学中引入虚拟仿真技术,具有以下几点优势: 第一,虚拟实验设备可以代替昂贵的真实设备,同时节约实验室用地,降低实验室建设成本,有利于缓解经费紧张压力;第二,仿真实验的引入突破了实验时间、空间的限制,有利于实验教学的开展和实验设备的利用,进而有利于推进实验教学的改革;第三,虚拟仿真技术可为实验教学提供良好的环境,有利于学生创新能力的培养; 第四,虚拟仿真技术使得实验环境更接近现实,有利于缩短学生进入相关行业的适应期。
3构建虚拟仿真实验教学平台
根据教育部公布的“十二五”发展规划,工程实验室应在信息集成技术、虚拟仿真技术和智能制造技术等方面寻求突破,并大力推广和应用虚拟仿真技术。构建虚拟仿真实验教学平台、开展网络实验教学,不仅可以改进实验教学方法,还可以缓解实验设备和实验硬件资源不足等问题,有利于改善和提升实验教学的效果。基于此,江苏师范大学利用现有实验室条件和软件平台,积极筹划轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设,主要包括“三位一体”实验平台、“一纵四横多分支”实验体系和“三层六型”实验项目。
3.1“三位一体”实验平台
轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设目标主要有三个,其一是提高学生的工程实践能力和创新能力;其二是培训职工的职业技术能力和应急处理能力;其三是提升科学研究与试验的支撑能力。因此,首先建立了实验教学虚拟仿真平台,进而搭建实践培训虚拟仿真平台,在此基础上,进一步建设了科研服务虚拟仿真平台。三部分功能互补、相辅相成,共同构成“三位一体”多功能虚拟仿真实验平台(见图1),实现了“实验教学、实践培训、科研服务”的有机融合。
3.2“一纵四横多分支”实验体系
在“三位一体”多功能虚拟仿真实验平台的基础上,按照“能实不虚、虚实结合、相互补充”的原则,以专业核心课程知识点为依据, 以轨道交通全过程过程操作规范为标准,以安全运行控制为要求,建设由“行车控制”“运行车辆”“牵引供电”和“运输组织”四大部分构成的“一纵四横多分支”实践教学资源体系(见图2),以满足学校、 企业和区域的虚拟仿真实践教学需求,实现校内外、本地区及更广范围围内的资源共享,形成虚拟仿真实验教学中心的可持续发展。
3.3 “三层六型”实验项目
根据教育部高等学校本科专业课程实验设置要求,轨道交通信信号与控制虚拟仿真实验教学中心将虚拟仿真实验分为基础层、 应应用层、提高层三个层次,包含验证型、演示型、综合型、设计型、 科科研型、创新型六种实验类型。其中,教学虚拟仿真实验属于基础层层,注重专业知识基本原理的理解和验证,有验证型、演示型仿真实实验项目46个;实践培训虚拟仿真实验属于应用层,注重专业知识识的综合应用,培养学生的工程实践能力,提高职工的专业技能与职职业素质,共有综合型、设计型项目42个;科研服务虚拟仿真属于提提高层实验,共有科研型、创新型项目14个,全部面向学生、教师、 轨轨道交通相关企业和相关科研院所开放,注重研究能力和创新能力的的提升。
4结语
虚拟仿真实验教学中心作为高校实验教学的一个发展方向,以其其依托的虚拟现实技术、网络技术、仿真技术和专业知识,拥有了传统统实验室难以具备的优势:建设维护成本低,平台扩展性好,利用效率率高等。轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设,充分利利用了上述优点,改进了本学科本专业的实验室布局和结构,搭建了了“三位一体”虚拟仿真实验平台,形成了“一纵四横多分支”的实验验体系,开发了“三层六型”实验项目。通过虚拟仿真实验教学中心心的建设和实验教学方法的改革,希望能够提高学生的创新能力和实实践动手能力,提升相关企业职工技能培训的效果,进而为高校实验验教学的改革和创新提供一定的参考和借鉴。
摘要：针对传统实验教学的困境和轨道交通类实验教学和实践培训所面临的问题,结合江苏师范大学轨道交通信号与控制专业的特点,以培养创新型实践人才和服务区域企业职工技能培训为目标,建设一个专业性的虚拟仿真实验教学中心,并详细阐述实验教学中心的建设方案和构思。通过“三位一体”实验平台、“一纵四横多分支”实验体系以及“三层六型”实验项目的建设,培养学生的创新能力和实践动手能力,提升实验教学的效果,进而为高校实验教学的改革和创新提供一定的参考和借鉴。
关键词：虚拟仿真,实验教学,轨道交通,三位一体,一纵四横,三层六型
参考文献
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篇4：虚拟实验现象仿真研究
关键词：粒子系统；虚拟现实；沉浸感
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21677-02
Research of Virtual Experimental Phenomenon Simulation
YANG Wei-ping, ZANG Wei, ZHAI Yong, YU Liang
(Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China)
Abstract:Take that particle system in virtual experiment, special efficiency simulating in virtual training as an example, the article mainly discussed the important effect of the particle system which incorporating flexibility, randomness and suitable into an integral whole in virtual teaching.
Key words:particle system; virtual reality; immersion
1 引言
随着计算机技术、图形学技术、光电子技术、仿真技术等的飞速发展，综合运用上述技术，高度逼真地模拟仿真人在现实世界中视、听、触等行为的人机界面的虚拟现实技术也日趋完善。在虚拟现实技术构建的接近真实的虚拟环境中，人可以通过形体动作与其它仿真实体交互并达到一种沉浸的感觉。主动地交互学习比被动地接受说教更具折服力，因而基于具有强大交互能力的虚拟现实技术的虚拟教学，如雨后春笋迅速发展起来。目前，大多数虚拟教学局限于简单的二维仿真与演示，或者是操作的简单交互，缺乏对特殊现象及过程的三维动态仿真，使得现有的虚拟教学在生动性、逼真性上与理想意义上的“灵境”交互教学有很大差距，粒子系统的引入恰好能弥补上述不足。本文通过研究粒子系统在虚拟实验、虚拟教学中特效仿真，进一步探讨了它在虚拟教学中的重要作用。
2 虚拟教学发展现状
在高校连年扩招造成的资金严重不足、实验设备的折损严重、高精度昂贵设备误操作易导致重大损失、高危险性实验对初学者人身安全存在的潜在威胁等因素影响下，又有综合了计算机技术、图形学技术、仿真技术等的虚拟现实技术的日趋成熟的外界动力下，虚拟教学出现并在虚拟实验、虚拟培训等很多方面得到成功运用。虚拟教学比传统教学更能充分调动学习者的感官及学习激情，利用虚拟现实技术营造自主学习的环境，学习者由传统的“以听而学”的学习方式变为以通过自身与虚拟环境的相互交互获取知识、技能的“以动而学”。本文简单介绍虚拟教学的以下几方面：
2.1 虚拟课堂
虚拟现实技术与课堂教学的完美结合打破了教学活动的时空局限性，学习者可在虚拟教室根据自身基础与爱好自主进行课程内容选择，避免了传统课堂的“同时、同地、同内容”的授课形式与学习者基础参差不齐之间的矛盾，使得教与学更人性化。
2.2 虚拟实验
在传统实验中由于受设备、经费、危险性、时空限制等外因所限，许多实验无法开设，而利用虚拟现实技术建立的物理、化学等各种虚拟实验环境中，学生可以安全操作各种虚拟实验，并可获得与真实实验相近的体验。虚拟实验能彻底打破时空限制，在虚拟环境中学习者只需花费几分钟时间便可观测到现实中需要几天甚至几年才能完成的过程，并且不会产生误操作带来的人身伤害和财产损失，使得知识的获取更高效、更安全。
2.3 虚拟培训
针对职工岗前培训，特别是高危行业的岗前安全培训，传统培训方式中通常采用文字形式或简单二维形式，缺乏生动性及真实性，学员在接受完培训后仅在短期内对培训内容有二维的记忆，遇到突发事件由于现场实景与各自对培训内容的理解相去甚远，往往无法快速运用所学知识解决生产实际问题。虚拟培训使受训者在培训过程中感触现场，在接受培训后，对培训内容有三维、逼真的系统理解，能够将所学知识准确应用于生产实际，当真正经历事故时能迅速反应，安全逃生。
3 粒子系统
3.1 粒子系统基本原理
粒子系统算法是Reeve于1983年提出，它通过采用大量形状简单且具有一定属性的基本粒子作为基础元素来表示不规则模糊物体，这些基本粒子都有一定的生命周期，基于它们不断改变形状、不断运动，所以粒子系统能充分体现模糊物体的动态性与随机性。粒子系统不是静态的系统，而是一个动态表现过程，是随时间变化处在不断运动中的粒子群，粒子群的分布状态可以随机改变，动力学性质决定各粒子位置的移动方式，新粒子的不断产生同时可以伴随着旧粒子的消亡。
3.2 粒子系统绘制的基本步骤
Step1 由粒子源產生新的粒子并加入系统中；
Step2 给每一个新粒子分配一定的静态属性；
Step3 删除系统中已存在且超过其生存期的所有粒子；
Step4 根据系统中剩余粒子的动态属性对粒子进行移动和变换；
Step5 绘制并显示由有生命的粒子组成的图象。
可将粒子系统与所描述物体的自身特征与运动模型结合，进行相应的模型建立。为体现系统的随机特性，常采用随机过程进行粒子形状、运动等的控制。每个粒子都有各自的变化范围，该范围内随机给数以确定它的大小，而变化范围则由即定的期望与方差来确定，基本表达式为：Para=MeanPara+Rand()'VarPara，其中Para代表需随机确定的参数；Rand()为[-1，1]中的均匀分布的随机函数；MeanPara为该参数的期望值；VarPara为其方差值。
4 粒子系统与虚拟教学
因在虚拟实验与虚拟培训环节中需进行大量特效模拟，因此本文仅以粒子系统在这两方面的应用来介绍并说明它在虚拟教学中的重要地位。
4.1 虚拟实验现象仿真
实验教学对于提高学生对知识的理解掌握程度、培养学生分析、解决问题的能力具有重要的作用。由于实验设备昂贵、实验自身危险性等许多因素的存在，使得大量实验在现实中不易操作，虚拟实验在此情况下应运而生。虚拟实验通过利用计算机编程工具模仿真实的实验环境从而营造一个虚拟的实验环境，实验者可操作虚拟实验系统来完成各种预定的实验项目。实验过程中反应现象将在屏幕上显示给实验者，但大多虚拟实验系统局限于简单交互与二维演示，缺乏对实验现象的三维动态仿真，因而虚拟实验的沉浸感方面将大大折扣，实验者也不会对实验内容与结果有较深的理解与记忆。在某种意义上，实验现象动态仿真的逼真程度直接影响到虚拟实验系统的实用性。因此良好的虚拟实验系统离不开逼真的三维效果仿真，而动态仿真的关键又是粒子系统，换句话说一套好的虚拟实验系统离不开粒子系统。以虚拟化学实验为例简单介绍通过粒子系统实现气泡、烟雾、沉淀等，实现实验现象的动态模拟。
图1 气泡仿真过程图
粒子系统模拟气泡运动也是以气泡粒子的产生、运动、消亡的基本过程建模的。首先定义粒子源的位置，即为气泡粒子群产生的初始位置，并分配粒子的静态属性；然后受力分析，因气泡受压力、浮力的双重作用，需根据初始位置、與水平方向倾角、初始速度等进行粒子运动轨迹的数学模型的建立；定义气泡运动至液体表面时为其消亡时刻，删除超出生命周期的粒子，根据活粒子的动态属性对其进行相应变换，实时渲染显示活气泡粒子群。
粒子系统进行化学反应沉淀现象的模拟类似与气泡的仿真过程，只是粒子群运动模型及粒子“消亡”的判断不同。认为粒子运动至容器底部时为粒子的“消亡”时刻，即“消亡”的粒子为处于静止状态的粒子。要求对全部粒子进行实时绘制，完成沉淀现象的动态仿真。
4.2 虚拟培训中特效仿真
对于从事高危行业的人员来说，安全教育与避灾训练显得尤为重要。根据虚拟现实技术的特点，可以针对某些事故及一定区域建造事故模拟和训练的虚拟系统，让人们在真实的环境中接受事故预防的教育及安全避险训练。逼真地对事故发生现场的过程与发展趋势进行动态展示是虚拟培训沉浸感的一个重要指标，真实的再现、高效的交互使受训者以当事人的身份主动接受培训，在近乎逼真的环境中，受训者在感官被高度调动的情况下更能锻炼他们在真实灾害现场中的反应与应措，而不是以旁观者的身份观看培训。
如何对灾害场景进行逼真模拟呢？粒子系统在特效仿真中发挥着重要的作用。例如在排爆训练、矿井灾害（瓦斯爆炸、火灾、水灾等）逃生训练等，特效仿真的优劣直接影响受训者对事故的反应，缺乏逼真度的模拟使得受训者易将虚拟环境中模拟的事故与现实环境中真实事故一分为二，在模拟训练中毫无紧迫感，以致达不到受训目的，更甚至于将起到与训练目的背道而驰的效果。因而粒子系统在培训系统特殊效果仿真中的引入，增强了虚拟培训沉浸感。
以矿井火灾事故中的逃生训练为例简要介绍粒子系统在特效仿真中所发挥的神奇作用。虚拟矿井火灾模拟需要对火灾的发生、发展过程做实时分析与动态模拟，需要选择合适的粒子系统模型，建立逼真场景，使受训者能真实感受到火烤烟熏，真正将自己置身于“现场”，进行逃生训练。因为虚拟仪器较为昂贵，因而我们需要在桌面虚拟现实中实现“火烤烟熏”，只能靠视觉上的高度满足来调动其它感官的想象而进入半虚拟的环境进行交互。我们利用粒子系统在模拟不规则物体上的强大优势，动态逼真实现火焰及烟尘的模拟。在建模过程中需充分考虑风向、气流、巷道坡度等对火焰与烟尘粒子团中各粒子运动轨迹的影响，通过引入气流速度与巷道坡度矢量修正因子而得到较精确的模型，达到更高效的场景模拟。
图2 烟尘仿真过程图
烟尘运动碰撞检测、二次运动轨迹的定义是动态烟尘仿真的关键。本文将火灾发生区域中巷道壁作为碰撞检测的外围边界，当烟尘粒子运动到此边界时，根据气流速度与矢量修正因子重建运动模型。此步骤的加入增强了烟尘效果仿真的逼真性，更有助于增强虚拟环境的沉浸感。
5 结论
本文以粒子系统在虚拟实验与虚拟培训中特效仿真中的应用为例，讨论了粒子系统在虚拟教学中的重要地位。用粒子系统进行效果仿真具有以下优点：图像生成真实感、实时性较强；粒子结构设置简单，易于修改，绘制方法灵活；粒子系统造型方法具有普适性，可根据不同需要进行不同设计，以获得不同的模拟效果。粒子系统的灵活性、普适性及随机性它为实时仿真中不规则模糊物体的绘制提供了较为理想的思路，有较高的应用性与研究价值。
参考文献：
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篇5：生物学虚拟仿真实验教学中心
华中农业大学生物学实验教学中心成立于2001年，2005年获批为湖北省高校首批实验教学示范中心，2007年获批为国家级示范中心。中心总面积4500平方米，设有植物学、微生物学、细胞与遗传学、生化与分子生物学、生物信息学、学生创新等8个功能分室；仪器设备台件数1929台，总价值达1530万元。每年承担全校15个生物类专业的相关实验，完成实验教学任务30万人学时。中心有教师96人，包括国家名师、长江学者、国家杰青等一批高层次人才，为开展高质量的实验教学提供了坚实的保障。
中心坚持“理论教学与实践教学并重、实验技能训练和科学思维训练并举”，根据生物学学科特点，由浅入深，构建了从群体到分子水平的“3+3+1”的实验教学体系。2009年以来，中心教师先后主持省级教改项目9项，建成国家精品及视频公开课7门，发表教改论文10余篇，获省级以上教学成果奖6项。
随着实验教学改革的不断深入，教学资源分散，综合设计性实验周期长、成本高，高精尖设备本科生无缘接触等实体实验教学的局限性日益凸显。如何应用信息技术集成优势、破解发展瓶颈，成为中心思考和实践的重要课题。
2014年，在教育部虚拟仿真实验教学中心建设思想的指导下，学校按照 “统一规划、分期实施；集成优势，共享资源”的建设思路，依托作物遗传改良国家重点实验室、农业微生物学国家重点实验室、微生物农药国家工程研究中心等国家和省部级研发平台，以生物学实验教学中心为主干，集中作物学、水产养殖、动物医学等3个国家级和6个省级实验教学中心的力量，建成校内8个与生命科学相关学院共享的生物学虚拟仿真实验教学中心。
虚拟仿真中心以“学科特色、产业实践、技术前沿、创新能力”为导向，建立了包含四大模块的虚拟仿真实验资源：
I 综合设计性虚拟实验项目模块
本模块以生物学所属12个二级学科为边界，针对生命科学技术呈现向多学科、多领域综合发展的特点，充分挖掘本校特色学科资源开发综合设计性虚拟项目，培养学生综合创新能力。目前已开发了果蝇综合实验、水稻遗传转化等经典或前沿综合设计性虚拟实验项目。其中，水稻遗传转化虚拟仿真实验项目依托“国家转基因重大专项”和我校全球领先的转基因水稻研发技术成果，让学生全面理解和掌握愈伤组织的诱导及继代、农杆菌侵染、共培养、抗性愈伤组织筛选、外源基因转化瞬时表达检测、转基因植株的分化及移栽、外源基因稳定表达检测等水稻遗传转化的全程技术，使学生尽早接触学科前沿。
II校内外实习实训虚拟仿真模块
本模块立足于为学生创造一个开展宏观生物学学习、实践和了解、掌握生物技术产业化应用的环境。校园及神农架国家生物学野外实习基地数字植物地图仿真项目，目前已涵盖校园内200余种植物的形态特性、生物学特性及分布地点。学生可通过植物在校园或实习点的位置查询掌握植物的分类及生物学特性。
藻类是目前生物工程中进行规模化培养以获得特定产物的一个典型代表类群，经济价值前景广阔。藻类规模化培养虚拟仿真实验项目，可让学生了解从藻类细胞制种、扩大培养、规模化培养、诱导、收获和提取加工等整个藻类细胞培养和利用的流程，使学生从宏观上了解生物技术从理论走向实践的全过程。
III 尖端仪器设备虚拟仿真模块
随着生命科学研究的不断深入，生物学研究手段也不断更新。本模块围绕本校用于生物学研究的尖端仪器设备，开发虚拟仿真实验项目，让学生掌握操作原理，熟练操作过程，接触前沿实验技术，为进入实验室预约使用设备、开展科研训练和后续深造打下基础。目前该模块已将学校蛋白质平台的流式细胞分选仪、分析超速离心机、蛋白质纯化仪开发成虚拟仿真项目，很好的满足了本科生对这类尖端设备的使用需求。
IV 生物学资源拓展模块
本模块主要是整合全校相关的生物学资源，为师生搭建共享学习的平台。动植物数字切片平台，提供了动物、植物、微生物等形态切片300余份，可满足各专业学生对其形态、功能的学习需求。建设中的校园数字博物馆平台，将提供数万份珍贵动物、植物、土壤与地质矿藏数字标本资源。
虚拟仿真中心已建立了功能齐全的综合管理平台，不仅可以对实体实验中心资源进行系统管理，还可以对学生参与虚拟仿真实验项目进行测试考核，在线管理师生互动交流，从而建立起“虚-实-虚”有机结合的实验教学体系和考核体系。
中心的建设与改革为学校培养生物学创新人才提供了有力支撑，发挥了重要示范辐射作用。国家生物学理科基地曾两次被评为全国优秀，100余所高校来校交流。2009年以来，“三生”专业本科生在《核酸研究》等国际杂志发表论文50余篇，先后摘取IGEM、美国数学建模等多项赛事桂冠，每年出国和深造率超60%。
篇6：实验四 虚拟邮局仿真与分析
这是一个邮局内部信件处理系统的模拟。模拟邮局在处理各方送来的信件时内部的处理流程，由于邮局处理信件必须先将信件过滤分类，但是现实中邮件种类繁多，因此本模型仅将邮件分成国内信件与国外信件。信件到达后，依其类型给予2种不同类型(用不同颜色区分)，经由传送带到达处理器处理，此步骤主要是把信件按照其不同的类型分开来，再分别送到不同的货架上等待邮车运送出去。在此仅考虑内部分类处理部分，故外送部分在这个模型中不做讨论。
1.2系统数据
产品到达：随机产生两种类型的产品，分布呈正态分布，平均每15秒到达一个产品，标准差为2秒。
产品加工：平均加工时间1秒，分布呈正态分布，标准差为0.5秒 产品运送：使用两辆叉车，装载和卸载时间均为3秒建立Flexsim模型 第1步：调整传送带的布局
将两条传送带各增加弯曲的一小段，并调整布局。
第2步：连接端口
第3步：给发生器指定临时实体的到达速率和到达种类
产品到达：随机产生两种类型的产品，分布呈正态分布，平均每15秒到达一个产品，标准差为2秒。
2种不同类型(用不同颜色区分)。
第4步：设置处理器处理时间及输出
产品加工：平均加工时间1秒，分布呈正态分布，标准差为0.5秒 输出：类型号为1的送第1个端口，类型号为2的送第2个端口
第5步：加入两台叉车将临时实体分别从暂存器送到货架。
注意两个步骤。
第6步：两辆叉车，装载和卸载时间均为3秒 3 模型运行 4 模型分析
篇7：虚拟仿真实验教学
长江大学以全面提高高校学生自主创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，通过与优势学科、特色专业相结合，以现代油气开采过程为主线，通过四结合(理论教学与实验教学相结合、基本训练与能力培养相结合、校内实验与企业实践相结合、科研成果与教学实践相结合)，着力构建满足三个教学层次(基础训练、综合设计和研究创新)要求的包含四大模块(钻井工程、采油工程、油藏工程和油气储运虚拟仿真模块)的虚拟仿真实验教学体系。
(二)模块构成
1.认识实践及基础训练。专业课程的理论知识系统性不强，知识点多且零散，研究对象及涉及原理抽象难以直观展示，学生缺乏理论知识整体构建能力。为解决这个问题，将理论教学中的重、难点知识，常用的钻井、采油、集输设备和工具，施工过程和工艺等，制作成多媒体、视频和仿真动画，辅以习题库和实验前小测试。共研发了118种典型的井下作业工具、油气集输设备及运行机理、油气渗流原理和实验仪器设备的结构等演示型虚拟仿真动画，提高实验教学的直观性、形象性，激发学生对实验课的兴趣，加深对专业基础知识的理解，提高学习效率，让学生有更多时间参与实践创新。2.虚拟仿真操作。四大虚拟仿真模块共研发了16个综合设计和科研创新训练类虚拟仿真实验。井下作业模拟培训系统、长输管道虚拟仿真培训系统、裂缝导流能力虚拟仿真、抽油机原理和泵效测定等虚拟仿真实验项目，通过虚实结合，可产生与现场情况相似的视觉效果，配以逼真的现场声音，给人身临其境的感觉。通过自行设计作业参数，反复操作实物，观察仿真仪表参数变化，掌握作业系统的运行、控制技能，作业流程各环节的操作及常见事故判断与处理的知识与技能，弥补生产实习中“只能有限制的看，绝对不能摸”的不足，提高学生的动手能力。基于虚拟仿真实验平台，学生能深入油藏内部，观察储层参数、流体参数实时动态变化，进行油田开发动态分析、开发方案设计、钻井工程设计、井身结构虚拟设计等综合实践，满足学科竞赛、创业创新大赛等的需要，激发学生的科研兴趣、启发学生的科研思维，培养学生的科研创新能力。石油工程课程设计系统、石油工程毕业设计与生产现场实训相结合，提高学生的操作能力和实践能力。虚拟仿真操作教学环节系统、全面的虚拟仿真实践训练可大大提高学生的动手能力和工程实践技能，成为企业欢迎的人才。3.实践技能考核。石油工程虚拟仿真教学平台的考核体系包括实验前、实验中和实验后三大板块。实验前在功能上提供知识辅助学习、课前预测等。平台提供交互式练习、答疑、模拟测试、课件点播等功能，便于学生掌握实验项目涉及的知识点、实验原理、实验流程及实验操作等，检查学生理论知识和应知应会的掌握情况，提高实验效率。实验中在功能上提供智能指导、过程监控等。平台可监控学生的实验过程，对学生在实验过程中的.不当操作进行智能化和人性化的指导。实验后在功能上提供自动批改、成绩分析和评价等。平台记录学生的实验报告、实验数据和结果，通过数据处理，利用教师预先录入的批改规则进行分析，给出评价结果。石油工程虚拟仿真实验教学中心有满足课堂教学展示和验证性实验操作训练，也有利用科研项目及成果转化的系统软件和仪器设备，开拓学生视野、提升知识结构，培养学生综合设计和创新能力。
三虚拟仿真实验教学成效
(一)丰富实验教学资源
通过发挥学校学科专业优势，利用企业开发实力和支持服务能力，充分整合学院信息化实验教学资源，不断转化科研成果为虚拟仿真实验项目，拓宽实验项目的深度和广度，石油工程虚拟仿真实验教学中心共构建了10门实验课程，65个实验项目，面向全校6个专业并对全校其他专业开放，年平均实验学生人数近1500人，年实验人时数近30000(人时)。实验开出率达100%，综合性、设计性和创新性实验比例达到86.2%，引导学生自主学习、研究探索和设计创新。
(二)整合和共享优质资源
虚拟仿真实验教学中心本着“产、学、研”合作办学理念，与多个油田企业建立校企联合实验室、实习基地，开展虚拟仿真实验项目的开发与应用。为相关石油企业的职工技能培训及应急处理实训提供服务，承担周边兄弟院校实验任务，作为社会公共教育共享资源，普及油气钻、采、输的风险及应急防范和逃生知识，起到了良好的示范和辐射作用。
(三)提升专业建设水平
虚拟仿真实验教学中心依托石油工程专业国家级特色专业建设点、石油工程专业省级品牌专业建设、省级重点学科、省级油气勘探教学示范中心、省部级重点实验室、教育部重点实验室等，通过虚实结合的实验教学资源，支撑了三门省级精品课程，三门校级精品课程。
(四)增强创新实践能力
石油工程虚拟仿真实验教学中心重视培养学生创新实践能力，已成为学生进行科学研究和实践创新的基地。近三年来中心指导学生参加省级、国家级比赛获奖80多项，获批省校级、级、国家级大学生创新创业训练计划项目30多项，获得专利10多项，在国内外学术期刊上发表论文130多篇。学生的工程综合素质和创新能力得到提高。毕业生得到用人单位“综合素质好、基础扎实、动手能力强，具有很强的工程实践能力和创新能力”的好评，相关专业大学生就业率一直保持在96%以上。
四结语
石油工程虚拟仿真实验教学中心以培养学生工程实践综合素质和创新能力为核心，构建了高度仿真的虚拟实验项目，建立了“四结合、四模块、三层次”的教学体系。虚拟仿真实验教学通过优化整合实验资源，工程实践结合、科研成果转化、学科前沿引入，拓展了实验教学内容的深度和广度，推动了实验教学改革与创新，培养了学生的实践创新能力，提高了实验教学质量。
参考文献
[1]徐剑坤,习丹阳,马文顶,等.采矿工程专业虚拟仿真实验教学资源库建设[J].教育现代化，(13):67-68.
篇8：虚拟仿真实验教学
每次发生安全事故总会伴随着人员伤亡和财产损失[1],而事故具有因果性、随机性、潜伏性和可预防性等基本特性。因此,可通过对其因果性进行研究实现预防事故的目的。由于安全生产事故试验具有不可重现性等特点,如爆炸、火灾、跌落等,目前多采用事故发生后通过事故树分析[2,3]、统计分析[4,5,6,7]、模型计算等理论方法进行推测与分析,无法通过试验方法对其进行研究和验证。因此,严重限制了安全生产基础理论及其应用技术的发展。随着虚拟仿真技术的成熟,将虚拟仿真技术应用于安全生产事故研究等[8,9]领域成为必然的趋势。
1 虚拟仿真实验系统构成
安全人机工效虚拟仿真实验系统主要由虚拟仿真开发平台、虚拟仿真展示平台、虚拟仿真交互平台、实验数据分析平台四部分构成,系统架构如图1所示。
1.1 虚拟仿真开发平台
虚拟仿真开发平台可采用Vizard、Virtools、CATIA、CAD、Inventor等软件建立安全人机工效虚拟仿真实验系统所需的虚拟仿真场景,也可通过Jack软件自带的建模工具建立虚拟仿真场景。
1.2 虚拟仿真展示平台
虚拟仿真展示平台主要通过立体投影仪或视频头盔将虚拟仿真场景展示给受试者,达到使受试者如临其境的目的。
1.3 虚拟仿真交互平台
虚拟仿真交互平台是实现受试者和虚拟场景交互的重要接口,通过多点位置跟踪系统定位受试者(包括头、躯干、四肢、手等)在现实环境和虚拟场景中的对应位置,并通过数据手套实现受试者抓取虚拟场景中物体的功能。
1.4 实验数据分析平台
实验数据分析平台是安全人机工效虚拟仿真实验系统获取实验数据的关键部分,通过将虚拟场景嵌入Jack软件中,并将自定义大小的人体放入到虚拟场景中,通过虚拟仿真交互平台实现受试者和虚拟人的仿真交互,借助Jack软件的可视性分析、可达性分析、工作姿势分析、疲劳恢复分析、受力分析等功能进行人因实验;并可借助表面肌电、脑电等外设设备对相关生理指标进行测试,获得所需的实验数据,为安全生产事故等的研究提供基础试验数据。
2 虚拟仿真实验系统关键集成技术
安全人机工效虚拟仿真实验系统最主要的功能是对虚拟仿真系统中的安全人机工效领域的相关问题进行研究和分析,因此,借助Jack人因分析软件和表面肌电、脑电等外设设备成为必然的选择。
可导出CAD模型、基于VRML、IGES、立体(STL)和inventor(iv)和.JT文件格式的3D图形数据的虚拟仿真开发平台均可满足Jack人因分析软件的要求;虚拟仿真展示平台用于呈现虚拟仿真场景,采用立体投影仪(含投影仪)或视频头盔的方式均可实现,但立体投影仪、视频头盔以及服务器显示器的灵活切换需进行系统集成和设计;而虚拟仿真交互系统集成难度最大,既需要考虑使用环境、设备成本,又需考虑Jack人因分析软件的兼容性等问题,成为安全人机工效虚拟仿真实验系统集成的难点和重点。
2.1 虚拟仿真交互平台动作捕捉器的选择
动作捕捉器是虚拟仿真交互平台最重要的设备,目前主要包括:机械式、声学式、光学式、物理惯性式、电磁式等几种类型的动作捕捉器。
(1)机械式动作捕捉器通过机械装置来跟踪和测量运动轨迹,成本低,精度较高,可实时测量,且可同时容许多个角色。但使用非常不方便,机械结构对动作阻碍和限制很大。
(2)声学式动作捕捉器通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差,系统计算并确定接收器的位置和方向。成本较低,但对运动的捕捉有较大延迟和滞后,实时性较差,精度不高,声源和接收器间不能有大的遮挡物体,受噪声和多次反射等干扰较大;气压、湿度、温度对结果有影响,需进行补偿。
(3)光学式动作捕捉器通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。动作捕捉器重量轻、耐用、不受电磁波干扰,但易受光和障碍物的影响;价格昂贵,后处理工作量较大,装置定标较为烦琐,不同部位的特定光点有可能发生混淆、遮挡,产生错误结果。
(4)物理惯性式动作捕捉器是在人身上的关键点绑定惯性陀螺仪,分析陀螺仪的位移变差来判定人的动作幅度和距离。不受环境的磁场和光线的限制,无线传感距离最高可达300m,但不适宜过度剧烈的打斗动作,存在累积偏差。
(5)电磁式动作捕捉器利用磁场的强度进行位置和方位跟踪,价格较低、精度适中、采样率高、安装容易、工作范围大,允许多个磁跟踪器跟踪整个身体运动,增加了跟踪运动的范围。但易受金属干扰、环境要求严苛;试验范围比光学式要小,特别是电缆对实验者的活动限制比较大,不适宜比较剧烈的运动。
安全人机工效虚拟仿真实验系统主要是利用Jack软件的人因分析功能对实验者的人因问题进行分析。机械式动作捕捉器对实验者的动作限制太大,声学式动作捕捉器延迟较重,光学式动作捕捉器价格太高且后处理工作量较大。物理惯性动作捕捉器可以很好的满足安全人机工效虚拟仿真试验的需求,但系统建立时市面上没有与Jack软件兼容的相关仪器设备。而电磁式动作捕捉器价格相对低廉,且可通过设置试验环境尽量避免电磁干扰,实验者在实验室内有一定的作业空间,但活动范围不大,恰好能满足电磁式动作捕捉器的使用要求。因此,最终选择美国Ascension公司的MotnionStar电磁式动作捕捉器和5DT的数据手套为安全人机工效虚拟仿真实现系统的交互设备。
2.2 动作捕捉器和数据手套的集成
利用Jack软件Modules(模块)→Motion Capture(动作捕捉)菜单下的Ascension Devices(Ascension设备)选项中的Motionstar选项设定MotnionStar电磁式动作捕捉器的数量、比例以及与数字人体的对应关系,实现受试者和数字人体的仿真交互,包括躯干、头、四肢和手等。
利用Jack软件Modules(模块)→Motion Capture(动作捕捉)菜单下的5DT Glove(5DT 数据手套)选项设定数据手套的左右手、比例以及与数字人体左右手和手指的对应关系,实现受试者左右手、手指与数字人体的仿真交互。
2.3 虚拟仿真展示平台的集成
安全人机工效虚拟仿真实验系统虚拟仿真展示平台包括立体投影仪、视频头盔和服务器显示器三处展示系统。虚拟仿真开发平台一般需采用服务器的显示器(2个)呈现虚拟场景;一维第一人称和第三人称显示采用立体投影仪呈现虚拟场景;三维第一人称显示采用视频头盔呈现虚拟场景;而且试验过程中,受试者利用视频头盔进行虚拟作业,立体投影仪以第三人称呈现受试者的作业情况,服务器显示器用于呈现虚拟场景调试相关内容。因此,服务器显示器、视频头盔、立体投影仪需频繁切换,试验时三者若能同时显示效果最佳。
安全人机工效虚拟仿真实验系统采用双投影仪的偏正光原理呈现立体虚拟场景,服务器显示器、视频头盔、立体投影仪显示均需2路视频输入,为确保系统满足将来至少2名受试者相互交互的试验需求,安全人机工效虚拟仿真实验系统采用8进8出的视频矩阵解决上述问题,实现虚拟仿真展示平台的系统集成。虚拟仿真展示平台系统架构如图2所示。
2.4 安全人机工效虚拟仿真实现系统的应用初探
安全人机工效虚拟仿真实验系统可利用CAD等开发平台开发虚拟场景,并将虚拟场景导入Jack软件中,植入数字人体模型,通过电磁式动作捕捉器和数据手套实现虚拟仿真交互功能,利用视频矩阵技术通过视频头盔和三维投影系统等多种方式呈现虚拟场景,并利用Jack软件的人因分析等功能对实验结果进行分析。目前该系统在中国安全生产科学研究院已建成并投入使用,如:以中国人(95%的置信区间)建立数字人体,植入建立的虚拟场景中,通过动作捕捉器和数据手套进行仿真交互,利用Jack软件内置的OWAS姿势分析方法对受试者的作业姿势进行分析分析和评估,试验场景及其OWAS姿势分析结果示例如图3所示。
3 展望
安全人机工效虚拟仿真实验系统的建立解决了很多安全生产事故无法重现并进行实验的技术难题,为安全生产领域的科研工作奠定了坚实的基础,具有很好的应用价值。日后应结合具体的科研任务,建立特定的虚拟场景,完成相应的实验任务。
摘要：虚拟仿真技术可有效解决安全生产领域基础理论和应用技术研究过程不能进行试验验证的技术难题。首先阐述了安全人机工效虚拟仿真实现系统的构成以及各部分功能,确定了以Jack软件的可视性分析、可达性分析、工作姿势分析、疲劳恢复分析、受力分析等人因分析功能为核心,建立集开发平台、展示平台、交互平台和数据分析平台为一体的安全人机工效虚拟仿真实验系统。分析了系统集成的关键技术,对比了不同类型动作捕捉器的基本原理和优缺点,结合安全人机工效实验需求,确定了采用电磁式动作捕捉器的系统集成方案,以及动作捕捉器、数据手套和虚拟仿真展示平台的集成方法,并对本实验系统的应用前景进行了展望。
关键词：人机工效,虚拟仿真,仿真交互,安全人机工效,系统集成
参考文献
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由小编与星星私奔整理的文章虚拟仿真实验教学（通用8篇）分享结束了，希望给你学习生活工作带来帮助。