【正文】 節(jié)約大量 的費(fèi)用 。制 造工業(yè)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真分析 ,主要是為了發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、減少重量、增加強(qiáng)度、優(yōu)化零部件尺寸、優(yōu)化性能等 。大 多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機(jī) ,投入試驗(yàn) ,如果某些地方試驗(yàn)失敗 ,則重新設(shè)計(jì)、重新制造、重新試驗(yàn) ,如此反復(fù) ,直到通過定型 。仿 真模擬技術(shù)已經(jīng)越來越多地融合到我們的生活中 ,并影響著我們的生活方式和生活習(xí)慣。 在文化娛樂方面的應(yīng)用 ,不僅豐富了娛樂內(nèi)容 ,也提高了節(jié)目的觀賞性 ,創(chuàng)造了更多的夢(mèng)幻效果 ,同時(shí)節(jié)約了娛樂節(jié)目制作的成本 ,提高了文化傳播能力 。在設(shè)計(jì)制造業(yè)中的廣 泛應(yīng)用 ,不僅縮短了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期 ,而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量 ,從而提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力 。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 5 仿真模擬技術(shù)的幾個(gè)典型應(yīng)用 仿真模擬活動(dòng)對(duì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的影響體現(xiàn)在很多方面 。系 統(tǒng)中數(shù)據(jù)和交互命令的快速傳輸 ,要求分布式系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng) ,同時(shí)系統(tǒng)的規(guī)模還要求可擴(kuò)展、功 能可擴(kuò)充、甚至要求是異構(gòu)型的軟件結(jié)構(gòu) 。尤 其對(duì)于當(dāng)前的分布式模擬仿真技術(shù) ,仿真場(chǎng)景的數(shù)據(jù)組織和管理更為復(fù)雜也更為重要。同時(shí)需要協(xié)調(diào)景、物、事件、輸入信息等 ?，F(xiàn) 有的虛擬仿真技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要 ,例如 ,數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn) ,虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。觸 覺和力反饋系統(tǒng)提供觸覺刺激 ,如三維動(dòng)作跟蹤器可提供 32 個(gè)關(guān)節(jié)傳感器 ,帶力反饋的數(shù)據(jù)手套等 。 人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置 ,涉及圖形圖像硬件設(shè)備 ,用于產(chǎn)生沉浸感 ,以及跟蹤裝置 ,用于跟蹤用戶頭部的位置和方向及從手的位置跟蹤到全身 各肢體的位置 ,跟蹤裝置把這些信息送入應(yīng)用軟件 ,以確定眼睛的位置及視線方向 。三維聲音處理也是一個(gè)虛擬仿真場(chǎng)景所需要的 ,它包括聲音合成、三維聲音定位和語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)。盡管目 前構(gòu)成的虛擬場(chǎng)景已經(jīng)有了較為逼真的場(chǎng)景效果 ,但是利用圖形圖像技術(shù)生成的真實(shí)感場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景相比仍有不小的差距 。它的技術(shù)特點(diǎn)是執(zhí)行人在一個(gè)通過計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備構(gòu)建起來的三維視覺或者聽覺、以及包括觸覺反饋在內(nèi)的操作環(huán)境中 ,對(duì)執(zhí)行人的反饋?zhàn)龀黾皶r(shí)響應(yīng) ,造成與真實(shí)場(chǎng)景和系統(tǒng)幾乎一樣的操作感覺 ,因此系統(tǒng)要求具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)交互性 。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是根據(jù)應(yīng)用的需要獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù) ,建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型和仿真對(duì)象。實(shí)時(shí)視景生成對(duì)于強(qiáng)調(diào)過程真實(shí)感的體驗(yàn)型仿真模系統(tǒng)尤為重要。數(shù)據(jù)表示與管理不僅與物理模型或者數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和環(huán)境生成等圖形圖像數(shù)據(jù)有關(guān) ,也與其他數(shù)據(jù)格式和具體應(yīng)用背景所需要的數(shù)據(jù)有關(guān)。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 4 仿真模擬中的關(guān)鍵技術(shù) 仿真模擬技術(shù)的關(guān)鍵是模型和環(huán)境的構(gòu)建以及實(shí)時(shí)交互和反饋 技術(shù)。但是目前越來越多的仿真模擬技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合以提高仿真模擬的沉浸感 ,虛擬現(xiàn)實(shí)也越來越多地使用仿真模擬常用的設(shè)備和裝置來提高虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感 ,因此兩者的界限也越來越模糊。仿真模擬技術(shù)按照技術(shù)交互手段和實(shí)現(xiàn)目的不同分為濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 過程仿真和結(jié)果仿真 ,前者側(cè)重在系統(tǒng)行為過程活動(dòng)的真實(shí)性驗(yàn)證 ,它與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)系更為緊密 ,后者側(cè)重在對(duì)系統(tǒng)模型計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證 ,通常借助于高性能計(jì)算機(jī)等設(shè)備獲得數(shù)據(jù) ,再對(duì)計(jì)算結(jié)果作可視化重現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)從用戶感受角度分為桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)兩種類型 ,從研究對(duì)象角度分為仿真虛擬現(xiàn)實(shí)和假想性虛擬現(xiàn)實(shí) ,還有其他依據(jù)不同的背景和要求對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)研究方法和表現(xiàn)形式的各種分類。從系統(tǒng)狀態(tài)來區(qū)分主要可以分為離散事件仿真、 Monte Carlo 仿真和連續(xù)仿真等形式。根據(jù)模型是否具有 時(shí)變性 ,可分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型 。 現(xiàn)代仿真軟件廣泛采用了可視化技術(shù) ,通過圖形、圖表 ,甚至動(dòng)畫生動(dòng)逼真地顯示出被仿真對(duì)象的各種狀態(tài) ,使模擬仿真的輸出信息更加豐富、更加詳盡、更加有利于對(duì)仿真結(jié)果的科學(xué)分析。由此涌現(xiàn) 出來的眾多的新算法和新軟件 ,大大加快了仿真模擬過程 。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3 仿真模擬技術(shù)的特點(diǎn)與分類 傳統(tǒng)上 ,仿真模擬技術(shù)是探討系統(tǒng)、模型、仿真三者之間的關(guān)系 ,仿真就是對(duì)模型的實(shí)驗(yàn) ,模型是系統(tǒng)的抽象 ,仿真建模就是對(duì)不同形式的系統(tǒng)模型研究其求解算法 。因 此 ,美 國(guó)國(guó)防部將建模和仿真技術(shù)列為 21 世紀(jì)保證美軍優(yōu)勢(shì)地位的七大關(guān)鍵技術(shù)之一 。用仿真模擬系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn) ,不受氣候、場(chǎng)地和時(shí)間等客觀條件限制 ,具有經(jīng)濟(jì)、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn) ,尤其適用于航空、航天、國(guó)防、航海及其他大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)估過程 ,已經(jīng)成為許多復(fù)雜系統(tǒng)必不可少的輔助設(shè)計(jì)手段 。它綜合了計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)控制等 等多個(gè)高新領(lǐng)域的技術(shù) ,已經(jīng)成為科學(xué)研究中 除理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以外的第三種方法 。但在習(xí)慣上我們總是將仿真模擬兩個(gè)詞連用 ,有時(shí)也簡(jiǎn)稱為仿真 ,以 simulation來表示 ,是用模型 (物理模型或數(shù)學(xué)模型 )來模仿實(shí)際系統(tǒng) ,代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究 ,是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的常用技術(shù)手段。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 仿真技術(shù)的概述 仿真是指用一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ,來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ,使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù) ,執(zhí)行同樣的程序 ,獲得同樣的結(jié)果。利用該項(xiàng)技術(shù)可以快速地發(fā)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的缺陷 , 并可以直接更改模型 , 大大地減少了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤 , 縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期 。充分說明了模擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的重要地位。美國(guó) 1992 年提出的 22 項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被列為第 16 項(xiàng)。是科學(xué)工作者、工程技術(shù)人員、運(yùn)行操作人員進(jìn)行系統(tǒng)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能評(píng)估、運(yùn)行試驗(yàn)、教育培訓(xùn)、操作訓(xùn)練的有力工具。仿真是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為