虚拟技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇虚拟技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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中职电子技术的教学理论性较强，波形变化分析复杂，课程教学较为枯燥，一些理解能力较差或者基础较差的学生，可能会无法跟上电子技术课程教学的节奏。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，将学生的实践操作和理论知识的学习相结合，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系，借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，符合中职电子技术教学的特点，是时展和进步的必然要求。

(二)创新中职电子技术教学的模式

电子技术教学中应用仿真虚拟仿真技术，可以使学生将所学习的Windowsxp内容和仿真软件结合起来。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识，真正展现中职电子技术教学的价值和电子技术教学的意义。

(三)提升学生的电子技术综合能力

很多中职院校中的学生，普遍具有文化基础较差、学习积极性较差等方面的问题，中职学生的动手能力和实践能力较强，但是他们的学习热情较差，不愿意积极、主动参与到教学活动当中，无法感受中职电子技术学习的乐趣和电子技术的魅力之处。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够有效改善这一问题，通过有趣的情景创建，快速吸引中职学生的注意力，激发学生的学习兴趣和参与实践活动的热情，并使中职学生在参与实践活动的过程中，形成一定的电子技术实践操作能力和电子技术思维想法，改善传统电子技术教学中的缺点，更加关注学生思维的发展，为中职学生未来的工作和发展奠定良好的基础。

二、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用的具体策略

虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，可以通过将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣、创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力与开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养等方式来开展教学活动。

(一)将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣

在传统的中职电子技术教学过程中，教师较为注重对学生理论知识的传授，而忽视了实践技能指导对中职学生电子技术操作能力提升的重要影响。单纯的电子技术理论知识讲解，多数是一些原理和公式推导，在这种教学模式下，中职学生可能会产生一定的厌学情绪，无法将注意力完全集中在电子技术学习活动当中。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识。虚拟仿真技术能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，使学生将实践操作和理论知识的学习结合起来，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系;借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。中职电子技术理论知识教学需要结合实际展示才能够加深学生对电子技术理论知识的深入理解，从而为接下来的课堂教学活动和实践教学活动奠定良好的基础。但是，如果一味通过实验操作展现，不仅浪费时间，同时也很浪费材料。虚拟仿真技术能够完美地解决这一问题，通过将虚拟仿真技术引入到中职电子技术教学中，通过多媒体等信息技术软件，进行仿真模拟实验，借助多媒体等信息技术软件，将抽象化的内容变得更加直观，使学生对抽象化的理论知识一目了然，深化学生对中职电子技术知识的理解与掌握。

(二)创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力

正所谓“实践是检验真理的唯一标准”，在中职电子技术教学中，教师可以借助虚拟仿真技术，引导学生在模拟的场景中，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，在电子技术的实验过程当中，提升学生的实践操作能力。在中职电子技术教学实验中，教师可以结合学生的性格特点和中职电子技术教学的特点进行教学实验活动的创新，将虚拟仿真技术融入中职电子技术的教学活动当中。例如，在指导学生对《彩色电视机原理与维修》这一项内容的学习过程中，教师可以首先借助多媒体等信息技术软件，为学生展现70年代至今，电视机逐步发展的过程，为学生介绍全球彩电市场的特点。彩色电视机与学生的实际生活密切相关，是学生所熟悉的事物。在课堂教学中，教师可以结合实际生活，提问学生“家中所使用的是什么样的电视机”等问题，构建互动型的中职电子技术教学模式。在此基础上，教师可以通过多媒体等信息技术软件，为学生展现一个立体化的电视机模型，借助模型引导学生认识彩色电视机的整体结构以及具体的元器件。在教学指导完成之后，可以组织学生自行实验，借助虚拟仿真技术进行完整电视机零件和部件的整合。

(三)开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养

一些仿真软件(例如加拿大IIT公司所开发的Multisim软件)能够为中职学生创建一个类似于真实的电子电路实验工作平台，学生可以在这个仿真的电子电路实验工作平台中，进行各种各样的电子电路实验。这些软件当前被应用于国内外的各大高等院校当中，并取得了较为理想的实践应用效果。电子技术教学中，教师不仅仅要指导学生学习电子技术，掌握电子技术，更加需要通过一定的电子技术教学活动，提升中职学生的综合能力和综合素养。在电子技术教学活动当中，教师可以借助一些虚拟的电子技术合作实验项目，引导学生通过电子技术实践活动，增进彼此之间的感情，形成良好的电子技术操作能力和合作意识。例如，在指导学生对《组合逻辑电路的分析与设计》相关内容的学习中，教师可以在完成教学指导的基础上，组织学生通过小组合作的方式，集中学习组合逻辑电路的分析方法。在共同合作和分析的过程中，增进彼此之间的感情，提升学生的综合能力和综合素养。

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二、虚拟现实技术与动画艺术的融合之路

动画在当前社会的发展中，在形式上很多情况不能满足商业或艺术上的要求，这就要求动画技术进行革新以满足其需求。然而，虚拟现实技术就应运而生了，虚拟现实技术使动画艺术在表现形式上更广，甚至促进新兴行业的产生。例如，虚拟三维仿真动画游戏，建筑漫游交互可视化，模拟军事、工业制作互动领域。

三、模拟真实环境，实时仿真交互

模拟真实环境主要是应用在商业中，早在加拿大，就已经投入运用了，即，在商业会议中，会议中的人员都不会到场，而是在家拿出手机或是电脑，进入一个虚拟的办公环境中，大家都坐下来开会就好了。这样就大大节省了资源。在虚拟的环境中每个模型的外形，进行真实的拟合，然后通过数据转换成三维模型。比如，蓝天白云花草树木的模拟、虚拟现实主题公园真实模拟、真实的建筑场景等。

四、动画艺术与虚拟现实技术的发展

动画艺术的设计可以挖掘传统文化中的元素。传统文化经过几千年的沉淀，所留下来的优秀文化大多是符合大众口味，都有其独特的艺术形式，吸引着各自的爱好群体。虚拟现实技术随着科技的发展，也日益健壮，把动画艺术融入到虚拟现实当中，其视感、触觉可谓大为观止。建筑行业中，为了把握市场趋势，果断启用最新技术把握住了商机。虚拟现实技术甚至成了当今房地产行业综合实力的象征与标志；工业生产中，虚拟现实技术给其带来了便捷，提高了效率，更是减少了损失；在军事模拟动画中，给战士充足的现场感觉，提升了培训质量。

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1.1教育领域

随着虚拟技术的发展和教学要求的不断提高，虚拟技术已进入教育领域，并且已成为完成教育工作的一种有效方式。例如利用化学教育软件，展示化学实验的流程和结果。学生可以通过使用该软件，了解和掌握整个实验过程，然后再进行实践操作。这样，既可以减少实验的危险性，又可以提高学生的学习兴趣和效率，减少不必要的浪费。再如利用物理教学软件，开展“欧姆定律”的讲解，其效果生动，且学生便于理解。

1.2生物制药领域

虚拟技术在生物制药方面的应用主要是在药物的设计阶段：采用相关的分子设计软件，设计药物小分子，模拟小分子与受体的相互作用，预测小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代谢途径、代谢物及其各类性质。目前，这种药物设计模式已被国际专业制药公司在研发新药时采用，并与实验相结合，以达到减少研发消耗，提高研发成功率的目标。1.3医疗领域虚拟技术在医疗领域的应用主要有：手术培训、手术模拟、医学影像检查和临床诊断。已经报道的“上海交通大学附属第九人民医院骨科专家成功完成真正意义上的3D打印骨盆重建手术”，是虚拟技术在医疗领域成功应用的又一案例。

2、化学信息学

化学信息学的研究领域并未经过刻意界定，很多化学家在各自不同的研究领域中力争发展和采用计算机的方法来处理大量涌现的化学信息，建立化合物的结构与性质的关系。在20世纪60年代，化学信息学的发展已初见端倪，到了70年代开始出现了飓风式的发展。因此，相关的化学信息学的定义有多种。

比较典型的有以下一些论述。

（1）采用分子模拟和数据分析技术与高分辨图形显示组合，得到了令人惊讶的结果。因此，化学信息学是通过应用信息技术帮助化学家研究新问题、组织并分析科学数据，以研发新化合物、新材料的过程。

（2）很多人认为化学信息学是化学信息的扩展，它涵盖了与化学结构、数据存储和计算方法相关的领域，如化合物登记系统、在线化学文献、结构-活性关系分析和分子性质计算[3]。化学信息学作为一个学科名称来说是很新的，但我们可以体会到，它存在于我们周围已经有了一段时间。不同的阶段常会给出不同的化学信息学的定义。

所以，在讨论这些不同观点的时候，我们认为“化学信息学是一门应用信息学方法和计算机技术来辅助解决化学问题的学科”[4]这个论述更具有普适性。

化学信息学方法主要有三种，即基于数据、基于逻辑和基于原理。

（1）基于数据的方法建立和利用多种化学数据库管理系统和化学数据库中的数据。该方法主要的作用是在数据库中获得已记录的相关信息。

（2）基于逻辑的方法利用已有的化学数据库中的数据，并在此基础上，利用归纳、推理和分类等方法将数据转化为知识，并对知识实施有效的管理，以便于知识得到广泛的应用。最终，能用于解决实际的化学问题。该方法适用于大量数据的处理，对象具有比较强的规律性。同时，它能解决数据库系统不能解决的问题。

（3）基于原理的方法利用已有的量子化学的理论，对化学对象作相关的量化计算，并根据计算结果，研究对应的化学问题。该方法能从原理上解释化学问题，但不适用于大批数据和大的体系的处理。在化学研究中，这三种方法相辅相成。对于不同的研究对象或不同的研究阶段，采用对应的方法组合。

3、化学研究

化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学。有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、用途和有关理论的一门学科，由于有机化合物都含有碳，同时以碳、氢化合物为母体，因此这门学科又可称为“碳化合物的化学”或“碳氢化合物及其衍生物的化学”，随着这门学科的发展，诞生出了高分子化学、元素有机化学等新学科，为合成染料、橡胶、纤维、药物、塑料等有机化学工业建立了理论基础。化学的研究内容主要可归纳为三部分：分子设计、合成设计和结构确定。利用相关技术设计具有特定功能的化合物即为分子设计[5]；利用相关技术设计特定化合物的合成路线即是合成设计；结构确定包括两部分：结构解析和谱图模拟。结构解析是根据已有的化学谱图，推测对应的化学结构。谱图模拟是基于化合物的化学结构，预测其化学谱图。化学是重要的基础科学之一，它也是一门建立在实验基础上的科学。在化学研究中实验和理论这两方面一直是相互依赖、彼此促进的。化学是一门古老而历史悠久的科学，它的研究模式为灵感、经验和实验（见图1）。长期实验数据的积累，为现在和今后的化学研究提供了宝贵的财富。截至2013年12月，已有记载的小分子化合物达7600多万个，化学反应约5580万个。要有效应用如此大量的研究和实验数据，只有采用信息技术才能实现。在此，我们提出了化学研究的现代模式，即在化学研究的传统模式中融入虚拟技术（见图2）。分子设计是化学研究的内容之一。传统模式的分子设计流程如图3所示，某种化合物的性质，通常是在得到化合物之后，经过实验测试才可获得对应的性质。现代模式的分子设计流程如图4所示，化合物的性质，可以用相关软件预测获得。根据获得的预测结果和经验，决定是否要合成该化合物。图3和图4中的分子设计流程显示，两者的差异主要在合成之前。传统模式在合成之前的分析工作仅以文献信息作为判断依据。而现代模式，既以文献信息作为判断依据，又以软件预测结果作为分析判断依据。从原理上讲，采用现代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于传统模式，研究过程中产生污染的几率要比传统模式的低。

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1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。

1概念设计的内涵

概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。

这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。

2概念设计与产品市场

概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。

3虚拟现实技术促使概念设计的市场化

为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。

二、虚拟现实技术与虚拟产品

1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)

虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:

①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;

②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;

③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。

2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。

2虚拟现实系统的常用设备及要求

虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。

3虚拟产品(VirtualProduct，VP)

虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。

三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景

在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。

若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考文献

1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6

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1.虚拟仪器与图形化编程语言-LabVIEW

虚拟仪器(即VirtualInstrument，简称NI)是一种基于计算机的仪器，就是在通用计算机上加上软件和(或)硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户(而不是厂家)可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。

虚拟仪器系统是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用PC计算机强大的图形编程环境和在线帮助功能，结合相应的硬件，快速建立人机交互界面的虚拟仪器面板，完成对仪器或设备的控制、数据分析与显示，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，方便地对其进行维护、扩展、升级等。

LabVIEW是美国NI公司利用虚拟仪器(virtualinstnlments)技术开发的32位，主要面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW同时也是一一种功能强大的图形编程语言，但它与传统的文本编程语言(如c语言)不同，采用了一种基于流程图的图形化编程形式，因此也被称为G语言(graphicallanguage)。这种图形化的编程形式，方便了非软件专业的工程师快速编制程序。LabVIEW也不同于传统文本式的编程语言的顺序执行方式，而是采用了数据流的执行方式，这种方式要求程序仅在各节点已获得它的全部数据后才执行。

多任务并行处理一般是通过多线程技术来实现的，不同的任务实际上通过各自的线程轮流占用CPU时间片来达到“同时”处理的目的。LabVIEW也采用了多线程技术，而且与传统文本式的编程语言相比，有两大优点：LabVIEW把线程完全抽象出来，编程者不需对线程进行创建、撤销及同步等操作；LabVIEW使用图形化的数据流的执行方式，因此在调试程序时，可以非常直观地看到代码的并行运行状态，这使编程者很容易理解多任务的概念。

LabVIEW图形化编程语言有效地利用了当今图形用户接口的点击特性。编写程序只包含以下的一些简单步骤：

用鼠标选择仪器函数作为对象；

描述测试步骤和对象之间的关系；

建立初始条件。

2.运动控制

运动控制卡是一种基于PC机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。它的出现主要是因为：

为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；

在各种工业设备、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；

PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作(例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等)；控制卡完成运动控制的所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等)。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在相应系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，成了控制系统的主要执行元件之一。步进电机的控制方法包括开环控制和闭环控制两种。

二、基于虚拟仪器的步进电机控制系统整体结构与原理

一般运动控制系统主要由五部分构成：被移动的机械设备、运动I/O的马达(伺服或步进)、马达驱动单元、智能运动控制器、以及编程/操作接口软件。

本系统的目标是利用笔者实验室已有美国国家仪器公司(NI)的NIPCI7354伺服/步进运动控制卡及其配套软件、NI7604伺服/步进驱动器及其配套软件、两相步进电机、LabVIEW软件、多轴精密电移台(负载)、PC机等构建一套步进电机运动控制系统，分别实现单轴、两轴、三轴和四轴的运动控制，要求系统具有数控系统的基本功能，能实现不同坐标系下的直线、圆弧插补、速度控制、电子传动等功能，以供实验教学应用。系统整体结构框图如图1示。

图1系统整体结构框图

1.NIPCI7354运动控制卡

NIPCI7354控制卡可同时控制包括交流和步进电机的4轴运动，能实现诸如点到点位置控制、速度控制、三维直线、圆弧、螺旋型和球形运动、电子传动、混合运动、回程和限位控制、Trigger输入和Breakpoint输出等功能。NIPCI7354的嵌入式固件是基于RT0S(实时操作系统)内核的，实时性强，通过简单易用的运动控制器、软件、以及外设提供集成方案的功能与能力，为一般伺服与步进应用提供精确、高性能的运动功能。该运动控制器可以使用支持Windows2000/NT/Me/xp操作系统的LabVIEW、MeasurementStudio(LabWindows/CVI、VisualBasic)以及C/C++进行编程。

NIPCI7354运动控制卡是高性能PCI步进/伺服控制器，可用于所有运动控制系统中，控制器采用先进的技术，在嵌入式实时运动或者以主机为中心的编程环境中提供混合运动轨迹控制和完全协同的圆形、线性、点到点、齿轮和空间矢量控制。其丰富的功能可以满足最为严格的要求。

NIPCI7354运动控制卡的主要特点：通过PCI总线与主机(上位机)通信；68芯VHDCI输出电缆；普通数字输出电压：0-32V；高电平3.5--30V，低电平0—2V；最大脉冲速率：100KHZ；运行电流：3-14mA；触发输出最大脉冲速率：1MHz；

2.运动控制软件

利用NILabVIEW图形化编程语言以及各种应用软件可以开发功能强大的运动控制程序，运动控制器配备NI-Motion驱动软件提供的LabVIEWVI、固件更新程序、DLL程序，可以利用其它开发工具(比如MeasurementStudio，LabWindowsCVI)或其它编程语言开发运动控制应用。NI运动助手(MotionAssistant)是一个采用LabVIEW代码生成方法的附加工具，运用该工具您只需进行极少编程甚至无需编程即可开发LabVIEW运动控制应用。

3.NI7604驱动器

NI7604驱动器将NI7354提供的四轴运动控制信号放大，以驱动两相步进电机运转，带动精密电移台运动。该驱动器将运动控制器与特定应用马达、编码器、限位器、用户I/O连接在一起。一根控制电缆连接运动控制器与驱动器，为全部的命令集与反馈信号提供一个通道。

NI7604的主要特点：输入电压：115V/23V，2/1A，60/50Hz；步进放大器：IM481H；每相电流：0.2—1.4A；电源连续输出容量：80W；输入电缆：68芯VHDCI型；输出电压：24VDC；+5V输出：1A。

4.运动控制外设

两相步进电机4台，四轴精密电移台一套，电移台是滚珠丝杠/螺母驱动结构。系统原理图如图2示。

三、系统工作原理

通过上位机(PC机)的数据终端设备设置步进电机的目标位置、加速度、速度和减速度(即发出运动控制任务)，NIPCI7354运动控制卡根据设置信息控制电机的运动时间(输出脉冲个数)和方向，即控制卡完成实时运动规划，NI7604驱动器放大脉冲信号以驱动电机运转。

在电机运行过程中，控制脉冲的频率f应随时变化以满足电机低速起停及高速运行的需要。脉冲频率由发送数据的波特率(B)决定，每发出一个脉冲需用两个二进制位1和0来构成其高、低电平，所以f＝B/2，通过调整发送数据的波特率可改变所发出的控制脉冲的频率。按常规波特率系列发送数据时所产生的控制脉冲频率变化较大，不能满足电机正常起停及调速的要求，为此计算机需按非标准的波特率发送数据以产生任意频率的控制脉冲。一般在电机起动及停止阶段每发送一个字节调整一次波特率，以使电机起停得尽量平滑。

四、软件研究与实现

在系统硬件环节构建完成后，先后逐步完成了单轴直线运动控制、两轴平面运动控制、三轴空间运动控制系统的软件研究与开发。

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前言

随着我国教育的不断改革和科学技术的飞速发展，络教育的出现改变了传统的教学方式。尤其是计算机更新速度非常快的特点使得传统的教学方式难以满足学习的需要。虚拟现实技术作为一门新的技术，它在教育领域的发展将为教育提供新的活力。本文主要从虚拟现实技术特征和VRML语言的角度探讨其在计算机专业教育中的应用。

一、虚拟现实技术

多媒体技术与网络技术的发展为现代教育手段的现代化带来了新的机遇和挑战。随着计算机技术的快速发展，现代教育技术的应用已不再是停留在音像技术课堂中应用的常规模式层次上．而是朝着多媒体化、网络化、信息化、教育技术应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展，特别是基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，是一种最新出现的教学模式，具有广阔的发展前景，代表了教育的未来和发展的方向。

1．1虚拟现实技术概念

虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，又称为灵境技术，毕业论文它汇集了数字图象处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术，以及人体行为学等多项天技术．是计算机技术的综合应用。具体地说，就是采川以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境．仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存存意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。

1．2虚拟现实系统的构成

一个虚拟现实系统由以下几部分组成：

(1)虚拟环境。它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。

(2)传感器件。它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。

(3)作用器件。它将人的一些约定动作(如行走、手势等)变成作用的信息，让虚拟环境有所察觉。

(4)人。虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。硕士论文所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在．又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。

(5)虚拟环境发生器。它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。

1．3虚拟现实技术基本特征

(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时。虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

(2)交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互．使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能．就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

(3)多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

1．4虚拟现实系统的类型

虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：

(1)沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。

(2)桌面式虚拟现实系统

桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入．但是结构简单、成本较低，易于普及推广。

(3)分布式虚拟现实系统

分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。

(4)增强现实性虚拟现实系统

增强现实性的虚拟现实系统不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知的感受。

1．5虚拟现实造型语言VRML

VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虚拟现实建模语言，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域相关的，在Intemet上营造虚拟环境的技术。它用来在网络上创建可导航的、超链接的三维虚拟场景。

VRML的基本工作原理可概括为：文本描述、远程传输和本地计算生成。所谓文本描述，是指VRML并不是用三维坐标点的数据来描述三维物体的，因为这样会有很大的数据量．在Intemet上传输会遇到很多困难．VRML是用类似HTML的标记文本语言来描述三维场景．就像我们的编程语言。比如，一个立方体的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一种描述语言标准，规定了用来描述三维场景的文本描述语言。远程传输是指用户浏览VRML描述的虚拟场景时，需要通过Intemet将描述场景的文本传送到本地。一般来说，文本描述是嵌在WEB页面中，在浏览器请求相应页面时与页面描述文本一起传送本地。本地计算生成是指描述虚拟场景的数据传送到本地后，浏览器对它进行解释计算，动态地生成虚拟场景。比如，描述球形的文本，浏览器会在屏幕上绘制一个立体的球形。概括地说，就是用文本信息描述三维场景．在Intemet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景．解释生成的标准规范即是VRML规范。

VRML文件主要包括四个主要成分：VRML文件头、原型、造型节点、脚本和路由。在这四个要素中．医学论文只有文件头部分是必须的，它用来告诉浏览器该文件符合的规范标准以及使用的字符集等信息。原型定义了创建带有指定名称、接口和整体的新节点类型。一旦成功地定义了原型，它就可以在VRML文件的其他地方随意使用。造型节点是VRML中的基本建造模块．它构成了VRML文件的主体部分，正是由于造型节点定义而产生了虚拟的VRML空间。脚本可以看作是一个节点的外壳，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身没有任何动作．然而你可以通过程序脚本来赋予你脚本节点的动作。程序脚本实际上是一种简化了的应用程序，一个典型的脚本是由Java或javascript编程语言写成的程序。路由是一种文本描述的消息．一旦在两个节点之间创建了一个路由．第一个节点可以顺着路由传递消息给第二个节点，这样的消息被称为事件。VRML还可以包含下列条目：注释、节点和域值、定义的节点名、使用的节点名等。

设计VRML虚拟场景时。最简单的方法是直接使用文本编辑器来编辑描述文本，它类似于程序设计，这种方法简单方便．但不是很直观．对设计者的空间想象能力要求也较高，设计的效率不高。现在有很多的可视化的VRML设计工具，如CosmoWorld和WebWorld等．这些工具将VRML的标准节点都做成可视的组件，用户设计时，只需要将这些组件组全自己需要的虚拟场景就可以了．而且设计的效果在设计时就可以看到。设计完毕后，系统自动将这些可视的虚拟场景生成标准的VRML描述文本，这样，这些文本传送到用户的浏览器后．便会在用户的屏幕上重现这个虚拟场景。

VRML使得Intemet的平面世界出现了三维场景。它的问世在世界上引起了极大的反响．得到众多的软硬件厂商的支持，成为了Intemet上最有发展前景的新兴技术。VRML在各方面都展现出了强大的应用可能性。蕴藏了无限生机。在教育领域的WEB站点中，它可广泛用于学习情景创设上，以增加学习内容的形象性和趣味性。例如：创建网上三维图书馆，它的好处就在于书籍归类整理更接近真实并将高于真实，汇编或查阅时书籍只需要鼠标轻轻地点击对应的虚拟图书。另外，使用VRML做模拟训练是一种可行性极高的措施，它不仅可以减少某些情况下现实空间中操作的难度和危险。

更为重要的是它可以使训练造价得到大幅度降低，这样就使得在教育方面的应用成为可能。由于这种模拟系统具有高度的真实性，所以并不会因为没有真实系统介入而造成较差的训练效果。现在虚拟校园、虚拟考场也已经陆续地出现在网络中，这些新兴的教育形式必将因其优越的一面而在未来教育领域中占有一席之地。

二、虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用

2．1虚拟现实技术在辅助课堂教学中的应用

众所周知，计算机课程实践性很强，在书本上体现难免会给人们的理解带来困难。利用虚拟现实技术制作的课件能够很好地解决这一问题。例如，在计算机基础课程中介绍计算机中各个组件的结构和讲解计算机组装的过程时，书本的文字难以让学习者了解组件结构和组装的过程。利用虚拟现实技术可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，设计出生动活泼的界面。制作出一些三维的、交式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，更好地理解学习的内容。

制作VRML课件的基本思路是：

(1)制作一系列空间形体的三维造型和动画．并且为这些造型指定所需要的颜色、大小等。

(2)引入VRML的相关节点，建立虚拟运动空间。实现课件多媒体功能。

(3)优化VRML场景，即在构建场景的过程中，利用VRML提供的高级造型技术适当优化程序。

(4)VRML文件的输出，将已创建的空间场景输出为．wrl形式的文件。

例如，设计VRML课件来实现网上虚拟计算机组件结构和组装的辅助教学。

首先，在介绍计算机组件选择知识同时。可以在网上从各个角度来观察VRML制作的计算机组件的造型．增强感性认识，并使学习者对怎样组装计算机有个初步的了解。利用VRML的造型设计和VRMLScript的动画链接．虚拟出组装计算机过程中所需的主要硬件，再通过把VRML文件嵌入到网页的方法，使学习者既能在网页中看到二维不同型号硬件的图片和一些描述硬件的文字．又能看到三维的虚拟制作出来的硬件模型。这样使学习者能真切地、直观地感受到二维和三维的不同．感受到虚拟世界的美妙。然后，通过文字和图片向学习者介绍如何将各计算机组件组装到一起。接着，通过VRML的动画节点控制和VRMLScript的结合。制作出安装、注释和视点切换的效果，然后按照六个安装步骤：第一，机箱、主板的安装；第二，风扇、内存的安装；第三，光驱、软驱、硬盘的安装；第四，声卡、显卡的安装；第五，电源的安装；

第六。显示器、键盘、鼠标的安装，组合完成整个在虚拟三维世界中组装计算机的过程。

在学习的过程中，只要点击相应的按钮，就可以按相应的步骤进行安装。拖动鼠标或按钮可以随意地移动计算机组件到指定的位置进行安装。在安装完光驱和软驱后，点击光驱的开、关键，光盘托会自动拖出和送入，点击软驱的按钮，软盘会自动取出．使学习者能动态地观看到效果。有一种身临其境的感觉来完成学习的过程。

通过VRMLScript语言的链接。制作出生动有趣的动画效果和逼真的声音效果。例如．当你点击软驱上的按钮，会发出声音并弹出一张软盘；当你点击光驱按钮时，盘盒会自动地弹缩并发出逼真的声音。为了方便学习。还可以实现注释信息，当学习者的鼠标碰到硬件设备时。在对象的旁边会出现一个注释信息，说明该对象名称。

又如，在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想．由于其抽象程度高。使得学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学。将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来。例如，递归算法是学生比较难理解的，因为其算法是靠隐形调用堆栈来实现，而通过虚拟技术可以将堆栈内部情况的变化动态、直观、形象地表现出来，这样学生就很容易理解。同样在讲解树和图的遍历时，可以从可视化的角度观察遍历的顺序。二叉树与树的概念的区别、Hanoi塔等问题都可以直观地表现。方便教师的教学和学生的理解。

总之，通过制作课件来辅助课堂的教学，能为学习者提供生动、逼真的感性学习材料，使抽象的学习直观化、形象化，帮助学习者解决学习中的重点和难点，提高学习者的积极性。

2．2虚拟现实技术在计算机实验中的应用

由虚拟现实技术生成的适用于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象。以及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现。也可以是虚拟构想的实验室。例如，在城域网和广域网的网络建设过程中，不必真正把网络构建起来就可以亲身体验，犹如进行现场的操作。在数字电路的课程实验中，可以通过虚拟的电路器件来达到电路设计的目的，而没有购买器件问题所带来的麻烦。在电子商务课程实验中，可以虚拟商务环境，让学生进入这个虚拟环境。身临其境地体验现场交易的气氛和参与交易的过程。计算机操作系统的安装是比较基础但又是难做好的一个实验。由于在计算机上安装新的操作系统不可避免地会对原有的操作系统产生影响。

使用虚拟计算机来进行操作系统的安装试验就十分的方便了。工作总结使用虚拟机的软件VMware可以创建与真实计算机一模一样的虚拟机。创建的虚拟机有自己的CPU、内存、硬盘、光驱，在这个虚拟机上，可以安装Windows、Linux等真实的操作系统以及各种应用程序。通过在虚拟的操作系统环境中进行操作，熟悉操作和新技术，达到事半功倍的效果。VMware只是一个软件。可以帮助你在一个操作系统的环境下安装另一个操作系统，而不会对当前的操作系统产生影响。

虚拟现实技术还可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟．通过虚拟系统便可以直接地观察到这一假设所产生的结果或效果。利用虚拟技术。学生还可以进行网络设备设计、电路设计等方面的学习探索，设计出新型的网络设备和电子器件．从而激发学生的创造性思维，培养学生的创造能力。:

通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理和不可重组的精密设备进行仿真实训，避免真实实验操作带来的各种危险。并且，虚拟实验具有先进性和共享性，易扩充．易于改变教学项目，减少设备投入经费，使教学内容在虚拟的环境中不断更新．使实验实践及时跟上技术的发展。但是在采用虚拟实验进行教学的过程中，并不能完全代替真实实验。虚拟实验是虚拟的实验，缺少“实物感”，正如在网上看书与拿真实的书看时，会觉得真实的书更实在。在网络实验中，用到的网络设备像路由器、交换机等种类、型号都很多，在虚拟实验中．学生很难见到这些设备，如果在真正的实践中可能会无从下手。因此，在具体实施中，应该虚实进行结合。有目的地安排一些实验在真实环境中操作，这样，他们会对实验的设备有亲身的体会，更能加深实验的印象，提高实验的效果。

三、结束语

虚拟现实技术在计算机教育领域发展的潜力是巨大的，只有亲身去经历、亲身去体验去感受，比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动地观看有质的不同。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，有效地营造一个发展的教学环境。提高学生掌握知识和技能的效率和积极性，达到优化教学过程、提高教学质量的目的，从而解决传统教学方式无法解决的问题。随着计算机网络技术的飞速发展，基于WEB的虚拟现实远程教育具有广泛的应用前景，必将成为21世纪教育的主流。

参考文献：

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以每服务器、每应用、每用户为单位部署服务器，通常需要配置多台服务器，才能保证每个最小单元都得到分配。

（2）资源利用率低：

部分服务器，仅运行的B/S或C/S架构小的应用程序，如OA办公系统、网页基础服务类型。很多多核心处理器处于严重的空闲状态，但这些空闲资源又没有合理的整合和利用。很多设备资源利用率只能达到10%-30%。

（3）防病毒软件五花八门：

现今IT用户对系统安全要求比较高，每个用户需要自己安装繁琐的安全防护软件，防止网上多种多样的网络攻击，没能给用户提供一个整体的防网络攻击方案。

（4）系统恢复耗时长：

因为考虑成本，IDC用户数据一般没有专门的数据备份设备，当故障发生时，维护人员在故障定位后，往往要花费大量的时间，备份数据，替换故障硬件，重装操作系统，重装应用软件，重新导入备份的数据，并重新做安全加固。传统的架构，恢复系统功能耗时一般会在4个多小时的时间。

2IDC虚拟化技术提出

为了降低成本、提高资源利用率、缩短系统故障恢复时限，技术人员提出了IDC虚拟化技术。将IDC业务基础设施的架构进行了转变。将传统的基础架构最小化单元从每个服务器转变成每个虚拟环境（VirtualEnvironemnt，缩写VE，即VPS）。通过VPS产品的部署，根据用户不同应用的类型，将硬件服务器划分为很多个虚拟容器，分配给一个客户使用，每个容器安装一种类型的应用。即实现了将硬件服务器进行逻辑层面上的划分和整合，并且在统一的界面上进行管理，通过软件可以集中对多个服务器上的上数百个虚拟容器进行统一集中管理，配置集中的存储，提高应用的可靠性，通过部署统一的防攻击软件，对所有虚拟用户进行安全防护。每VPS分配的资源不仅局限于CPU个数、内存和磁盘大小，还包括了系统的核心运行的几十个参数。通过在一台服务器上创建多个虚拟独立环境，可以确保每一个虚拟服务器的用户独享该资源，其运行及管理完全和独立主机相同甚至优于独立主机。虚拟服务器产品能够以较少的物理服务器服务较多的用户，从而达到节约电力，机架的目的，从而节省资源，扩大公司IDC的服务能力，既实现收益的增加，也达到绿色环保，可持续发展的要求。

3操作系统虚拟技术的应用

VPS的全称是VirtualPrivageServer，即虚拟的传统服务器，缩写为VPS。VPS采用“操作系统的虚拟化技术”的Virtuozzo所创建的虚拟应用系统，在一台物理服务器上，安装基础的宿主操作系统，然后在宿主操作系统上再安装操作系统的虚拟化软件Virtuozzo。通过Virtuozzo的资源分割功能，将原宿主系统，划分为多个个虚拟的环境，每个虚拟的环境作为IDC基础架构中的最小化分割单位，部署相应的用户，即构成一个虚拟专用设备。VPS采用虚拟化技术，Virtuozzo的虚拟化基于操作系统架构层，实现了软件的分割、隔离，每个虚拟出来的环境都是原操作系统的一部分，不需要单独安装操作系统，同时也具备原系统的各方面性能。这就是所有天津联通选择VPS虚拟技术在IDC应用的原因。

4虚拟化整体方案部署

4.1本方案初期设置虚拟服务器100台，每服务器提供30个虚拟主机用户。

为了保证业务的连续性，同时具有充足的可扩展性，设立集中备份服务器一台，操作Virtuozzo内置的VPS备份功能并配置集中备份。软件配置：配置64位架构硬件平台与软件平台每台服务器提供30个64位VPS（兼容32位应用程序）配置集中备份方案跨平台集中管理控制台配置完善的防病毒预案

4.2硬件配置，制约虚拟化容量的主要因素

操作系统虚拟化技术，其意义在于有效地分割、管理、调度资源，虚拟化技术本身并不能凭空创造出新的资源。因此，为虚拟化选择高性能高可靠性的硬件平台是非常重要的。配置至少满足以下要求：在本方案中，所有硬件服务器采用百兆网络连接，并根据就节点数量适当分配带宽。物理服务器采用千兆内网连接，以增强集中备份的数据传输速率。如不满足千兆内网连接条件，则也可以备份网络与数据网络混合传输的方案，但这样将会降低远程备份存储的吞吐性能，因此推荐服务器配备双网卡，并使用千兆网络连接。集中统一管理工具VZCC/VZMC远程管理终端可部署在内网，也可以部署在公网，本方案实施为了方便操作管理，将管理终端部署在公网。

4.3防网络攻击

Virtuozzo有两种MAC地址分配方式：路由模式与桥接模式。在路由模式下，所有VPS和物理节点共用同一个MAC地址。从交换机等网管设备看来，安装了Virtuozzo的物理服务器在一个网卡上绑定了多个IP。在桥接模式下，VPS可以有自己独立的MAC地址，这个MAC地址有系统管理员手工设置。通过在交换机上绑定对应的静态MAC地址，可避免MAC地址欺骗等来自同网段的恶意网络攻击。在通常模式下，使用路由模式的MAC地址即可满足正常使用的需要。VPS内的网络保护也有Windows自带的网络防火墙完成，用户可自行配置自己的VPS防火墙，不影响其他VPS。为了保护各种网络攻击，需要打开物理节点上的Windows防火墙，通过网卡“属性”->“高级”标签可以启动它。在物理节点的Windows防火墙上，无论如何配置，都不会影响到其上VPS的运行，防火墙只对节点生效。因此可限制3389端口登陆IP地址，并允许特定IP地址连接本机的22端口（VZMC管理控制台端口），以便远程管理。

4.4集中备份设备配置

随着业务的开展，服务器数量的增加，架设完整而有效地集中备份平台即成为保障业务持续运行的关键。集中备份方案采用Virtuozzo内置的备份功能和集中存储进行，采用本地备份、远程存储的设计方式实现，即能集中统一存储所有节点的备份数据，又实现了低成本、高速度的备份。备份方案需要集中存储设备一台，容量按照计算方式如下：每VPS空间×每服务器VPS个数×服务器数×保存备份的数量=存储空间。其中，每VPS产品空间假设定型为5GB，每服务器30个VPS，部署100台物理服务器，完全备份最少保留2个，则得出：5GB×30×100×3=45TB。因此，如果需要为所有的VPS都提供3个完整备份，则需要45TB的存储空间。

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二、虚拟技术的优势

虚拟技术是当下计算机实验教学应用的主要教学技术手段，在计算机实验教学发展过程中，具有重要推动作用[1]。虚拟技术在计算机实验教学中应用，其优势主要有以下几个方面：2.1降低资源投入成本虚拟技术不需要太大的场地就可以进行计算机实验教学，这与传统的计算机实验教学来说，有着很大的差别。传统计算机实验教学需要建立教学实验室，并且购置很多计算机实验设备。虚拟技术则不需要这一点，极大地降低了资源试论虚拟技术在计算机实验教学中的应用陈军山东医学高等专科学校【摘要】计算机技术在当下社会经济发展以及人们日常生活中所占的地位越来越重要，计算机实验教学对于计算机技术的应用与发展来说，意义重大。但就目前计算机技术发展来看，可供研究和使用的计算机实验资源缺乏，这对于掌握和发展计算机技术来说，十分不利。为此，旨在促进计算机实验教学发展的虚拟技术在计算机实验教学中得到了广泛的应用。这种虚拟技术主要是以软件创建虚拟机，并且在虚拟机情况下进行计算机实验教学。经过大量实践，虚拟技术在计算机实验教学中具有重要作用。本文以虚拟技术在计算机实验教学中的应用为研究对象，主要探讨了基于VMwareWorkstation软件创建的虚拟机在计算机实验教学中的具体应用。【关键词】虚拟技术计算机实验教学应用投入成本，但其所起到的实验教学作用，与真正计算机实验教学并无差别。2.2灵活性较强虚拟机在设计和使用上，只需要通过对硬件和软件进行系统化更新，就可以让虚拟机与当前计算机技术保持一致性，具有很大灵活性。这种对软、硬件的更新，可以不需要进行实体机配置的兑换，就可以实现更新目的。2.3安全性较高虚拟机当中，具有单独的数据存储设备，可以对实验数据、实验资源、实验资料等信息进行保存，避免数据丢失为用户造成不便。而且，虚拟机在进行计算机教学实验过程中，即使其他系统出现故障，也不会对数据存储设备产生影响，避免数据丢失，具有很高的安全性。

三、虚拟技术在计算机实验教学中的应用研究

虚拟技术在计算机实验教学中的应用，首先要创建虚拟机，这是虚拟技术进行应用的前提。针对于虚拟机的创建，需要在物理计算机操作平台上安装虚拟机操控软件，就目前虚拟机技术应用来看，主要以‘VMwareworkstation’软件为主。其次，对虚拟机进行优化与维护，使其更好服务于计算机实验教学。最后，则是将优化好的虚拟机投入到计算机实验教学当中。3.1虚拟机创建研究虚拟机创建以VMwareworkstation软件为主，在VMware窗口中，进行虚拟机创建，其具体步骤如下：（1）启动VMwareworkstation后，需要在打开的窗口中选择创建类型，进行程序安装工作。一般来说，创建虚拟机主要采用Typical默认方法，VMware会根据物理计算机的实际配置，进行虚拟机硬件配置创建工作。而虚拟机创建过程中，又会根据用户需求不同，通过对虚拟磁盘以及适配器进行重新定义，从而实现虚拟机新功能。根据用户自身需求对VMware创立完成后，接下来就需要对虚拟机的操作系统进行设置；（2）进行操作系统设置时，页面会弹出“客户机操作系统安装”窗口，这个窗口中一共有三个选项，虚拟机创建时需要选择“稍后安装”选项。之所以选择这个选项，是因为可以在很大程度上避免客户机系统的不完整性，有利于虚拟机使用；（3）客户机的默认配置，需要在“客户操作系统安装”的窗口中进行选择，就虚拟机的操作系统类型来看，可用于选择的操作系统主要有“Windows”、“VMware”、“Linux”等，就操作系统选择来看，需要根据实际情况进行分析，选择的系统要符合当前使用虚拟机的版本；（4）默认配置以及操作系统选择完毕后，下一步需要对创建的虚拟机进行命名，这种虚拟机命名主要是为了日后操作时更加有利于识别；（5）虚拟机命名之后，则需要生成虚拟机配置的保存路径，用硬盘进行相关配置保存，为之后虚拟机的使用提供方便。虚拟机的创建，为计算机实验教学创造了方便，新虚拟机生成之后，需要对其进行优化，之后投入到计算机实验教学之中。3.2虚拟机的优化及维护研究虚拟机的建立，主要是以‘VMwareworkstation’软件为主，虚拟机的硬件设备，则是由VMware自动生成[2]。虚拟机应用于计算机实验教学中，需要对相关配置进行优化，使之符合计算机实验教学的要求。在进行虚拟机优化及维护过程中，要遵循以下优化及维护的方法：（1）内存：虚拟机的内存与物理计算机内存有着密切联系，一般来说，虚拟机的内存主要是根据物理计算机内存大小进行测算的。例如物理计算机的内存值若是1024MB，那么虚拟机的推荐内存则为512MB。在虚拟机内存优化时，其内存设置在512MB左右浮动，最大值不能超过1024MB，最小值不能低于128MB，其内存设置应该为32MB的倍数；（2）处理器：在进行处理器优化时，虚拟机处理器的个数要与物理计算机进行比较，保证处理器个数少于物理计算机处理器个数；（3）硬盘：硬盘大小对于虚拟机进行计算机实验教学来说，具有重要影响。硬盘容量决定了对数据的存储容量，在虚拟机优化过程中，要根据实际情况，对有用信息进行保留，对无用信息进行清除。这就需要在硬盘设计过程中，对硬盘内容进行相关设置。关于硬盘功能设置，主要通过‘Expand’的功能，可以根据硬盘工作状态，进行‘持久模式’和‘非持久模式’选择，其主要是针对硬盘数据问题进行的一种优化；（4）网络适配器：网络适配器是虚拟机进行网络连接的关键，它决定了虚拟机以何种方式实现上网。一般来说，虚拟机进行上网，大都是通过网桥连接模式，利用网卡实现上网。这种上网形势下，虚拟机需要有着自己单独的IP地址。除此之外，虚拟机还可以实现‘NAT’上网模式，但这种上网模式下，就需要对主机IP以及虚拟机IP进行重新设置，虚拟机的单独IP地址将会被取消。网络适配器在虚拟机中的应用，决定了虚拟机的上网方式，并且根据实际情况，可以实现虚拟机与物理计算机单独上网，这对于虚拟机进行教学实验来说具有重要意义。以单独上网的方式进行攻击性网络教学实验，除了可以达到实验目的之外，还可以避免对物理计算机造成损坏。3.3虚拟技术在计算机实验教学中的应用分析本文研究的虚拟技术在计算机实验教学中的应用，主要从多操作系统安装实验以及分级网络实验两个方面进行分析，关于这两种实验教学的应用，如下所示：（1）多操作系统安装实验：多操作系统安装实验是计算机实验教学的基础，其主要包括计算机硬盘分区、操作系统安装等教学内容，该教学实验受到的限制条件较多，若是以物理计算机进行教学实验，会造成极大的资源浪费，并且对物理计算机软硬件的损坏较大，因此，针对于这一教学实验，最为有效的办法则是采用虚拟机进行实验教学[3]。虚拟机与物理计算机的特性一致，以虚拟机进行计算机多操作系统安装实验，可以让学生进行实践操作。关于虚拟机的多操作系统安装实验，可以以任意一台物理计算机为主，安装‘VMwareworkstation’软件，进行虚拟机构建，之后进行虚拟机优化，使之符合计算机实验教学要求。在虚拟机构建完成之后，学生可以根据计算机实验教学目标，在虚拟机进行实践操作，就多操作系统安装实验的要求，按步骤进行实际操作；（2）分级网络实验：分级网络实验是利用虚拟机与物理计算机的联合，构建对等网络，从而实现实验局域网的构建。分级网络的构建，在很大程度上提升了学生们学习计算机技术的信心，并且增强了学生的实际动手操作能力。分级网络的构建，主要是基于虚拟机和物理计算机的对等网络构建基础上实现的。而分级网络的实践操作，进一步增强了计算机实验的难度，可以考验学生对计算机实际操作能力的掌握。在进行分级网络实践操作时，学生们的操作主要在虚拟机上进行操作，避免了对物理计算机软、硬件的损坏。利用虚拟机进行分级网络实验，为学生提升计算机实验能力打下了坚实基础，对学生日后使用计算机技术方面，具有重要意义。

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二、基于3D虚拟技术的档案信息服务的特点

3D虚拟技术是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够生成一种逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，使用户能够进入到一个清晰度高、更新速度快的三维虚拟环境，并与之产生互动，由于3D虚拟技术在信息展示和交互方面具有更大优势，被广泛应用于建筑展示、军事训练、古迹遗址复原、工程演示、航空航天等诸多领域，将其应用于档案服务，可以给用户带来全新体验，满足多层次用户的多样化需求。

（一）拓展了档案服务的空间

传统的实体档案展馆一般建设时间较长、展馆面积有限、展品数量少、更新慢，而且展品的载体复杂多样，不仅需要占用一定存放空间，还易发生毁坏、磨损、丢失等现象。若将3D虚拟技术运用到网上档案展览的制作或建造虚拟展馆，对展览主办方而言，一方面可以避免实体展览中实物调取摆放、展出安全、场地经费等问题，另一方面可以缓解建实体展馆的资金和空间的压力。对用户而言，首先，在虚拟环境中可与信息平台互动，其丰富的视觉效果、充分的互动效应能吸引更多观众参与其中；其次，用户参观展览不受时间地域限制，参观成本大大降低，可实现重复参观，在便捷实体档案服务利用的同时，又对实体档案进行了备份，实施了保护，同时也扩大了档案展览的影响。

（二）创新档案服务方式

传统档案馆虽然拥有大量珍贵的馆藏信息资源，但是由于不能被人及时、充分地感知和利用，无法发挥应有的作用。若应用3D虚拟技术建立虚拟档案馆，采用信息推送等方式主动将馆藏信息资源公之于众，能够使被动服务变为不受时空限制的主动服务，能够激发用户的对档案信息的利用需求，用户随时可以通过联网终端的方式查阅所需要的档案信息，可以最大化实现档案信息资源的价值，这样档案信息服务就由单一服务变成了多元、多层次的服务，加强了档案馆与用户之间的沟通和联系，拓宽了档案信息服务的范围。

（三）提高档案利用效果

传统的档案展览是以实物形式再现档案，普通的网页是以平面图形和文本的二维表现形式再现档案，而利用3D虚拟技术来开发实体档案，对档案展品来说不仅是一种立体的展示，而且在展品的结构和空间信息的表现方面都具有更为明显的优势，用户可以通过网页在线浏览，观察可交互的三维产品模型，通过点击鼠标，可以旋转、平移模型，从任意角度观察，实现展品完美的三维真实感表现，若再配上音乐、导游解说和多媒体手法，使利用者足不出户就能“身临其境”，可以增加用户的点击率，留住和吸引越来越多的人来利用档案。从而实现了档案馆（室）的文化休闲功能，在增加人们档案意识的同时，档案的价值也得到了更好的发挥。

三、基于云计算和3D虚拟技术的智能化档案信息服务的意义

云计算是一种商业计算模型，它可以将大量分布的资源连接在一起以提供各种IT服务，使各种用户能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。云计算技术是档案信息化发展的引擎和趋势，我国改革开放以来，由于普遍重视经济建设，而不能直接贡献经济建设的档案管理长期处于被冷落地位，2013年从广东软件行业协会了解到的数据：全省1200多家软件企业（通过双软认定），而从事档案信息化方面的仅有3家，与500多家ERP软件厂商形成鲜明的对比，可以说这是一个冷门行业，但也是潜力巨大的行业。云计算技术已经无容置疑，是当今IT业最热门的技术，如果将云计算这项当今IT业最热门的技术与档案信息化这一最冷门的行业进行“联姻”，再结合3D虚拟技术共同运用于数字档案管理系统，将会给档案界及档案信息化应用带来新的启示。

（一）可以实现“低碳经济”的档案信息化建设模式

引入云计算这项技术，可以减少对硬件和软件等档案管理基础设施的投入，节省资金，避免重复建设，提高效率，还可以缓解档案部门开展档案信息化对既懂档案业务、又能精通计算机技术等这种复合性人才的需求。通过云计算技术可以实现基础设施和基础服务的统一管理，有效整合富余的计算机资源，按需合理分配，可以规范和统一不同系统之间数据交换和数据存储的格式，提高不同设备的数据和应用的共享性，扩大档案信息的外延，从而改变档案信息获取和知识传播的方式，降低档案信息化门槛，提高档案信息化水平。

（二）可以实现档案信息的可视化检索

随着信息技术的高速发展，目前国内很多企业和高校都建成了数字档案馆，但档案信息利用率和档案网页的访问率相对整个馆藏量来说还是偏低，用户对档案信息的反映比较冷漠。档案的数字化、网络化虽然为信息检索和查阅提供了便捷条件，却不能满足用户直观、智能化的需求。基于云计算和3D虚拟技术的文献检索，用户可以用“所见即所需”的方式对馆藏资源进行快速检索，大幅提升检索效率和准确性，与树形分支检索和对话框向导检索方式相比，更为形象直观，用户可以快速定位所需信息，而且是最终信息，只需用鼠标点击图片、动画或展品，在界面上就会弹出与该图片、动画或展品相关联的图、文、音、视等相关的信息集并提供与之相关的链接，实现的是云平台上的知识集的展现，拓展了传统档案馆的检索功能。

（三）可以实现档案信息的知识化

传统的档案编研多以文字为主，辅之以少量的图片，且耗时，成本高，而利用云技术进行档案信息化建设，能够将各业务系统的数据集成到数字档案管理系统中，对档案信息进行全面收集和集中管理，实现超大规模的档案信息资源共享，建设的是基于互联网的相对开放的数字档案馆模式。再结合3D虚拟技术的在线编研可做到文字、声音、影像、图片、动画等多种形式并用达到良好的艺术效果，增强了档案汇编的可读性和可视性，吸引更多的浏览者。同时保证档案信息传播的即时性与档案信息大量性的传播，也简化了档案汇编的出版流程，缩短了出版周期，加速了信息的传递速度，提高档案信息的时效性，使档案信息成为一种重要的知识资源，从而实现档案价值和业务管理的紧密结合，提供的是主动式档案编研成果服务和智能化内容导航。

（四）可以实现档案信息利用的便捷性

在信息大爆炸时代，就必须吸引人的眼球，档案信息要想引起人们的关注，就得提供有特色的、有个性的产品，以适应用户多元化的服务需求。传统的档案文献编辑、展览和网站比较偏重于对档案信息的加工，忽视了用户的需求和与用户的沟通，而基于云计算和3D虚拟技术的档案信息服务正好填补了这一缺陷，也为档案文献编辑的咨询服务和编研成果反馈提供了一种开放性的双向信息传播和沟通的渠道。首先，其直观性能使原本枯燥的档案信息变得生动，能够提高人们利用档案的兴趣，激发用户的潜在利用需求；其次，其互动交流平台可以提供在线交流，可以提供用户留言与聊天室等功能模块，可以收集用户信息，把信息传递给服务器端，再从服务器接受反馈信息，然后将处理好的信息发送回用户界面，实现与用户的互动。再次，云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务，只需连接互联网，就可以通过云平台为用户提供安全保障的个性化服务，这样就能解决数字档案馆用户终端局限性的问题。

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2VR技术对产品工业设计的影响

典型的工业设计过程通常都是基于物理样机，在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中，这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量，通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化，可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性，则可对其进行实时修改和评估，使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅，从而简化设计流程，提高设计效率，给产品设计带来全新的理念和方式。

2.1工业设计方案展示与评估

在传统的工业设计中，设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式，在沉浸式的虚拟现实环境下，交互展示设计方案，更关注用户的体验感，而非产品本身。在进行设计评估时，在虚拟环境中利用专业设备（3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等）进行交互，从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示，甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来，通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配，亲自体验产品的最终效果，并对模型提出修改意见，实时观察设计和修改过程。

2.2人机工程分析

产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往，对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行，再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中，通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成，可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案，及时发现设计方案中人机工效方面的不足，避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险，缩短设计周期，使交付评审的设计方案更为准确，更具说服力，并给予设计方案理论以及数据方面的支撑，各种评估参数也可以输出成分析报告，并可以根据模型的修改实时更新。

2.3虚拟装配

在虚拟装配系统中，工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备（立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套）直观地实现人与虚拟产品的交互操作，对设计的机构进行装配检验，实现产品的虚拟装配和调试，并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。

2.4虚拟试验及制造

车辆交付使用之前，都要进行试验，传统的产品开发模式下，产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用，物理试验模型已逐步被数字模型代替，基于数字模型，不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价，还可以在虚拟场景中，结合分析软件对数字样机进行分析计算，并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整，而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程，即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真，按照设计精度等的要求，通过模拟加工，选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造，对产品性能和可制造性进行预测和评价，可以在生产之前发现潜在的工艺问题，进而采取相应的措施，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本。

3基于VR技术的工业设计流程

相比现有的工业设计流程，引入虚拟现实技术后，带来的改善主要在以下三个方面：

1）在产品方案设计阶段，应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面，用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。

2）在方案评估及验证时，虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。

3）可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃，三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。

4应用VR技术的优势

1）增强工业设计手段：利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示，将未来产品三维立体真实地呈现出来，让参与者身临其境的在车内外漫游，还能实时改变造型、颜色、材质，满足不同业主的个性化需求。

2）提高产品设计质量：在产品设计阶段，利用VR技术模拟产品开发全过程，预测产品性能，产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。

3）降低样车试制成本：利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估，减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造，缩短产品开发周期、降低成本，提升设计质量与生产效率。

4）利于售后检修维护：利用VR技术真实展现设备的维修过程，制作虚拟样机电子检修维护手册，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等，以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。