虚拟制造技术论文篇（1）

在课程中，应用虚拟制造技术用软件进行高阶复杂修形齿面计算、砂轮截形优化、三维磨削过程可视化、基于KBE技术的齿轮工艺参数智能化管理等技术难题，并在齿轮动态性能预测及噪声控制软件部分实现技术突破，软件可实现齿轮噪音对比预测，并能优化齿轮参数，从而达到降低齿轮运行时振动噪声的目的，此技术大大缩短了齿轮加工工艺调整周期，并具有较好的可视化功能，得到了用户一致青睐。通过此教学过程，拓宽了学生的视野，学习到了更多的虚拟制造技术的知识。

为了改善传统的教学方法，我们在课程中采用了启发式教学、互动式教学。启发式教学就是通过在教材的重点、难点、疑点处创设一种问题情境，以引起学生的兴趣和注意，并作适当启发，培养学生的创新思维，鼓励学生主动地、独立地分析问题和解决问题。在成形磨齿实践教学中，通过学生学过的知识进行引导，比如从学习过的车床、铣床等切入，进行类比讲解，使没有接触过磨齿机的学生对此有一定的了解，介绍磨齿机发展史中的一些实例，让学生了解到相关知识背景，启发学生的兴趣，激发了学生的求知欲。在互动式教学中，老师提出问题，然后把班级同学分成几组，先由小组进行讨论和查阅资料，然后再进行汇报，这样可以开阔学生的思路，有助于学生自己解决问题，学生能更多参与课堂教学中，有利于学生潜能的开发，综合素质的提高和创新能力的培养。

虚拟制造技术论文篇（2）

 

0.前 言

新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。

1.虚拟现实的定义

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。

2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用

（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用

通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。

（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用

在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。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，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户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。

（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用

详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。

（4）虚拟制造

虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。

虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。

（5）虚拟评价和测试

在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。

3.结束语

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献：

[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003

虚拟制造技术论文篇（3）

引言

从20世纪90年代开始，美国国防部为了更好、更快、更省地采购和部署满足21世纪军事需求的武器系统，进行了一系列卓有成效的防务采办改革，提出了基于仿真的采办（Simulation Based Acquisition，SBA）的概念。基于仿真的采办的核心思想是通过采用建模与仿真技术，以并行、迭代、柔性的思想指导武器系统的开发与采办，实现武器系统全生命周期各阶段的协同工作，是对传统采办在过程、支持环境和采办文化上的变革与创新。经过多年的实践与发展，基于仿真的采办得到美国军方和工业界的充分肯定，他们认为，基于仿真的采办可为切实缩短武器装备的研制周期、减少资源消耗、降低采办风险、提高装备质量。

虚拟样机（Virtual Prototype，VP）是基于仿真的采办中的一个重要概念，是建模与仿真技术在其中的一个最重要的应用形式。它利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试、评估和人员训练，成为缩短产品开发周期，降低成本，改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力的重要手段。

随着高新技术成果大量地应用于武器装备，武器装备变得越来越复杂。传统的串行采办过程，论证方、用户方、研制方和评估方分离的采办制度将很难适应未来武器装备的发展需求。因此，可以借鉴美军基于仿真的采办的成功经验，以并行、迭代、柔性的思想指导武器装备的开发与采办，用虚拟样机代替物理样机参与武器装备的预研、方案论证、工程研制、定型试验等过程阶段的试验与评估，并将试验与评估的结果直接反馈于武器装备的设计与研制，通过并行、迭代、柔性的方式不断地改进和完善武器装备的设计，更好地适应与满足未来不断变化的军事作战需求，降低武器装备的开发风险和开发成本，缩短研制周期，提高产品质量。

1虚拟样机技术

根据美国国防部建模与仿真办公室（DefenseModeling and Simulation office，DMSO）的定义，武器装备的虚拟样机是指在需求分析、方案论证、系统设计、演示验证等阶段使用的、代替武器装备实物样机的数字模拟产品。虚拟样机将建模与仿真技术扩展到新产品研制开发的全过程。它以计算机支持的协同工作为技术基础，通过支持协同工作、CAD、CAM、建模与仿真、产品分析、计算可视化、虚拟现实的计算机工具，将各个集成化产品小组（IntegratedProduct Team，IPT）的设计与分析人员联系在一起，共同完成新产品的概念探讨、运作分析、初步设计、详细设计、可制造性分析、性能评估、生产计划和生产管理等工作。

利用虚拟样机代替物理样机，可缩短开发周期，降低开发和测试成本，改进设计质量。利用虚拟样机，可使产品的设计者、使用者和评估者在产品研制的早期，在虚拟环境中，直观形象地对虚拟样机进行优化设计、性能测试、制造和使用仿真，对启迪设计创新、减少设计错误有着重要意义。

1.1虚拟样机技术的特点

1.1.1虚拟样机在产品的全生命周期中是不断进化的

李伯虎院士等学者认为，利用虚拟样机技术开发虚拟样机的过程，实质上是一种产品全生命周期基于模型的不断提炼与完善的过程。不仅如此，作者还认为，在产品的全生命周期内，随着论证方、研制方、使用方和评估方对产品认识的不断加深，虚拟样机的开发是一个不断进化、不断完善的过程。虚拟样机经过不断地迭代，逐步完善，逐渐逼近最终的实际物理样机，最后研制方根据最终的虚拟样机生产制造出满足设计目标的物理样机。

在进行系统论证时，由于对产品的认识还不深入，论证方仅仅能够勾勒出产品的大概轮廓，提出产品的主要战技指标要求，对于虚拟样机的许多细节，暂时还无法进行确定。当进行系统设计时，随着对产品设计的全面展开，虚拟样机的细节逐步丰满，产品的组成、工作流程、内外部接口等内容不断丰富，虚拟样机得到了初步地进化与完善。在后续的虚拟制造、虚拟试验、虚拟使用等环节，制造方、试验方和使用方会发现产品在论证与设计中的许多问题与缺陷，不断地提出产品的改进意见。这些都反馈到产品的论证方与设计方，对虚拟样机的设计进行修改完善，实现虚拟样机的不断进化，最后形成最终的虚拟样机产品，如图1所示。

1.1.2虚拟样机成为论证方、用户方、研制方和评估方之间直观的交流语言

以往，产品的论证方、用户方、研制方和评估方之间的交流主要通过各种文书实现，包括研制任务书、设计方案、设计图样、试验报告和使用说明书等文件。一方面，这些文件数量庞大，读完并理解需要耗费较长时间；另一方面，这些文书不直观，各方对文书的理解存在偏差，很难使各方对产品形成统一完整的认识。这些不利于各方之间的交流沟通，也直接影响到武器装备的作战使用。

利用虚拟样机，就很容易使各方对产品的认识具体化，形象化。论证方向研制方说明研制目标和要求时，可以将其论证的虚拟样机运行于仿真作战环境中，直观形象地展现武器装备的作战环境、作战目标、作战过程、使用要求、战技指标等，使双方沟通更通畅，更容易达到一致的认识；当用户培训操作手时，就可以直接利用虚拟样机，这样不仅能够比较容易地发现武器装备的设计问题和缺陷，而且武器装备的技术特点、使用特点也会直观立现，也使得部队能够在战时更好地运用武器装备，使用武器装备。

1.1.3虚拟样机利于增量式开发的实现

增量式开发是指，已经识别了武器装备的预期能力，对于其终能力的需求是明确的。最终能力需求是可以通过多次增量开发得到满足，但武器装备的每次增量开发取决于当前的技术成熟度。这是为了平衡技术成熟度和研发风险、费用以及用户能力需求紧迫性之间的关系。这样就允许核心作战能力可以快速投入战场来满足作战需求。这种策略可以随着技术的逐步成熟，将作战能力以连续增量的方式投入战场。增量式开发可以加快技术进步到战斗生成之间的转化，缩短武器装备的采办周期，形成“研制一批、生成一批、装备一批”的武器装备持续发展局面，使得关键技术进步可以快速形成战斗力。

虚拟样机的并行、迭代、柔性的开发过程与增量式的开发过程非常吻合，使增量式开发的过程较容易实现。另一方面，虚拟样机的模型复用技术也可以与增量式开发相结合，在增量式的开发过程中大量地使用模型复用技术，进一步加快开发过程，缩短开发周期，快速技术进步向战斗力的转换。

1.2虚拟样机技术的应用

目前虚拟样机技术已经显示出其强大的生命力，广泛的应用于航空、航天、车辆、机械等领域。波音777就是一个采用虚拟样机技术的典范，它首次采用虚拟样机技术实现了包含300万个零件的波音777飞机全过程无图纸设计。在11个月的时间里，设计小组利用虚拟样机完成了751个飞行小时的机翼测试，730个地面小时的飞行性能测试，1088个飞行小时的推进器性能测试，770个飞行小时的飞行稳定性测试，830个地面小时的飞行开发，1280个飞行小时用于ETOP，913个地面小时用于系统验证，共8384个测试小时，他们耗费了最短的时间进行了历史上最长时间的测试，减少了94%的费用和93%的设计更改。

随着仿真技术的发展，虚拟样机技术与武器系统的结合也越来越紧密。例如美国麦道公司采用虚拟样机技术研究F/A-18战斗机的发动机装配问题，可以在30分钟内确定发动机是否能够完全适应飞机及维修设备的需要；美国研制第4代战斗机F22的过程中，虚拟样机试验与评估以及风洞试验的经费比是6：4；美国“响尾蛇”空空导弹的三个型号，由于采用了虚拟样机技术，靶试的实弹数由129发减少到35发；在“爱国者”、“罗兰特”和“尾刺”地空导弹的研制过程中，节省研制经费10%～40%，缩短研制周期30%～40%，这三个地空导弹的靶试情况如表1所示。

李伯虎院士等人是在国内较早开展虚拟样机研究的技术团队之一。他们基于国家863/CIMS航天并行工程项目，开展了复杂系统的虚拟样机技术研究、应用与初步实践，并开发了具有自主知识产权的虚拟样机支撑平台，并将虚拟样机技术成功地应用于航天飞行器的设计与制造。

另外，虚拟样机技术在国内已成功地应用于导弹、火炮、轻武器等武器系统的设计与制造领域，也成功应用于机器人、数控机床、拖拉机等装备的设计与制造领域，甚至也应用于过山车和乒乓球发球机等娱乐设备的设计与制造领域。

2虚拟样机试验

2.1虚拟样机试验可以使传统的串行采办过程并行化

由图2可知，传统的采办过程是一种串行的采办过程，装备试验与评价活动并未贯穿装备的整个采办寿命周期，主要处于工程研制阶段之后，生产部署之前。传统的装备试验与评价活动基本上是以单件装备型号产品为试验对象，试验目的基本上是为了检验装备型号产品的各个单项性能指标是否达到了初始设计要求。利用虚拟样机试验就可以将传统的串行采办过程转变为如图3所示的并行的采办过程。

2.2虚拟样机可以弥补试验时物理样机数量上的不足

一般来说，装备在进行定型试验之前，生产的数量都极少，不能满足今后体系效能试验的数量要求。由于经费、生产能力等方面的原因，研制方又不可能生产出符合体系效能试验数量要求的装备。因此，在体系效能试验之前，对虚拟样机进行验模与评估，确保虚拟样机能够代替物理样机参加试验；试验时，利用虚拟样机代替部分物理样机，构建体系效能试验环境，驱动试验运行；试验后，对虚拟样机和物理样机的表现进行综合分析，评估装备的体系对抗效能。

2.3可以将LVC仿真资源进行综合集成构建逼真的虚拟样机试验环境

虚拟制造技术论文篇（4）

随着敏捷制造、网络化制造以及扩散制造等先进生产模式研究和应用的深入，面对复杂多变的市场需求，企业迫切需要通过综合运用近年来在计算机技术基础上迅猛发展的产品制造、信息集成和通讯技术来构造一个全新的竞争系统。在这个系统中，最基本的目标就是把产品生产所需的所有资源――人，资金和设备通过计算机和通讯技术联系在一起进行集中管理，实现它们的优化利用。由此提出了一个崭新的工业生产模式――以动态联盟为基础的敏捷竞争模式，敏捷虚拟企业正是基于这个背景逐步产生及发展壮大起来的。

一、敏捷虚拟企业的特征

敏捷虚拟企业是敏捷制造中最核心的概念，被誉为21世纪最有竞争力的企业组织模式，通过对国内外学者、专家对敏捷虚拟企业的研究成果发现，虽然敏捷虚拟企业的界定不是十分的清晰，但是总的来说敏捷虚拟企业应具有如下的特征：

1.时效性，具有抓住瞬息变幻的机遇，快速开发高性能、高可靠性及顾客可接受价格的新产品的能力。

2.集成性，不同企业或企业内部不同部门将制造资源在不同层面上进行有效的优势集成，具有发展通过编程可重组、模块化的加工单元的能力。

3.互补性，参与企业通过动态联盟的制造资源共享，加强整体的竞争优势，更好的满足顾客定制或个性化需求。

4.创新性，各虚拟企业为适应变化万千的市场机遇必须具有的持续创新的能力。

5.和约性，敏捷虚拟企业各成员企业具有平等的伙伴关系，根据市场机遇和自己的优势特长而加入敏捷虚拟企业之中，并根据合作协议实现利益共享。

二、敏捷虚拟企业支撑理论

敏捷虚拟企业过程复杂、涉及因素过多,是一个庞大的系统工程,所以有必要运用先进制造技术、信息技术、现代管理理念等方法对其加以剖析和解决。下图描述了敏捷虚拟企业的理论基础体系，其中先进制造技术是敏捷虚拟企业得以顺利实施的先决条件。现代管理理念为敏捷虚拟企业过程管理和控制提供了有效的技术手段。信息技术是敏捷虚拟企业的关键技术,通过与先进制造技术和现代管理理念相互融合,为敏捷虚拟企业的实现提供了理论技术基础。另外,经济学理论、外包理论以及企业建模方法和自动控制技术在敏捷虚拟企业的实施中发挥了各自应有的作用。

三、敏捷虚拟企业的关键技术

对于目前的虚拟企业来说，需要哪些关键技术的支持，才能使得虚拟企业在我国生根发芽呢?归纳起来讲可以从一下几个方面加以考虑:

1.并行工程技术。并行工程(CE)是一种能缩短产品开发周期，从而加速市场响应的方法。CE的战略目标是实现CAD/CAM/CIM与制造的结合，在产品设计时就考虑制造问题，从而删除设计和制造环节许多不增值的活动,使系统能快速响应市场需求的变化。

2.虚拟制造技术。虚拟制造技术是利用仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品制造的本质过程。

3.电子商务。由于用户和供应链之间密切的相互作用是AVE的基础，因此AVE不可避免地要采用电子商务来联系地理上分散的用户并处理他们的要求。许多公司已把全球网络和其它创新作为竞争的有力武器，其应用范围不仅从在Usenet和WWW上收集材料进行教育和培训以及在Internet上建立用于用户服务的业务，而且也渗透到组织内部用以进行信息的有效收集、分发和处理。

4.快速原型。虚拟原型(VP)是在基于计算机环境下设计构造的产品最初型式，是产品的一种基于计算机的描述而不是物理上的真实形式，目的是便于用户对产品进行观察、分析和处理。用VP代替物理模型可以大大减少原型成本以及从设计、制造到测试的周期时间，同时也确保了设计人员能够迅速地知道设计相关的信息。

四、结束语

敏捷虚拟企业是企业理论的前沿课题，更是商场现代化的一种表现形式。变幻莫测的市场经济要求企业具有产品种类和数量的柔性，故以企业资源快速组合和优化为手段，以快速响应市场需求为目标的敏捷虚拟企业越来越被国内外的专家学者所关注和研究，并且有了初步的工程应用。随着市场经济的发展与信息技术的进步，敏捷虚拟企业的理论与应用定会得到进一步完善和应用。

参考文献:

[1]蒋新松张申生:敏捷竞争的挑战和思考[J].计算机集成制造系统，Vol.2,No.1,1996,3:1～4

[2]徐晓飞:未来企业的组织形态――动态联盟[J].中国机械工程，1996, Vol.7, No.4

虚拟制造技术论文篇（5）

关键词：演员；数字虚拟角色；表演理论

随着科学技术的迅速发展，数字技术越来越多的应用在电影制作的方方面面，电影中数字虚拟角色的内涵正在不断的扩充和发展。苏联的斯坦尼斯拉夫斯基表演体系、德国的布莱希特“间离效果”演剧观念和中国的梅兰芳民族戏曲表演流派堪称世界三大表演体系，数字虚拟角色表演是表演三大体系融合之下的脱胎，如今在最新科学技术的催化作用下，它以三大表演体系所融合的理论精华为基础进行了表演艺术上的发展和创新，最大限度的将电影表演艺术的魅力展现在观众面前。因此，我们有必要对数字虚拟角色表演艺术理论的发展和创新进行深入研究与探讨。

1数字虚拟角色表演观念的拓展

1.1三位“多”体

“三位一体”是源自舞台戏剧表演艺术的概念，著名艺术家泰依罗夫曾经生动形象地作了这样的论述：“唯有表演艺术，无论是创作人、材料、工具，还是艺术作品本身，全都有机地结合在同一个客体之中，彼此无法分开……一切都是您，一切皆备于您，也一切借助于您。”[1]在过去的电影表演观念里，常常会把电影表演的艺术特点也归纳为“三位一体”。如今电影表演艺术已经步入了数字技术时代，电影中角色塑造过程中开始运用CG等数字技术，数字虚拟角色的创作材料、创作者、创作成品并非集于演员一身，已经不再是“三位一体”的表演艺术。创作材料除了演员外还包括各种材料制作的道具、模型和技术设备等；创作者除了演员外还包括数字技术人员等；创作成品是银幕上由数字技术包裹而被观众忽略背后演员存在的数字虚拟角色。所以，数字虚拟角色表演艺术，是打破传统表演特点进行创新实践的三位“多”体的表演艺术。

1.2我们演“它”

在过去的表演定义里―“电影的表演艺术就是演员在虚拟的环境下以动作（形体动作及语言）进行人物塑造表现的过程。” [2]通常把这一过程简单的概括为“我演他”。“我演他”这样的表演艺术理念一直沿用多年，但对于数字技术开始广泛运用到电影角色塑造的今天，种种迹象已经充分证明这种电影表演理念早已显得落后、过时，无法有效指导正在蓬勃发展的数字虚拟角色表演艺术。例如由鲁伯・华尔特导演的科幻电影《猩球崛起》，片中无比生动的大猩猩其实没有一只是真正的大猩猩所扮演的，是由真实的演员与动作捕捉数字技术相结合而拍摄完成的。所以将过去电影中“我演他”取而代之的则是当代电影中“我们演它”的数字虚拟角色表演艺术形式，“我们”是指包括演员、数字技术人员等在内的创作主体，“它”是指包括人、机器人、外星人、动物等在内的所有形象。这既打破了演员自身外形条件的限制，又突破了过去传统角色的局限，使数字虚拟角色的发展空间越来越广阔。

1.3真情“虚”感

如果说过去的“我演他”表演艺术形式情感体验是真情“实”感的话，那么现在“我们演它”数字虚拟角色表演艺术情感体验则需要真情“虚”感。所谓“虚”主要是指两个方面，虚拟角色和虚拟环境，而真情“虚”感则是指演员在塑造数字虚拟角色过程中，既要发挥好对角色形象塑造的想象力，又要发挥好在虚拟环境下的与数字技术相结合的配合度，灌注于数字虚拟角色真实情感。演员与数字技术人员通过真情“虚”感来塑造数字虚拟角色的重要性是绝不可忽视的。在塑造数字虚拟角色过程中，对于演员来说需要通过大量丰富的想象力来感受那些现实生活中根本没有的角色，这样数字虚拟角色才能开始在演员心中活起来，把精准的表演动作和传神的面部表情与动作捕捉技术等数字技术有效的配合，将真实的情感融入数字虚拟角色之中。对于数字技术人员来说，应该把从演员身上捕捉的影像与数字技术生成的虚拟环境、虚拟影像细致、精准、有效的结合起来，让最终在银幕上出现的数字虚拟角色达到“拟真”、“传神”、“传情”的审美效果。

2数字虚拟角色表演核心理论的提炼

2.1真实的情感

在斯坦尼斯拉夫斯基表演体系中，其核心就是体验，即通过演员外在的肢体和表情深入地挖掘出人性、人心的复杂性。电影《阿凡达》中数字虚拟角色给观众真实情感的传达就是最好的说明：“《阿凡达》涉及多重技术领域：立体视觉、IMAX大屏幕、3D、CG等，尽管《阿凡达》属于技术应用的大手笔，但它不会在任何技术方面都领先。”[3]它的数字虚拟角色是蓝皮肤、不会出汗的外星人，因此虚拟角色外表的“拟真”不足促使观众集中注意力全身心投入到电影所营造的虚拟环境中，而真正打动观众内心的是角色表演的真实情感。正是由于角色在表演上有效运用了斯氏体系理论的“情感的真实体验”，才让电影《阿凡达》中的数字虚拟角色成为了一个个活生生的“人”，而极大的呼唤起观众的情感共鸣。

2.2陌生的角色

布莱希特为推行“非亚里士多德传统”的新型戏剧的核心就是间离理论。纵观大多以数字虚拟角色为代表的影片，一般而言，童话、神话、科幻、恐怖以及未来战争等题材类的电影比较适合数字虚拟效果体验，因此数字虚拟角的故事内容主要集中在这些题材类型上。这些的故事内容和角色，在生活中都是不可能的事情，但是在电影《阿凡达》中，却真实的出现了这样的场景。很多媒体用陌生而又熟悉，让人吃惊、诧异、震撼等词语来评论其中的数字虚拟角色的表演。岂不知，在这样的表演背后，真正发光发亮的是布莱希特理论的内容。它对剧情的展开和观众移情于剧情之中有一定的影响，并在这种间离效果中突出了虚拟角色的人物性格，也符合剧本基调的逐步展开。

2.3虚拟的表演

以梅派为代表的戏曲表演是高度综合性的舞台表演艺术，它提倡程式化的套路与表现相结合、载歌载舞、主观的绝对统一的创作原则。在中国京剧中，“兰花指”、“水袖”、“步辇”等戏曲常见的经典动作均是意念、动作、功能表达集于一身的精粹套式。虚拟表演，是戏曲表演风格的主调。虚拟动作，不但是戏曲表演区别于一切话剧表演的主要标志，而且也是戏曲表演体系区别于其他一切戏剧表演体系的主要标志。[4]由于当今3D电影作品中有大量通过虚拟技术而构建的虚拟环境，演员所饰演的虚拟角色需要在通过其想象中的环境里进行表演。这一点，与我们当代数字电影表演方法有异曲同工之妙，在表演观念上和数字时代表演艺术有着惊人的相似，有利于当今数字时代的电影表演艺术理论建立与完善。电影中数字虚拟角色很好的继承和发展戏曲里的虚拟表演理论，其发展主要表现在数字技术与表演艺术的密切联系。过去电影表演主要是以演员为创作材料塑造的不同人物形象，而如今数字虚拟角色表演结合数字技术和演员虚拟表演艺术为创作材料而塑造的角色形象，数字虚拟角色的表演是否活灵活现、栩栩如生，不仅需要数字虚拟技术的辅助，演员的虚拟表演水平也起着至关重要的作用。

3数字虚拟角色表演理论发展的意义

3.1表演三大体系走向融合的必然要求

三大表演理论体系为电影表演艺术的理论贡献是世界公认的，其影响也是极其深远的。如今，随着社会的不断进步和发展，对于利用最新数字技术、通过大量数字虚拟角色拍摄而成的电影而言，如《少年派的奇幻漂流》、《阿凡达》等，三大表演理论体系本身呈现的不足越来越明显，并开始影响到数字虚拟角色表演的进一步发展和创新，因此我们需要对三大表演理论体系的理论进行筛选、重组、取其各自精华，以适应当今电影表演为目标，规避单个表演体系的局限和劣势，将三大表演理论体系融合在一起取长补短，从而更好的指导当今电影中数字虚拟角色的表演。

3.2表演艺术与数字技术结合的必然要求

当数字虚拟角色作为新兴的表演艺术形式呈现在观众面前时，我们开始慢慢意识到，随着电影数字技术不断的发展，过去传统意义上电影表演理论已经无法全面的归纳现在电影中的数字虚拟角色表演方式了。在当今的电影发展中，面对不断涌现出的各种千奇百怪的数字虚拟角色形象，我们不得不好好思考和研究电影表演艺术理论的发展。数字虚拟角色表演理论的形成和发展不仅能打破过去表演上的局限，也让表演的精神更加的与时俱进，更加符合时代的要求和召唤。基于这种情况，数字技术与电影表演艺术相结合发展数字虚拟角色表演理论，为数字虚拟角色创作带来的创新性的视觉体验，就有了一定的必要性。

3.3观众审美需求不断提升的必然要求

人类与生俱来就拥有分辨美与丑的意识和能力，所有能引起人们心情愉悦的、和谐的、善良的事物，都可以被归纳为美的范畴。现在很多电影的成功并不仅仅在于讲故事，而且还在于在数字技术的催化作用下，三大表演理论体系的融合为虚拟角色创作带来的细腻、拟真、新鲜的视觉体验。银幕中震撼的场面和看似真实数字虚拟角色抓住了观众的注意力，让人们在不知不觉中被吸引和感染，全身心的陶醉于一场视觉奇观的享受之中，极大的满足了观众的审美需求。数字虚拟角色的产生，恰恰是观众审美不断提升的所要求的结果，观众有了这种审美的需求又会引起更多的学者对数字虚拟角色关注和研究，从而最终推动数字虚拟角色表演理论的发展。

4总结

总而言之，在电影表演艺术世界里，任何事物都不是一成不变的，只有良好的继承传统表演理论，才能为发展新的电影表演理论打下扎实基础，只有有效的发展电影的表演理论，才能更有效的创新表演理论。新时代赋予数字虚拟角色表演艺术的新要求，使得三大表演理论体系走向融合，也让数字虚拟表演艺术产生了新的表演观念，这不仅仅是其自身不足导致的，也是在全球商业化，文化大融合的趋势下，满足观众审美的客观现实需要。在3D电影有望成为电影艺术主流的趋势下，表演艺术理论的发展，使数字虚拟角色成为一种新的表演艺术形式，今后必将大力推动电影产业的进一步发展。

参考文献：

[1] 泰依罗夫（俄）.导演札记.俄罗斯名家论演技[M].中国戏剧出版社，1985：190191.

[2] 许同均.电影导演的表演艺术[M].中国电影出版社，2006：4.

[3] 屠明非.技术与文化：数字媒体时代的电影艺术[J].当代电影，2010（7）.

[4] 马也.论中国戏曲虚拟表演产生的原因――兼谈戏曲舞蹈的审美特性[J].戏剧艺术，1982（4）.

[5]夏波.中国戏剧界认识和运用斯坦尼演剧体系的误区及问题[J].戏剧中央戏剧学院学报，2005.

虚拟制造技术论文篇（6）

中图分类号：G719.21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0231-03

Abstract：Modern vocational education occupies a larger proportion in the education link，also plays an important role for the social development.At present，China’s vocational education classroom teaching is facing many difficulties，the key problem is how to incorporate the students in the classroom and stimulate students enthusiasm in class； Virtual reality technology has the very good situation，to bring people into a virtual “real world”，let a person have a feeling of the personally on the scene.Apply this technology to vocational education class can better solve the problems arising of the vocational education class，it is the only of the development of vocational education classroom contextualized.

Key Words： Virtual reality technology； Vocational education classroom； Contextualization

F代职业教育在教育过程中有举足轻重的作用，也是社会发展过程的奠基石。现代社会大生产下的大部分技术操作人员都是来自于职业教育体系。为了更好地适应社会发展的需求，本着为社会培养具有一定的专业知识以及较强的技术的技能性人才，职业教育工作者通过各种方式去创新改革探索出一条适应我国国情的教学道路。该文通过对学生在课堂上的学习状况的分析，结合现代科技发展，设想能否将虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR技术）引入职业教育课堂，通过三维虚拟的技术将抽象难懂的知识形象的展现在学生面前，提高学生在课堂上认知能力，同时在技术容许的情况下，甚至还可以将真实生产过程通过虚拟仿真技术演示在学生面前，以此来改变现有的课堂教学模式，就如同现在二维多媒体技术广泛运用在教育课堂的模式，改变先前教师通过黑板将知识展示给学生的模式。

1 职业教育课堂上的困境

目前，职业教育课堂存在着各种问题，包括学生课堂纪律差、学生不能很好地配合教师教学、课堂上出现学生“开小差”等问题。这些问题一直是困扰着教师如何更好地将理论知识传授给学生的重要因素，这些问题既在公共课堂中出现，也会在专业课程的课堂中显现，最终影响的是学生的理论考试成绩。这些问题的出现终归是由以下几个方面造成的。

1.1 职业教育学生本身因素

职业教育的学生一般都来自于无法进入高中或者大学教育的那部分学生，这里造成无法入高中或者大学的原因有学习成绩达不到高中或者大学录取分数线的、学生家庭的影响以及学生自身等原因。在以上原因中由于学习成绩的影响占据绝大多数。恰恰就是这个因素，使得职业教育学生与中高等教育学生在学习能力方面、对知识理解能力方面以及考虑认识事物方面存在着很大的差距，面对同一个知识点，职业教育学生理解能力明显要弱于中高等教育的学生。同时，由于职业教育学生在初等教育过程学习基础弱以及在受教育过程中一直找不到适合于自己的正确的学习方法，对理论知识不能很好地做到预习和复习，就会出现职业教育学生的知识储备薄弱，所以，在职业教育课堂上经常会出现学生在上一节课没有听懂然后影响下一节的听课内容，长此以往下去就出现恶性循环。其次，职业教育中的学生由于在初等教育过程中成绩一直处于偏低水平，再加上初等教育当中部分教师的影响，心理上渐渐就出现了自卑的心态，造成了学生在学习过程中抱有一种低人一等的态度，最后就会形成厌学的态度，学生自身就认为自己不是学习的材料。这些学生就把这种情绪直接带入职业教育阶段，从而影响了学生在职业教育的课堂上的学习能力。这些来自于职业教育学生自身的因素直接就影响了教师通过正确的方式将知识传递给学生。

1.2 课程教材的因素

由于受到学生自身的学习能力以及认知能力的影响，在职业教育阶段其课程教材在编排时就有意地通过减少专业知识的章节以及知识点数目以此来降低知识理解的难度。但是，这种编排的方式反而加大了学生对知识点的理解难度，也加大了教师在课堂上的传授难度，使知识点变得晦涩难懂。现代大部分的专业知识是有较强的逻辑性以及完整性的。如果仅通过教材上的知识点，就会出现学生无法明白专业知识的本质及内涵。教师想让学生理解的更透彻，就得通过各种手段增加知识点，这样做又与教材的编排的意图相悖。同时，这种教材也使学生减少了对学习知识的兴趣，在学生预习或者复习的过程中，让学生难于通过自身的知识储备去理解课本的知识。

1.3 职业教育课堂教学模式的因素

现在的职业教育课堂已经大部分运用了多媒体的教学模式，这种模式虽然已经改变了以前的板书方式，通过图片、视频和PPT演示的方式，提高了学生在课堂上的学习兴趣。但是，仅仅通过二维的模式还是无法使学生完全融入课堂中；教师为了进一步改变这种现状，就会不得以增加视频的播放时间，这种做法只能缓解课堂上枯燥乏味的课堂状态。教师始终还是要言归正传，要将知识点通过讲述的方式传授给学生。而且，在网络上关于专业知识的视频毕竟是少数，也没有专业机构专门去制作相关的教学视频。有些视频仅仅只是播放社会、企业以及制造车间的工作和生产过程，并不能完完全全将知识传授给学生，视频上的知识总归是碎片式的，缺少完整性。学生始终是一种将自己置身于专业知识以外的场景。

2 虚拟现实技术的概述及应用特点

2.1 虚拟现实技术的概述

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR技术）是随着计算机技术发展到一定程度而衍生出的一种具有强大三维成像能力的综合性的计算机技术。这种技术出现于20世纪末，最早是由Sutherland在名为《终极的显示》的论文中提出，在论文里就提出了具有跨时代意义的图形交互显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实技术的概念。自此以后，人们就伴随着计算机技术的发展同时对虚拟现实技术进行研究探索，到了20世纪90年代，计算机技术进入了飞速发展的阶段，计算机图形处理技术、数据处理技术以及多媒体技术应运而生，使得虚拟现实技术的产生变为现实。

虚拟现实技术是集成了由计算机图形成像技术、传感技术、人体工程学、人机交互技术等多学科为基础的综合性技术。就是通过计算机图形技术创建出虚拟的三维空间造型，或者将真实的环境或者实物通过计算机技术绘制于计算机中，然后再由图像显像设备、力反馈传感设备和声音输出设备将所创建的三维空间造型或者实物环境显示在特定区域，从而使人在视觉、听觉以及触觉上产生一种身临其境的感觉，并且虚拟现实技术还可以通过人机交互技术完成人与虚拟环境的交流。

2.2 虚拟现实技术的特点

介于虚拟现实技术是建立与计算机图形技术、传感技术、人w工程学、人机交互技术等多学科之上的一门技术，即虚拟现实技术融合了以上各个学科的基本特点，它包括以下几个方面。

（1）真实的沉浸感，虚拟现实技术由于通过计算机图形处理技术将真实的环境绘制在计算机中，它利用计算机的庞大的数据处理能力完成真实环境的三维点的计算，然后再通过多重输出设备将计算机中的“真实环境”输出。让人感觉自己就像是身处于“真实环境”中，使人有一种身临其境的境界。并且随着计算机的运算能力的不断加强，使得计算机所处理的“真实环境”更加逼真。

（2）感官的多样性，由于输出设备由力反馈传感设备、声音输出设备以及成像显像设备组成。使“真实环境”在视觉、听觉以及触觉层面上向人们展现出来，并且再加上由计算机控制，使这几种感觉在时间以及空间上做到协调一致，使人们在感知的世界里没有时差以及空间差的感觉。

（3）人机交互性，融入了人机交互技术之后，人们可以通过触摸或者声控模式对所处的“真实环境”进行控制，变换环境的位置、角度以及时间和空间上的位移。并且这种交互技术已经摆脱了计算机的鼠标或者键盘控制，它可以结合人们的说话声音的采集、空间触摸的方式以及力反馈的模式对计算机进行控制，完成人机交互的过程，同时也进一步加强了人们身临其境的感观。

2.3 虚拟现实技术的应用

目前，虚拟现实技术应用也非常广泛，结合虚拟现实技术的特点，一般运用于建模与仿真、设计与分析、教学与实践、医学、军事、生产制造、娱乐与商业等方面。

（1）军事领域：虚拟现实技术在军事方面广泛运用与新式武器的研发、高尖端科技试验以及军事技术培训。例如美国开发研制的FOG―M导弹模拟器运用于研制新型导弹、美国NASA的“虚拟风洞系统”对飞机以及航空器进行空气动力学试验、美国开发的NUSC海军水下系统对舰员进行训练实时待命和控制。介于虚拟现实技术的多重特点，从而减少了军事领域武器开发周期以及研究成本，降低了军事当中人员的伤亡几率。

（2）医学方面：虚拟现实技术在医学方面一般运用在复杂手术研究会诊以及医学教学上。在不危害人体以及动物体的前提，最大限度的还原以及复制机体病变组织。并且通过远程网络技术，将不在同一空间的医学专家进入虚拟环境里对复杂手术进行探讨与规划或者教学研究。从而避免了因医生离患者较远而错过了抢救时间，同时也拉进了世界各地专家的距离。

（3）工业制造方面：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）的出现，使虚拟现实技术在工业制造领域的应用更加完善。它可以辅助设计师和工程师对产品进行设计以及制造，这里包括虚拟设计与分析、虚拟制造与装配，从而及时发现设计过程中的不足进行改正，这样既缩短了生产周期，也减少了资源与能量的损耗，例如美国福特汽车公司利用虚拟现实技术对轿车内部设计，从而减低了汽车的生产成本。

（4）商业与娱乐方面：21世纪初3D电影的出现改变了人们对电影的要求。最早人们一直追求着电视、电影的清晰度，可是虚拟现实技术的出现让人们有了新的感觉――真实感。现在各个商业电影都在追求3D以及4D效果，同时也增加了虚拟现实技术的商业价值。

3 将虚拟现实技术引入中职教育课堂的设想

早在2003年，由武汉大学、中国地质大学、浙江大学联合承担，南京师范大学，信息工程大学，中国科学院遥感应用研究所，东北大学，中国测绘科学研究院等单位协作，经过2年多的攻关，组建了具有自主知识产权的三维GIS平台软件Geo Scope的部级重点虚拟现实实验室。这个项目的创建实现了将虚拟现实技术理论变为实践并且运用在教育过程的目的，改变了传统教育理论中学生依托教师、学习环境、学习氛围以及校园文化的影响，构建起新型的学校教学环境技术。

根据职业教育教学过程中出现的问题，打破职业教育中的教学困境，引入虚拟现实技术将会是很好的手段。虚拟现实技术就是一门利器，其自身具有的优势将会改变职业教育课堂环境，会带来职业教育新特性。

（1）课堂情景化。职业教育本身就是培养学生的综合职业能力，其培养过程就是通过情景化来实现，一般这一过程都是通过职业教育中的工程实训来完成。虚拟现实技术利用多重手段将这一过程转移至课堂当中，改变传统单边讲授模式。

（2）交互智能化。职业教育的本质在于培养学生的实践能力，就是要求学生在教学过程具有实践动手环节。虚拟现实技术将这培养要求带入课堂之中，课堂互动过程让学生在视觉、听觉和触觉上去感知实践过程，让学生身临其境的感受理论知识的氛围，有助于帮助学生在大脑中建立理论模型，更深层次的完成理论与实践相结合。

（3）职业趣味化。虚拟现实技术本身就具有情景化、环境的真实化、操作的多样化、技术先进化，充分的体现出自身的趣味化。学习的趣味化是现代职业教育工作者追求课堂生动的重要手法，更是职业教育中教学特色。趣味化的实质就是要求学生积极参与以及更快融入课堂，虚拟现实技术通过情景模式将教师以及学生拉入“真实环境”中，让学生避免受到外界因素的干扰，增加学生在学习过程中的趣味性。

（4）职业专业化。通过虚拟现实技术避免教师以及学生在教学过程中出现与学习无关的问题。从开始上课到下课，教师与学生一直身处在课程要求的理论知识环境中，使职业教育课堂更专业化。

如何将虚拟现实技术进一步引进学校校园课堂，是摆在现在职业教育教研改革的新问题。在这个过程中还需要许多问题解决以及关键技术去研究；其主要问题就是在整个虚拟现实环境中都是由电、磁和光的存在，这些物质都会给身处其中的使用者的身体带来一定的影响，会出现头晕、目眩以及恶心的症状。其次目前裸视（不佩戴头盔、传感器或者眼睛）的虚拟现实技术还是不成熟，还做不到与佩戴头盔、身穿传感装备的效果。这里需要解决的关键技术包括立体成像、空间传感以及空间感应等相关虚拟技术。如果解决了虚拟现实技术给使用者带来的电、磁和光的危害，以及完成了使用者不借助任何辅助装置就能做到身临其境的效果，那么虚拟现实技术将会改变现在教学课堂，板书的时代就会退出历史的舞台。

4 综述

将虚拟现实技术引入职业课堂会给职业教育带来深远影响，会颠覆以往传统的教学模式。虚拟现实技术给职业教育带来的新特点，将会解决现在职业教育的困境。经过几十年发展的虚拟现实技术，其较完善的软硬件设施已经在其他领域得到了很好的验证，将其运用于职业教育领域也将会成为现实。随着科技的不断发展，适应于职业教学过程的虚拟现实技术也将会应运而生。相信在未来虚拟现实技术将会全面性运用于职I教育方面，为人类的职业教育做出应有的贡献，同时这也将是虚拟现实技术完善自身的最佳途径。

参考文献

[1] 曾芬芳，解洪成.虚拟现实技术及其应用[J].华东船舶工业学院学报，1995，9（1）：80-89.

[2] 余军，张璐莹.虚拟现实技术及其应用[J].天中学刊，2007 22（5）：56-57.

[3] 魏安顺，周印，谢叻.虚拟现实技术及其在制造业的应用[J].模具技术，2004（5）：55-57.

虚拟制造技术论文篇（7）

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等 。wwW.133229.Com将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1．1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1．2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2．1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法

虚拟制造技术论文篇（8）

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等  。将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1．1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1．2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2．1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法

虚拟制造技术论文篇（9）

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

[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．

[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．

[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．

[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．

虚拟制造技术论文篇（10）

关键词:虚拟建设;虚拟现实;工程培训

Key words: virtual construction;virtual reality;engineering training

0引言

虚拟建设(Virtual Construction),国内又称为虚拟建造,是在虚拟现实技术(Virtual Construction)、虚拟组织(virtual organization)、现代工程管理理论和信息技术等相关概念、学科综合的基础上发展而来一门新兴学科,其起源美国,20世纪90年代由丁士昭等教授引入中国,并在中国学术界引起广泛研究。目前对虚拟建设通用的界定为:虚拟建设是现代计算机信息技术和管理模式与工程项目建设相结合的产物。

1虚拟建设的起源及内涵分析

1.1 虚拟建设的起源虚拟建设是相对于实际建设而言的一个综合概念,在国内又可成为虚拟建造,虚拟建设是在“虚拟现实”和“虚拟组织”两门学科不断发展基础上,结合现代计算机信息技术在两门学科的融合中发展起来的一虚拟现实技术起源于美国,是包括图形和图像处理、移动物置追踪、音响交叉处理、人机对话、网络通讯技术在内的综合性很强的高新信息技术,“它为人机相互对话提供了接近或加强的三维界面,并在多维度信息空间上创建了一个虚拟的真实环境,使用户具有身临其境的沉浸感”。虚拟组织是各种具有自己专业能力的企业为了完成一个产品的全过程建设而建立的动态性联盟,每个伙伴企业为联盟贡献自己的核心能力,各个企业之间的关系为信息共享、利益双赢、风险共担。

1.2 虚拟建设的内涵虚拟建设的概念从提出到现在,经过国内外学者数十年的研究和探索,目前对虚拟建设理论研究目前已经比较成熟,具有代表性的观点主要有以下几种:

同济大学丁士昭、徐友全等人对虚拟建设内涵的理解为[1]:①设计和施工相结合(项目总承包);②通过电子技术进行信息沟通;③业主设计施工供货的纵向命令和控制关系转变为业主方、项目管理方、设计方、供货方的横向协作联系;并认为虚拟建设是一种适应当今知识经济社会的工程项目管理新模式,运用虚拟组织原理,借助现代信息和通讯技术的支持,采用无层级、扁平化的管理组织方式,及D+B的生产组织和管理方法,通过基于网络的共享项目信息系统,可以实现工程项目建设成本低、质量好、进度快、协调好,运用信息和知识使建筑产品增值的目的。

2000年日本Yoshio Maruyama Yoichiro Iwase Kazuo Koga等学者提出了VR-Coms (virtual and real-field construction management systems)的概念,认为VR-coms是通过虚拟仿真技术集成了虚拟建设仿真、计划、规划、执行管理系统来在实际建设中提高生产效率和建设的安全性。

东南大学郑磊博士认为虚拟建设是现代科学技术和管理模式与项目项目建设相结合的产物,应包括两个层面的涵义[2]:一个是以虚拟现实技术为基础的技术层面的虚拟建设,借助于VR等计算机技术进行计算机辅助设计、建模,设计方案选优,可视化设计、施工效果,施工过程虚拟,施工方案可实施性检验等,在计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行全面的虚拟仿真再现,可以取得下列效果:能够在一个设计、施工方案实施前直观地获得其视觉效果,评价其设计水平和运行性能、可以方便而经济地比较各种设计方案的优劣,有利于方案优化、可以全面提高承包商T/Q/C/H/S/E管理水平、可以大幅度降低项目风险等;另一个层面是建立在虚拟组织理论基础上的组织层面的虚拟建设,将虚拟组织原理应用到工程建设领域的一种新的工程项目建设组织和管理模式,是对传统建设组织和管理模式的创新,通过它,承包商能够以最快的速度、最低的成本跟踪市场动向,并通过对外部资源的整合利用迅速满足顾客需求。

1.3 虚拟建设理论的诠释本文认为虚拟建设理论是在新世纪工程项目管理需求下,在现代信息技术基础上,通过技术与理论的完美结合而发展起来的一种适应现代工程项目管理的方法和理论。应从以下三个方面进行理解和诠释。

1.3.1 虚拟组织概念:参与工程项目并具有各自专业能力的各方主体为完成一个产品的全过程建设而建立的动态性、虚拟性组织,每个企业为组织贡献自己的核心能力,各方之间信息共享、利益双赢、风险共担。

1.3.2 虚拟现实技术:通过计算机辅助,建立模型,根据实际工程参数,对工程建设过程进行虚拟再现、增强再现,使用户具有身临其境的沉浸感。

1.3.3 信息集成协同平台:建立以参建各方为用户对象工程项目紧系集成协同平台,实现各方协同管理、沟通,促使信息正确高效共享和交换,保证信息流安全顺畅。

在本文中我们研究利用技术层面的虚拟建设技术,借助VR等计算机技术进行施工过程虚拟,在计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行虚拟现实、增强现实模拟。并可以进行强调、透视、放大等操作,研究其在建设工程培训中的应用。

2建筑工程培训现状和缺点

2.1 建筑工程培训现状建筑业是一个关系到国计民生的支柱性基础产业,也是拉动国民经济发展速度的重要力量,同时建筑业是资本和劳动密集型产业,对于解决就业、转移农村剩余劳动力、增加农民经济收入具有重要作用。以2008年为例,全国建筑业总产值为62036.80608亿,建筑业从业人数3314.9503万人。在这一庞大的从业人群中基本可以分为两个层次。一个层次是建筑技术和管理人员,这个层面人员的特点是学历较高,知识文化水平较高,大部分是经过高等教育和大中专教育的工程专业毕业生,经历过建筑工程专业系统的理论培训,但有一部分人,特别是对于刚毕业的从业人群,他们普遍存在具有较丰富的理论知识,但缺乏实际工程经验,理论和实际相脱节的现象普遍存在,迫切需要对其进行实际工程培训,获得现场工程经验。另一个层次是占建筑业从业人数大部分的现场一线操作工人,绝大部分来自农村。

一方面特点是文化水平很低,根据《2007年中国建筑施工行业发展报告》课题组的调查问卷显示,低学历化是目前农民工的主要特征,十年前、五年前、三年前和目前建筑业农民工的文化结构一直以初中文化程度者占主体,目前其比例在57%-68%之间。另外是没有建筑工程专业教育背景,除少数是具有一定操作经验的技术骨干外,绝大多数都是“昨天放下锄头,今天就成了建筑工地工人”。未经相关工种的专业技术培训,大部分是通过模仿进行操作。不懂施工技术、施工规范、质量验收标准和安全操作规程,普遍存在粗制滥造、浪费材料的现象,严重影响工程质量和社会经济效益,民工技术素质偏低已不能适应建筑行业发展的需要,加强培训非常必要。

另外一个方面表现在一线建筑操作工人中,持证比例人员严重不足,根据建设部《关于我国建设行业人力资源状况和加强建设行业技能型紧缺人才培养培训工作的建议》(2004年)统计,2003年在我国建筑与市政施工专业领域、建筑装饰专业领域和建筑设备专业领域,上产一线操作人员中持证技术工人所占的比例最高不超过7%。中高级技术工人的比例在持证技术工人中严重失调,高级技术工人所占持证技术工人综述比例不超过6%。技师、高级技师更是奇缺,其所占持证技术工人综述比例居然不超过0.4%(具体数据如表1所示)。

总体来说,从业人员整体素质不高。工程技术人员和管理人员占全部从业人员的比例低于全国平均水平3～5个百分点;未受过正规教育的专门人才占相当比重;专门人才年龄断层、老化现象依然存在,一线操作工人技能水平较低,特别是农民工的素质迫切需要提高。目前建筑行业对培训特别是工程专业培训的需求非常迫切,而且已经达到了如果再不改善就会影响建设工程质量的程度。

根据建设部《加强建设职业技能岗位培训管理的意见》,要求建立以建设劳动力市场需求为导向,建立和完善适应社会主义市场经济体制的技能岗位培训体系,按照“先培训、后就业,先培训、后上岗”,“先培训、后输出、先培训、后鉴定”的原则,以及以管理促鉴定,以鉴定促培训,以培训促职工队伍素质的提高,以队伍素质提高促工程建设质量、产品质量和服务质量的提高,确保安全生产的工作思路,努力造就一支以技师为龙头,高级工为骨干、中级工为主体,思想好、技术精、工种配套的建设职工队伍,到2010年,所有在职的操作层人员要全部经过培训并持证上岗。

2.2 建筑工程培训主要方式和缺点目前,建筑业职业技能培训主要培训方式有以下几种:

2.2.1 集中理论培训集中理论方式既是将参加培训者集中在一起,由具有相当理论知识和实际工程经验的讲师进行讲授,主要采取板书、PPT、视频动画等形式教学,对培训者进行建筑工程的理论知识进行培训,此种培训方式是目前建筑工程培训的最主要方式,与大中专院校的课堂教学方式基本相同。但此种培训方式有以下缺点:首先是培训效果不高,知识有效传递系数较低,由于较为抽象,培训者特别是文化水平较低的培训者不容易接受,效果较差;其次,有关内容相对滞后。土木工程建设领域里的新知识、新政策、新规范、新标准在产品中更新慢,使培训内容与实践脱节严重。

2.2.2 现场操作培训在工程现场实地进行现场培训,给培训者实际的工程环境,通过实际的操作让培训者学习专业技能,此种培训方式较传统的课堂理论培训更为直观,通过让培训者接触真实的施工现场,影响深刻,培训效果较好,且学习速度更快。虽然此种培训方式效果较为理想,但也存在以下缺点:首先,在施工现场进行培训,存在安全问题,因为毕竟工地现场环境较复杂,有许多临边洞口等危险位置,而且实际工程操作很多也具有一定的危险性,对培训者的人身安全有一定威胁,对管理带来很大挑战,故现场培训只能限于小规模的培训;其次,现场施工很多工序因为条件限制,培训者进行全方位的观摩学习,比如节点混凝土浇注,就无法透视到节点中间去看到关键的施工过程,可能会因此造成学习不透彻的现象。

目前建筑工程培训主要的培训方式主要是以上的两种方式,且以前者为主要培训方式,从上我们可以看出以上的培训均存在一定的缺点和限制,从目前的现状来说,培训效果不明显,不能够适应建筑工程队培训的需求。

3虚拟建设在工程培训中应用研究

3.1 虚拟工程培训的实现利用虚拟建设相关技术,并借助图形图像处理、交互传感、网络通讯等高新计算机技术,可以实现计算机虚拟环境中对工程项目建设过程进行全面的模拟、仿真、再现,包括对施工全过程或关键过程虚拟展现,并可以在虚拟施工过程中进行交互式沟通,本文即尝试利用虚拟建设的此类技术实现对建筑工程人员进行培训。通过虚拟建设相关技术实现虚拟呈现土木工程施工实际情况,能够把培训教学中抽象的概念原理、真实的生产过程等形象生动地表现出来,给受训施工人员创造真实的学习情境,帮助他们“身临其境”全方位地、直观地获取知识;而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动了受训施工人员的好奇心、求知欲和主动性,从而提高培训质量和培训效率,节约培训成本,本文将此种培训方式称之为虚拟培训[3]。

3.2 虚拟工程培训的特点和创新虚拟工程培训是利用虚拟建设技术和计算机信息技术结合,对施工过程进行虚拟呈现,将具体的施工过程和关键工序完整、清晰的展现给培训者,并通过配音将施工过程中的要求和注意事项加以阐述,从而给培训者一个虚拟的建筑环境,通过互动性技术,让培训者感觉到就是自己在进行实际工程操作,而且避免了现场实际工程操作带来的人身危险和材料浪费。从这里可以看出,将虚拟现实技术和人工智能技术应用到建筑工程培训中,对传统培训方式有巨大改革和创新,其具体特色与创新之处表现在下面几个方面:

3.2.1 互动启发式虚拟现实和人工智能有助于启发式决策和培训教学的开展,在演示内容方面能以一种直接的信息传递方式,通过亲临其境的教学课件,展现使用者和学员不能直接观察到的事物等,辅助决策或形成知识点。

3.2.2 协同工作式虚拟现实不受空间位置和相互距离的限制,可让远距离的、或位置分散的将有关各方“共处于”一个虚拟空间中,通过共同参与,完成某些项目的设计或训练。

3.2.3 情境式决策和培训。目前国内的动画课件一般为flash二维动画,其制作较简单、表达内容较单调,无法满足现代化教学的需要。而虚拟工程培训能真实模拟土木工程施工实际情况,能够把教学中抽象的概念原理、真实的生产过程等形象生动地表现出来,给使用者和学员创造真实的学习情境,而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动学员的好奇心、求知欲和主动性,从而提高培训质量和培训效率。

3.2.4 节约成本利用虚拟现实技术模拟再现土木施工的全过程,有效地帮助使用者和学员进行“身临其境”全方位的专业知识学习,而且这一切都是在虚拟的环境中进行的,不需要在实际中浪费一砖一瓦,避免了对建筑材料的浪费,同样也避免了因为技术不成熟而造成建筑工程质量低下。

4总结

伴随着建筑市场规模的不断扩大和施工技术难度的不断提高,建筑行业对从业人员的专业技能要求也会不断提高,从而也必然不断提高对建筑工程培训的要求。而目前传统的建筑工程培训市场存在培训方式较为落后,培训效果较差,无法形成规模效应的缺点,有必要对传统的建筑工程培训方式进行改革,以适应不断提高的工程建设水平的需求。本文论述的利用虚拟建设技术和计算机信息技术结合的虚拟工程培训方式,可以对施工过程进行虚拟呈现,将具体的施工过程和关键工序完整、清晰的展现给培训者,给受训施工人员创造真实的学习情境,帮助他们“身临其境”全方位地、直观地获取知识;而丰富的图形界面、逼真的视频动画、生动的音响效果,增强了工程建设的立体感、动态性和表现力,能极大地调动了受训施工人员的好奇心、求知欲和主动性。这将是未来建筑工程技能培训的一个发展方向。

参考文献: