虚拟仿真技术的基本步骤范例(3篇)

虚拟仿真技术的基本步骤范文

关键词：数控教学；VNUC；仿真加工

Abstract:IntroducedtheVNUCsimulationsoftwarefeatures,analysisofthenumericalcontrolsimulationsoftwareinteachingadvantages,accordingtothesimulationprocessingsimpleintroducedthesimulationprocessinginteachingtheuseofmethods.

Keywords:numericalcontrolteaching;VNUC;Simulationprocessing

中图分类号：TG519.1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1VNUC数控仿真软件的简介

目前国内已经出现了各种数控加工仿真教学系统，如北京斐克(VNUC)、上海宇龙和南京宇航等不同数控加工仿真软件。但结合学校现有的资源，在教学中主要以北京斐克(VNUC)系统为主辅助教学。该软件由北京市斐克科技有限责任公司和北京联高软件开发有限公司依据《全国现代制造技术应用软件课程远程培训》中的教学要求，联合研制开发的一款基于虚拟现实技术的数控加工技术教学软件[1]。

VNUC包含了常见型号的数控机床，如卧式数控车床、3轴立式数控铣床和3轴立式数控加工中心。该软件更包含了种类繁多的主流数控系统，如FANUC、GSK、华中HNC、KND和SIEMENS等系统。系统采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库,含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数。数控车床上的圆柱状毛坯可以是实心棒料和空心套筒两种，铣床或加工中心的毛坯是可以自行定义大小尺寸的长方体毛坯。不论车床还是铣床其毛坯材料的种类十分丰富，操作者可以根据实际情况来选择使用。

2VNUC数控仿真软件教学中的优点

结合我校数控技术这门课程来说，由于学生基础差，学习被动无兴趣等，要在这样的条件下要培养一个合格的数控技术人才谈何容易，这就要求探索出一套适合当前现状的教学方法。通过一段时间的数控教学，发现数控仿真软件能在其中显示出桥梁作用，能使理论和实践有效的衔接，打破了传统的数控教学模式，增加了学生动手的机会，提高了操作的熟练程度。因此，把数控仿真软件用于教学，是解决这一问题的有效途径[2]。

数控机床仿真加工是数控技术课程的辅助教学手段，能充分利用现有资源节省时间降低风险，最大限度为学生提供动手实践机会，将课本上所学数控加工知识通过仿真加工模拟完成。数控仿真通过不同类型典型零件的模拟加工弥补实践操作中的种种不足。因此VNUC数控仿真软件在数控教学中发挥着重要的作用。

1)通过情境教学，提高学生学习的主动性、调动学生学习的积极性，培养他们的创新意思。

可以弥补学校数控设备不足的问题。

通过在教学过程中利用VNUC数控仿真软件学习，结合“三本”加强动手能力的特点，充分体现理论指导实践的理念。通过边学边练，让他们在愉快的氛围中接受新知识和新技能。

利用VNUC数控仿真软件的全面检测功能，可以设计出实际加工中可能出现的任何问题，让学生进行思考和解决，从而加深认识在课堂教学中无法达到的效果。

3VNUC数控仿真软件的零件加工

下面通过一个车床的零件加工来反映数控仿真加工在教学中的应用（如图1所示）。在进行仿真加工教学环节之前一般会完成工艺以及编程等的基础课程的学习，通过所学知识在进行加工仿真之前应该进行准备工作，根据加工需求，进行工艺分析，编织程序生成NC代码（根据所辅助课程体系不同，可采用手工编程或利用CAD/CAM软件自动生成）在预备工作完成之后，利用VNUC进行零件的虚拟加工仿真。仿真加工步骤与实际加工基本相似，教学中可充分利用软件特点结合实践达到对学生综合能力的锻炼。

步骤1：机床、数控系统的选择（本实例选择大连机床厂卧式车床，华中世纪星数控系统）。

步骤2：设置毛坯，根据加工零件的需要设置毛坯大小并且选择毛坯的材料。（这里取代实践加工中毛坯的选择，选择材料45#钢，Φ70×270棒料）。

图1

步骤3：开起数控系统，回零定义机床坐标原点。（与实际加工中开启数控机床顺序一致，启动数控系统，设置机床原点）。

步骤4：通过VNUC毛坯装夹面板选择适当的夹具与装夹方案（这里取代实践加工中的装夹步骤，本工件选择三爪卡盘）。

步骤5：切削刀具的选择，根据零件的加工工艺，程序中定义刀具编号选择所需的刀具并且定义好刀具的类型，长度，角度，补偿等各个参数。（这里与实际中选择刀具原理一致，本实例选择外圆车刀并设置刀具参数）。

步骤6：进行对刀操作。对好所需加工刀具（无论车床铣床对刀方式步骤与实际操作一致）。

（1）平端面

在手动（jog）状态下，让刀具靠近毛坯并主轴打开正转。进给速率减慢，+X方向退刀。点击刀具补偿”进入刀偏表1进入坐标系设定补正里面在在X试切长度里面输入“0”并回车。如图2所示

（2）试切直径

在手动（jog）状态下，让刀具靠近毛坯并主轴打开正转。进给速率减小一点。试切直径，并+Z方向退刀。主轴停转，点击主菜单里面“工具”。点击测量功能就，把试切直径测量出来，例如：直径是68.026。点击刀具补偿”进入刀偏表1进入坐标系设定补正里面在X试切直径里输68.026里面并回车。如图3所示

图2

图3

步骤7：加载NC代码（等同在实际数控系统中录入程序）。

步骤8：进行自动加工完成零件的仿真过程。如图4所示仿真加工结果（相当于实际加工中按循环启动加工零件，这里仿真系统可调节观看速度大大缩短实际加工时间）

图4

在教学过程中，教师可利用计算机网络教学的优势，通过教师机演示帮助学生完成这个工作过程，可以做到每个细节的精益求精。对加工中的重点难点可反复演示大大缩短了教学过程。通过软件自带录像功能录制过程达到巩固教学效果反复温习的目的，同时也能增强学生积极性，满足他们求知的成就感。

4结语

VNUC数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程，可使用户既能掌握数控机床加工的基本原理，又能掌握数控机床操作的基本技能。将该软件应用于教学培训和实际生产中，可以减少培训成本，保证生产质量，具有十分重要的意义[3]。总之，合理的将VNUC仿真软件应用到数控教学中，就能更好地为教学服务，提高教学质量。

参考文献：

[1]李芹.基于VNUC数控仿真软件下的教学[J].科技风,2009,（19）

虚拟仿真技术的基本步骤范文篇2

【关键词】虚拟实验；三维；实验教学

0引言

生物化学主要研究动、植物有机体的化学组成、分子结构和物质代谢过程。它是农业院校生物技术、生物科学、动物医学、动物科学、植物保护、食品科学等专业非常重要的专业基础课。生物化学是一门实践性非常强的学科，学生在学习过程中要理论联系实践，通过实验来验证理论知识和加深对理论知识的理解。通过生物化学实验的操作能够直接提高学生的动手能力和培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力。生物化学实验中需要用到实验设备和大量的化学试剂，其中很多试剂还具有毒性，经常接触都老师和学生的健康造成伤害。

虚拟仿真实验是指借助于多媒体技术和虚拟现实等技术在营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。通过虚拟实验可以使学生提前熟悉了解实验原理、掌握实验过程和操作步骤、了解实验过程中可能出现的问题和解决方法[1-2]。通过生物化学虚拟仿真实验与真实实验操作相结合可以显著提高学生的学习兴趣和学习效果，对于学生掌握生物化学实验操作技能具有重要意义。

1生物化学虚拟实验现状

近年来，随着虚拟现实技术的发展，虚拟实验在实验教学中的应用也越来越广泛，涉及到多个专业和学科。国内外很多的高校、科研院所以及远程教育机构都积极地投入虚拟实验平台的构建，开展虚拟实验教学研究。目前教育部批准了两批共200个部级虚拟仿真教学实验中心，其中包括清华大学的数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心；北京师范大学、郑州大学的化学虚拟仿真实验教学中心；浙江大学、山东大学、北京协和医学院、哈尔滨医科大学、南通大学、重庆医科大学等的医学虚拟仿真实验教学中心；东北师范大学、临沂大学的生物学虚拟仿真实验教学中心等。

关于生物化学虚拟仿真实验研究较少，没有完整的生物化学实验平台。只有生物化学专业教师自己开发的部分虚拟实验软件，如梁亦龙开发了虚拟PCR实验[3]；黄佳玲报道了采用Flash技术开发的聚丙烯酰胺凝胶电泳的虚拟实验[4]等，各高校和研究所都还没有部级的生物化学虚拟实验教学中心获得批准。

2生物化学虚拟实验开发基本过程

虚拟实验平台的开发一般可分为数字模型建立、制作交互程序和程序三个阶段。

2.1数字模型建立

首先要制作三维的数字模型。模型一般采用3DMax、Maya、Silo等三维建模软件制作。在建模时要根据真实仪器的数据建立模型，保证产品模型的尺寸比例协调和模型外观在视觉上的真实性；另外三维模型要尽量减少面数，删除冗余的点面，合并同类模型以降低模型的复杂程度，提高交互程序调用模型的速度。三维建好模型后，进行材质编辑和场景灯光设置。然后对模型进行渲染，使模型达到真实实验仪器的效果。还可以根据虚拟实验需要制作三维动画。

2.2交互程序设计

采用Unity3D、VRML、Virtools等虚拟现实开发软件进行交互程序设计。首先导入制作好的三维模型，创建虚拟实验场景。场景包括程序的界面、声音、文字、图片等；然后对实验仪器、药品等三维模型添加动作、事件等要素。其中动作包括模型的移动、旋转、缩放、切换视角等；事件包括模型对鼠标、键盘的响应等交互事件，当用户执行某个操作时，能够对该操作做出正确响应。

2.3程序

在完成虚拟仿真设置后，需要将程序生成可以独立运行的虚拟实验程序。一般可以生成单机的虚拟实验程序，也可以成为网络格式，使学生可以自己在电脑操作虚拟仿真实验，随时随地做实验、学习实验步骤。

3生物化学虚拟实验的优势和存在的问题

3.1虚拟实验存在的优势

虚拟实验教学在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。一个能够模拟真实实验的虚拟实验平台既能促进学生的学习兴趣，又能够让教学过程从课堂得到延伸。虚拟实验比单纯的文字、图像更加形象、生动、完整、便于理解和记忆，它模拟了真实实验环境，可以提高学生的学习兴趣和学习积极性；而且虚拟实验不受时间和空间的限制，可以自由学习，不受实验室、讲师约束，学生可根据自己的情况安排学习时间，随时随地的学习，有很大的灵活性；虚拟实验还突破了传统实验教学场地、材料和实验仪器的限制，可以大量学生同时进行虚拟实验，能够节约现实教学资源，共享教学设施，提高学生实践操作能力；对于一些危险性较高的实验或是不具备条件开展的实验，通过虚拟实验的学习可以使学生掌握这些实验的基本内容。

3.2虚拟实验存在的问题

因为生物化学和虚拟现实技术是两个完全不同的专业领域，两个不同专业人员合作才能开发出真实、实用的虚拟实验软件。软件设计必须要符合真实实验的过程，还要有原理讲解和步骤说明，这需要生物化学教师把握；而软件的开发还要考虑学生使用该软件的能力，操作要简便。如何促进生物化学专业教师和多媒体开发专业人员交流合作，共同开发实验软件是目前需要解决的问题。

4总结

虚拟仿真实验的开发将能够有效缓解学校在经费、实验室、仪器等方面的不足和困难，而且利用网络进行虚拟实验教学可以突破传统实验对时空的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、随时随地上网进入虚拟实验室，进行操作仪器、实验学习，有助于提高实验教学质量和学生学习的积极性和主动性，网上虚拟实验室的开发与应用将会对实验教学改革产生重大的影响。

【参考文献】

[1]李彩虹，丁航，邱文峰，等.虚拟现实技术在医学生物化学实验教学中的应用策略研究[J].中国教育技术装备，2013（06）：126-127.

[2]张丽娟，古同男.虚拟网络实验室带动生物化学教学模式改革[J].实验室研究与探索，2015（05）：192-194.

虚拟仿真技术的基本步骤范文

我院为地方高校医学院，近几年来招生规模不断扩大，实验场地、经费和设施越来越满足不了实验教学的基本需要。而随着教育改革的不断深入，学生实际操作能力和创新能力的培养，越来越受到重视。为适应医学教育的发展要求，我院将原有的各学科实验室整合在一起，成立了基础医学实验中心，并构建了“实验室人、财、物统管共用、统一调配、协调发展”的新型实验室管理模式叫。在新的管理模式下，要推动基础医学实验教学改革，提高基础医学实验教学质量，实验教学平台建设必不可少。现有的基础医学实验教学模式大多遵从传统的医学实验教学模式，越来越满足不了现代教育教学发展的要求，有些基础医学实验标本和耗材难于购置，比如局部解剖学、系统解剖学、断层解剖学等课程需要的大量尸体，部分稀缺的微生物、寄生虫大体标本，狗、猴子等特殊实验动物等;还有某些实验存在极大的危险性，如分子生物学实验和免疫学实验所必须使用的一些有毒有害试剂具有强致癌或神经毒性作用;医学微生物学实验中需要的强致病菌(如霍乱弧菌、痢疾杆菌、结核分歧杆菌、艾滋病毒、SARS病毒等)，一旦学生操作不慎或失误都会对学生和周围人群的健康造成极大威胁。这些问题都严重制约了基础医学实验教学水平的提高，不利于扩展学生的专业视野。因此，推动基础医学虚拟仿真实验教学平台的建设迫在眉睫。我院正着力规划虚拟仿真实验教学平台建设，力争早日建成部级虚拟仿真实验教学中心。目前我们根据实际情况分析，从以下几个方面加强管理，以推动基础医学虚拟仿真实验教学平台的建设。

1完善运行机制，提高管理质量，为虚拟仿真实验室建设提供制度保障

基础医学实验中心实行主任负责制，实验中心的实验教学平台按学科群和功能分为病原学、机能学、化学与生物化学、形态学及显微镜室五个功能实验室模块。每个实验室模块安排一名业务能力强、政治素质高的实验技术人员为负责人，主要负责本学科实验室的日常实验教学管理工作，包括实验教学准备工作的安排和协调、实验材料请购计划的制定、实验室安全及实验室其他相关管理工作等。要求实验技术人员在实验准备工作中相互协作，实行既有明确分工，又有相互合作的工作模式，这样有利于调动实验技术人员参与教师实验教学改革的积极性和主动性。同时，各实验室的安全问题有具体人负责，使各个实验室的安全管理落到实处，保障了实验教学的安全有序。这为建设基础医学虚拟仿真实验教学中心提供了必要保障。

2强化统一管理，促进资源整合与共享，为虚拟仿真实验室建设提供先决条件

实验中心在新的实验室管理模式下，按照实验室人、财、物统管共用，统一调配、协调发展的原则，加强了实验室的统一管理，有利于提高实验设备的利用率，真正实现了资源共享，杜绝了重复建设，减少了资源的浪费。此外，通过集中财力有计划、分步骤地进行实验室建设，使各学科实验室都相继得到发展。通过调研各学科实验室的现状，根据实验教学需求的轻重缓急，在满足其他各学科基本实验教学需要的前提下，首先集中财力建设解剖学实验教学平台，一次性解决了解剖学骨标本严重不足的问题，并陆续购置了局部解剖学教学急需的解剖学模型，使解剖学实验室的教学条件得到了显著改善;之后，又相继先后集中项目资金购置了150台套数码显微互动系统，极大地改善了组织胚胎学、病理学以及微生物等病原学微观形态学的教学条件;同时，利用各种渠道的经费来源，集中资金先后购置了30台套生物机能实验系统，使机能实验室的设备得到了更新，满足了生理、药理、病理生理等机能实验教学的基本需求;通过集中资金，实验中心实现了一次性购买实验教学急需的病理学和组织胚胎学切片、微生物学和寄生虫学涂片，药学的药材切片等，改变了以往教学资源紧缺的局面，逐个解决了相关学科实验教学的燃眉之急。随着各学科实验室装备和实验设施的不断改进，实验教学条件得到了显著改善，对提高我院基础医学实验教学质量产生了积极作用。资金的统一支配加快了各实验的建设与发展，为基础医学虚拟仿真实验教学中心建设提供必要的物质基础。资源管理上的实质共享，为顺利完成基础医学虚拟仿真实验教学中心建设提供了必要的可行性条件。

3对实验技术人员实行量化考核，充分调动实验室人员的工作积极性和主动性

实验技术人员是医学教育教师队伍的重要组成部分，他们在实验教学、科学研究、学科建设和实验室建设与发展中起着举足轻重的作用。由于基础医学各学科实验室的特殊性差异、工作性质、劳动强度以及实验准备的工作模式等存在很大差别，在实验中心的管理模式下，所有实验技术人员由实验中心一个部门统一管理，传统的考核评价办法已不能适应新的管理体系，并常常引起各种矛盾和冲突，打击了他们的学习和工作积极性，从而不愿意主动学习新技术、新知识，更不愿意接受新的工作任务，严重影响了实验中心的管理工作效率。为了科学、合理地评价实验技术人员的工作绩效，充分调动其工作积极性、主动性和创造性，根据实际情况制定了我院实验技术人员年终考核方案。主要从德、能、勤、绩四个方面对实验技术人员在实验教学准备、实验室建设与管理以及参与实验中心公益性事务等方面的工作进行量化考核。具体包括实验教学工作量(即工作业绩)A和实验教学服务工作质量与效果综合评价B两方面，各占50%。其中实验教学工作量A包括实验课的准备工作学时A1、实验室管理工作量A2、实验用标本的制备工作量A3和实验室其他工作量A4四个方面。实验课准备工作学时A1的具体计算，需首先明确各岗位的岗位职责，根据各岗位工作的性质和劳动强度设置相应的课程类型系数K1;根据每次实验课学生人数设置人数调节系数K2;根据实验课是否进行实验教学改革或是否为新开设实验设置教改系数K3，通过系数来权衡各学科实验教学准备工作量，折算出标准学时工作量作为实验课准备工作学时A1,A1=年计划学时数xK1x(K2+K3)。实验室管理工作量A2包括实验室各种财产的清理及保管、建立账目、请购计划，实验室相关数据的统计、实验室的建设管理及与其他各项未纳入量化的相关工作等，按统一标准根据各实验室工作量的大小将这部分管理工作进行量化。A3和A4按实际完成的工作计算学时数，这样计算出教学工作量A。至于实验教学服务工作质量与效果综合评价B的计算则通过三方评议，按服务质量优劣和团结协作好坏由服务对象(即本学科的教师)、主管领导(学院分管院长和实验室主任)、同行(实验中心所有实验技术人员)三方分别按百分制打分，然后按照50%:30%:20%的比例折算后求和，计算出三方评议得分B。最后按照下列公式计算每个实验技术人员的综合得分C,C=(个人实际工作量A一额定工作量)/(实际最高工作量A一额定工作量)x20+30+Bx50%。按C的大小进行排序，再分别按大学和学院的优秀评选比例计算出校级优秀和院级优秀名额，并按排序推选校级优秀和院级优秀。

新的实验技术人员考核办法经过不断完善和健全，在很大程度上调动了实验技术人员的工作积极性、主动性和创造性，使以往没人愿意做的工作有人自愿去做，工作岗位的安排与调度也比以往更加容易，实验技术人员更愿意接受新的工作任务和工作安排。这些激励的考核办法也为基础医学虚拟仿真实验教学中心的科学管理和良好运行提供了必要保障。

4更新实验教学理念，加快实验教学信息化进程，促进虚拟仿真实验室建设

4.1构建基础医学虚拟仿真实验室的必要性

随着高等教育改革的不断深化，传统的医学实验教学模式受到专业特殊性、场地、设备、师资等众多因素的限制，极大地制约着学生创新意识和创新能力的培养。20世纪90年代后期，虚拟仿真技术由于其高效率、低成本、安全性和灵活性等优点在国内医学院校的实验教学中逐渐得到应用，为医学教育改革及专业人才培养开辟了新的途径。在现代医学教育课程中，实验室训练操作是医学生获得必要综合技能不可或缺的环节之一。因此，在医学实践性教学环节中，利用计算机网络向学习者提供虚拟仿真实验实验室平台，让其通过网络的自主式、交互式学习，可以对传统教学手段进行有效的补充。比如，在基础医学实验中由于受医学伦理学限制或典型病理切片来源有限或有些高致病性微生物实验、剧毒类或放射性物质实验危险性大或涉及实验仪器昂贵，或操作专业性要求高，实验准备或操作时间太长等多种因素影响，限制了一些重要医学实验的开设。而这些实验恰恰是医学生必须要掌握或了解的知识。基础医学虚拟仿真实验教学平台通过提供相关虚拟仿真实验让学生进行重复仿真实验的标准操作，以了解规范的实验操作步骤或相关知识要点或形态特征，包括对医学仪器设备器械的正确使用方法。虚拟仿真实验中心的建立还可以减少昂贵的先进仪器、实验动物、实验试剂和器材的成本。此外，虚拟仿真系统在培养医学生实践创新能力中也具有重要作用，通过自主式和交互式学习而激发学生的求知欲，充分调动其学习积极性、主动性和创造性。

4.2我院基础医学虚拟仿真实验教学现状

我院在虚拟仿真实验环境建设方面的意识起步较早，2005年我们即购进成都泰盟科技有限公司最初开发的机能学虚拟实验室系统，对辅助学生学习生理学、药理学、病理生理学实验技术发挥了重要作用。学生在机能实验学技能考试之前通过该虚拟仿真实验项目的学习，显著提高了他们的技能考试成绩。2013年我们又增加购买了其升级版本，即VBL-100医学虚拟实验系统，其涵盖了100多个机能学实验的模拟仿真。由于模拟仿真实验无需实验动物，无需实验准备即可帮助学生理解实验的操作步骤以及实验效果，对机能学实验教学起到了有益的补充，效果显著。2012年建成第一个150台学生机的显微数码互动实验室，用于病理与组织胚胎学形态学实验教学，并增加了数字切片网络系统的建设。2016年我们已初步建成解剖学虚拟仿真实验室，已安装调试好中国数字人解剖实验教学系统和数字互动式解剖教学系统。并计划按照国家建设虚拟仿真实验教学中心的要求整合资源，将原分散于各学科实验室的虚拟仿真实验教学软件统一到一个基于校园网的基础医学虚拟仿真实验大平台，实现统一身份认证、统一管理，建立基础医学虚拟仿真实验教学中心。

4.3虚拟仿真实验系统在基础医学实验教学中的应用