关键词：动态演示;流程模拟;教学模式;生产流程;课堂互动
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）20-0130-02
动态模拟仿真技术（Simulation）是一门包含多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态演示[1-3]。仿真技术主要是以某种对象为参考蓝本，利用机械制作或手工组装将对象模拟一个实体的技术[4，5]。其诞生之初系用于军事科研用途，其后运用于各个领域，包括高聚物反应过程的仿真模拟。用动态仿真的动画流程全面展现高聚物反应过程[6-8]，模拟高聚物的合成现场，使学生对学习理论知识不感到枯燥，反而有强烈的兴趣。切实领导好学生的思考过程，发展学生的逻辑思维能力和独立获取知识、运用知识的能力。
一、教学过程中存在的问题
1.在传统的高校工科专业教学中，学生从属于被动的地位，教师授课以平面授课为主，讲解方式单一。特别是专业课程，由于涉及的内容较多，学生之前所学的基础知识不同，教材中所介绍的示例内容较为简单，对相关的实践环节的知识点也没有过多提及，学生不能很好地理解所叙述的例子。
2.急于求成的现象。现代工程领域中，高度的自动化、连续化和集成化，甚至有些行业易燃、易爆、危险性大，生产过程在严密的监控下实施。
3.对于大多数的生产流程不能在课堂上重现，因此在工科教学的环节中，学生只能根据教材被动的看，被动的听，只是接收平面、二维、静态的画面，无法提高学生理论联系实际、分析问题和解决问题以及动手的能力，更难以深入实际。这也是工科教学中长期面临的一个问题，为此急需一种适用的教学模式和教学手段来解决这一问题，进行教学改革，以期提高教学效果。
二、动态模拟仿真
随着计算机的问世与科技的进一步发展，对高等教育和教学提出了不同以往的挑战与要求。教学大纲的反复修订对教师的授课模式有新的规划，如何将经典、传统的授课内容形象化，激发学生的学习热情是摆在教师面前的首要问题。计算机仿真技术的问世与应用，改变了高校教育模式。全流程仿真技术的运用就是基于其原本的综合呈现这一属性，将机械仿真技术和计算机成像技术结合，通过合理的画面演示及计算机图像呈现，把对象主体活生生地展现出来[9，10]。这种技术在聚合物反应过程演示中运用得日益广泛。通过模拟真实的现场工艺过程，逼真地将枯燥的生产环节及分析仪器等形象呈现于学生面前，让学生感受真实的化工生产环境，极大程度地调动了学生的学习积极性和主动性，这种互动教学的课堂氛围无疑提高了学生的学习兴趣及对知识的掌握程度。
三、动态模拟仿真技术在教学中的应用
按照社会和企业的要求解构现行的学科课程体系，整合重构建立突出研发和生产能力培养的课程体系。根据职业能力的要求，确定教学项目，包括学习项目和拓展项目，采用小型生产进实验室，大型生产采用全流程仿真系统模拟的形式，整个学习过程中知识和能力的训练安排体现渐进性。以聚合物合成这一课程为例，阐述动态模拟仿真技术在教学中的应用。学生通过该课程的学习，弄清高聚物聚合原理与合成工艺的关系，对学生进行生产工艺观点的培养，达到培养学生在教学科研和生产活动中分析问题、解决问题的能力的目的，同时对今后更深入的学习其他专业课打好基础，具有重要意义。
1.理清聚合物合成的总的反应流程，如图1所示。
2.具体再根据每一种聚合物的聚合特点，设计反应流程。以悬浮聚合为例，设计反应流程，如图2所示。
3.最后建立聚合物合成动态仿真系统，设立专业教学资源库。以计算机技术为依托，以文本资源、视频资源和图片资源为后盾，在学习课本知识的基础上，观摩动态仿真的流程，可使学生真正了解聚合物合成的过程，并留下深刻印象，学以致用。以前述步骤为基础，创建聚合物合成动态模拟仿真系统，表1所示全流程动态仿真系统资源来源。
根据悬浮聚合的反应流程，设计如下仿真动态流程，视频截图如图3所示。
为了更为形象具体的描述悬浮聚合的过程，采用聚氯乙烯的悬浮聚合样本，绘制模拟仿真流程图。
4.动态模拟仿真教学的总结。随着现代社会行业结构的多样化，对人才的需求提出了更高的要求，更注重人才素质的专一化、综合化和个性化。这样的就业需求对传统的教学模式、人才培养方式提出了新的要求。就我们采用动态模拟仿真流程的教学过程中总结体会到，工科教学中仍然采用传统的纯黑板教学模式，十分的枯燥、单一，无法调动学生的学习积极性和主动性。采用动态模拟仿真的教学方式，使学生仿佛置身于生产流程的仿真环境之中，教与学互动，充分调动了学生的学习兴趣和热情，学习效率明显提高，使枯燥的理论教学生动化、形象化，极大程度地加深了学生对工艺流程及设备的印象，学习效果事半功倍。
参考文献：
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【论文摘要将虚拟仿真技术引进教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和心得。
1.引言
自20世纪9O年代以来,以计算机仿真技术、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探索在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和心得。
2.虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。
2.1虚拟现实技术
虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个和现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输进,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形天生技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计和展示、贸易广告、游戏设计等。
在航空电子装备教学中,大量用到对装备的外观、结构、组成、连接、机安装位置的展示,传统教学大都采用实物展示的方法。近年来随着大量航空电子装备的更新换代,因受经费、场地及使用寿命等因素的限制,传统教学方法已远远不能满足要求,而采用虚拟现实技术的展示方法则以其廉价、无场地限制和效果良好得以广泛应用。
目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿真的开发,主流平台CreatorVegaVegaPrimeVTreeOPENGVSQUEST3DVRTOLLSEON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虚拟现实数据库OPENFLIGHT已经成为了产业标准,在军事、航空航天等领域应用都比较成熟。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用rVegaPrime、GLStudio和EON作为视景仿真开发的技术平台,解决物理模型的创建、场景显示等新题目。该平台可以达到照片级的视景仿真效果.同时采用嵌进OPENGL技术来解决物理模型的交互新题目。
2.2系统仿真技术
系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科.它通过建立实际系统的数学模型,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、探究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要产业部分,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解.教学效果主要依靠于教员的授课水平和技巧。近年来.我们尝试将系统仿真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。
目前,有很多成熟的系统仿真开发平台软件.如Simulink、SystemView等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。
3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤
3.1建立仿真模型
这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型,也包括揭示其内在工作机理及行为的数学模型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时进步逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则,以尽量减小运算量。建立数学模型时,还应考虑到系统运行时的参数调整。
3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动
对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式假如进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用EON进行动作的编辑和驱动;假如需要对装备进行虚拟操纵仿真,则使用GLStudio软件先进行操纵面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用VegaPrime驱动以实现更复杂的交互操纵。
3.3系统集成
系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如EON、GLStudio及VegaPrime等均以ActiveX控件方式提供了可用于常用软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的布置,注重程序间的兼容性即可。
系统集成时,还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来,即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台,和视景仿真处于不同的系统进程中.因此这种驱动是通过两进程间的实时通讯来完成的。这里还需要考虑进程间的同步新题目。
关键词：计算机仿真技术；信息处理；可视化；三维模型
随着行业数量和体量的增多、增大，加上高新技术的助推，海量信息的处理就成为了各行各业关注的重点,与人工处理不同，利用计算机技术可以减少大量人力、物力，这也是计算机技术在信息处理方面得到推广的主要原因。计算机仿真技术作为计算机技术的一种，为信息处理提供了更快捷、更有效的方法，因此，只有深刻理解计算机仿真技术，才能更好地使计算机仿真技术与信息处理结合，对于信息处理的水平提升具有重要意义。
1计算机仿真技术
1.1计算机仿真技术的含义
计算机仿真技术，顾名思义，是仿和真的结合，利用先进的计算机技术，实现对目标物件的仿真，使其达到目标物件的大致轮廓及特点特征，通过命令及语言的输入，实现三维模型的可视化，实现对物体的模拟，在物体还没有建立时，已对其的基本轮廓、物件组成、彼此关系有了一个事先了解，这对全面掌握物体信息具有重要意义。目前计算机仿真技术已被应用到很多行业，例如建筑、地理、航天、生物、医学等，为科学技术的发展做出了巨大贡献。
1.2计算机仿真技术的技术分析
1.2.1物体数据模型构建计算机仿真技术对于模型的建立，首先应建立在数据上，通过演绎和归纳两种方法，将模型的信息形成彼此关联的链条，最终建立起数据模型。演绎和归纳两种方法，一般情况下，选择一种方法就能达到数据模型建立的效果，有时对于样式复杂的模型需要多重的方法，这就要求演绎和归纳两种方法相结合。利用演绎法，首先需要采集模型的基本数据，然后对采集的数据进行参数设计，并根据数据的特点进行演绎分析，让数据之间建立起相关关系，数据模型根据其关联性也就建立起来了。
1.2.2物体仿真模型的实现相对于仿真数据模型的建立，物体仿真模型的实现需要数据建立的程序化，建立程序化需要复杂的编程过程，即计算机编程、数据模型程序化、物体仿真模型实现。物体仿真模型的实现过程是复杂、众多的，需要技术人员准确分析模型的特征特点，然后利用编制程序进行仿真模型化，最终实现模型的程序化管理，建立仿真模型。
1.2.3仿真模型验证仿真模型验证需要数据验证和结果判断，仿真模型的结果是否有效，与数据模型的建立有直接关系，因此，检查模型成果首先验证模型的数据，检查数据是否有不合理的部分，在检查过程中可以利用边检查边修改的方式，这样更具有准确性，检查过后，需要判断模型结果，最终判定模型是否达到标准。以上验证过程是检查一个模型成功与否的重要手段。
1.2.4计算机仿真的类别分析计算机仿真技术应用广泛，实用性强，由于仿真技术的精度高、技术含量高，且经过多年的发展慢慢具有针对性，下面对计算机仿真技术进行分类，主要包括两个方面，即OOS及DIS两种，从形式来讲，OOS是面对对象的仿真技术，而DIS强调的是营造内环境，计算机交互互访的仿真模式，从差别上可以反映两者的区别，同时也强调仿真技术的形式多样，技术特点突出，反映仿真技术发展到今天的地步逐渐成熟。
2计算机仿真技术与信息处理结合的分析
计算机仿真技术与信息处理结合是一个真命题，两者本身是相对独立且又密不可分的，同时兼具优势特点，随着科学技术的发展，仿真技术需要做到更加准确、更加有效，计算机仿真技术与信息处理结合已是趋势，目前计算机仿真技术很大程度上依赖信息处理，根据结合后与结合前比较分析来看，与信息处理结合提升了仿真技术的显示效果，完善了所需的仿真实验。对于信息处理，可以把繁杂无用的仿真数据信息处理简单化，减少计算机运行内存，加快计算机仿真的运行效率，对于信息的处理成果来讲，可以使看似不相关的信息可视化，有效提高准确率。计算机仿真技术与信息处理结合，是技术要求，对于信息管理、仿真效率进行的程序化、精细化管理，使其得到所需的效果。
2.1计算机仿真技术与信息处理结合的处理措施
2.1.1注重关键信息通过以上的探讨，我们了解到理想的效果，离不开关键信息的选取，在计算机识别中，摒弃无用信息，提高科学识别关键信息的能力，最终实现精准模型的可视化。尽管软件编程可以使信息链条程序化，减少人为影响，最终实现数据信息化、图形化、可视化，但是在计算机仿真技术应用时，应以减少信息冗杂为目的，使程序信息条理化，减少计算机识别信息的难度，最终实现简单、精准、有条理，这些都离不开关键信息的选择。同时不同的专业应划分明确，对于不同行业在信息输入时应认为界定，这样在关键信息的选择上，更加高效，目标明确，程序运转快捷，可视化加强。
2.1.2进行合理模拟进行合理模拟是计算机仿真技术与信息处理结合的重要步骤，解释来源于对信息的理解，同样取决于对信息的分析，然后才能进行模拟，这样才能是在精准的模型仿真设计，总结起来，进行合理模拟对于计算机仿真技术特别重要，而且选用正确的方法，也是计算机仿真技术不可缺少的步骤，如果缺少这个步骤，模拟会出现很多预想不到的问题，无法得到满意的结果。在模拟过程中针对其中的不足，调整将要输入的重点信息，让计算机仿真效果更加理想。
2.1.3信息计算计算机仿真技术依托于对信息的处理，信息处理主要的方式是对于信息的程序化处理，重点是对数据的处理，从专业角度来看，主要是对于信息的计算及对于数据的程序化两大方面，这样也回归到，信息是模拟的源头，计算是计算机仿真技术的关键点，最终也是计算机模拟的关键所在。信息计算不光是数据的计算，还包括图像的计算，图像信息的计算将导致图片的识别度是否真实有效，以上几点都是信息处理的基础，说明信息计算在信息处理中的位置，因此，一套完整的计算机信息计算模式，对于完善信息处理具有重要意义，它也是实现计算机仿真技术与信息处理结合的关键，对于能否实现仿真模型，具有决定性意义。
2.2计算机仿真技术与信息处理结合的解析
2.2.1计算机仿真技术与光处理相结合从技术上来看，光处理技术是比较先进的，技术性指标较为明显，也是计算机仿真技术所需要的，首先光处理容量较大、速度较快，还可以并行，这十分符合计算机仿真技术的硬性要求，因此，把光处理技术分为一类技术。通过将光处理与计算机技术相结合，兼具了计算机对二维图像处理的显著优势，由此导致对于图像信息的识别增强，对图片的处理能力大大提升，以现有的软件CAI及CAD为例，都是光处理的新手段。实践表明，计算机仿真技术与光处理相结合，进一步带动了计算机仿真技术的发展，提高了模型显示与图像识别能力，使仿真实验更加完善，改变了以往仿真技术的粗糙模式，使技术更加精细化，计算机仿真技术与光处理相结合，使得模型的可视化程度提高，虚拟信息更加真实化，大大提升了所需信息的准确性。
2.2.2计算机仿真技术与软件信息处理相结合除了前面所提到的计算机仿真技术与光处理相结合的模式，还有一种比较重要的模式就是计算机仿真技术与软件信息处理相结合，它与光处理不同，强调的是信息处理的灵活性，这是它的一个优势特点，以典型的Matlab软件为例，它是计算机软件中的一种，它有两大特点，一是矩阵运算，二是信息处理。在运作过程中，主要是对信号及输入信息进行仿真模拟，利用原有的计算机技术，开展信号信息的可视化，最终实现仿真模型。从整个输入及运算过程来看，软件信息处理更加快捷，运行效率更高，效果更明显，功能更加强大，安全性能更高。近些年来，计算机仿真技术与软件信息处理相结合模式越发普遍，极大推动了计算机仿真技术的发展。
3结语
计算机仿真技术的出现，改变了人们对于计算机技术的认识，为各行各业提供了前所未有的便利，但是我们应清楚认识到，计算机仿真技术的进步，离不开信息处理，信息处理功能的强大与否，直接影响计算机仿真技术的真实性。笔者从计算机仿真技术的介绍开始，同时正确理解信息处理在计算机仿真技术中的作用，探讨计算机仿真技术与信息处理结合的措施，以及计算机仿真技术与光处理相结合的方式方法，计算机仿真技术与软件信息处理相结合的模式，最终对于计算仿真技术与信息处理相结合进行完整的阐述，对于此项内容的研究分析更加完整。
参考文献
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