淺談虛擬仿真技術

摘要：仿真（simulation）技術，或稱為模擬技術，就是用一個系統模仿另一個真實系統的技術。從狹義上講，是指20世紀40年代伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一類試驗研究的新技術；從廣義上來說，仿真則是在人類認識自然界客觀規律的歷程中一直被有效地使用著。由于計算機技術的發展，仿真技術逐步自成體系，成為繼數學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規律的第三類基本方法，而且正在發展成為人類認識、改造和創造客觀世界的一項通用性、戰略性技術。

關鍵詞：仿真技術 系統模仿

1、概念介紹

人們對仿真技術的期望也越來越高，過去，人們只用仿真技術來模擬某個物理現象、設備或簡單系統；今天，人們要求能用仿真技術來描述復雜系統，甚至由眾多不同系統組成的系統體系。這就要求仿真技術需要進一步發展，并吸納、融合其他相關技術。

虛擬現實（Virtual Reality）技術，簡稱VR，是20世紀80年代新崛起的一種綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境——虛擬環境，可以逼真地模擬現實世界（甚至是不存在的）的事物和環境，人投入到這種環境中，立即有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環境進行交互。

VR技術主要有三方面的含義：第一，是借助于計算機生成的環境是虛幻的；第二，人對這種環境的感覺(視、聽、觸、嗅等)是逼真的；第三，人可以通過自然的方法（手動、眼動、口說、其他肢體動作等）與這個環境進行交互，虛擬環境還能夠實時地作出相應的反應。

虛擬仿真技術，則是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術以構建全系統統一的完整的虛擬環境為典型特征，并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體。實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統，也可用一些簡單的數學模型表示。實體在虛擬環境中相互作用，或與虛擬環境作用，以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征，充分滿足了現代仿真技術的發展需求。

2、基本特性

虛擬仿真技術具有以下四個基本特性：

（1）沉浸性（Immersion）

虛擬仿真系統中，使用者可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運動感覺等多種感知，從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統應該具有能夠給人所有感知信息的功能。

（2）交互性（Interaction）

虛擬仿真系統中，不僅環境能夠作用于人，人也可以對環境進行控制，而且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動作等）進行控制的，虛擬環境還能夠對人的操作予以實時的反應。例如，當飛行員按動導彈發射按鈕時，會看見虛擬的導彈發射出去并跟蹤虛擬的目標；當導彈碰到目標時會發生爆炸，能夠看到爆炸的碎片和火光。

（3） 虛幻性（Imagination）

即系統中的環境是虛幻的，是由人利用計算機等工具模擬出來的。既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現在真實存在的環境，也可模擬出客觀世界中當前并不存在的但將來可能出現的環境，還可模擬客觀世界中并不會存在的而僅僅屬于人們幻想的環境。

（4）逼真性（reality）

虛擬仿真系統的逼真性表現在兩個方面：一方面，虛擬環境給人的的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，一切感覺都是那么逼真，如同在真實世界一樣；另一方面，當人以自然的行為作用于虛擬環境時，環境做出的反應也符合客觀世界的有關規律。如當給虛幻物體一個作用力，該物體的運動就會符合力學定律，會沿著力的方向產生相應的加速度；當它遇到障礙物時，會被阻擋。

3、結語

由于采用電子虛擬仿真技術設計電子產品具有安全系數高、投入設備少、周期短、性能高，所以新世紀設計電子產品的新理念是：構思電路——虛擬仿真——繪制電路板——焊接調試——出產品。

參考文獻：

[1]樊愛華，胡忠東．虛擬現實的建模技術[J]．計算機仿真

[2]孫開翠，王汝傳等．基于VRML的虛擬場景構造工具的研究[J]．南京郵電學院學報，自然科學版