虛擬仿真原理與應用

前言

半個多世紀以來，隨著計算機技術的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術得到了蓬勃的發(fā)展，成為與實際物理實驗、科學理論分析并列的人類認識客觀規(guī)律的三種方法之一。但是，單純的系統(tǒng)仿真擅長于實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真過程和輔助決策，對仿真過程和結果的直觀性和逼真性表示方面卻存在著不足。另外，隨著以信息化為主要特征的21世紀的到來，人們對仿真的期望也從模擬簡單系統(tǒng)升級為描述和解決復雜系統(tǒng)問題。這就要求在完善仿真技術理論方法體系的同時，不斷吸收融合其他相關技術。計算機圖形學和虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，使得虛擬仿真技術成為科學研究的一種重要手段。虛擬仿真通過構建一個統(tǒng)一的、無縫集成不同種類虛擬系統(tǒng)的虛擬環(huán)境，實現(xiàn)“人在虛擬環(huán)境中操控虛擬系統(tǒng)”的仿真。虛擬仿真技術的基礎是系統(tǒng)仿真。狹義的虛擬仿真主要是指虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)的系統(tǒng)仿真，而廣義的虛擬仿真包括可視化仿真、動畫仿真、視景仿真、虛擬現(xiàn)實仿真等仿真方法。虛擬仿真網(wǎng)絡化、虛擬化和集成化的特征使得該技術能夠大大提高仿真的逼真性，充分滿足現(xiàn)代仿真技術的發(fā)展要求，因此在設備研制、教育培訓、軍事演習、決策論證等領域得到了廣泛的應用。我國的仿真技術研究與歐美發(fā)達國家相比起步較晚，但鑒于該技術巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應用前景，經過幾個“五年計劃”的努力，已有長足發(fā)展，取得了一大批研究成果。目前國內出版的系統(tǒng)論述仿真技術的原理、技術與應用的著作很多，但由于虛擬仿真屬于交叉領域，涉及的學科眾多，結合實例全面介紹虛擬仿真技術方面的著作還很少。本書全面系統(tǒng)地介紹了虛擬仿真原理和應用技術，采用了理論、方法與實例相結合的形式進行了編寫，對于相關領域的科研工作者具有很強的參考性和指導性。

內容概要

　　虛擬仿真是仿真技術發(fā)展的一個嶄新階段，在教育、醫(yī)療、機械、航空等領域得到了越來越廣泛的應用。《虛擬仿真原理與應用》比較系統(tǒng)全面地介紹了虛擬仿真技術，主要內容包括可視化仿真、動畫仿真、視景仿真、虛擬現(xiàn)實以及并行與分布式虛擬仿真的原理和關鍵技術；并介紹了虛擬仿真在制造業(yè)領域的應用實例，包括虛擬仿真應用平臺、復雜產品并行裝配仿真、虛擬機床裝配仿真、MOCVD熱流場仿真、GaInP薄膜生長仿真?！　　短摂M仿真原理與應用》可以作為高等院校和科研院所從事有關專業(yè)的本科生和研究生的教材，也可供有關研究人員參考。

書籍目錄

第一篇 虛擬仿真系統(tǒng)原理第一章 仿真概述1.1 系統(tǒng)、模型與仿真1.1.1 系統(tǒng)1.1.2 模型1.1.3 仿真1.2 系統(tǒng)仿真的發(fā)展歷史與應用1.3 系統(tǒng)仿真的分類1.4 仿真過程與建模方法1.4.1 仿真過程1.4.2 建模方法第二章 可視化仿真2.1 可視化技術2.2 仿真可視化2.3 可視化參考模型2.3.1 基于可視分析的研究模型2.3.2 可視化過程模型2.3.3 基于可視可聽的擴展模型2.4 可視化仿真支撐環(huán)境2.4.1 硬件基礎2.4.2 軟件平臺2.5 可視化仿真關鍵技術2.5.1 可視化工具研究2.5.2 可視化過程研究2.5.3 可視化應用研究第三章 動畫仿真3.1 動畫技術3.2 動畫仿真3.3 動畫生成技術3.3.1 關鍵幀動畫3.3.2 變形物體動畫3.3.3 過程動畫3.3.4 關節(jié)動畫與人體動畫3.3.5 基于物理特征的動畫3.4 基于Maya的建模及動畫技術3.4.1 Maya的建模部分3.4.2 Maya的動畫技術3.4.3 Maya的渲染技術第四章 視景仿真4.1 視景生成原理4.1.1 三維圖形4.1.2 圖形變換技術4.1.3 視景三維建模技術4.2 真實感圖形顯示技術4.2.1 可見性判定和消隱技術4.2.2 顏色模型4.2.3 光照模型4.2.4 紋理映射技術4.3 實時視景繪制技術4.3.1 層次細節(jié)顯示4.3.2 實時消隱4.3.3 實例技術4.3.4 基于圖像的繪制4.3.5 單元分割4.4 三維圖形應用程序接口4.4.1 OpenGL4.4.2 OpenInventor4.4.3 DirectX4.4.4 VRML第五章 虛擬現(xiàn)實5.1 虛擬現(xiàn)實概述5.1.1 虛擬現(xiàn)實的概念5.1.2 虛擬現(xiàn)實的特點5.1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類5.1.4 虛擬現(xiàn)實的研究內容5.1.5 虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史與進展5.2 虛擬現(xiàn)實接口設備5.2.1 虛擬現(xiàn)實的人機交互5.2.2 視覺顯示設備5.2.3 聽覺顯示設備5.2.4 位姿傳感器設備5.2.5 力覺和觸覺顯示設備5.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成5.3.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)結構5.3.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件組成5.3.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的軟件結構5.4 增強現(xiàn)實5.4.1 增強現(xiàn)實概述5.4.2 增強現(xiàn)實的研究內容第六章 并行與分布式虛擬仿真6.1 并行虛擬仿真6.1.1 并行仿真概述6.1.2 并行虛擬仿真操作環(huán)境6.1.3 虛擬仿真中的并行算法6.2 分布式虛擬環(huán)境6.2.1 分布式虛擬環(huán)境概述6.2.2 分布式虛擬環(huán)境體系結構6.2.3 分布式虛擬環(huán)境通用模型6.2.4 分布式虛擬環(huán)境中的關鍵技術6.3 分布式交互仿真6.3.1 DIS6.3.2 HLA第二篇 虛擬仿真應用技術第七章 虛擬仿真應用平臺7.1 虛擬仿真應用平臺的軟硬件配置7.1.1 平臺硬件組成7.1.2 平臺軟件組成7.2 虛擬仿真應用平臺的系統(tǒng)結構7.3 虛擬仿真應用平臺的數(shù)據(jù)模型7.4 虛擬仿真應用平臺中的多模式交互技術7.4.1 產品裝配虛擬仿真腳本語言7.4.2 三維鼠標交互7.5 虛擬仿真應用平臺中的碰撞檢測7.5.1 碰撞檢測的模型表達7.5.2 碰撞檢測的查詢類型7.5.3 根據(jù)虛擬仿真環(huán)境的特征進行碰撞檢測第八章 復雜產品并行裝配仿真8.1 裝配仿真概述8.2 裝配序列規(guī)劃算法分類8.3 并行序列規(guī)劃8.3.1 基于有向約束圖的裝配序列并行算法8.3.2 基于二進制編碼的裝配序列并行優(yōu)化算法8.4 并行裝配仿真實例與結果分析第九章 虛擬機床裝配仿真9.1 虛擬機床裝配仿真系統(tǒng)結構9.1.1 虛擬機床的裝配仿真環(huán)境9.1.2 虛擬機床的裝配系統(tǒng)體系結構9.2 虛擬機床的裝配仿真場景繪制9.2.1 虛擬機床裝配仿真場景圖的結構9.2.2 虛擬機床裝配仿真場景的接口開發(fā)9.2.3 虛擬機床裝配仿真場景的優(yōu)化9.3 機床幾何建模9.3.1 基于特征造型CAD系統(tǒng)建模9.3.2 幾何模型轉換模塊9.4 基于虛擬機床裝配仿真中的碰撞檢測方法9.5 基于V語言的虛擬機床裝配仿真第十章 MOCVD熱流場仿真10.1 MOCVD概況10.2 MOCVD設備的組成10.3 MOCVD的外延薄膜生長動力學10.3.1 MOCVD沉積的基本過程10.3.2 氣體的運輸過程10.3.3 影響薄膜生長速度的因素10.4 MOCVD反應室內氣體熱流場的數(shù)值模擬10.4.1 數(shù)學模型的建立10.4.2 網(wǎng)格劃分10.4.3 邊界條件的確定10.4.4 數(shù)值計算方法與流程10.5 MOCVD反應室內氣體熱流場的可視化仿真10.5.1 MOCVD反應室內氣體溫度場的可視化仿真10.5.2 MOCVD反應室內氣體速度場的可視化仿真10.5.3 仿真結果分析第十一章 GaInP薄膜生長仿真11.1 薄膜的生長過程11.1.1 原子擴散過程11.1.2 臨界島尺寸11.1.3 島的大小分布11.1.4 薄膜生長影響因素11.2 薄膜生長的理論與方法11.3 動力學蒙特卡羅仿真建模11.4 GaInP薄膜生長的動力學蒙特卡羅仿真11.4.1 KMC晶格空間11.4.2 KMC事件11.4.3 兩原子間的作用勢11.4.4 GaInP薄膜生長的KMc仿真流程11.5 GaInP薄膜生長的動力學蒙特卡羅并行仿真11.5.1 數(shù)據(jù)分布方式11.5.2 通信優(yōu)化策略11.5.3 KMC生長GaInP薄膜并行仿真算法11.5.4 并行仿真性能11.6 GaInP薄膜生長可視化仿真11.6.1 二維GaInP薄膜生長的可視化仿真11.6.2 三維GaInP薄膜生長的可視化仿真11.6.3 仿真結果分析參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：我國的仿真技術研究與應用發(fā)展迅速，自20世紀50年代開始，在運動體自動控制領域首先采用仿真技術，面向方程建模和采用模擬計算機的數(shù)學仿真獲得較普遍的應用，同時采用由自行研制的三軸模擬轉臺等參與的半實物仿真試驗已經開始應用于飛機、導彈的工程型號研制中。60年代末，在開展連續(xù)系統(tǒng)仿真的同時，已經開始對離散事件系統(tǒng)（如交通管理、企業(yè)管理）的仿真進行研究。70年代，我國訓練仿真器獲得迅速發(fā)展，我國自行設計的飛行仿真器、艦艇仿真器、火電機組培訓仿真系統(tǒng)、化工過程培訓仿真系統(tǒng)、機車培訓仿真器、坦克仿真器、汽車仿真器等相繼研制成功，形成了一定的市場，在操作人員培訓中起了很大的作用。80年代，我國建設了一批水平高、規(guī)模大的半實物仿真系統(tǒng)，如魚雷半實物仿真系統(tǒng)、射頻制導導彈半實物仿真系統(tǒng)、紅外制導導彈半實物仿真系統(tǒng)、殲擊機半實物仿真系統(tǒng)等，這些半實物仿真系統(tǒng)在武器型號研制中發(fā)揮了重大作用。90年代，我國開始對分布式交互仿真、虛擬現(xiàn)實等先進技術及其應用進行研究，開展了大規(guī)模復雜系統(tǒng)仿真，由單個武器平臺的性能仿真發(fā)展為多武器平臺在作戰(zhàn)環(huán)境下的對抗仿真。由于仿真技術在應用上的安全性和經濟性，在人類活動的各個領域都得到了十分廣泛的應用。近二十年，隨著系統(tǒng)工程與科學的發(fā)展，仿真技術已經從傳統(tǒng)的工程領域擴展到非工程領域，在社會經濟系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、生物醫(yī)學系統(tǒng)、教育訓練系統(tǒng)的應用中獲得了日益強大的生命力。對于機械設計與制造領域而言，仿真技術在機械系統(tǒng)的設計、制造、人員培訓、產品升級等各個階段都可以發(fā)揮重要作用。在產品的整個生命周期中使用仿真技術，以提高勞動效率，縮短開發(fā)周期，提高產品質量，減少使用人員的培訓學習時間，具有突出的功效。在設計過程中，利用仿真技術進行虛擬產品開發(fā)引起了人們的廣泛關注，設計人員可以利用仿真技術建立三維全數(shù)字化的虛擬產品模型，進行模型實驗、模型簡化并進行優(yōu)化設計，從而發(fā)現(xiàn)不同方案的優(yōu)缺點。對于系統(tǒng)設計中涉及的新設備、部件或控制裝置，可以利用仿真技術進行分系統(tǒng)實驗，即一部分采用實際部件，另一部分采用模型。這樣既可以避免由于新子系統(tǒng)投入可能造成的對原系統(tǒng)的破壞和影響，又可以大大縮短開工周期，提高系統(tǒng)投人的一次成功率。

編輯推薦

《虛擬仿真原理與應用》由上海大學出版社出版。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    虛擬仿真原理與應用 PDF格式下載

---