计算机三维仿真技术范文篇1

关键词：仿真计算机；实施网络技术；应用

中图分类号：TP391.9

计算机技术自诞生之日距今已经有六十多年来，经过六十多年的快速发展，已经以其实用性和便利性成为了生产生活中不可缺少的重要工具。三维视景仿真技术作为计算机技术中的重要类别，由于其具有较高的经济性、实用性等显著特点而受到人们的普遍青睐。计算机仿真技术是运用计算机科学，建立被仿真对象的系统模型，在一定的条件下对被仿真对象进行动态实验的一项高端、综合性技术。人们可以利用这种实验获得尽量逼真的信息。根据最新的统计数据，仿真计算机技术已经在各个领域得到了最为普遍的运用，并且创造了虚拟现实这样的流行词汇。三维视景仿真技术在计算机仿真技术的全部技术应用中占有很大的比例，其融合了图片处理、多媒体、信息合成、显示等最新的高端技术，具有非常强大的功能和广泛的应用前景。

1专用数字仿真计算机的特征

由于不同的反震计算机具有不同的内存容量、接口、运算速度等特点，因此，在半实物反正计算机系统中曾先后采用了模拟计算机、数模混合计算机、专用数字仿真计算机等不同特性的仿真计算机。我国的YE―2和AD100等仿真计算机代表了当前仿真计算机在国内的最高水平，目前，已经在精确制导武器等高、精、尖领域得到了十分普遍的应用。

1.1专用数字仿真计算机的特征。YE―2和AD100等两类专用数字仿真计算机具有如下特征：一是在专用数字仿真计算机中运用了异构同步并行多处理机和广播型数据总线的方式，从而提高了专用数字仿真计算机的存储容量，从而提高了其运行速度。二是专门为专用数字仿真计算机设计了仿真语言，此种仿真语言简单、实用，编程简便，并且在其中还增加了数值积分算法模板，提高了使用效率，三是接口形式的多样化以及接口提取速度的稳定性，都保证仿真系统可以实现无仿真计算机的无缝对接，使得技术的硬件系统的得到有效的保障。除此之外，其还存在着能够为精确仿真计算帧时进行定时的优势。

1.2专用数字仿真计算机的缺陷。YE―2和AD100等两类专用数字仿真计算机具有如下缺陷：一是数字接口技术还存在不足。专用数字仿真计算机能够提供十分全面的接口，但这些接口基本还是使用了模拟量接口，数字接口仪可以适用的总线形式不多，同时，接口在传输速度和距离等多种方面存在不足的情形，不能很好地满足专用数字仿真计算机的使用需求。二是维护起来不方便。由于该类型的专用数字计算机运用了专门的设计构造，因此，该类型的专用数字仿真计算机和一般的计算机存在比较大的区别，在进行维护时，需要专门的熟悉该中计算机的人员进行维护，一旦该计算机出现故障，需要维修，其所需要耗费的时间较长，耗费的费用较大。因此，可能会对实验的进度造成不利的影响，需要予以注意。

1.3仿真计算机的未来发展方向。专用数字仿真计算机在经历过一段发展后，由于其存在的缺陷较多，已经无法完全满足实际的需要。仿真控制设备以及管理中使用的计算机都具有形式多样的应用软件和各种类型的接口。提高专用数字仿真计算机系统应用的关键是寻找到一种新型的模式，使其既具有专用数字仿真计算机的优势，而且还能满足高速实时数字接口的使用需要。当然，这样的需要也是航空精确制导武器中对仿真计算的需求，也是仿真计算机未来发展的方向。

2仿真技术及实时网络技术的发展

2.1实时网络技术应用。虽然高速接口形式比较多，可是仿真计算机系统在应用中还需要考虑信息共享，也就是多台设备可以共享信息。比如，对于某个目标信息而言，需要使用到特征信号生成设备、目标移动仿真设备以及数据链传输仿真设备等。由于仿真计算机系统十分复杂，系统内信息的交换很多，因此，使得系统设备的规模比较大。由于仿真计算机信息处理上的上述特点，因此，传统的点对点的接口形式不应当采用。但广播式、网络式等交互式接口形式可以满足仿真计算机的上述特点和要求。对于精确制导武器中所运用的半实物仿真系统而言，还要求各个信息节点能够实现信息的同步更新，也就意味着，信息传输的要具有很高的时效性，传输过程中尽量减少延迟。光纤反射内存映射式实时网络技术，也就是RT―net，通过研究分析，基本可以达到半实物仿真系统的要求。这种技术的特点是通过映射式的信息传达技术，将信息节点中某一个节点的信息能够自动映射到全部信息节点。因为映射的过程由硬件主导，系统信息传输的延迟较小。延迟较小也就意味着信息传输的高速性，也就能满足信息同步跟新的需求。这种RT―net网络通常具有两种拓扑网络结构。第一种是环行拓扑，第二种是星型网络结构，也就是通过由HUB实时连接的网络。RT―net网络技术将信息数据传输到任何一个信息节点的迟延较小，能够满足信息同步更新的要求。并且，假如其中一个信息节点出现故障，不会影响到其他节点的正常运行。因此，这点使得运用该种技术不需要让所有的设备都开机。RT―net的运行模式比较简单，在分布式的仿真计算机系统内，接插一个RT―net卡在每一台节点机上，再安装相应的驱动软件，就可以读写数据了。当数据被读写之后，RT―net卡将数据自动地传输到其他安装有RT―net的节点上。因此，有权限的访问者，只需要访问一个RT―net卡插接的节点即可。

2.2仿真技术及和实时网络技术综合应用。专用数字仿真计算机被仿真工作站替换的可行性比较高，因为二者的软件内置大致相同，通过进行软件移植。实时网络在仿真计算机信息系统的二次应用和开发是仿真系统集成的关键所在，需要做如下的工作。一是做好仿真工作站与实时网络接口形式的检查；二是对仿真设备进行适应性修改以适应控制计算机的配置和特性，保证运行的稳定性，如果有必要的，还应当对驱动卡、程序进行相应的更改，以简化应用开发的工作。三是建立共享存储容量内存分配表。因为需要对信息进行实时共享，所以统一分配数据存储地址，对于注册信息、节点信息与状态标志、时钟信息等进行相关的规定。

3新时期仿真计算机和实时网络技术的发展

在进行计算机的选型上不仅要考虑上仿真计算机的读取速度和内存容量，还要考虑到数字接口能力这一重要的选型要素。即要求所选的仿真计算机必须保证仿真系统对大量实时数据交换的稳定性，另外，仿真计算机还应该充分利用计算机实体本有的资源。在现如今，随着网络技术高速发展，我们必须时刻保证仿真技术信息的实时性，并且能够及时的实现多设备信息的高度共享。新时期仿真计算机和实时网络技术的发展，必将是沿着更加贴近实际，更加迅捷和实时的实现信息的处理和共享方向前行。

4结束语

本论文主要通过首先分析研究目前的仿真技术中，专用数字仿真计算机的主要特征以及在实际的应用过程中存在的缺陷和不足，并根据存在的漏洞，科学合理的指出了仿真计算机未来发展的方向，其次对当前我国的实时网络技术应用的技术特点和现状做了一定的分析和总结；最后简要的介绍了如何实现仿真技术和实时网络技术在计算机中的综合应用。不难发现，随着我国仿真技术和实时网络技术在仿真计算机中的综合应用的不断加强，仿真计算机的性能和效率将会进一步得到提高，也将会具有更加广泛的应用前景。

参考文献：

计算机三维仿真技术范文

关键词：变电站三维仿真系统仿真场景

中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

在电力系统的输送配电过程中，变电所是其重要环节，适用于调整电压的场所。其运行操作随着变电站系统不断发展，其自动化进程也趋于复杂，也使得对工作人员业务熟练程度及技术水平的要求越来越高。在系统实际运行中，因变电站系统具有特殊性，难以对工作人员开展培训工作。现如今仿真培训系统主要有两种：软件仿真与物理仿真模式。软件仿真主要是对现场录像、实体图片、平面接线图与数据图表等进行仿真，其过程沉浸感较为缺乏。物理仿真主要是依靠于专业设备，但其又具备可移植性较差、系统庞杂与实施时成本略高的缺点。目前，在变电站的仿真培训系统中最为常用的就是三维虚拟变电站的仿真系统，因其具有灵活多变的培训方式，且造价较为低廉，在运行上也较为便捷，在三维虚拟的变电站仿真系统中培训，其培训过程存在较强沉浸感与真实感。此外，虚拟现实仿真技术的实现不仅需对电气设备几何模型进行建模，建模中还需加入对变电站周围环境的仿真模拟。

1国内外对三维变电站仿真系统的研究现状

在电力系统中，电厂仿真培训首先对仿真培训系统进行了运用，变电站的仿真培训也因电网调度的仿真培训而逐渐展开。计算机技术的应用与发展，促使变电站的仿真培训系统也逐渐发展起来，其发展进程由于变电站中自动化水平的提高而起到了推动作用。

20世纪60年代～70年代左右，电力系统仿真培训系统兴起并在火电厂中被应用，之后随着发展其范围扩增至变电站及电网的培训中。早期的火电培训仿真机投入使用于日本及英国与美国，最具代表性的为日本的关西电力公司“变配电的技术培训中心”的建立。我国首套火电仿机组的研发建立时间为1982年，变电站及电网仿真培训系统直至80年代末期才开始建立。我国首套DTS为东北电网仿真系统，研制时间为1990年。早期应用的变电站的仿真系统由于其运行操作较为简便，变电站的数量增大，但容量较小，再加上自动化的水平过低，从而导致其应用的效率不高。

2三维变电站的仿真系统研究成果

通过研究三维建模、计算机图形与仿真场景生成这三种技术，从而使渲染和生成三维仿真场景、环境与变电站设备的建模及二维场景保存与绘制得到实现。三维场景图漫游与渲染、场景图由二维向三维的转变通过OSG技术都得以实现。通过研究应用系统子模型，三维变电站的仿真场景实现优化，具体研究如下。

2.1变电站中其设备建模的实现

电压互感器、变压器、隔离开关及电路器等组成了变电站设备。用三维方式将变电站设备的仿真场景进行表示。通过对三维建模技术研究，变电站的设备建模是使用，的模型文件是通过的插件将其以IVE三维格式导出，在OSG的编程中可方便调用。

2.2绘制二维变电站的场景图

变电站周围的建筑环境与其各设备表示为二维图元，图元的编辑操作与其绘制使利用MFC所封装各类的绘图函数来进行的。读写操作是通过二维图形文件的格式研究，在设计中将二维场景图的文件格式与文件存储设置成自定义来实现的。

2.3生成三维变电站的场景图

通过研究现有仿真的生成技术，三维变电站其场景图的设计是通过OSG技术来实现的，在这一过程中还对变电站的场景图由二维向三维转换得以实现，由此证明，生成三维变电站的场景图是以其二维场景图为基础的。

2.4渲染三维变电站的仿真场景

渲染三维变电站的仿真场景实现是利用OSG技术，在此过程中还实现了场景的碰撞检测与漫游等。通过研究粒子系统，使其仿真场景天气模拟得以实现（如雪与雾及雨、风等），使模拟效果更为逼真。

3什么是三维仿真场景

通过对现实环境形象的三维模拟技术，在虚拟场景中，用户可对于其中的信息进行查询与预览，还可对虚拟物体进行场景交互的操纵，使用户在使用过程中仿佛身临其境，无需处于真实环境中即可有相同效果的感受。三维的仿真场景涉及多门学科，如人工智能、现实虚拟及计算机的图形学等，在人机工程的工作环境、培训及教育等仿真领域中被广泛应用，除此之外，该技术还应用于规划领域、动画的制作领域、建筑领域、产品的展示领域及园林领域等。

4三维仿真场景结构

仿真场景应用于虚拟现实中，一般为是用来描述场景图。三维场景的元素存储就是场景图，在场景中对所有物体与物体相互间的关系有保存作用。本身场景图就属于一种层次结构，其空间的数据集所使用的是自上而下树状结构图，以此为组织形式来达到渲染效率得到提升的目的。

诸多类型不同的节点构成了场景图，物体是由节点表示的。根节点是全部三维的仿真场景图，场景图位于树形结构顶端；场景图最底端为叶节点，物体在场景中实际的几何信息包含其中，叶节点场景效、光源、实体及地形等基本单元构成；组节点位于根节点下一层，包括的控制信息为物体的外观渲染状态及其几何信息，每个组节点与根节点都对子成员拥有零个或者多个（注：组节点为零个子成员，则不对其进行任何的操作），组节点中场景几何体的排列是通过OSG的程序进行的。在此种层次的结构中各节点可准确将其环境中的父子关系与其位置进行描述，在场景图生成前，各图层数据都要分别建模。如图1所示，各节点间与场景图层次结构位置关系。

图1各节点间与场景图层次结构位置关系

场景图中所包括的节点其功能是不同的，比如说，开关节点对其子节点的设置作用是可用或不可用，LOD细节的层次节点，其不同子节点的距离调用是依据观察者对其作出的观察决定的，变换节点可对其几何体坐标根据子节点的改变来对其状态进行更换。所有的节点类都有相同的基类，又各具不同的功能方法，场景图的继承机制，可为节点提供多样性。

5三维仿真技术

通过对计算机技术的使用，生成一个具备触觉、听觉及视觉等包含多种感知、虚拟且逼真的环境，用户可通过虚拟环境中虚拟对象与外设装置的相互作用来体会，此种技术就是三维仿真技术。其技术包括粒子的系统模拟、碰撞检测及包围盒技术。

5.1粒子系统

粒子系统在三维的计算机图形学中，是对某些特定模糊的现象进行模拟的技术。在此系统中，粒子模拟过程通过OSG实现了较为复杂的过程，比如雨天特效、雪天特效及雾天特效等。粒子行为在粒子系统中的控制是通过对其空间的扭曲实现的，对粒子流施加仿真特效的影响，如风力、阻力及重力等，可对天气现象在三维场景中被有效的模拟出来，从而使视觉效果更为逼真。

5.2碰撞检测

碰撞检测随着分布交互及虚拟现实等技术发展，已成为该领域中的热点研究对象。在虚拟的环境中，培训者沉浸感随碰撞检测精度越高而越强，促进虚拟环境中真实性的提高。虚拟场景仿真场景渲染率与实时性受实时碰撞的影响很大，所以，在该领域中，碰撞的检测技术也是难点之一。需要碰撞检测解决的核心问题就是虚拟场景中漫游实时性的保证、算法效率的提高及相交测试中对象数目的减少，碰撞检测基本任务就是确定物体之间（多个或两个）是否有穿透或者接触。碰撞检测的算法有空间分解法与层次包围盒法。这两种算法加速碰撞检测都是通过相交测试的几何数目减少为基本思想的。

5.3包围盒技术

包围盒技术在计算机几何领域与计算机图形学中，在虚拟场景将几何体（简单且规则）对象进行包围，简化其计算方法，以此促进几何运算效率的提高。

5.3.1碰撞检测

判断两个包围盒或者物体包围盒和检测线是否有相交，无相交，物体间则无碰撞发生；相交，则有碰撞发生。

物体在场景中的构建是以实体为依据的，一般几何体为不规则，但物体包围盒的几何体一般都是规则的，因此碰撞检测不对物体本身直接使用，碰撞检测的检测效率提高是通过物体包围盒直接碰撞进行的。

5.3.2光线渲染与跟踪

包线盒用于光线跟踪时，其功能为相交检测，用于渲染算法，则是检测视体。如包线盒与视体或者光线无相交，则盒内物体不相交。物体列表可通过相交检测来获得，如果场景中物体在列表中显示，就说明被栅格化或者渲染。

6结语

三维变电站的仿真场景生成系统，可使其开发周期有效缩短，避免重复性的开发工作，利于开发成本的降低。此外，该仿真场景的实现，不仅提供了高效且安全的培训平台，也促使变电站工作人员对其各部分有了更为深刻的了解，从而使其业务能力与操作技能得到提高。

参考文献

[1]赵晓冬，孙大伟，王斌，等.330kV变电站仿真系统的设计和实现研究[J].电源技术应用，2013（1）.

计算机三维仿真技术范文

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

[1]李圆明.计算机仿真技术与信息处理探究[J].信息与电脑:理论版,2015(21).