我国应用虚拟农业技术

我国应用虚拟农业技术（精选十篇）

我国应用虚拟农业技术 篇1

1 概述虚拟装配技术的涵义

虚拟装配技术是一种人与机器进行实时交互的新型技术。人们通过听觉、视觉、触觉、味觉等感知模式, 同时与计算机虚拟的物体进行实时交互, 因此, 虚拟装配技术能够使得人们能够沉浸计算机的虚拟环境中。设计者可以借计算机的虚拟环境的交互性、沉浸感、实时性等特点, 从而充分发挥其想象力、创造力、直觉等感知, 因此, 虚拟环境对人们 (设计者) 起到巨大的作用。

最早的虚拟装配技术是在90年代中期研发出现的, 并且经过将近20年时间的发展终于取得巨大的进步。这种技术在没有物理实体样件的情况下, 可以对某一产品的所有性能进行分析、预测与验证, 例如:产品的可装配性、可拆卸性、可维修性、装配精度等。另外, 虚拟装配技术可以对产品的生产现场装配工艺全程进行动态仿真, 并且可以对其进行规划与优化, 从而使得产品实物在生产的过程中提高试装成功率, 大大提高了其产品的装配质量。

2 介绍虚拟装配的工艺规划特点

虚拟装配工艺规划与传统装配工艺相比, 具有以下特点:

2.1 虚拟性

虚拟装配的工艺规划最大的特点就是具有虚拟性, 其充分利用计算机仿真以及虚拟现实技术来有效的、高效的对实物进行装配规划。虚拟装配技术可以为高复杂性产品的装配进行高度逼真、自然直观的交互环境进行规划, 充分发挥出设计者的智慧与想象力, 使得人们沉入虚拟环境中, 并与环境中各种虚拟物体融合一体, 从而对虚拟出来的高复杂性的产品进行交互性操作, 并且可以对其进行观察。

2.2 协同性

协同性是针对设计者与计算机协同进行装配规划而言的, 在虚拟装配工艺规划中, 特别强调人机一体化协同, 因此, 虚拟装配技术具有人机一体化的协同性。在虚拟装配技术一体化系统中主要是以人为中心, 与计算机同处于平等合作的平台上, 各自发挥其优势, 从而实现人机共同对产品进行装配规划, 在这种虚拟装配技术中主要强调设计者的重要性。

2.3 集成性

虚拟装配技术是一种针对产品装配全过程进行规划的新型技术, 因此, 虚拟装配技术是将产品的建模、仿真、工艺等进行装配规划, 并且科学的、有机的将这些综合集成。虚拟装配技术不仅可以获得产品的最初装配工艺, 而且对产品的相关装配性能进行掌握。

3 分析在我国水电站机安装施工中其虚拟装配技术的实际应用

虚拟装配技术在经过将近20年的发展且逐渐成熟起来, 是当今世界应用最广泛的一种先进的、新型的科学技术。这种技术在我国进行水电站机电安装施工的过程中发挥着重要的作用。这种技术是在网络计划技术中完成的, 在进行水电站机电安装施工工程建设中, 一度将其作为一种科学、有效的计划管理方法。因此, 本文以下针对网络计划技术在我国水电站机安装施工中的应用进行介绍分析, 并借我国大朝山水电站金结、机电安装为例:

第一, 我国大朝山水电站位于深山峡谷恶劣地势中, 其施工场地较小且施工布置地方紧张, 而金结、机电安装进行拼装的地方更加紧缺, 其中可进行施工安装厂房面积仅有50*23.5, 从而导致金结、机电安装进度的一些关键因素被严重限制, 例如:上下机架组装件被限制、发电机零部件等组装被限制、施工工地进场交通限制、蜗壳大头不足以进入当地安装厂房进行拼装等等, 这些因素都被严重制约, 但是为了完成此水电站机安装, 施工人员以及设计人员等相关人员共同编制了工位网络图, 同时, 要求业主对其增设两个工作平台。

第二, 由于大朝山电站其地理位置比较差, 电站的相关设备运输条件被限制, 因此, 在距离电站位置的300千米的地方设置了一个转运站。另外, 针对次电站的气候环境较恶劣的情况下, 相关设计技术人员巧妙的利用了虚拟技术, 将电站所需的相关设备制定出一套其运输的计划, 从而解决了其电站所需相关设备运输制约的问题。

第三, 由于金结、机电安装的工期比较紧张且与土建施工重叠, 所以, 机电安装需要快速完成并尽快与土建施工紧密协调, 甚至机电安装与土建施工的某些工序是穿插进行的。

第四, 由于机电安装具有特殊性, 其要求在水电站的水轮机上要设有筒形阀, 另外筒形阀、上下机架都需要进行预装, 而虚拟装配技术在进行预装的过程中发挥了巨大的作用, 从而使得此次预装过程进行的非常顺利, 大大的节约了经济成本以及时间。

第五, 由于大朝山电站是采用联营体新运作方式, 所以, 大朝山电站机电组是由不同的安装单位安装的, 其中1号机到3号机和4号机到6号机二者安装方式不一样。为了实现二者安装在施工过程中能够配合衔接, 因此, 需要对其制定缜密的计划, 那么虚拟装配技术在此过程中发挥了巨大的作用, 虚拟装配技术针对二者安装能够衔接配合进行分析与试验, 并且采用了网络计划对其进行修正, 从而实现二者之间的衔接成功。综上所述, 虚拟机上的网络计划在装配施工工程中发挥了重要的作用, 同时体现出其具有科学性、先进性。因此, 在进行大朝山水电站机电安装施工过程中每一个关键项目都在虚拟装配技术与网络计划的有效控制之中, 并且对安装施工的人力资源、物力资源、财力资源、自然资源等根据实际情况进行有效计算与安排, 从而大大的节约了安装过程的经济成本以及时间。

4 分析虚拟装配技术在机电安装施工中的应用

综上所述, 在大朝山水电站进行安装机电施工过程中采用了虚拟装配技术以及网络计划的运用, 在各种因素制约的情况下以及环境恶劣的背景下实现了机电组的安装, 因此, 虚拟装配技术在机电安装施工中发挥了巨大的作用。

第一, 虚拟装配技术在大朝山水电站地理位置局限性以及工期较紧张的情况下解决了这些难题, 并且针对这些问题为机电安装工程的空间进行归纳、调整、优化, 从而实现机电安装工程工作顺利、安全、快速了完成。

第二, 虚拟装配技术以及网络计划针对大朝山水电站机电安装工程中出现的各种不确定因素以及协调工作容易偏差的问题而进行动态监控管理, 从而将这些问题进行有效的解决。

5 结束语

本文主要将虚拟装配技术以及网络计划在水电站机电安装施工中的应用进行分析阐述, 从文中可以看出虚拟装配技术 (下转第117页) (上接第115页) 以及网络计划在水电站机电安装施工过程中发挥了巨大的作用。虚拟装配技术是一种新型的、先进的科学技术, 其作为一种特殊的生产力, 保证了水电站机电安装工程顺序完成。因此, 我们需要对其引起足够的重视, 并不断的探索、创新, 从而使得这种技术在任何恶劣、极限的环境下都能发挥出其作用。

摘要：随着我国社会经济的发展, 科学技术的创新进步, 而水电站机电安装施工工程是一种系统工程, 其具有工序复杂性的特点, 并且施工过程中交叉作业较多, 因此, 需要借助当今的高新科技来完成这复杂、难度高的施工作业。随着人们的积极探索与创新, 终于发掘了一种新型技术——虚拟装配技术, 有了这种技术不但顺利、安全的完成水电站机电安装施工工程, 而且在其施工中对资源进行合理分配, 从而大大提高了经济收益并节约了成本与时间。

关键词：机电安装,虚拟装配,网络计划

参考文献

[1]张毅, 王德宽, 王桂平, 袁宏, 李建辉, 姚维达.面向巨型机组特大型水电站监控系统的研制开发[J].水电自动化与大坝监测, 2008 (01) .

[2]刘海波, 李志祥, 吴昌晟.三峡右岸电站计算机监控系统人机界面的设计与优化[A].中国水力发电工程学会电力系统自动化专委会2009年年会暨学术交流会论文集[C].2009.

[3]杨海霞.电力:体制改革更进一步专访中国国际工程咨询公司能源业务部电力二处处长周家骢[J].中国投资, 2010 (01) .

虚拟制造技术的相关概念及其应用 篇2

在我国，清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作.当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情，进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性.在对产品性能具有高科技含量要求的行业中，如航空航天、军事、精密机床、微电子等领域，随着研究的不断深入和相关技术的发展，虚拟制造必将得到日益广泛的应用.

5 结论

浅谈虚拟广告技术及其应用 篇3

引言

随着经济社会的快速发展，企业为了销售自己的产品越来越重视营销活动，而广告又是营销的主要渠道之一，传统的广告模式在发展过程中逐渐出现了一些不适应当前要求的情况，而虚拟广告技术与计算机技术紧密联系在一起，体现出来强大的优势和广阔的应用领域，如果能够利用好虚拟广告技术，充分发挥它的优势，一定能使它成为传统广告的一个重要组成部分，必将成为未来广告行

一，虚拟广告技术的定义

目前关于虚拟广告技术有以下比较流行的解释：

澳大利亚广播公司的定义：虚拟广告是指把通过电脑处理的Logo或者广告图像插入直播的赛事中的行为。

欧洲广播联盟。的定义：虚拟广告是采用电子图像系统通过对电视画面中的赛场广告替换和添加，来修改电视信号的商业行为。

国际足联的定义：虚拟广告是指通过电脑技术对图像进行相应处理，以及为了把广告信息插入通过电视或者网络传输的信号中，而替换图像中不同元素的行为。

结合以上定义，本文提出虚拟广告技术的一种定义：电视台或节目制作单位，利用虚拟布景技术，把某种形式的广告图像插入到比賽场地或文艺节目现场等转播背景中，代替原有广告牌或者添加新广告牌的一种广告形式。

二、虚拟广告技术的优势

虚拟广告技术在应用中具备技术先进、形式灵活和节省成本等很多优势：

1、插入虚拟广告有灵活的选择性

再插入虚拟广告的时候可以灵活的选择那些收视率较高的频道，将节目现场中出现的广告替换为国内企业品牌的的广告内容。

2、节省广告制作成本

制作出来的虚拟广告一般是二维或三维的，与传统的电视广告制作费用相比，能够节省很多的制作成本。

3、节省广告编辑成本

将节目中的虚拟广告进行补充和修改也非常简单，都可以在计算机上进行，不必像传统广告一样重新拍摄，节省了广告修改和补充的成本。

4、可以实现动态广告效果

传统的广告都是静止的，应用虚拟广告技术可以在节目中插入动态广告，包括二维或三维的动态广告，更能吸引观众的注意力。

5、扩展广告摆放的空间

使用虚拟广告技术，摆放广告的位置不再局限于场地的周边，而可以在适当的时候直接放在场地当中，甚至可以将广告摆放在实际中无法放置广告的位置，比如：水面上、沙滩里、冰雪中或者高山上，另外广告尺寸不受任何限制。

6、实现节目资讯与广告相结合

可以在节目中将演员、表演单位、比赛单位或运动员的信息展示出来，并且在信息的旁边插入广告，这样，观众在关注节目资讯同时，也获取了相应的广告信息，一举两得。

7、便于体现广告的地域性

在对不同的地区进行节目转播时，根据播放地区的特点和需求规律，可插入不同内容和品牌的广告，加强广告的针对性，提高广告宣传的效率。

8、增加广告使用的领域

网络游戏在今年发展很快，拥有大量的玩家，但是在游戏中加入传统广告不仅不会起到宣传的效果，还会引起玩家的方案和抵触情绪，而虚拟广告就很适合在网络游戏中使用。

三、虚拟广告技术的应用

虚拟广告具有传统广告无法比拟的优势，正在被更广泛的使用，下面本身重点介绍在比赛场、电视节目和网络游戏中的应用：

1、在比赛场中的应用

比赛的时候再赛场周边、看台上和赛场大屏幕等位置，都可以插入相应的产品广告牌或企业LOGO，这都是虚拟广告的应用。如果把广告牌换成比赛队伍的名称、当时的比分和比赛的时间等信息插入到比赛画面中，这也属于虚拟广告的应用，比如：在足球比赛中，国际足联的规则写明，进行任意球时，对方人墙距离球的距离是10码，也就是9.15米，在转播的时候我们经常可以看见在场地中出现了一个以球为中心的一个圆弧，这个圆弧的半径就是10码。再比如：在某一方进攻越位时，慢镜头回放，观众可以看见一条动态或静态越位线，以表示裁判判罚的依据。还有很多，包括：赛跑比赛时跑道上的国籍标志、游泳比赛时世界纪录的进度、铅球或标枪比赛时当前世界纪录或者第一名成绩的位置等，这些都有助于观众观看比赛，也都用到了虚拟广告技术。

2、在电视节目中的应用

虚拟广告技术在电视节目制作过程中的应用在内容和形式上都是多样化的，可以将真人与动画节目相结合，将视频图像与文字相结合等，在有观众参与的互动电视节目，可以在观众席插入一个虚拟的大屏幕电视画面，播放动态的广告节目；可以在观众席里添加虚拟的产品模型；可以在观众席旁边摆放虚拟的产品展示区。特别地，如果是舞台类的电视节目，可以在舞台地面插入虚拟的产品标识；可以在舞台道具中插入虚拟的企业LOGO；可以在舞台上摆放虚拟的产品模型；可以在舞台上摆放一个虚拟的产品展示平台；可以在舞台的天花板上以悬挂的形式展示虚拟产品模型等等还有很多，这都是虚拟广告的应用。

3、在网络游戏中的应用

网络游戏在近些年发展快速，一方面，积累了数量较大的游戏玩家，并且这个数量还在以较快的速度增加，而这些游戏玩家的粘着度比较高；另一方面，玩家在进行网络游戏时，时间都比较长，游戏本身也有很丰富的内容和画面，为插入虚拟广告提供了灵活的时间和多样的地点，所以在网络游戏中加入虚拟广告有很多优势。

我国应用虚拟农业技术 篇4

我国甘蔗收获机械化研究从20世纪60年代开始至今已有40年多历史,开发或引进了自走式割铺机、整秆式甘蔗联合收获机和切断式甘蔗联合收获机等多种机型,进行了大量田间试验和试验室台架试验;但一直没有出现一款能在生产中得到大量推广使用的机型,很重要的原因在于甘蔗收获过程中机器与甘蔗之间存在着复杂的运动学和动力学关系,很多不易观测的但对收获质量又有影响的内在运动规律至今人们还掌握不够清楚。虚拟样机技术的出现为辅助人们认识甘蔗收获中的这些内在运动规律提供了一种技术手段。例如,利用计算机仿真技术来探索甘蔗切割过程中的规律,指导试验研究是研究甘蔗切割机理的有效途径[1]。本文针对虚拟样机技术在甘蔗收获机上的应用研究进行了综述、分析和展望。

1 甘蔗收获机虚拟样机分类

虚拟样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与功能虚拟样机[2]。

结构虚拟样机主要用来评价部件或整机的外观、形状和装配。例如,CAD建立的部件和整机三维模型。功能虚拟样机主要用于验证部件或整机的工作原理,如甘蔗收割机各个功能机构的运动学仿真和动力学仿真。结构与功能虚拟样机主要用来综合检查整机产品试制或生产过程中潜在的各种问题。这是将结构虚拟样机和功能虚拟样机结合在一起的一种完备型的虚拟样机,也称为整机虚拟样机,可以用来提供全方位的整机组装测试和检验评价。

2 甘蔗收获机虚拟样机建模方法及评价

2.1 虚拟样机建模方法

甘蔗收获机按功能可分为底盘模块、扶蔗模块、砍蔗模块、喂入模块、断尾模块、剥叶模块、集蔗模块、驱动及动力模块等9大模块[3]。胡珊珊[4]提出了在虚拟样机建模时可按照“自上而下”设计思想,进行整机详细设计,从系统高度评测和优化;或按照“自下而上”方法从部件建模入手,寻找部件设计的主要参数和设计方向。在部件建模方法上,邓劲莲等[5,6,7]提出了机构概念设计和创新设计的方法,先进行概念设计,构建功能原理解和各功能抽象模型,然后对功能模型进行发散性创新设计,设计出各种可能的虚拟样机模型进行仿真分析;最后对发散设计方案进行比较,选出最优的机构模型。

2.2 虚拟样机仿真结果评价

应用基于知识推理的专家系统作为甘蔗收获机虚拟样机仿真分析结果的评价方法[8]。甘蔗收获机虚拟样机智能设计的专家系统包括设计型专家系统和咨询(评价)型专家系统[9]。利用设计型专家系统解决甘蔗收获机虚拟设计中不能依赖理论计算解决的实际设计问题,通过评价型专家系统完成机器选型、性能评价等目标。

目前,甘蔗收获机虚拟样机仿真研究还处于起步阶段,建模中涉及的一些参数设置、假设等需要以物理样机试验数据为依据,而物理样机还在不断地试验研究中,因此虚拟样机还没有到整体优化的阶段。

甘蔗收获是一个复杂的土壤—作物—机器相互作用的系统,对这样的系统进行虚拟样机仿真需要用到多个应用软件(如I-DEAS,ANSYS,ADMAS及分析评价专家系统等)。应用产品数据管理(PDM)软件SmarTeam作为集成工具,将这些应用软件集成在一起组成甘蔗收获机械虚拟设计平台,处理在研究甘蔗收获机可视化虚拟设计过程中生成的大量文档,可以有效地管理和利用这些数据,提高甘蔗收获机械产品设计人员的工作效率,促进甘蔗收获机械系列产品及其它新产品的开发[10,11]。

3 功能部件虚拟样机建模及仿真

3.1 甘蔗模型

甘蔗是各向异性、非匀质的弹塑性材料[1],由蔗皮和蔗芯复合而成[12]。建模时需要进行适当假设和简化建成柔性体模型。甘蔗截面有两种处理方法:①假设为直径不等的变截面线弹性体[13];②等直径长圆柱型杆结构[14]。模型中的材料属性(密度、弹性模量、泊松比)和结构尺寸由试验测得[13,14]。甘蔗柔性化处理方法有:①有限元分析软件建模后转存为模态中性文件,用ADAMS/Flex加载[13];②ADAMS/AutoFlex 法[15]。

蒲明辉[20]通过仿真结果比较了离散梁法、Flex 法、AutoFlex 法3种甘蔗建模方法,认为Flex 法(即从ANSYS 导出模态中性文件)与理论计算结果最为接近。刘东美[14]采用Flex法+边界元法对弯曲甘蔗进行了仿真分析。结果表明:与传统的有限元法相比,边界元法的数据准备和计算工作量都很小,比较合适建立甘蔗弯曲柔性化模型。

土壤对甘蔗的约束近似为扭簧约束,在甘蔗扶起的过程中,甘蔗主要是横向弯曲振动[16]。陈永继等人[17] 将直径为27.78mm的甘蔗模型放入通孔直径为28mm、高为210mm的土壤模型中,甘蔗不作约束,建立了甘蔗—土壤系统仿真模型,以搭建的甘蔗—土壤系统振动测试数据作为参考值,通过不断修改仿真模型的物理特性参数,获得与试验模型物理特性参数相接近的甘蔗—土壤系统仿真模型。

3.2 扶起机构

对各种倒伏形态甘蔗的有效扶起是整秆式甘蔗收获机遇到的难题之一,到目前为止还没有得到很好的解决。大多数文献[4,5,6,7,13,14,15,16]均以螺旋扶起机构为例介绍了建模和仿真。

在ADAMS 中,以接触力模拟甘蔗与螺旋扶蔗器接触时产生的作用力,用哑物体体现甘蔗柔性体模型的外形和传递甘蔗受到的接触力,实现模拟甘蔗在扶蔗器上的动态扶起过程[15]。高建民[16]对甘蔗与螺旋扶起机构的作用过程进行了理论分析及仿真试验,结果表明:在甘蔗的扶起过程中,滚筒与甘蔗的相互作用是甘蔗被扶起的主要原因,螺旋叶片的扶起作用是次要的。张杨等[18]针对收获倒伏甘蔗问题,设计了链式拨指扶蔗装置,进行了漏扶甘蔗的理论研究,得出了扶蔗的临界条件和不漏扶甘蔗的条件,通过建立链式拨指扶蔗器虚拟样机进行了虚拟试验,获得了与理论分析完全吻合的试验结果。

3.3 切割器

切割器切割甘蔗时,将甘蔗茎秆作为侧向受荷桩处理[19,20]。在切割器砍蔗过程中,甘蔗粗细造成刀盘转速波动和振动,使切割力变化,影响砍蔗效果。宋江等人设计了SIMULINK液压调速仿真系统,以切割力作为干扰力,研究调速阀系统的动态响应特性。试验结果表明,由调速阀组成的调速系统基本不受切割力的变化影响[21],振动因素、速度比、刀片数目和刀盘倾角等影响破头率。林茂等[22,23]通过单因素运动学仿真试验,仿真得到的结论是:地面不平度引起刀盘振动大时,采用大速比、小刀盘倾角以及多刀片数目有利于降低破头率;刀盘振动小时,采用小速比、大刀盘倾角及少刀片数目有利于降低破头率。

通过观察刀片空间运动轨迹研究多刀切割现象。刘庆庭[12]在对单圆盘甘蔗切割器进行切割试验研究时,利用ObjectARX MFC技术在AutoCAD2000平台上进行了不考虑地面凹凸不平(随机振动)情况下的刀片空间运动轨迹三维仿真,探讨了刀片空间运动轨迹与多刀切割的机理。赵冰等人[24]在仿真中将地面凹凸不平作为随机振动(振幅A=50mm,频率f=0.5)考虑,测量了刀刃上单点的运动轨迹为复杂的空间曲线,并利用ADAMS/View的后处理程序再现了XYZ3方向的运动轨迹。纪东伟等[25]对单圆盘甘蔗切割系统进行了不漏割运动学仿真试验,试验中刀盘的转速分别控制在:600,650,700r/min。试验结果表明,切割系统在650r/min 时运动平稳,基本与实际相符合。

3.4 收割机台架

收割机台架是连接切割器、扶蔗机构、夹持输送机构的平台,作业中受到各种力的作用而发生振动,其力学模型为受迫振动模型[25]。李亚涛[26]、梁式[27]等人以砍蔗力作为输入激励,建立了台架结构的虚拟样机动力学模型,用ADAMS/Vibration 进行动力学仿真分析,分别测量了台架沿样机前进方向X、水平方向Z、垂直方向Y的响应频率。仿真结果表明,横梁、耙轮轴和液压缸对垂直方向振动有较大的影响,应加强这3 个部件的刚度。

在台架优化设计方面,胡迎春等[28,29]应用ANSYS软件对甘蔗收割机台架机构虚拟样机模型进行了仿真研究,预估结构的最危险点并对结构进行了改进和优化,使结构最大综合应力下降,在保证在材料许用应力的范围内,使台架质量降低了约7%。

3.5 喂入及剥叶机构

喂入和剥叶机构是甘蔗割后处理的关键部分,其性能好坏影响整机生产率和含杂率等指标。蒲明辉等人[30]对耙齿式甘蔗喂入机构建立了虚拟样机模型并进行了仿真试验研究,观察到输送中甘蔗与耙齿存在滑移,甘蔗输送速度受辊轮转速和耙齿与滚筒间Bushing连接的X方向的扭转刚度系数K的影响;通过提高辊轮转速及修改刚度系数值,使甘蔗物流速度达到设计要求。对拨片式甘蔗输送装置的仿真试验结果表明:增加辊轮转速、增大甘蔗与拨片间摩擦系数对提高甘蔗输送速度是有效可行的。在制作物理样机时尽可能选用与甘蔗间摩擦系数大的材料制作辊轮拨片[31]。

蒲明辉[32]建立了由甘蔗、喂入耙轮、剥叶轮、前后输送辊等组成的仿真模型,对甘蔗割后输送物流进行了仿真分析,发现了甘蔗出现输送不畅的地方,通过调整优化输送辊速度和相关结构尺寸实现甘蔗物流的顺畅。

甘蔗剥叶是高速旋转的剥叶元件打击和刮擦蔗叶、蔗茎而将叶剥掉的动态运动过程,用传统的分析方法不能直观形象地反映剥叶过程剥叶元件受力的变化。张长水[33]进行了剥叶仿真试验,仿真结果表明:工作过程剥叶元件受到周期性脉冲载荷的作用,冲击载荷的大小和方向受剥叶滚筒转速、剥叶元件的装夹方式、剥叶元件材料等因素的影响。张玉萍[34]建立了剥叶机架有限元模型,通过仿真进行了模态分析和动力响应分析,获得了甘蔗剥叶机工作时工作频率和共振频率,发现两者非常接近,影响了甘蔗剥叶机正常工作;通过优化后,工作频率得到提高,避开了机架的共振频率,机架的动态特性得到了显著的改善。

蒙艳玫等人[35,36]利用ANSYS软件的流体分析模块对空气在剥叶机构内的流动过程进行模拟和分析。研究发现,剥叶元件采用螺旋层叠式装夹,不但可提高剥叶质量、降低含杂率,而且可大大减少空气对元件的阻力作用,有效降低元件根部产生的最大应力,使元件具有一定柔度的同时增大强度和等效刚度。针对影响剥叶元件受力及剥叶效果的因素:剥叶元件材料、剥叶滚筒转速、几何结构参数及装夹方式等,利用ANSYS软件进行了虚拟正交试验分析,优选出剥叶元件结构参数、装夹方式的最佳组合[37]。

3.6 其他机构

在甘蔗收获机虚拟样机模型中,有些部件是由很多重复零件构成的,如链条夹持(拨指)输送机构、履带行走机构等,这些部件的建模方法影响整机模型的建模效率和成败。蒲明辉[38]以链条的建模为例介绍了在Pro/E装配链条的建模方法,在ADAMS中给数量众多的链节定义旋转副和链节与链轮之间定义接触约束的建模方法,并通过运动仿真验证了模型的正确性。江少杰[39]介绍了应用ADAMS宏命令语言完成履带中数量庞大的碰撞力和约束等的添加方法。在轮式行走系统仿真方面,黄宁[40]介绍了编写路面谱文件和轮胎文件,利用ADAMS软件建立路面和轮胎的接触,进行轮式小型甘蔗收割机行走系统在平地上匀速运动仿真和爬坡能力运动仿真的方法。

4 结论

到目前为止,甘蔗收获机虚拟样机的应用研究主要针对整秆式甘蔗收获机,研究内容主要集中在功能部件(包括切割器、扶蔗机构、甘蔗、台架)级的虚拟样机建模和仿真方面,其它功能机构(如夹持输送机构包括拨指扶起机构、剥叶机构、整机甘蔗物流输送等)研究较少,所建立的虚拟样机模型不够完善,只能在特定条件下实现仿真,要使虚拟样机能够真正发挥作用满足实际研究需要,还需要通过大量的实际试验,使数据得到修改和完善。

虽然我国甘蔗收获机虚拟样机研究只是处于起步阶段,但已显示出其在运动学和动力学方面的研究优势,今后应重点从以下方面开展深入研究:

1)依据田间试验、台架试验数据,完善关键部件虚拟样机模型,使其能仿真实际作业过程,观测各种测量参数的变化,真正起到替代物理实验的作用。

2)以功能部件虚拟样机为基础,建立整机虚拟样机仿真模型,开展整机与各功能部件的匹配研究。如甘蔗割后物流输送匹配、动力匹配、受力分析等,探索机型存在问题和解决方法。

3)开展甘蔗—土壤—收获机系统级的动力学仿真研究,建立整机性能评价体系和评价方法。

篮球运动中虚拟现实技术的应用论文 篇5

关于知识如何形成的观念(知识形成观)，是教育领域里一个基础性的观念。近些年来，随着经济和社会日新月异的发展，随着电脑和网络等现代化信息技术的迅猛普及，随着终身教育的重要性和紧迫性日渐凸显，人们对现行学校教育的诸多弊端开始深刻反思，并追根溯源，追问到关于“人的知识究竟是如何形成的”这一基础性问题上来了。目前，关于这一问题的认识，正在不断深化。

一、知识形成观的变革

知识是如何形成的?传统的观念认为，知识是客观事物在人脑中的反映，换句话说，外在即客观的事物反映到人的大脑中，就形成了知识。这种知识形成观的内涵是：

(1)知识是客观事物的反映;

(2)知识具有绝对的客观性;

(3)知识是全社会通用的、古往今来普遍成立的，是外在于个人的存在物。由此可知，传统的知识形成观强调“反映”，强调“客观性”、“普遍性”。

事情果真是这样的吗?让我们从个体认识具体事物的过程开始做一些分析。

你看见桌上摆着一个你从未见识过的新奇的东西，你试图去认识它，这个认识过程可以划分为3个阶段。首先，你要用眼睛去察看它、用鼻子去嗅嗅它、用耳朵去听听它、用手去触摸它。总之，用你的各种感官去获取有关它的各种信息。它的各种信息从它所在的位置传递到你的视网膜、耳膜、鼻腔和皮肤，这是第一阶段，这是一个物理过程。然后，这些信息从你的各种感官传递到你的各种神经中枢，这是第二阶段，这是一个生理过程。最后，这些信息从你的各种神经中枢传递到你的大脑的某个核心部位(这个核心部位的奥秘，人类至今尚未揭开)，在这里，所传入的信息被赋予“意义”，这是第三阶段。这是一个心理过程。

在第一阶段(物理过程)中，信息传递必定存在着“物理失真”，而且每个人的失真情况是不一样的，因为当时当地每个人的具体环境是不一样的;在第二阶段(生理过程)中，信息传递也必定存在着个体差异，因为每个人的生理素质是不一样的;在第三阶段(心理过程)中，信息传递的个体差异更加突出，导致对传入的信息所赋予的“意义”可能就大相径庭了。可见，在认识过程的3个阶段中都存在着个体差异。尤其是在第三阶段，个体差异起着尤为重要的作用;甚至对同一认识对象，不同的人可能赋予差别极大的“意义”。这也就是古往今来人们常说的“仁者见仁，智者见智”了。

为什么对同一认识对象，认识的结果会不一致，甚至可能出现非常大的差别?皮亚杰用他的“发生认识论”作了解释。他认为，人类个体在出生时，通过遗传就已经具备了一个认知结构，个体依据这个认知结构，在成长过程中不断吸取外界信息，通过“同化”和“顺化”，把这些吸取来的信息内化为自己的东西，并用来增强和改善自己的认知结构，从一个较低水平的“平衡”上升到一个较高水平的“平衡”。这样经年累月地反复无数次，这个人就成长起来了。

由此，我们可以清楚地看到人对客观对象的认识，即知识的形成，并不是传统观念所说的那样简单和单纯。认识的过程并不是简单的反映过程，而是人与环境相互作用的过程，当然其中有反映的成分。但更含有主体建构的成分;认识的结果(知识)并不是纯粹客观的，而是依存于认识的主体，它包涵着认识主体的经历、经验等诸多主观因素在内;认识的结果(知识)也不是纯粹社会历史性的，它还包涵着表证个体特征的特殊性和情境性。它是社会历史认识和个人经验的统合。

对知识形成的这些看法就构成新的知识形成观。把新知识形成观与传统知识形成观进行对照，可以发现：两者的共同点在于都坚持“实践―认识―实践”的认识路线，坚持“存在决定意识”的唯物主义原理;而两者的区别在于传统知识形成观强调认识(知识)的.客观性和普遍性，而新知识形成观在承认认识(知识)的客观性的前提下还强调认识者在认识过程中的主体性，在承认认识(知识)的普遍性的前提下还强调不同认识者在认识过程中的个体差异以及由此导致的认识结果的个体差异。

按照新的知识形成观，我们似乎可以作出这样的结论：就总体而言，“知识”是人们通过学习，发现及感悟到的对世界认识的总和，是人类认识的结晶;就个体而言，知识是一种有组织的经验、价值观、相关信息及洞察力的动态组合，它所构成的框架可以不断地评价和吸收新的经验和信息。

这样形成的知识有3个特点。其一，知识的内涵是复杂的，既有可编码、可记录的内容，也有隐含的、难以记录的内容。可编码、可记录的内容主要是那些客观性较强的内容，而隐含的、难以记录的内容主要是一些带有个体特征的内容。其二，知识既有其内在的、稳定的结构，也有其动态的、可变的一面。而这种结构和内容的变化正是通过学习来实现的。知识的内在的、稳定的结构是由认识客体的客观性所决定的，知识的动态的、可变的一面是由于认识过程中主观因素的加入而决定的。其三，知识既有其通用性、普遍性的一面，也有其特殊的、存在于某一情境的一面。因此，知识是带有“独特性”的。人的认识的发展与他的身心素质和亲身经历密切相关。每个人的身心素质、经历和当时所处的具体环境都是不同的。因而，即使吸收了同样的信息，每个人对所吸收的信息所赋予的“意义”都是不一样的，即每个人所获得的“知识”都是“独特”的。

在传统知识形成观的影响下，人们认为获得知识的途径只有一条，那就是从学校、老师那里通过教材、教学传授得来。当然，这确实是一条重要的途径，但显然，又不是唯一的途径。还有一条更重要的途径，那就是从实践中学习，即个人通过亲身实践中有目的的深入的观察、体验，经分析、综合、判断、推理，发现事物的本质和规律从而获得知识。

实际上，社会上各种专业的从业者，如工程师、建筑师、农艺师、医师、教师、律师、会计师等等，他们在学校中学习专业只有几年时间，学到了一些书本知识，而他们一生的专业实践却有几十年时间。他们从自己的专业实践中所获得的知识比在学校中学到的书本知识要丰富得多、扎实得多、有用得多。至于政治家、社会活动家、军事家、外交家等，就更是这样了。

对于在校学生的学习，也应当通过新的视野予以变革。其要点有：

(1)学生学习知识的过程，本质上就是将正在接受的知识与自己原有知识重新组合为新知识的过程;

(2)每个学生的这种组合过程都是独具特色的、是个性化的;

(3)每个学生所表现出的新组合的独特性和新颖性就孕育着某种创新。所谓知识的重新组合，就是把原来几种知识联系起来合成为一种综合知识，或者把一种知识拆分为几个部分，然后以新的形式把这些知识重新联系起来，成为具有新特征、新功能、新内容的知识。

知识形成观发生了这样的变革，对学校教育必然会产生巨大的影响。这些影响主要表现在对课程与教学等问题的认识也随之发生了变革。

二、对学校课程的新认识

传统课程观把课程看成是“在特定的学科领域内所提倡的学程”。长期以来，人们提到“课程”，就很自然地想到诸如语文课、数学课、物理课、体育课之类。这种课程观念的特点是：

(1)课程的内容是精心挑选出来的绝对成熟了的东西，因而具有绝对的真理性;

(2)课程内容是纯粹外在于学生的知识体系，因而具有绝对的客观性;

(3)课程的内容像仓库里的货物一样是定型了的、形态不变的东西;

(4)课程的实施只是一个“照图施工”的过程，教师只需要按照预先设定的目标、计划、教案忠实地执行就可以完成任务;

(5)学生只需洗耳恭听、“虚心”接受课程内容就可以完成学习任务。总之，传统课程观把课程看作是与教学过程分离的东西，是外在于、先在于教学过程的东西，因而它必然忽视学生的经验、体验，也忽视教学过程中的具体情境。归根结底，它是一种忽视学生主体性的陈腐观念。

显然，新的知识形成观与这种传统课程观必然会发生冲突，新的知识形成观涉及到课程领域，必然呼唤新的课程观。在新的知识形成观的影响下，新的课程观便具有如下的特征：

(1)必须解除纯粹反映论的束缚，把课程看成是让学生吸纳新知识并与自己原有知识结构重新组合、建构新知识结构的过程;

(2)必须解除绝对客观性的束缚，重视学生的主观体验和已有经验在学生学习过程中的特殊作用;

(3)必须解除过分强调知识通用性、普遍性的束缚，重视学生的个体差异，真正实施因材施教。

因此，课程观念应当实行如下几个转变：

(1)从片面强调学科内容转变到既重视学科内容又重视学生的经验和体验;

(2)从强调预先的目标、计划，转变到更重视课程实施过程本身的价值;

(3)在课程实施中，从单一强调教材，转变到重视具体教学情境;

(4)从片面强调课堂讲授形式，转变到重视实践教学、重视活动课程。

由此，新知识形成观也将引导出新的课程观。新的课程观的内涵是：

(1)课程是一种在实施过程中发展着的东西，而不是外在于和先在于学生的固定存在物;

(2)课程是师生共同参与探求知识的过程;

(3)课程不仅是让学生积累知识的过程，而且是引导学生“发现”和“创新”知识的过程(当然，这里的发现、创新与科学家和学者的发现、创新是不同的);

(4)课程的目标不仅仅是停留于学生的认知发展，而应包括学生的认知、情(感)意(向)、审美、价值观等全面发展。从心理学角度来考察，传统的课程观主要依据行为主义心理学和认知心理学，主要关注并依赖学习者的认知品质和过程;而新的课程观则跳出了纯认知的范畴，强调和依赖学生的个性(情感、兴趣、态度等)的全面参与，即除了认知因素之外，学生的其他心理成分同样是课程设计与实施的重要因素。

三、对学校教学的新认识

自20世纪50年代以来，前苏联教育学家凯洛夫的教育理论不论是对我国教育的理论还是教育实践，都发生了巨大的影响。凯洛夫主编的《教育学》对“教学”所下的定义是：“教学过程一方面包括教师的活动(教)，同时也包括学生的活动(学)。”受这种观念的影响，我国教育界一直到现在都是在与其相同或类似的教学观指导下组织和实施教学活动的。这种教学观可称之为“传统教学观”。

传统教学观认为，教学就是教师以预先编定的教材为工具，把知识传授给学生的活动。教师的职责是“传授”(传道、授业)和“训练”，学生的职责是“接受”和“掌握”。知识和技能好比是“水”，是预先选择和设定的，是客观的、外在的、固定不变的东西;学生好比是一个“空桶”。教师的“教”就是把知识、技能之水一点点地灌进这些空桶里去(当然也讲究灌水的方法)，学生的学习过程就是等待教师把知识、技能之水装进自己的桶里来(至多是跟教师积极配合)。

那么，传统教学观有哪些特点呢?其一，教、学二分。也由此引出了谁是主体的长期争论。其二，“三个中心”，即：教师中心、教材中心、课堂中心。由此导致学生完全处于等待教师来灌输、塑造的被动的地位。其三，把教学等同于知识传授和技能训练，忽视学生综合能力的培养、主体素质的养成和个性的发展。其四，教师对学生的关系是单向的、居高临下的关系，教师是塑造者，学生是被塑造者。

在传统教学观的支配下，学校教学必然表现出种种弊端。对这些弊端的揭露与批判，已经有很多了，本文不拟重复。笔者在此仅对传统教学观支配下的教学环境的封闭性多说几句。因为笔者认为，教学环境的封闭性是传统教学的主要弊端之一，它对教学和学生的危害，至今尚未引起人们的重视。

康健等人对传统教学的封闭性做了很好的归纳和批判。他们指出，近代学校课程的历史局限性主要反映在4个方面。

(1)知识发展的封闭性：过于注重已有学科知识的传授;

(2)学科体系的封闭性：导致不同学科之间、理论与实际之间的被割裂;

(3)教学时间、空间的封闭性：使本应生动活泼的学习过程变成兴味索然的被动接受过程;

(4)教育目标的封闭性：使基础教育的功能单一化。

这几种封闭性叠加起来，就造成了一种严密封闭的教学环境。而这种严密封闭的环境使学校产生了极大的排斥力量，排斥那些不适应这种封闭性环境的学生，乃至把那些学生视为“差生”，并作为“废品”或“次品”，一批批地被“扔”出学校。这必然就偏离了学校教育的根本宗旨。

显然，新的知识形成观与传统教学观必然要发生冲突，也迫使我们必须探索新的教学观。新的教学观应该具有这样一些特征。其一，教学要着眼于学生的发展。其中当然包括知识和能力的发展，更应包括态度、价值观、情操、审美观念和生活品位的健康发展与个性的健康发展。其二，教和学应当合一。教学是教师和学生们通过相互交往而共同营造、共同参与的活动。教学是一个包括认识和交往实践两个方面的活动过程，是一个认识和交往实践统一的过程。其三，教师与学生的关系应当是一种新型的、双向的关系。在新教学观的指导下，教师与学生的关系既有通过教材这一中介而发生的间接关联，更应该有它们两者之间相互交往而发生的直接关联。因此，教学不应是一个纯粹的“教师教、学生学”的过程，师生关系不应是“给予”与“接受”的简单关系，更不是居高临下的塑造者对仰承恩惠的被塑造者的关系。

新的教学观认为，教学是通过教师与学生共同参与的认识活动，是学生增长知识、发展能力的活动，也是通过教师与学生之间、学生与学生之间的亲切交往，从而使学生在态度、价值观、审美观、生活品位和个性方面均能获得发展的一个教与学统一的过程。因而，“教学”在本质上是一个让学生在特定环境中，通过学习和交往，素质获得健康发展的过程。这里的素质，包含认知结构、情意结构、行为、习惯;包含知识水平、能力水平、价值观念、审美品位;包含科学精神、人文精神、创新精神。通过教学过程，促使学生自主地形成稳定的、基本的、内在的优秀品质，成长为身心健康的人，道德、情操高尚的人，掌握了一定知识、技能并善于学习、勇于创新的人，养成良好生活方式、生活态度、生活习惯的人，能融洽地进入社会并为社会作出自己特有贡献的人。

新的教学观摒弃了传统知识形成观的陈腐观念，吸取了新知识形成观的营养;认为知识不是纯粹反映的产物，不是纯粹客观性的，不是纯粹普遍性的;应当重视学生个人的经历和体验在教学中的重要作用，重视情感和意向因素对教学过程的重大影响;必须打破传统教学的封闭性，营造一种新型的开放的教学环境。这就是新教学观的核心。

四、用新知识形成观指导教学改革

新的知识形成观通过对课程观、教学观的逐步渗入，正影响着当前教学改革的方向。我们应该更自觉地遵循新的知识形成观、新课程观、新教学观展现的方向实施教学改革、组织教学活动，应当着意把握住新观念的核心内容。用新知识形成观指导现实中的教学改革，就需要根据具体情况来选择和设计改革方案，并在具体的教学改革实践中，通过以下特定的形式或方式来贯彻、落实。

提倡“情境教学” 新的教学观主张重视学生个人的经历和体验在教学中的重要作用，重视情感和意向因素对教学过程的重大影响，因而强调要营造一种情境交融的教学环境。许多教师在自己的教学实践中创造了很多很好的办法来营造这样一种教学环境。虽然具体情况各有特色，但其核心要素是一致的，即具有情境交融的特点。人们把这些行之有效的教学方式称之为“情境教学”。情境教学的特点是：教学内容形象生动，注重调动学生情感、营造学生参与氛围、引导学生自主发现。总之，把学生的认知活动与情感活动结合起来，把学习活动与师生之间、学生与学生之间交往实践活动结合起来。

重视“实践教学” 新的教学观强调重视实践教学。实践教学对学生素质的全面发展具有特殊作用。我们可以从3个方面把实践教学与课堂讲授作一比较说明。

其一，从学生“角色”的角度考察，实践教学具有单纯课堂讲授所没有的优势。在课堂讲授中，学生基本上只是个被动的接受者;而在实践教学中，学生在一定程度上是主动的探索者。因而，在实践教学的氛围中，比之课堂讲授的氛围，学生的主体精神更易于激发出来，学生的内在潜能也更易于激发出来。

其二，从教学“内容”的角度考察，实践教学也具有课堂讲授所没有的优势。在课堂讲授中，教学内容一般是某课程的基本概念、基本原理和基本素材之类，讲授方法偏重于分析、演绎;而在实践教学中，学习内容一般是综合性的，学生需要综合运用课程内容解决某个具体问题。这样，就把学生置于必须自主解决问题的情境中，使学生获得亲身体验的机会，有利于学生实现对教学内容的内化。

其三，从教学“过程”的角度考察，实践教学也具有课堂讲授所没有的优势：在课堂讲授中，只需要学生在老师的引导下积极思考(即动脑)就可，一般不要求学生动手操作;而在实践教学中，学生必须既动脑又动手。手脑并用，就给学生提供了发展自己能力尤其是创新能力的机会。

组织好“活动课程” 新的教学观特别倡导多组织和组织好“活动课程”。因为活动课程具有特殊的育人作用，主要表现在以下方面。

其一，活动课程有利于学生自主学习。学生在教学中居于何种地位，这是新教学观与传统教学观的本质区别之一。传统的学校教学以教师、教材、课堂为3个中心，使学生被迫处于一种封闭的环境中。课程是计划性的、指令性的，教学方法是批量式的、程序化的，这就使得学生在整个教学过程中失去了应有的主体性。而活动课程打破了教师、教材、课堂3个中心，把学生的主体性还给了学生，有利于学生自主地学习。

其二，活动课程有利于学生直接体验。传统教学过于强调学生对知识的接受而忽略了学生的直接体验，即注重结果而不注重过程。然而，学生只有通过对客观事物规律发现过程的亲身体验，即在学习过程中通过实践活动直接体验，才能真正理解教学内容，才能真正懂得学习的意义和价值，才能养成探索、追求真理的科学精神。

其三，活动课堂有利于学生个性养成。在人的个性中，最本质的东西是人格的独立性、自主的积极性和创造性。在当代这样一个科技、经济和社会迅速发展变化的时期，人的态度、精神、情感、价值观等，比知识、能力、技术更重要。因为知识可以通过传授而获得，然而态度、精神、情感、价值观却不可能依靠传授和训练来获得，只能在自主的实践中养成、在广泛的社会交往中形成。活动课程就提供了这样的有利条件。

总之，当代知识形成观发生的变革，有力地带动了学校课程观和教学观的变革。学校课程观和教学观的变革，又必将有力地促进学校教育的深刻变革。

参考文献：

[1]张华.课程与教学论.上海：上海教育出版社，.

[2]高峡，康健，丛立新，高洪源.活动课程的理论与实践.上海：上海科技教育出版社，1997.

[3]王红宇.新的知识观与课程观.比较教育研究，1995(4).

虚拟演播室技术的应用研究 篇6

【关键词】虚拟演播室；色键技术；摄像机跟踪技术

一、前言

随着数字化广播电视技术的发展，电视节目和教育资源的制作方式也发生了变化，虚拟演播室技术就是其中之一，它是对传统的电视演播室技术的重大变革。虚拟演播室技术也已成为当今电视技术的热点，虚拟演播室利用计算机技术生成三维运动的或静止的场景，成功地解决了前景与背景之间的透视关系、比例关系，使合成的图像有极佳的立体效果，可以达到以假乱真的地步。

二、虚拟演播室

虚拟演播室不仅能提供虚拟场景，还能让讲课教师走入（出）三维场景内，或者虚拟物体的后面。同样场景内的虚拟物体可运动到讲课教师的面前或周围，这一点和传统的色键抠像有很大的区别。虚拟演播室可以进行异地人物采访。利用外来的视频信号直接进入虚拟演播室系统，与现场主持人结合进行实时的、面对面的采访。在虚拟场景中，对虚拟物体（道具）的增加、删除、移位是很方便的（和三维建模软件有关），这为临时修改创意提供了极大的方便。不仅大大节约了演播室的制景经费，而且使演播室资源得到了更充分的利用。

三、虚拟演播室技术的发展及目前存在问题

虚拟演播室技术最初只是用于演播室节目的制作，但现在它的应用范围有了很大的扩展，出现了以虚拟演播室技术为基础的一些新技术，虚拟演播室的优势是显而易见的，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，因此可创作出更丰富更吸引人的节目另外。由于场景的制作修改保存等都在计算机上进行，因此可降低节目制作费用，但它的普及和推广仍有一定的难度虚拟系数机器价格昂贵。设备一次性投资很大，但从长远来看，这种技术不但能节约大量制作布景的投资，而且还能省掉布景和道具的存储空间和外景场地。虚拟演播室技术本身是一项不断发展不断改进的新技术具有旺盛的生命力，在日后的节目制作中它将进一步体现其优势，提高演播室的利用率。

四、虚拟演播室技术应用

在传统的演播室制作电视节目时，制作人员经常运用色键合成技术，将演播室中蓝色背景前主持人的图像叠加到另一个背景或活动视频上，创作出特殊的艺术效果。这种传统的抠像制作在电视制作领域得到广泛的应用，但它有一定的局限性，如叠加合成的节目画面缺乏景深和真实感。摄像机在摇移、变焦运动时叠加的背景画面并不随之变化，主持人好像浮在背景上，合成的画面使人感觉较生硬等。但在虚拟演播室系统中引入了虚拟现实技术中的信息交互技术，它将虚拟摄像机与真实摄像机锁定，摄像机拍摄的图像与电脑制作的虚拟场景完美结合。因此用计算机制作出来的三维背景可随真实摄像机的推拉摇移而产生正确的透视变化，使合成画面的真实性大为增加，接近实景中的拍摄效果。

虚拟演播室工作流程如下：

1.蓝色实景现场

虚拟演播室是色键抠像技术与电脑虚拟现实相结合的产物，它与传统演播室大不相同。它以计算机三维动画“虚拟”出的场景取代道具实景，摄像机所拍摄的现场已不是一般意义上的主讲教师或学员活动的地方，而是虚拟画面应用空间的组成部分，它的实际意义仅仅是空间场地尺寸的大小，现场所有布景全部由单一的蓝色所取代，以作为将来抠像的基准色，图像的前景是不同机位的摄像机拍摄到的主讲教师的画面素材，主持人所在的实景现场的全部蓝色区域将被合成到计算机三维动画生成的虚拟场景中。

2.摄像机跟踪技术

虚拟演播室中的一项关键技术是摄像机跟踪技术，即如何判断摄像机、被摄人物、“虚拟”背景之间的相对位置关系，使之实现“同步”。实现“同步”的关键是连续跟踪获得摄像机的运动参数，这些参数包括镜头运动参数、聚焦、变焦、光圈、机头运动参数，摇动及空间位置参数，移动位置参数等。目前成熟的跟踪技术主要有图形识别和以机械传感器为基础的跟踪系统两种方式，同时这也是虚拟演播室两大类别的主要区别。图形识别方式需要一个画有特殊网格的蓝色背景幕布，它将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器中进行处理。通过对该画面中网格固有的不同特性和透视关系进行计算，得出有关摄像机的运动参数，机械传感器则是通过安装在摄像机云台及镜头上的传感器获得有关摄像机的动作参数。这两种方式各有特点，图形识别方式的优点是对摄像机的数量和操作不加限制，可以配置多台摄像机并给予摄像师最大的操作自由度。缺点是要对所拍画面进行大量的数据计算会造成较大的延时。只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，这使被拍摄人物的活动范围受到一定的限制。为了精确跟踪计算，必须保持用于识别背景的网格始终清晰。这使得摄像机景深范围受到限制，无法拍摄特写镜头，由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求非常严格，而且要使用质量较高的色键控制器进行抠像。机械传感方式可以弥补图形识别方式的不足之处，但其最大缺点是摄像机拍摄时不能移动，位置必须固定每换一个位置都要重新进行定位调整。

3.计算机部分图形工作站硬件

虚拟演播室系统配备的计算机目前主要有两种：基于Unix系统的图形工作站和基于Windows NT系统平台的PC机，它像一个小型计算机网络，主机为网络中心，它是虚拟演播室的控制中心，是虚拟演播室节目制作的导控台。它除了调用和调整事先做好的三维虚拟场景，还负责向图形发生器传输图像数据及处理由摄像机跟踪器传来的摄像机运动数据。在这里，图形发生器扮演着十分重要的角色，它根据主机传来的摄像机运动数据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前景同步软件。目前三维建模和动画软件很多。主要有3DS Max、Maya，前者是做三维图形的通用软件，虚拟演播室软件在调用3DSMAX软件制作的背景时，应当采用3DSMAX底层来做开发。这样才能使虚拟演播室软件具有3DSMAX插件，才可以完整地调用3DSMAX制作的场景、三维动画。如果没有3DSMAX插件，在使用3DSMAX做完背景图调入到虚拟演播室软件中时，只有建模可以使用。贴图和动画要在自己开发的三维软件中重新去做，这会使操作变得非常繁琐复杂。

五、虚拟演播室技术的优越性

与传统的人工搭建的舞台或演播室相比。虚拟三维场景应用于演播室可以说是演播室技术的一次革命，不仅大大降低了制作成本，缩短了制作周期。更重要的是虚拟场景可随意设计、更改的特性极大地满足了电视创作的需要，它所具有的优越性是传统演播室制作无法比拟的。具有以下优势：

（1）创意自由

虚拟演播室产生的三维场景几乎不受限制，只要符合节目要求，创作人员就可任意想象、自由发挥，场景的大小、布局、材料、道具、动画等均可随意设定。现实世界中存在的或不存在的、常见的或稀有的都可以出现在节目中。这样的场景不受时间、空间、距离的限制，只要你有充分的想象力，就可以营造出独一无二的、具有创造力的场景。

（2）置景轻松

虚拟演播室制作场景比较简单，利用现有的多种三维动画软件。虚拟演播室可以制作出各种逼真乃至乱真的三维场景，制作人员不必花费大量的时间、精力去布置演播室，只需将计算机制作的二维或三维背景与摄像机拍摄的真实的演员完美地结合起来就可以制作出图像质量很高的节目。

（3）换景方便

虚拟演播室具有及时更换场景的能力，在考虑节目格局时，制作人员不受场景的限制，选择的余地比较大，背景是存储在磁盘里的。因此虚拟场景可在几分钟内更换，一天之内在同一演播室里可以录制几个不同的节目，同一节目也可以使用不同的演播室，场景转换方便快捷效率很高。

（4）节省空间

虚拟演播室可以在一个很小的蓝色背景演播室里演绎出极大的演播空间，计算机可随时增加演播室的大小，实现任意景别的透视关系的合成，因而突破了真实演播室的物理空间限制，也节省了存放道具的空间。

（5）减少费用

应用虚拟演播室系统。教学资源制作部门不需要高额的布景搭建费用，也不需要设备和维修费用，且多个场景可重复、循环使用，具有极高的性价比。

（6）升级方便

虚拟演播室基于计算机技术。而计算机的软件、硬件在不断地升级换代，因此虚拟演播室也可以根据需要随时更新软、硬件系统，以满足电视节目制作的要求。

六、结束语

虚拟演播室的优势是显而易见的，但它在技术和应用方面也存在一定的局限性，比如会因计算机的运算速度跟不上而被迫放弃一些复杂的背景等，但随着计算机技术的发展和计算机三维图像软件的开发，虚拟演播室技术必将不断完善。它将与真实演播室混合发展，为天津开放大学现代化远程教育精品课资源建设节目制作拓展更大的空间。

参考文献

[1]宋金龙.虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用[J].电视字幕特技与动画,2001,8.

[2]卢英锁.虚拟演播室[J].中国有线电视,2002,10.

[3]党东耀.当代广播电视技术[M].北京:中国广播电视出版社,2007.

基金项目“天津市教育科学十二五规划课题《终身学习体系中远程开放教育的作用与实现机制研究》（课题批准号：VE4066）”。

作者简介：赵晓元（1955—），男，大学本科，工程师，现供职于天津广播电视大学教学资源管理与建设处，研究方向：信息传媒技术。

我国应用虚拟农业技术 篇7

虚拟技术是一种基于计算机的创造模拟技术,它以计算机仿真技术为基础,综合了各个领域诞生的新技术,形成了一个综合的系统技术群。它的应用领域非常广泛,涉及产品的设计制造、建筑的设计开发以及医疗、环保、管理、娱乐和教学等方面,对这些领域的发展起到了不可估量的作用。

虚拟仪器技术是基于计算机由用户自己设计、定义组成仪器的技术。运用虚拟仪器技术,用户可以在计算机里设计或定义新的理论和新的算法来适应不同的测量需求。它突破了传统测量仪器的概念,在仪器的设计、制造与使用方法上进行了突破性的创新,不仅保持了传统仪器的功能,而且实现了传统仪器无法实现的许多功能,降低了仪器的维护费用,使仪器的功能和使用效率得到提高。

1虚拟制造技术与应用

虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)是实际制造过程在计算机上的映射, 即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在高性能计算机及高速网络的支持下,在计算机上群组协同工作,实时地、并行地模拟产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业生产的成本管理与控制。

虚拟制造技术的关键就是在计算机中建立起虚拟的生产环境:以产品为核心,并围绕产品进行设计建模、制造加工和生产管理等一系列的生产过程。产品开发的关键技术是在并行工程CE环境及企业范围内实现产品信息管理PM、计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM和计算机辅助工程CAE的集成以及快速原型制造RPM、VRT及国际互联网技术等。

虚拟制造技术是对真实加工制造过程的动态模拟仿真,通过对产品外形设计、加工及装配过程的模拟仿真以达到优化产品设计、加工工艺过程、产品制造环境配置和生产供给计划以及优化制造过程并改进生产系统的目的。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、质量测试、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前,通过运用建模工具、分析工具等软件工具,在虚拟环境中生成软产品原型以代替传统的硬样品进行产品分析试验,对其性能和可制造性进行预测和评价,从而可以及时地对产品模型进行修改和调整,对加工及装配进行修改,缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本,提高系统快速响应和适应市场变化的能力,使企业的生产能够迅速地与市场挂钩。

2虚拟仪器技术

虚拟仪器是美国NI公司在20世纪80年代中期提出来的,是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有很好发展前景的新一类电子仪器。它以计算机作为仪器统一的硬件平台,充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。它是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。

虚拟仪器技术实际上就是在测试系统或仪器设计中尽可能地以软件的形式代替硬件。虚拟仪器软件由应用程序和I/O接口仪器驱动程序两大部分构成。其中,应用程序包含实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义测试功能的流程图软件程序;I/O接口仪器驱动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。NI公司的LabVIEW是一款可视化的图形编程软件,它不仅提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的高级信号分析工具, 且还非常容易和各种数据采集硬件集成。它是计算机硬件、仪器测控硬件和用于数据分析及图形用户界面软件之间的有效结合, 具有测量精度高、重复性好、测量速度快及易于扩展等优点。

3虚拟仪器技术在虚拟制造上的应用

虚拟仪器技术可以方便地将硬件系统和软件系统集成在一起,大大地节省测试的时间和空间,提高工作效率,因此在测控系统开发方面具有强大的优势。如果将虚拟仪器技术广泛地应用于虚拟制造中,将对虚拟制造技术的发展提供强有力的支撑。虚拟仪器技术可以运用在以下两个方面:

3.1 测量系统的设计

利用LabVIEW高度可视化的特点可以对测量系统的前台面板进行有效的设计,主要是进行相应功能的编制,以实现对相关数据的采集、分析处理、输出、存储和显示。通过编程在计算机屏幕上生成一个与传统仪器面板相似的图形界面,用于显示测量的数据结果。在测量中用户可以通过鼠标对面板上的开关和按钮进行各种操作,并且可以输入事先计算好的数值进行模拟运算以便验证测量结果的准确性。通过选用LabVIEW的波形显示器控件,实现数值显示,并且加入理论计算功能,使得实际数据可以和理论数据进行对比,方便调整实际测量中的误差,同时加入数据保存控件并将所得的测量数据及时保存。测量系统面板设计见图1。

3.2 测量系统的远程控制

利用强大的网络进行远程控制可以为企业节省大量的空间和时间,虚拟仪器技术提供的远程控制技术可以为虚拟制造技术的发展提供重要的帮助。LabVIEW为方便远程用户的使用提供了相当强大的远程控制功能。利用远程面板(Remote Panels)技术,通过Web发布工具生成网页,并放在发布目录下,供客户端用户通过Web浏览器进行远程访问和控制,利用它可以使远程的用户通过通用的网络实时地掌握测试系统的情况并做出相应的操作。这样即使用户不在操作现场也可以很方便及时地掌握最新情况。测量系统的Web发布面板见图2。

LabVIEW除了上述的Web发布技术,还可以在本地机器上实现程序的远程动态控制。利用LabVIEW中的VI Server进行设置,设置的过程和参数见图3。VI Server的网络通讯使用TCP/IP协议,端口号为3363。

完成了VI Server的设置,利用图4的控制程序可以将远程计算机上的LabVIEW应用程序在本地机器上打开运行。利用Open Application Reference 函数,输入希望连接的远程计算机的地址,并将打开远程计算机上LabVIEW的参考号输入到Open VI Reference函数中。Open VI Reference函数的路径参数连接远程计算机测量系统VI的路径再调用程序,这样就可以在本地实现程序的远程控制。

4结束语

摘要：随着生产的发展,虚拟制造技术由于其能缩短企业产品的生产周期、提高产品质量、降低产品的生产成本、提高产品的市场竞争力而受到越来越多的重视。虚拟仪器技术是一种基于计算机的自动化测试仪器技术,是计算机技术和现代仪器技术相结合的产物,它实现了传统仪器测量理论和测量方法上的革命性突破,同时具有远程的可操控性,为虚拟制造提供了重要的支撑,是虚拟技术的一个重要组成部分。

关键词：虚拟制造,虚拟仪器,测试系统,远程控制

参考文献

[1]王志新,张华,黎永明.虚拟技术及其应用[J].上海理工大学学报,1998,20(1):50-55.

[2]李祎文,李建中.先进制造技术的应用发展趋势[J].矿山机械,2007,35(6):7-9.

[3]洪凯.现代虚拟制造技术及应用前景分析[J].大众科技,2006(8):74-75.

[4]张欣豫,卞树檀,谷立军.基于Web的虚拟仪器技术[J].现代电子技术,2004(22):57-64.

虚拟化技术介绍及虚拟应用环境实践 篇8

关键词：虚拟化技术,服务器虚拟化,Vmware,硬件资源利用率

1 引言

上世纪60年代IBM公司首先在昂贵的大型机系统上实现了虚拟化应用, 对硬件系统进行逻辑分区, 形成若干独立虚拟机, 提高硬件资源利用率。近年来随着x86处理器性能的提升和应用普及, 虚拟化这一技术被导入用户群更广泛的x86服务器平台。伴随着基于x86体系结构的服务器虚拟化技术的日益发展, 虚拟化技术的概念已经成为目前I T行业备受瞩目的焦点之一。服务器虚拟化技术能够很好地解决服务器和桌面应用部署日益增长所带来的I T基础架构费用和运作维护难题, 它体现在能够提升硬件资源利用率, 降低硬件采购和基础运维成本, 简化应用部署, 提高运维效率等方面上。服务器虚拟化技术将会对企业数据中心的部署和管理产生深远影响。

2 虚拟化技术概述

在计算领域, 虚拟化是一个宽泛的术语, 指的是对计算机资源的抽象。虚拟化对其用户, 不管是应用程序还是终端用户, 隐去了计算资源的物理特性, 呈现为一个物理的资源表现为多个虚拟资源, 或多个物理资源表现为一个单一的虚拟资源。也就是说虚拟化的对象是各种各样的计算资源, 经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了具体的硬件实现细节, 用户可以在虚拟化中实现真实计算环境中的部分或全部功能。

虚拟化技术常用的大致分类:

(1) 基础设备虚拟化。包括网络虚拟化、存储虚拟化等作为支撑计算环境的基础设施。网络虚拟化是指将网络的硬件和软件资源进行整合, 向用户提供虚拟网络连接的技术, 例如现在成熟的VLAN技术和VPN技术等。存储虚拟化是指为物理存储设备提供一个逻辑视图, 通过这个视图的统一逻辑接口来访问被整合的存储硬件资源的技术, 例如广泛使用的RAID技术、SAN、NAS技术等。

(2) 系统虚拟化技术。这里主要指服务器虚拟化, 它是被广泛接受和认识的一种虚拟化技术, 通过虚拟化可以实现操作系统和物理计算机的分离, 使得在一台物理计算机上可以同时安装和运行一个或多个虚拟的客户机操作系统 (Guest OS) 实例。在这种虚拟化技术的背后, 其核心是虚拟化平台 (Hypervisor) 的概念。虚拟化平台负责对虚拟机提供硬件资源抽象和虚拟机的管理, 为客户机操作系统提供虚拟硬件运行环境。根据虚拟化平台的运行方式, 又可分为寄宿型虚拟化和原生型虚拟化。寄宿型虚拟化的虚拟化平台表现形式为运行在宿主操作系统 (Host OS) 之上的应用程序, 利用宿主操作系统的功能来实际硬件资源的抽象和虚拟机的管理, 而原生型虚拟化的虚拟化平台表现形式则是直接运行在硬件平台之上, 不需要宿主操作系统的支持。

(3) 软件虚拟化技术。这类虚拟化技术主要包括应用虚拟化和高级语言虚拟化。应用虚拟化将应用程序和操作系统分离, 独立为应用程序提供了一个虚拟的运行时支撑环境。高级语言虚拟化则解决了可执行程序在不同体系结构计算机间迁移的问题, 典型的例子就是Java虚拟机的应用。

3 VMware虚拟化产品介绍

随着x86服务器虚拟化市场的日益发展, 众多厂商加入该领域, 包括VMware、Xen、Redhat、Microsoft等。作为x86虚拟化领域具有主导地位的厂家, VMware产品可以帮助用户实现虚拟化基础设施、整合资源、提高资源利用率、在降低运行维护成本的同时, 增强业务的灵活性、可用性和安全性。VM ware的虚拟化产品可以运行在Windows、Linux和Mac OS平台上。

目前V Mware主要有三条虚拟化产品线:数据中心产品主要面对企业服务器市场;桌面和应用产品面向企业桌面用户或个人用户以及虚拟化辅助管理产品。下面我们就对常用的VMare产品组件进行介绍。

(1) VMware ESX Server:是VMare公司最重要的企业级虚拟化平台产品, 也是VMare infrastructure虚拟化套件最重要的组成部分。它是数据中心虚拟化的基础, 能够整合数据中心的计算资源, 网络资源, 和存储资源, 并将它们动态地分配给虚拟机。ESX Server直接运行在服务器硬件裸机上, 不需要任何操作系统的支撑。比VMware Server的性能更好, 系统资源开销更小。

(2) VMware ESXi server:是免费的服务器虚拟化平台, 在保持ESC server功能的前提下, 对原有的虚拟化平台进行了缩减, 使得ESXi的安全性有所提高, 成为固件虚拟化平台合适的选择。ESXi上所运行的虚拟机性能接近于物理机的性能。

(3) VMware Server:也是免费的服务器虚拟化平台 (前身是GSX server) 。与ESX server不同, VMware server是作为一个应用程序安装在宿主操作系统Wi ndows或Linux上, 而虚拟机则运行在VMware server上。由于没有直接安装在物理机上, 因此VMware server的性能不如ESX server。

(3) VMware Work Station相当于个人版的虚拟化平台, 和VMware Server类似, 也是要安装在一个宿主操作系统下, 操作系统可以是Windows或Linux, 区别在于没有web远程管理和客户端管理功能。

(4) VMware Player也是一款免费的运行在Windows和Linux上的虚拟化软件应用程序。它本身不能创建和管理虚拟机, 但能够运行多种虚拟机, 这些虚拟机可以来自:VMwareworkstation、VMwarefusion、VMware server、VMware ESXserver。

(5) Vmware v Center server是一个可扩展的虚拟化平台管理工具集, 使用户能够对数据中心的数量庞大的物理机和虚拟机进行集成管理。

(6) VMware vCenter Converter是一款物理机到虚拟机转换 (P2V) 软件。可以将安装有Windows的物理机转换为VMw are格式的虚拟机。还可以在两个不同V Mw are平台之间进行虚拟机的转换。

4 虚拟化技术的应用实例

虚拟化技术除了具有在企业数据中心降低投资运营成本, 提高设备利用率, 减轻管理负担, 快速部署应用等优点外, 作为个人用户也能够在产品测试, 学习培训方面发挥着较大作用。在不具备物理硬件设备的情况下, 我们可以利用虚拟机技术进行软件功能测试和学习培训之用。

为了更直观地了解虚拟化技术, 下面通过利用VMware server1.0虚拟化软件在笔记本电脑上创建两台solaris10操作系统虚拟机, 并安装oracle10g数据库和Sun cluster3.2高可用性软件, 完成虚拟化环境下的模拟测试, 从一个侧面获得虚拟化技术给我们带来的体验。

4.1 虚拟化环境

(1) 笔记本硬件配置:

1台IBM X61笔记本 (Intel cpu 2.2 GHz、内存3 GB、硬盘空间250 GB)

(2) VMware虚拟机配置:

使用VMware server 1.0.10版本软件创建2台虚拟机;每台虚拟机1块本地硬盘、1块bridged模式网卡、2块host only模式网卡, 用于心跳线网卡;2块共享阵列硬盘。

(3) 虚拟客户机软件配置:

Solaris 10 U3 for x86、Sun Cluster3.2 for x86、Oracle 10g (10.2.0.1.0) for solaris x86

4.2 虚拟设备创建

按照VMware虚拟机创建向导来创建两台虚拟机。虚拟机类型选择Solaris1064bit, 每台虚拟机内存使用1GB、本地硬盘12 GB。

(1) 第一台虚拟机上创建2块共享硬盘:

VM-->Setting-->Hardware-->Add-->hard disk (scsi接口)

每块硬盘大小设置为8 G B。为了便于以后管理方便, 建议将共享盘创建在单独的目录中, 和虚拟机目录分开。通过选择“advanced”界面将两个共享盘的缺省scsci接口号修改为2.0、2.1。

(2) 第二台虚拟机上创建共享硬盘。

VM-->Setting-->Hardware-->Add-->harddisk-->use a existing virtual disk-->指定上述已创建的共享硬盘目录-->点击硬盘文件选择。

(3) 两台虚拟机上各添加两块host only网卡:

VM-->Setting-->Hardware-->Add-->ethernet adapter (host only类型)

(4) 修改两块共享盘的虚拟机配置。

修改2台虚拟机配置目录中后缀为.v m x的配置文件, 增加共享硬盘属性:

4.3 客户机操作系统安装

通过笔记本的光驱或硬盘中的ISO文件进行Solaris操作系统的安装。操作系统安装时, 建议选择最完全的软件包安装模式。2台虚拟机的Solaris系统要分别安装, 不要通过拷贝复制的方法产生另一台Solaris虚拟机, 否则Sun Cluster在DID设备识别方面会存在问题。

4.4 安装Sun Cluster软件和Oracle Agent包

在两台虚拟机node1和node2上安装Sun Cluster和agent软件。

root@sol10-1#./installer

大致的安装过程和应注意的安装选项:

选择部分安装方式, 只安装Sun cluster软件和Oracle agent。

选择稍后配置选项。

最后按照屏幕提示一步步完成安装, 并重启Solaris系统。

4.5 创建Sun Cluster群集

4.5.1 准备群集配置环境

在2台node上配置下列信息。

(1) 编辑/etc/hosts文件增加对端节点IP和应用服务IP。

(2) 在每个node上编辑/.rhosts文件, 设置对方为信任主机。

(3) 配置每个node的单网卡IPMP组:

node1主机的/etc/hostname.e1000g0文件:

sol10-1 netmask+broadcast+group ipmp1 up

node2主机的/etc/hostname.e1000g0文件:

sol10-2 netmask+broadcast+group ipmp1 up

(4) 确认两个node的/etc/name_to_major文件的did和md参数相同。

(5) 增加SC环境变量:

(6) 在/etc/vfstab文件中配置好/globaldevices文件系统。

4.5.2 创建Cluster群集架构

(1) 在node1上创建cluster群集。

root@sol1-1#scinstall

大致的安装过程和应注意的安装选项:

(2) 将node2安装加入cluster群集。

4.5.3 创建Quorum设备

只需在node1机器上完成下列操作。

(1) 选定quorum设备

(2) 为Cluster群集增加quorum设备

4.5.4 创建Cluster群集资源组

此时资源组中只包括device group、服务IP和文件系统。

4.6 安装和配置Oracle数据库

在两个node上设置oracle运行环境。

(1) 创建oracle组和用户

(2) 配置solaris10的系统内核参数。

(3) 设置oracle用户环境变量

(4) 安装oracle软件。建议将oracle软件安装在全局共享文件系统上, 这样的好处是不需要在两个节点上都安装oracle软件。

(5) 创建数据库和监听服务, 修改监听IP为服务IP地址。

(6) 创建Sun Cluster使用的数据库监控连接用户, 并赋予权限。

4.7 创建Cluster群集数据库资源和监听资源

只需在node1上完成操作。

(1) 创建数据库服务资源

(2) 创建数据库监听资源

(3) 激活数据库和监听服务资源

至此, 在虚拟机环境下我们完整地模拟了两台物理机的高可用性应用配置的过程。接下来的事情, 我们就可以进行各种各样的H A功能体验和培训学习了。

5 结语

近年来随着多核处理器、集群、网格甚至云计算的广泛部署, 虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现, 不仅降低了I T成本, 而且还增强了系统安全性和可靠性, 虚拟化的概念逐渐深入到人们日常的工作与生活中。本文对虚拟化技术进行了简单介绍, 并用一个完整的虚拟化应用实例, 从一个侧面体会了虚拟化技术的含义和应用前景。

参考文献

虚拟集群技术的应用分析 篇9

中国人民银行西宁中心支行 (以下简称“西宁中支”) 重要IT系统运行大多采用双机互备的方式, 该方式保证了系统的安全运行。但随着业务系统的日益增多, 现有机房难以容纳越来越多的服务器, 同时一个系统独占一台服务器的方式严重浪费了软硬件资源。为了充分整合现有的服务器设备, 提高服务器的使用效率, 建议开展虚拟集群项目。

二、虚拟集群

(一) 虚拟集群简介

虚拟技术就是将一台物理计算机虚拟成多台计算机, 安装多个不同的操作系统, 使其既同步又独立运行。使用虚拟机作服务器可提高机器的使用效率, 大幅节省硬件成本。虚拟集群就是虚拟化技术结合双机热备技术的一个应用方案, 即利用虚拟化技术实现对创建在不同物理机上的虚拟机之间的虚拟机热备方案。它不需要改变现有的系统架构, 更不需要系统迁移等高难度工作, 投资较少, 简单易行, 充分利用了现有资源, 在降低了成本的同时又达到了实际环境的要求, 做到最小成本的无间断服务。虚拟集群能够实现如下功能。

1. 服务器电源故障时, 能实现自动切换。

2. 服务器的硬盘、CPU或RAM发生故障时, 实现自动切换。

3. 网络连接发生故障时 (如网卡、网线故障) , 实现自动切换。

4. 操作系统、数据库或应用程序发生故障时, 应能实现自动切换。

5. 提供手动切换功能, 使系统管理员可以在主机负载过大时或其他适当的时实现手动切换。

6. 简便的维护操作、集群管理工具, 可进行跨平台远程管理与操作, 并且实现同时管理多个集群 (Windows与Linux) 状态, 完成集群配置信息的导入导出和离线编辑。

(二) 虚拟集群流程

1. 虚拟集群流程。

在裸机状态下安装 (VMware, ESXi) vspere 5.0软件, 然后新建虚拟机, 在虚拟机下安装业务系统的应用服务, 通过v Center Server集群管理软件来管理安装有vspere 5.0软件的服务器节点, 通过类似于KVM技术, 配置本地连接的显示器、键盘以及鼠标进行日常工作 (如图1所示) 。另外, 数据服务通过光纤交换机连接在存储陈列上。

2. 注意事项。

目前使用更高的ESX Server版本, 能在Windows, Liunx, Unix系统下实现业务系统虚拟集群;可以不使用FC交换机直接连接存储阵列, 但仍建议使用FC交换机, 因其能在宕机时使应用和服务在虚拟集群的结点之前实时转移;虚拟集群可使用磁带库技术来备份数据, 但从费用和管理方面考虑, 建议使用存储陈列。

(三) 集群下使用的技术介绍

集群 (cluster) 就是一组计算机, 它们作为一个整体向用户提供一组网络资源, 这些单个的计算机系统就是集群的节点 (node) 。一个理想的集群是用户从来不会意识到集群系统底层的节点, 在他们看来, 集群是一个系统而非多个计算机系统, 且集群系统的管理员可以随意增加和删改集群系统的节点。它保护的是用户的业务程序对外不间断提供应用服务, 而不是业务数据的高可用集群。

集群中节点可以根据不同的设置以不同的方式运行。在理想的2个节点的集群中, 2个服务器都同时处于活动状态, 也就是在2个节点上同时运行应用程序, 当1个节点出现故障时, 在出故障的节点上运行的应用程序就会转移到没有出现故障的服务器上。如此一来, 由于2个节点的工作由1个服务器承担, 自然会受到服务器的性能影响。

集群一般包括两类, 一类是纯粹应用服务器的集群, 各个应用服务器都访问统一的数据库服务器, 但彼此并不需要共享存储, 这种集群比较简单, 往往采取各个服务器同时提供服务的方式, 并且采用负载均衡技术。另一类是数据库服务器 (或其他需要访问存储数据的系统如Exchange, Notes) 的集群。

集群产品应用方面有两大类软件产品, 一类是双机软件 (HA) , 另一类则称作集群软件 (Cluster) 。

1. 集群软件。

集群软件除了支持双机工作外, 还可以支持多台服务器 (Multi Node) 工作, 同时部署多个应用, 并在多个服务器间灵活地设置接管策略。

在两种情况下需要使用集群软件:一是有超过2个应用 (文件传输、邮件传输、视频传输等) , 本身就需要部署3台或更多的服务器;二是只有2个应用, 但每个应用的负载均较大, 不宜采用双机互备的方式, 而是需要由第3台服务器来作为这2个应用的备机。

一般情况下, 集群软件具有更多的技术含量, 具备更高的可靠性, 价格往往 (平均到每台服务器) 也高于双机软件。

在选择产品时, 应根据应用的实际情况来确定。最理想的方式则是在应用数量少、负载不是很大时先使用双机软件, 然后在应用数量增多、负载增大时平滑过渡到集群软件。

集群系统主要分为高可用 (High Availability) 集群, 简称HA集群。较为常见的是2个节点做成的HA集群, 它有很多通俗的不科学的名称, 比如“双机热备”, “双机互备”, “双机”。这样做的好处是当服务启动时, 2台服务器一个作为主, 另一个作为从。测试机每几秒会ping主机, 当发现主机没有回应, 就证明主机宕机, 那么从机马上会启动相应的程序继续进行服务, 这样就可以保证服务的不间断。

2. 双机热备软件。

双机热备有2种典型的方式, 一种是比较标准的模式, 2台服务器通过一个共享的存储设备 (一般是共享的磁盘阵列或存储区域网SAN) , 并且安装双机软件实现双机热备, 称为共享方式。另一种方式是通过纯软件的方式, 一般称为纯软件方式或镜像方式 (Mirror) 。

对于共享方式, 数据库放在共享的存储设备上 (存储阵列、磁带库等) 。当一台服务器提供服务时, 可直接在存储设备上进行读写;而当系统切换后, 另一台服务器也同样读取该存储设备上的数据。

对于纯软件的方式, 通过镜像软件可将数据实时复制到另一台服务器上, 这样同样的数据就在2台服务器上各存在一份, 如果一台服务器出现故障, 可以及时切换到另一台服务器。

目前双机热备方案中大多采用纯软件的方式, 纯软件的方式有以下的优点:一是避免了磁盘阵列的单点故障:对于双机热备, 本身即是防范由于单个设备的故障导致服务中断, 但磁盘阵列恰恰又形成了一个新的单点。比如, 服务器的可靠系数是99.9%, 磁盘阵列的可靠系数是99.95%, 则纯软双机的可靠系数是1-99.9%×99.9%=99.99%, 而基于磁盘阵列的双机热备系统的可靠系数则会是略低于99.95%;二是节约投资.不需购买昂贵的磁盘阵列;三是不受距离的限制。2台服务器无需受到SCSI电缆的长度限制 (光纤通道的磁盘阵列也不受距离限制, 但投资会大得多) 。这样, 可以更灵活地部署服务器, 包括通过物理位置的距离提高安全性。

3. 心跳技术。

“心跳”, 指的是主从系统相互之间按照一定的时间间隔发送通信信号, 表明各自系统当前的运行状态。一旦“心跳”信号表明主机系统发生故障, 或者备用系统无法收到主机系统的“心跳”信号, 系统的高可用性管理软件则认为主机系统发生故障, 之后主机停止工作, 并将系统资源转移到备用系统上, 备用系统将替代主机发挥作用, 以保证网络服务运行不间断。

4. 双机、集群的配置模式。

一是主从模式:主从模式是最标准、最简单的双机热备, 即目前通常active/standby方式。它使用两台服务器, 一台作为主服务器 (Active) 运行应用系统来提供服务, 另一台作为备机, 安装完全一样的应用系统, 但处于待机状态 (standby) 。当active服务器出现故障时, 通过软件 (一般是通过心跳诊断) 将standby机器激活, 保证应用在短时间内完全恢复正常使用。二是互备模式:在双机热备的基础上, 2个相对独立的应用在2台机器同时运行, 但彼此均设为备机, 当某一台服务器出现故障时, 另一台服务器可以在短时间内将故障服务器的应用接管过来, 从而保证了应用的持续性。这种方式实际上是双机热备的一种应用, 它避免了2个应用使用4台服务器分别实现双机热备。但双机互备存在性能瓶颈, 即如果进行切换后, 在一台服务器上就有同时运行2个应用, 有可能负载过大。并且, 有些情况下会有不止2台服务器对外提供服务, 因此多点集群就显示出了其必要性。三是多点集群模式:多点集群可以理解为双机热备在技术上的提升。多机热备在技术上的提升、多机服务器可以组成一个集群, 根据其应用的实际情况, 可以灵活地在这些服务器上进行部署以及设置接管策略。比如, 可以由一台服务器作为其他所有服务器的备机, 也可以设置多重的接管关系等。这样可充分利用服务器的资源, 同时保证系统的高可用性。

三、建设虚拟集群应考虑的问题

(一) 明确应用的方式与要求

是双机方式还是多点集群?目前使用双机, 以后可否升级到集群?如果是双机, 是采用共享的存储设备, 还是采用基于镜像的纯软件方式?

(二) 了解清楚应用环境

使用什么操作系统?运行什么应用 (比如, 数据库的版本) ?使用什么服务器?使用什么存储设备?如果考虑纯软件方式, 则还要进一步了解清楚数据量的大小、数据写入的频率、应用的关键性与重要性。

(三) 在此基础上考虑以下因素, 选择相应的软件产品

产品是否能支持所要求的应用方式?产品是否能支持所使用的应用环境?产品的其他特性是否支持远程监控 (可以使你无需经常到机房才了解一台服务器是否宕机) ?界面语言 (对双机软件, 中文界面并不是非常重要, 但也是一个因素。同时, 是否有中文手册等则可能非常重要) 安装的难易程度。

(四) 需求软硬件产品

1. 虚拟化PC服务器, 见表1所列。

另外, 需要VMware客户端以及许可服务器均可通过使用现有PC或者服务器实现。

2. 虚拟化软件。

Lander Cluster集群软件:支持多点集群及双机, 远程监控, 支持Unix, ISCSI以及多数据库。

NEC Express Cluster集群软件:支持纯软件方式 (镜像) , 多点集群及双机, 远程监控。

Life Keeper集群软件:支持多点集群及双机。

Rose HA双机软件:双机热备、互备。

ESXServer集群软件:支持多点集群及双机。

3. SAN存储、NAS。

建议采购目前主流的IBM SAN存储DS 4700及DS 5100。对于虚拟化, 由于现在部分服务器和小型机已经有光纤卡 (1 G/2 G) , 因此采购DS 4700-70A即可满足需求。

存储容量需求大约8 T (32块300 G硬盘, 其中2块做热备盘, 其余做RAID 5) , 预留800 G作为是数据库空间, 剩余空间按照每个操作系统20 G划分足以支持现有应用系统。现有光纤存储DS 4300作为数据备份中转, 转储后刻录光盘。

虚拟现实技术及其应用 篇10

1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术(Virual Reality)也称VR技术，是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术以及人机接口技术等高新技术，生成三维逼真的虚拟环境。虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text)、图形(Graph)、图像(Image)、动画(Animation)、声音(Audio)、视频(Video)等不同信息为一体的人机交互系统，营造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景，促使人们脑、眼、手、口等多种器官接受刺激，使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉[1]。

虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text)、图形(Graph)、图像(Image)、动画(Animation)、声音(Audio)、视频(Video)等不同信息为一体的人机交互系统，营造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景，促使人们脑、眼、手、口等多种器官接受刺激，使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉[1]。

2 虚拟现实技术的分类

2.1 根据支持设备来分类[2]

沉浸式：除计算机的标准设备外，还要增加一些特殊的外部设备，如三维立体显示器、数字手套、操纵杆等，体验者可以感知视觉、触觉、嗅觉、味觉等多种信息。沉浸式虚拟现实技术可以营造一种较理想的虚拟现实环境，使体验者有如亲临其境的感觉，但是外加的设备昂贵，不利于推广使用。

非沉浸式：只使用计算机的标准设备，只能感受视觉与听觉，尽量使用软件去模拟接近较理想的虚拟现实环境。效果虽然不如沉浸式理想，但是经济、方便，便于推广使用。

2.2 根据漫游的方式来分类

自动漫游：由制作者在制作时设定漫游的路径，计算机根据这一事先设定的路径从相应的角度和方位去展示虚拟场景。自动漫游作品一般以视频文件提供，通过视频播放器播放，体验者除了操作播放器按键外，不能与虚拟场景有任何交互。

交互式漫游：与自动漫游最大的不同，就是漫游的路径由体验者通过鼠标、键盘或其他特殊设备进行操控，可以由体验者任意从不同的角度和方位去观看虚拟场景。交互式漫游作品一般以可执行文件提供，可以直接运行。

3 虚拟现实技术的特征

3.1 多感知性（Multi-Sensory)

所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。但由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

3.2 沉浸性（Immersion)

沉浸性也称临场感，指体验者感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使体验者难以分辨真假，全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，如同在现实世界中的感觉一样。

3.3 交互性（Interactivity)

交互性指体验者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。用户可以通过三维交互设备直接操纵计算机所给出的虚拟世界中的对象,虚拟世界中的对象也能够实时地做出相应的反应。

3.4 构想性（Imagination)

构想性指体验者从虚拟现实环境中得到感性和理性的认识，深化对概念的理解，主动获取新的信息，并产生新的想法，进而解决实际应用问题。

4 虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术的应用极为广泛，目前在娱乐、教育的应用占据主流，其次是军事、机械设计与制造，在建筑业的应用显示出广阔的前景。

4.1 娱乐游戏

通过虚拟现实技术创建的虚拟场景，使娱乐参与者有亲临其境的感觉，将自己作为娱乐主角的体验更加强烈，增强了娱乐的趣味性和难度。由于在娱乐方面对虚拟场景的真实感要求不是太高，因此，虚拟现实技术在娱乐方面的应用最为迅猛，虚拟现实技术也成为最理想的视频游戏工具。现在的绝大多数游戏都采用虚拟现实技术来设计。

4.2 教育培训

虚拟现实技术在教育行业的应用非常广泛，并且针对不同课程的特点，侧重点有所不同。

演示设备的工作过程。包括机械设备、电子设备在内的许多设备，其工作过程是看不见的，传统的教学挂图又难以立体、连续地展示其工作过程，比如发动机的工作过程、网络交换机的工作过程等等，通过虚拟的场景较真实再现设备的工作过程(如有必要还可以进行分解)，让学生更直观、形象地了解设备的结构和工作过程，进而理解设备的工作原理，可以达到实际实验难以实现的效果。

展示工程难以或不可展示的损坏现象。在各类工程施工中，都有因设计或施工不当引起施工事故的现象，而这些现象在实际教学中由于成本太高是不可能在实验室再现的，传统的方式只看录像资料，但是这种方式又不能将事故现象、过程与事故原因联动。应用虚拟现实技术，就可以将不同事故原因和不同的事故现象、过程直观的展示出来。

虚拟现实技术在教育行业的应用还有很多，如在医学教学上通过创建虚拟人体让学生更直观的了解人体的构造和功能;在机动车驾驶员培训中，可以利用虚拟驾驶室，让学习者进行驾驶机动车的启动、换档、加减油门、方向盘控制和刹车、停车等各种操作;等等。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，提高学生把握知识和技能的效率和积极性，达到优化教学过程、提高教学质量的目的。另一方面，将虚拟技术应用于教育，还可以节省成本、规避风险，打破空间、时间的限制[5]。

4.3 军事

利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。

4.4 机械设计与制造[4]

虚拟技术较早就应用机械设计与制造领域。

在机械设计方面，通过虚拟技术，建立整机或零部件模型，采用运动、动力等方法进行分析，以三维模型及动画的形式实现内整机或零部件设计开发的过程。这种设计模式，可使用户直接参与产品设计，身临其境地测试产品性能和真实感受产品的使用性能，实现全局优化和一次性开发成功的目的，能有效提高设计效率，缩短周期，降低成本。

在机械制造方面，应用虚拟现实技术实现内燃机整机或零部件制造全过程的优化，以达到整机或零部件的开发周期和成本最小化、设计质量最优化，生产效率的最大化的目的。

4.5 建筑

虚拟现实技术在建筑的处理，与上述的几个方面有所不同，一是建筑物(包括园林景观)的“面”很多，二是建筑(包括园林景观)各个“面”的材质非常复杂。因此，相比之下，在各个层面的应用，处理建筑的计算机性能要求更高，这也是虚拟技术较晚用于建筑行业的主要原因之一。近几年来，随着计算机硬件性能的提高，虚拟现实技术在建筑行业的应用得到推广。虚拟现实技术创建的建筑动画可以以一种新颖、独立的表现方面广泛应用在建筑的规划设计、建筑设计、装饰设计和房地产营销等阶段。

在规划设计中，通过建筑动画将规划区域展示在规划设计者、政府决策者、投资开发者和普通市民面前，让他们从不同的角度和方位去审视、欣赏，从更高的层面去完善规划设计。

在建筑设计，通过建筑动画，既可以观察建筑物的外观是否达到业主的要求，还可以看到拟建建筑和周围环境是否和谐相容，拟建建筑是和同周围的原有的建筑协调，以免造成建筑物建成后，破坏了所在区域的原有风格和合理布局。

在装饰设计中，设计师通过建筑动画，将设计方案呈现给客户，让客户能从整体、从细节去观看，能更充分地和设计师交流，表达他们的意图，并可以多方案切换，更好地满足客户的要求。

在房地产营销中，通过建筑动画建造拟建的楼盘，将未来的美妙蓝图提前变成眼前的现实。让客户通过鼠标操作，从不同的路径进入拟建楼盘的任意位置，对小区不同位置和不同房间的视野有亲临其境的体验，加深对楼盘的了解。

5 虚拟现实技术的发展应用展望

虚拟现实技术是20世纪末才兴起来的一门崭新综合性的信息技术，尚处于初创时期，远未达到成熟阶段。虽然在很多领域已经有着典型的应用实例，但如果要扩大应用面，普及到日常的计算机应用层面，还存在不少有待解决的问题。

首先，要解决软件的问题。一是通过研究高效的建模、渲染和动画(或互动)设置方法，开发出针对性系统平台软件，简化目前开发应用系统所涉及到的建模、渲染和动画(或互动)设置等环节的繁琐步骤，降低开发费用;二是建立足够多的模型库，以避免建模环节的人海战术，进一步降低成本，缩短开发周期，同时还使得虚拟环境与客观世界更一致，对其中种类繁多、构形复杂的信息做出准确、完备的描述。

其次，有待计算机硬件性能的提升。只有硬件性能的提高，才使得计算机系统有更强的三维图形处理能力，从而解决三维动画的实时图形显示问题(尤其是互动操作时要求更高)，以及虚拟环境再现的准确性问题。

可以预料，在不远的将来，虚拟现实技术的研究日臻完善，会有着广泛的发展前景，发挥的作用也将会越来越大。

参考文献

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