随着科学技术的迅猛发展，我们进入到了一个信息和技术多元化的时代，对于21世纪来说，在科学技术界，最具有发展潜力的计算机应用技术要堪称网络技术、多媒体技术以及本文中要探究的虚拟现实技术。虚拟现实（VirtualReality），其英文简称为VR，最早是在1989年由美国VPL公司创造的一个新词。虚拟现实技术主要是利用计算机生成的虚拟环境进行仿真和交互，因此在当今社会，人们对虚拟现实技术给予了高度的重视，并把其成为改变世界未来的重要技术，其地位仅次于互联网技术。近年来随着人们对虚拟现实技术的深入研究，其已经被广泛应用到多种领域，如教育、军事、建筑设计漫游、医疗以及产品设计等，并且为这些行业的发展带来了丰厚的经济效益和社会效益。
对于虚拟现实技术在虚拟校园中的应用也是近几年来的一个研究热点。众所周知，校园文化、学习氛围对教育的巨大影响及其作用。老师、同学、学友，教室、课堂，实验楼等等，校园的一草一木，每一次活动无不潜移默化地影响着我们每一个人，伴随我们健康、快乐的成长。从某种程度上来说，我们从校园中得到的收益远远超出书本所给予我们的。因此在网络技术的发展推动下，利用虚拟现实技术仿真我们的校园环境是社会发展一大亮点。
一、虚拟现实技术
（一）虚拟现实技术概述
虚拟现实技术（VirtualReality）是一种综合性的技术，在计算机领域来说，虚拟现实技术称得上是一项新技术，它是建立在多种科学技术的基础上，例如计算机图形技术、网络技术、多媒体技术、立体显示技术、传感与测量技术、微电子技术、人机交互技术以及仿真技术等多种技术，同时虚拟现实技术也包综合运用了如光学、数学、力学、机构运动学等各种学科。在虚拟现实技术的实际应用中，人们是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，从而为使用者提供关于触觉、视觉、听觉等多种感官的模拟，让使用者产生如同身历其境一般的感觉，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。因此虚拟现实技术的兴起，不仅为智能工程的发展提供了新的界面工具，加强了人机交互界面的发展速度，同时还提供了新的描述方法用于各类工程的大规模数据可视化方面。总的说来虚拟实现技术不仅已经对人们的生活产生极大影响，还是21世纪重要的发展学科。
（二）虚拟现实技术的三个主要特征
1.浸没感（Immersion）
浸没感又可以称为临场感，它是指当使用者身处在模拟环境中时，用户有一种主人翁的感觉，有真实的存在性。真正理想的虚拟环境，应该达到使用者无法分辨现实与虚拟的目标，用户在虚拟环境中不会有杂乱的思想，而能够全身心的投入到计算机技术创建的虚拟世界中去，要让使用者感觉到周围的一切都是真实的，要保证虚拟环境中所听到的、看到的、闻到的以及尝到的都感觉起来和真的一样，不会出现与现实生活中的差别。
2.交互性（Interactivity）
交互性是指使用者身处模拟环境时，其对环境内物体的可操作程度以及触摸这些物体时得到的自然反应程度。例如，当使用者去品尝模拟环境中的虚拟饭菜时，鼻子可以闻到饭菜的香味，嘴巴可以品尝到饭菜的味道。当使用者用手去直接抓模拟环境中虚拟的物体时，手会产生却是有握着东西的感觉，并且还可以明显感觉处物体的重量，当使用者手握东西而在空中移动时，被抓的物体也能立刻随之移动。
3.想象力（Imagination）
虚拟现实技术依据计算机三维建模技术，不仅可以真实再现我们生活中的场景，还可以具有广阔的可想象空间，能够不断拓宽人类的认知范围，可以随人们的意愿而构造出客观不存在环境，甚至是一些现实生活中根本不可能发生的环境，也就是说虚拟现实技术具有较强的想象力。
二、虚拟校园
虚拟现实技术利用计算机生成的三维空间，为人们建造一种虚拟环境，提供人与计算机进行交互的机会，这对于世界的未来发展来说，虚拟现实技术必然会给社会带来重大变革。随着虚拟现实技术被广泛应用于各个领域，极大改变了人们以前的惯，近年来将虚拟现实技术应用在虚拟校园中更是受到众多人的青睐，尤其是虚拟校园在现在很多高校的使用，例如北京大学、浙江大学、西北大学、上海交通大学、中国人民大学、西南交通大学等高校，都采用VR技术建设了虚拟校园，利用虚拟现实技术已经成为高校发展的一种趋势。
（一）虚拟校园概述
（二）虚拟校园建设方案
1.三维场景建模
2.实时漫游系统设计
实时漫游系统设计就是要对三维场景中实时漫游控制，这个实现过程主要是利用视景开发库和程序开发语言来完成的。在实时漫游时，我们可以借助虚拟现实建模语言（VRML语言）并结合Java语言、或通过Vega、Virtools等实现。其中虚拟现实建模语言（VirtualRealityModelingLanguage，VRML）是虚拟现实技术、Internet技术和多媒体技术这三种新技术的综合点。虚拟现实建模语言主要由Vega库和Lynx图形化用户接口组成，是一种可以开发的平台。在运用过程中时，通过Lynx的图形界面我们可以建立实时驱动中所必需的对象，例如：通道、场景、窗口等，还可以设定我们实时驱动时的对象初始化参数以及它们之间的相互关系。在程序运行过程中，我们可以利用Vega类函数来实现计算机与用户交互中的选择功能以及其他方面的特殊要求等。Virtools软件的功能非常多，而且很强大，首先其是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式例如2D图形或是音效、3D的模型等板块整合在一起;其次Virtools含有丰富的互动行为模块，可以对3D环境实现虚拟实景进行编辑，从而可以根据需要制作出许多具有不同用途的3D产品，例如我们常见的网际网络、建筑设计、教育训练、计算机游戏、交互式电视等。
三、结语
综上所述，如今虚拟现实技术依靠其巨大优势受到了我们人类的广泛认可与高度评价，在未来的发展中，虚拟现实技术还将会继续影响我们的生活，改变我们的思维方式，让我们对自己喜欢的现实生活场景可以长久的保留下来，并可以主动参与其中去构建心中所想的事物。因此虚拟现实技术必然会成为改变未来社会发展的一大科学技术。
参考文献
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关键词教育信息化；虚拟现实；教学方法；电气类课程
中图分类号：TP391.9文献标识码：B
在教育信息化大背景下，为了达到应用现代化的信息资源与技术手段来提高人才培养质量的目的，许多高校努力探究各种教学改革途径，进而产生出许多以教育信息化为指导的教学方法，最有代表性的有多媒体技术的应用、互联网资源共享平台的应用、构建主义学习理论在教学中的应用等，但这些都没有克服电气类课程专业性强、理论抽象、教学与现实相分离等特点给课堂教学带来的困难，如教学过程不够灵活、不够生动形象，学生学习兴趣不够强烈，理论无法联系实际等。建构主义认为“情境”的体验对学习者构建知识是非常必要的，而传统教学很难或者根本无法提供给学生这种真实的“情境”[1]。虚拟现实技术恰恰可以提供这种“情境”。
将虚拟现实技术应用于高校电气类课堂教学中，能够形象生动地表现教学内容，有效营造一个能够跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识技能的效率，实现课堂教学的情景化、兴趣化，达到优化教学过程、提高教学质量的目的。
1虚拟现实技术
虚拟现实技术充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术，提供一种实时的、三维的虚拟环境，这个虚拟世界是人工建造的，存在于计算机内部[3]。在这个虚拟环境中，能实时产生与真实环境相同的感觉，人们可以直接观察虚拟环境中物体的变化，并与虚拟环境中的物体之间进行自然的交互，这也就大大改进了人机交互的效果，同时体现了人机交互的一个发展要求。
虚拟现实技术的主要特征可概括为：1）实时交互性，即参与者可以对模拟环境进行一定程度的考察与操作；2）多感知性，即对于参与者的各种操作，虚拟系统可以产生相应的反应，供参与者观察或感知；3）存在感，指参与者感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度；4）自主性，指虚拟环境中物质动作的程度服从于自然规律或者遵循设计者想象的规律。这些特点总体上体现了虚拟现实技术能够真实地模拟现实情境的独特优越性，也是其得到快速推广应用的主要原因。
虚拟现实技术是多媒体技术发展的高级阶段，其人机交互方式得到重大改进，即人可以进入由计算机生成的虚拟环境中，与虚拟环境中的物体、事件进行交互作用，这种变革对使用者产生的影响是深远的。21世纪将是虚拟现实技术广泛应用的时代，教育教学领域应充分利用虚拟现实技术的优越性，为提高教学质量与效率服务。
2传统教学模式分析
创新人才的培养离不开教育的创新，除了教育观念创新和教学内容创新外，还包括教学方法、手段与模式的创新。随着信息技术、计算机技术以及教育教学理论的不断发展，在传统教育模式的基础上，不断涌现出多种现代化的教学模式。1）传统教学模式：形式死板，不足以激发学习兴趣，陈述知识面窄，授课效率低，理论不能联系实际。2）多媒体教学模式：文字表述过多，知识呈现抽象，不足以激发学习兴趣，授课普遍稍快，不利于消化，理论不能联系实际。3）网络教学模式：涉及知识面广，呈现形式多样化；对学生自主学习性要求较高，缺少教师指导，学习积极性不高；学习效率低、理论不能很好地联系实际。4）构建主义教学模式：是一种基于“情境”体验的知识构建的学习方法，而现实教学中很难提供这种真实的“情境”。5）基于虚拟现实技术的教学模式：脱开文字与静态原理图，动态地呈现整个工作过程，视觉感受强烈，有助于抽象知识的理解，激发学习兴趣。
可见，相比于传统教学模式，现代化的教学方式在内容、形式、手段上有了很大的突破，克服了传统教学的一些弊端，但普遍存在一个问题就是不能够提供一个“真实情境”来帮助学生进一步理解问题，理论难以联系实际。同时也带来另外一些问题，如对学生自主学习性要求较高，对教学条件的依赖性强等。虚拟现实技术正好能够解决“真实情境”的问题，同时由于在教师的指导下学习，便于管理学生，学习效率高，教学成本低。
3虚拟现实技术在教学中的应用
电气类课程课堂教学过程中，尤其需要改变传统的教育观念，摒弃那种“满堂灌”的教育观，给学生创造一个生动、有效的自主学习环境，才有助于理解抽象的理论性和专业性强的知识，进一步提高掌握实际技能的效率。这在很大程度上离不开技术的支持，而虚拟现实技术则可以满足这种需求，为学生提供很好的自主学习环境。可以说虚拟现实技术给教育领域注入新的生机和活力，由于它的诸多特点，为教育界开展教育创新提供了有益的帮助。
鉴于电气类专业的实际教学情况与自身的教学感受，结合学生对于传统课堂教学模式的反应，总结出目前急需进行教学改革的两个基本问题：1）对于理论性强的课程，文字表述过于繁琐且不利于理解，所配静态插图（原理图）不能说明整个动态的工作工程，不够形象直观；2）试验设备有限且较为单一化，大多数为验证性实验，对于理论知识的实际应用接触较少。上述问题也是目前普通高等院校工科类专业教学中普遍存在的，因而虚拟现实技术的应用将是非常必要的。下面以电气控制与PLC教学为例，说明具体的应用方法。
3.1虚拟动画演示
针对课堂教学内容的抽象性，可以利用虚拟现实技术制作模拟动画，实现对重点内容的工作原理、工作过程甚至整个系统的动作过程的动态模拟。相比于单一的文字陈述与静态的工作原理框图，模拟动画具有缤纷清晰的动态画面，人机交互的动态参数修改操作的特点，它能够帮助学生进一步理解某一内容或系统的工作原理、性能特点，进而牢固掌握所涉及的知识。此外，这种脱离单一文字的动态画面式教学模式还有助于激发学生的学习兴趣，树立良好的整体学风。在实际教学过程中这种虚拟动画可以重复播放、不断改进，达到节约成本、多次使用、轻松教学的效果。此方法在电气控制与PLC课程教学中已有使用，教学效果良好。图1为干簧式水位开关工作原理动画演示过程截图。
3.2虚拟实验系统的建立
电气控制与PLC课程教学中，PLC的编程思想是靠大量的实验项目训练出来的，在实验资源较少的情况下，建立虚拟实验室供学生练习是非常必要的。虚拟实验其近乎真实的实验环境比纯粹的软件仿真更为真实，便于学生理解。图2为混合溶液PLC自动控制虚拟实验界面。
4总结
随着信息时代的到来，虚拟现实技术具有广阔的应用前景，特别是在教育领域中的应用更是处于起步阶段，具有较大的挖掘潜力。本文初步探究了虚拟现实技术在独立院校电气类课程教学改革中的应用，以电气控制与PLC课程为例，提出几点具体的应用措施，其方法也在实践教学过程中初步实施，取得良好的效果。但由于所掌握的技术的不成熟与实际条件的限制，所提出的方案没有得到全方位的开发，所取得的效果不是非常突出，还需要以后进一步的研究与完善。
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关键词：虚拟现实技术；汽修；信息化
随着网络通信和互联网技术的日益普及，高等职业教育信息化也成为发展的必然趋势，越来越多新兴的信息化教学手段应用于高职教育。目前，信息化教育模式有以多媒体为媒介的幻灯片、视频、语音等传统视听教学系统，有以网络通信为主的远程面对面授课系统，有以互联网技术为主的在线网络课堂教学模式，有以新兴的移动互联网为主的掌上课堂教学模式，也有以虚拟仿真技术模拟现实教学系统等等。当前的信息化教育模式已由传统的音响媒介阶段向网络信息化、通讯多元化、媒体多元化方向转变，因此，新兴的信息化教学模式应用于高职汽修专业也成为必然要求。基于智能终端设备的迅猛发展，起源于上世纪八、九十年代的虚拟现实（VR）技术也在教育领域有了广泛的应用，并逐渐在汽车维修专业教学中开始使用[1]。
所谓的虚拟现实技术是指采用计算机图形技术、仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感技术等生成一种模拟真实世界中人类主观构造的环境以及可见和不可见的环境，用户借助特殊的输入输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然的交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受。
一、传统汽修教学存在的问题
1.实训设备费用高昂，校方难以及时更新
随着科技的飞速发展，汽车行业日新月异，各种发动机电控系统、底盘控制系统新技术层出不穷，汽车维修专业设备仪器费用昂贵且更新较快，动辄几万甚至几十万的实训设备，学校一次采购以后往往要使用十几年甚至几十年，因此会出现学校培养与社会需求专业人才技能脱节的现象，所以要求学校层面要对更新实训仪器有足够的经费支撑，而目前所有高职院校所面临的状况是教育经费投入的不足[2]。
2.实训场地受限，多种汽修设备无法安装
基于汽修专业的特殊性，实训教学中往往需要购置体积较为庞大的仪器如车架大梁校正仪、整车涂装室等专业设备，这会使原本就紧张的教学用房雪上加霜，导致许多实训项目无法进行，或者只能由教师进行视频播放教学，这与高职院校汽修专业工学结合、理实一体的教学模式发展趋势相背离。
3.实训设备操作不熟练，可能造成设备损坏或导致危险
学生实训过程中，由于都是初次接触操作，容易发生安全事故或损坏实训设备，导致学校在安全保障和设备维护方面加大经费投入。同时，基于学生和设备安全方面的考虑，老师会对某些实训项目进行简化或干脆取消，导致正常的实教学产生较大的局限性。
4.汽修专业部分课程讲授局限性较大
基于实训设备的局限性，部分课程如汽车自动变速器的换档液压控制过程、液力变矩器工作原理、发动机各传感器内部的工作原理、汽车电气系统工作过程等知识点难以用传统教学方法如PPT、视频演示等讲授清楚，学生很难获得感官上的认知，难以掌握抽象的原理性知识。
5.传统教学方式较为枯燥
传统的汽车维修教学方法，理论讲授基本都是“填鸭式”教学，内容枯燥乏味，缺乏与学生的互动性，实训讲授也受场地、设备等条件所限往往“空讲”、“演示”居多，动手偏少，教师缺乏对学生的吸引力，学生缺乏上课的趣味性，经常出现教师讲课与学生听讲不在同一频道上，玩手机、睡觉现象增多，课堂管理困难[3]。
二、汽修专业虚拟仿真教学的特点
1.直观性：能够直观、立体的观察汽车零部件的工作原理，能够全方位了解汽车修理的操作步骤、工艺以及故障诊断流程。
2.全面性：可以完成传统实训设备无法完成的试验，可以模拟汽车在各种工况下可能出现的故障，因而可以了解汽修过程中遇到的各种疑难杂症。
3.交互性：基于VR的特点，可以通过外部操作设备如鼠标、键盘等完成虚拟汽车整车的拆装与维修工作。
4.安全性：利用操作设备进行模拟操作，避免了实训过程中的安全隐患。
5.趣味性：实现学生身临其境的感觉，互动性增强，最大限度激发学习者兴趣。
6.经济性：虚拟设备取代实训台架，大大节约教育经费。
7.便捷性：可以利用互联网进行资料查询、数据参数的实时反馈。
三、虚拟现实技术在汽修专业教学中的应用
1.在汽车维修专业理论授课中的应用
传统的授课方法中，教师仅仅利用多媒体及实训台架进行知识讲授，这种方式有较大的局限性，比如发动机内部的构造及工作原理无法动态展示，尤其是汽车电子方面的工作原理、电控系统的控制流程等知识更加晦涩难懂。可以利用虚拟现实技术通过计算机创建一个虚拟存在但与现实工作情境完全一致的模型，通过人机交互操作了解和学习汽车各零部件的工作过程[4]。
我们以自动变速器的工作过程为例说明VR在理论授课中的应用。液力变矩器中泵轮、导轮、涡轮三者的相互作用，液压油的流向以及变矩的过程是仅仅依靠演示文稿与视频讲解比较困难，此时可以通过VR软件创建一个液力变矩器模型，学生可以从各种角度观察三元件的结构形式及液压油涡流、环流的形成过程，同时又可以将扭矩的增大过程浅显易懂地表达出来。同样，行星齿轮机构、湿式多片离合器也可通过VR展示其内部的结构、工作过程。通过VR的增强展示，学生会对本知识点有多方位的感官认知，理解更加透彻，大大提升了学习效率。
此外，利用虚拟仿真授课的过程中，VR软件能对学生的操作流程进行跟踪记录，教师会有针对性的对学生易犯错的地方进行教学指导，并有针对性的提出教学改进方案，这样使得理论教学更有目的性。同时，VR软件的使用也给教师在课堂管理、学生平时表现的记录上提供了一种简单便捷的途径。
2.在汽车维修专业实训授课中的应用
（1）汽车维护保养中的应用
（2）驾驶培训中的应用
（3）汽车综合故障诊断中的应用
利用VR软件进行汽车故障虚拟设定，从而进行综合故障诊断教学与考核也是虚拟现实在汽车维修上的重要应用方式之一。例如讲授“汽车发动机起动困难故障诊断排除”这一知识点时，利用开发的VR软件模拟整车的起动工况，并设置故障点，通过穿戴设备了解并掌握发动机起动过程中油路、气路、电路、点火等各系统的工作过程，分析各环节对于起动过程的影响，并通过虚拟软件记录预判的故障点，这样可以强化知R的预习过程，然后配合教师的多媒体讲解及分析，进一步加深学生对于知识点的掌握程度。实训过程中教师可以操作软件设置任意故障如切断油路、拔掉空气流量计、起动机不转等，学生通过之前的预习以及听课过程能独立操作软件完成故障的排除，实现发动机虚拟状态下正常起动。
以上仅仅为VR技术在故障诊断应用中的一例，诸如发动机不良、变速器故障、制动失效、转向不灵等故障诊断中亦可以使用以上方法完成理论和实训教学过程。通过以上学习方法，学生可以反复练习，并可进行一些探索性操作，从而熟练掌握维修技能，提高学生的创造力，同时，在虚拟操作过程中可以避免整车维修的危险性和拆装过程中的无效操作，将有效的课堂学时用在汽车故障诊断排除这一教学核心上。
（4）汽车试验中的应用
VR技术软件能完成汽车道路试验、碰撞试验、侧滑及转向试验、动力及底盘性能试验等各种工况的模拟，学生在软件中选定汽车模型，输入试验所需的各种可变参数如车重、轴距、车轮定位参数等，配合人机交互及穿戴设备模拟整车的试验工况，计算机根据各参数计算分析整车的动力学与运动学等方面的性能，并将试验结果反馈到输出设备，给出驾驶者直接的感官体验，让学生对于汽车的各种性能有立体化的感受。同时，对汽车试验各参数进行修正，进行重复性操作，可以针对不同的试验参数评价不同工况下汽车的性能，最终获得汽车在何种参数及工况下性能最佳，有效降低了试验损耗。
四、虚拟现实技术教学存在的问题
1.VR技术本身的不足
VR技术终归是关于计算机和人之间的通信互联技术，只能对教学活动起到辅助作用，不能完全取代传统的教学方式，模拟情境与真实情境之间总是存在一定的差异，例如VR技术无法提供汽修过程中的拆装手感、驾驶学习中的路面对汽车的冲击晃动感觉，嗅觉、听觉、触觉经验在汽修中所起的作用也是VR技术无法实现的。另外，虚拟操作虽然可以避免安全事故发生，但无法培养学生操作过程中的“安全手感”，不能让学生养成遵守操作规范的习惯，不利于未来职业素质的养成。因此，要正确处理虚拟教学与真实教学的关系，以传统教学方式为主，辅以现代的科技手段，让汽修专业教学达到事半功倍的效果[6]。
2.对汽修专业教师要求更高
VR技术是一种更高层次的多媒体技术，因此对汽修专业课老师的计算机水平有着较高的要求，而目前多数高职院校的现状是有汽修经验的老教师教学信息化水平较低，而新引进的青年教师实训经验又不足，因此需要建立“以老带新”、“新老帮扶”，并辅以新多媒体技术软件开发及应用的职业技能培训体系。VR技术走进课堂更是对传统教学方式的一种“颠覆”，而“一只粉笔一本书”的教学方法已在高校教师中根深蒂固，突然变革教学方式，如何让教师接受并平稳过渡也是教学改革的问题之一。
3.学生自主学习空间过大，课堂管理难度加大
4.设备购置及后期维护问题
前期购置VR教学设备费用较为昂贵，一套沉浸式VR装置包括计算机、工作站、穿戴设备等大概需要30万元，目前高职院校办学经费普遍较低，无力承担多套实训设备的购置费用，而且后续的升级、维护工作也需要大量的经费支持。目前普遍存在高校对设备管理维护不到位导致部分教学工作无法开展，实训设备利用率低的问题，投入大量资金购买的VR设备如何能保证持续有效地投入到课堂当中，也是提高教学质量的问题之一。
五、结语
虚拟现实技术虽然在教育方面的应用处于起步阶段，但是在高校教育尤其是汽修实训教学中体现出的优势较为明显，解决了传统教学中遇到的教学资源紧张、安全性等难题，有利于提高学生的创新性以及团队协助能力，将枯燥的实车维修实训变为互动、启发、探索学习型实训，使计算机变成实训台架，互联网变成实训室，完成传统教学方式的转型升级。同时，虚拟技术的特点也决定了其存在缺陷，因此需要将传统教学方式与之相结合，使两者相辅相成。在未来的高校汽修专业教学中，信息化手段多样化成为必然趋势，VR技术作为信息化手段之一，它的应用前景也将非常广阔。
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摘要：随着制造业规模化、自动化及复杂化程度的加深，虚拟制造技术应运而生，它是现代科学技术与生产技术发展的产物，它的主要作用是通过计算机虚拟模型来模拟产品的制造过程，进而对产品性能进行预测、检测和评价。本文首先对虚拟制造技术的内涵及关键技术进行分析，然后进一步展望了虚拟制造技术在钢管行业应用的前景。
关键词：虚拟制造钢管行业仿真
虚拟制造技术是20世纪80年代首先由美国提出的一个新概念，它的作用主要体现在制造系统正式运行之前对其进行评估和预测，对产品的开发、制造、营销及回收进行监控及协调。随着社会经济的发展，钢管行业也逐渐融入世界市场，面临着来自世界市场的竞争压力，虚拟制造技术在钢管行业的应用将会给钢管行业带来新的机遇和调整。
一、虚拟制造的内涵
先进的信息技术、仿真技术和计算机技术是虚拟制造的基础，其工作思想正是依靠这些技术在产品的设计阶段对制造活动中的人物、信息及具体过程进行全面的仿真，以便对制造过程进行有效的评估及预测，并在正式运行之前发现可能存在的问题并采取防范补救措施，最终目的是提高生产效率，降低企业成本，缩短企业的生产周期，进而提高企业的整体竞争力。
1.虚拟制造设计中心：为虚拟设计、虚拟制造向设计者提供各种工具，以便设计出符合标准的产品模型。2.虚拟制造加工中心：研究开发产品制造过程模型和环境模型，对产品的生产计划和工艺规划进行可行性评估。3.虚拟制造控制中心：对产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略进行评价。
二、虚拟制造技术的关键技术
1.建模技术。虚拟制造系统的建模是生产模型、产品模型、工艺模型的信息系统。生产模型是在加工过程中，各类实体对象模型的集合，它可以分为静态描述和动态描述两方面，静态描述即对系统的生产能力和市场特征的描述，动态描述则是在静态描述的基础上对产品生产的全过程进行预测。产品模型包括毛坯、中期产品模型、目标产品模型，完备的产品模型是产品实施过程中全部活动集成的保证。工艺模型是将工艺参数与产品设计数学结合起来，它反应了生产模型和产品模型之间的交互作用。
2.仿真技术。仿真技术就是对复杂的现实系统进行“仿真”，依靠计算机对现实系统进行抽象和简化并形成仿真模型并运行该模型，得到一系列统计数据。产品仿真和加工过程仿真是产品制造过程仿真的核心，产品仿真就是在产品设计和生产的上游反馈和评估设计结果，加工过程仿真包括切削过程仿真、装配过程仿真和检验过程仿真等。
3.虚拟现实技术。虚拟现实技术营造的是一种动态的虚拟环境，人可以借助一定的借口进入到该虚拟环境，参与和操纵该环境中的仿真物理模型，并且能够和过去的、未来的甚至虚拟的人物进行交互，这种动态的交互需要更多的技术及设备支持。在生存过程中使用这种虚拟现实技术，使得人从主观上对虚拟产品和制造过程产生存在感，加深人们对虚拟过程的正确理解和直观感受。
三、虚拟制造技术在钢管行业的应用展望
3.虚拟制造技术在冷拔钢管生产中的应用。虚拟制造技术在冷拔钢管生产中的应用主要体现在为钢管的无芯棒拔制生产过程进行建模仿真。为解决金属在变形过程中因纵向延伸和横向流动所导致的管壁内层金属流动不均匀等问题，引入虚拟制造技术可以进行总体协调、动态优化，也可以对材料硬度、弯曲回弹、轮廓尺寸等问题进行仿真模拟。通过计算机模拟的这个模型，可以及时调整各项参数，减少失误与浪费。
四、总结
虚拟制造技术的运用需要结合多学科、多领域的知识，它的使用离不开制造技术与仿真技术，它涉及到仿真、虚拟现实、数据继承、优化等多个领域，可见虚拟制造技术在未来还有很大的扩展空间和发展前景，尤其是在钢管行业中的应用潜力巨大，相信在未来会给钢管行业的设计与制造带来新的革命。
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关键词：增强现实；双目立体视觉；人机交互
中图分类号：TP391.9文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2012.02.004
引言
增强现实（augmentedreality，AR）技术是在虚拟现实（virtualreality，VR）技术上发展起来的一门新兴技术，由于其广泛的应用背景，因此吸引了国内外众多科研人员加入研究，成为近年来的一个研究热点。增强现实技术涉及到仿真技术、计算机图形技术（computergraphics，CG）、图像处理技术、交互技术及传感器技术等领域，是一项综合性十分强的研究领域[1]。与虚拟现实技术将用户隔离在真实世界之外不同的是，当用户在真实世界中的位置发生变化时，虚拟信息也随之相应变化，虚拟信息与真实环境完美结
合，既避免了构建复杂真实环境的大量繁琐工作，又可对真实环境进行变动，具有很强的实时可控性，
达到了亦真亦幻的效果。正是由于增强现实与真实环境紧密联系的特性，使得增强现实技术在精密仪器
制造、医疗研究、市政规划、文物保护、影视娱乐、军事训练、装备维修等领域得到了广泛的应用。
在研究工作中搭建了一套基于增强现实的维修系统，利用增强现实良好的虚实场景结合以及人机交互功能，通过计算机视觉技术、图像识别技术以及建模仿真等技术，使该系统能够完成图像采集、立体实时显示、三维注册以及虚实融合等功能，改善了传统意义上的人工维修带来的培训成本高、效率低下等问题，较之虚拟维修也更为真实可靠。表1为增强现实维修与虚拟维修的比较表。下面将详细介绍该系统的开发环境和实现过程。
4结论
利用双目视觉技术、增强现实技术搭建了一个增强现实维修系统。在以ARToolKit等软件为工具的基础上，根据增强现实维修的特点和硬件系统的要求，相对其他单目摄像机增强现实系统做了如下改进工作：
（1）将原一路摄像机采集景物图像、图像识别、三维注册、虚实配准等增强现实过程变为了两路立体景物图像采集及相应增强现实过程。方法是利用双线程控制双摄像机完成图像采集和相应的增强现实过程，并将虚实融合的图像按照一定格式，分别存在缓存的不同地址，最后显示立体图像。
（2）ARToolKit模型调用支持VRML97语言描述的虚拟场景机模型，通过试验，找到了通过3DSMAX构建虚拟维修模型，并将其转换为VRML97格式虚拟模型的方法。所以虚拟维修电子数据库的建立是通过3DSMAX来完成的，包括虚拟物体的零部件的模型、贴图、动画等。
由于增强现实的虚实结合的独特性，在维修装配等领域具有很大的发展潜力和应用前景。而其它技术领域如计算机图形学、多媒体、人工智能等的不断发展和完善，也为增强现实技术提供了新的应用领域和发展空间。
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