第一篇：先進(jìn)復(fù)合材料的CAE虛擬技術(shù)

先進(jìn)復(fù)合材料的CAE虛擬技術(shù)(CAE Virtual Technology for Advanced Composites)

益小蘇 李宏運 航空制造技術(shù)

國際先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)目前的發(fā)展更傾向于利用虛擬的設(shè)計-制造-驗證一體化環(huán)境，將真實的設(shè)計、制造、材料、驗證、應(yīng)用乃至維修和全壽命管理等諸多環(huán)節(jié)統(tǒng)一起來，從而最大限度地縮短新品研制周期，降低研制成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，在這個過程中，CAE技術(shù)已成為國防工業(yè)創(chuàng)新設(shè)計以及數(shù)字化設(shè)計、制造技術(shù)的核心之一。

以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為代表的先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)起源于國防領(lǐng)域，同樣，計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)也起源于國防領(lǐng)域。在我國，航空先進(jìn)復(fù)合材料已有近30年的發(fā)展歷史，這也恰是CAE技術(shù)在我國航空工業(yè)的應(yīng)用歷史?？梢姡冗M(jìn)復(fù)合材料技術(shù)與CAE技術(shù)有著天然的內(nèi)在聯(lián)系，事實上，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系就是材料工程數(shù)據(jù)體系。

先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

復(fù)合材料技術(shù)是一項具有戰(zhàn)略意義的國防關(guān)鍵技術(shù)，在一定程度上，先進(jìn)復(fù)合材料的研究水平和應(yīng)用程度是一個國家科技發(fā)展水平的代表，特別是在飛機(jī)制造業(yè)，各種先進(jìn)的飛機(jī)無不與先進(jìn)的材料技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。以武裝直升機(jī)為例，復(fù)合材料在先進(jìn)武裝直升機(jī)上的用量已高達(dá)50%（重量比）左右，復(fù)合材料應(yīng)用的部位已從整流罩、地板、整體壁板等次承力結(jié)構(gòu)向旋翼、框、梁等主承力結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，其典型代表有NH-90、波音-360、V-

22、RAH-66等機(jī)型。

隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用比例的加大，在復(fù)合材料制造領(lǐng)域，先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)和計算機(jī)輔助工程技術(shù)等得到了廣泛應(yīng)用。鋪層、下料、浸漬、成型、固化等工序的模擬技術(shù)和CAD/CAM/CAE技術(shù)的運用，大大降低了開發(fā)制造成本，提高了開發(fā)和制造效率。如今復(fù)合材料的制造技術(shù)正朝著自動化、低成本、整體化、數(shù)字化的方向發(fā)展。

在我國，復(fù)合材料技術(shù)還沒有達(dá)到數(shù)字化設(shè)計和制造的程度。目前，我國國防工業(yè)復(fù)合材料產(chǎn)品的生產(chǎn)主要采用傳統(tǒng)的設(shè)計和制造技術(shù)，與國外先進(jìn)水平有很大的差距，而其中一個很重要的原因是缺乏成熟的數(shù)字化工程環(huán)境的支持。事實上，國外的研究和應(yīng)用成果已經(jīng)表明，在復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計制造過程中，不僅要采用單項數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)，而且要建立集成的數(shù)字化設(shè)計制造環(huán)境，分別從計算機(jī)軟、硬件和先進(jìn)的復(fù)合材料設(shè)計、制造技術(shù)角度出發(fā)，融合所有設(shè)計和制造的數(shù)字化過程，打通復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化生產(chǎn)線，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)從復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計到最終交付的順暢傳遞。國際先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)目前的發(fā)展更傾向于利用虛擬的設(shè)計-制造-驗證一體化環(huán)境，將真實的設(shè)計、制造、材料、驗證、應(yīng)用乃至維修和全壽命管理等諸多環(huán)節(jié)統(tǒng)一起來，從而最大限度地縮短新品研制周期，降低研制成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，在這個過程中，CAE技術(shù)已成為國防工業(yè)創(chuàng)新設(shè)計以及數(shù)字化設(shè)計、制造技術(shù)的核心之一。

先進(jìn)復(fù)合材料數(shù)據(jù)技術(shù)與體系

要想應(yīng)用CAE技術(shù)提升我國先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，基礎(chǔ)條件和重要前提是研究、發(fā)展和建立與此相適應(yīng)的復(fù)合材料數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)體系。復(fù)合材料數(shù)據(jù)體系建設(shè)是實現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)

科學(xué)數(shù)據(jù)是科技創(chuàng)新的重要源泉?；A(chǔ)性科學(xué)數(shù)據(jù)作為科技活動發(fā)展的基礎(chǔ)和成果，是科學(xué)技術(shù)滾動發(fā)展的平臺。一個好的科學(xué)思想、理論假說和應(yīng)用技術(shù)，必須在掌握大量前人資料和科學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才能形成，同時也必須在大量相關(guān)數(shù)據(jù)的支撐下才能被證實。對科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化的綜合分析，進(jìn)而促進(jìn)新的科學(xué)思維的產(chǎn)生，是實現(xiàn)科技創(chuàng)新的重要方式，也有利于推動交叉學(xué)科的發(fā)展。特別是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展明顯呈現(xiàn)出大科學(xué)、定量化和注重過程研究等特點，越來越依賴于系統(tǒng)的、高可信度的基本科學(xué)數(shù)據(jù)及其衍生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。而科學(xué)研究工作本身也就是科學(xué)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程。

在材料應(yīng)用研究工作中，包括先進(jìn)復(fù)合材料在內(nèi)，材料數(shù)據(jù)作為現(xiàn)有研究成果的體現(xiàn)和未來研究工作的依據(jù)，在整個科研工作中都起著非常重要的作用。但是，材料數(shù)據(jù)本身作為一種資源還沒有得到應(yīng)有的重視、開發(fā)和利用。先進(jìn)國家的國家級材料數(shù)據(jù)管理體系和運行模式

先進(jìn)國家非常重視材料數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)。到目前為止，在美國國防部國防技術(shù)信息中心（DTIC）的領(lǐng)導(dǎo)下，美國已建立了13個國家級的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，形成了龐大的國防工業(yè)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用體系，為美國國防工業(yè)保持世界領(lǐng)先的競爭力和可持續(xù)發(fā)展立下汗馬功勞。

分析美國在材料數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用技術(shù)方面的先進(jìn)經(jīng)驗，可以總結(jié)出以下3個重要啟示：

（1）由政府及國防部積極推動和資助，由AMPTIAC這樣的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行商業(yè)化運作和管理，具有完善的組織體系；體系的發(fā)展伴隨著新材料的出現(xiàn)不斷擴(kuò)充、兼并、組合和完善；網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)管理已成為主要手段，實現(xiàn)了跨時間、跨地域的數(shù)據(jù)共享。

（2）材料數(shù)據(jù)管理范圍涵蓋了金屬及金屬基復(fù)合材料，陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料，高分子結(jié)構(gòu)及高分子基復(fù)合材料，電子、光學(xué)及光電子材料，環(huán)境保護(hù)及特殊功能材料等五大類；既有處于試驗和開發(fā)階段的材料數(shù)據(jù)，也含有許多已知、成熟、有價值的材料信息。

（3）由材料和信息技術(shù)2方面專家合作進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、評估、包裝、標(biāo)準(zhǔn)實施、數(shù)據(jù)庫開發(fā)等工作。注重服務(wù)，服務(wù)范圍包括技術(shù)咨詢、調(diào)查、培訓(xùn)，相關(guān)材料技術(shù)報告的匯編、出版和發(fā)行等。

３我國有關(guān)工程材料數(shù)據(jù)庫的歷史經(jīng)驗

我國國防工業(yè)也曾研究建立過各種材料數(shù)據(jù)庫，有過一些經(jīng)驗教訓(xùn)。首先，常把建設(shè)數(shù)據(jù)庫作為一個獨立的課題或一個單位內(nèi)部的科研項目，沒有面向用戶、面向市場，也沒有考慮商業(yè)化的運作，因此市場和用戶的認(rèn)知度低，難于推廣。其次，由于認(rèn)識的水平、數(shù)據(jù)的質(zhì)量還不夠高，致使低質(zhì)量或無用的數(shù)據(jù)壓庫，數(shù)據(jù)庫不能發(fā)揮效益。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)也沒有充分利用IT行業(yè)的發(fā)展成果，數(shù)據(jù)庫本身的技術(shù)水平低，網(wǎng)絡(luò)化水平低，因此數(shù)據(jù)庫的服務(wù)功能弱、壽命短。最后，數(shù)據(jù)管理的諸多方面，如系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、可靠性、可追溯性、安全性、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、授權(quán)訪問應(yīng)用等未予以充分考慮，數(shù)據(jù)來源和應(yīng)用范圍受到了制約。

４復(fù)合材料數(shù)據(jù)的特殊性

根據(jù)美國軍用復(fù)合材料手冊（MIL-HDBK-17F），先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)和復(fù)合材料數(shù)據(jù)的特點包括：

（1）復(fù)合材料包括基體和增強(qiáng)材料，性能表征必須從組分開始。

（2）由于復(fù)合材料的失效機(jī)理與金屬材料完全不同，金屬的性能測試方法基本上都不適用于復(fù)合材料；同時復(fù)合材料還有很多特殊的性能表征要求，特別是濕熱和抗沖擊性能。

（3）復(fù)合材料是可設(shè)計材料（不同比例、不同纖維方向的鋪層），其基本結(jié)構(gòu)元素——層壓板的性能表征非常復(fù)雜。

（4）復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與材料同步形成，材料和工藝的變異性對材料（同時也是結(jié)構(gòu)）性能具有重要影響。

（5）國際范圍仍缺乏復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計和使用經(jīng)驗，必須采用積木式的試驗驗證，因此試驗種類和數(shù)量遠(yuǎn)超過金屬。

（6）復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)必須包括：材料篩選、材料取證、材料驗收、材料等同性和結(jié)構(gòu)證實；除單獨性能表征的標(biāo)準(zhǔn)化外，針對材料篩選、材料取證、材料驗收、材料等同性和結(jié)構(gòu)證實等分別給出試驗矩陣。

（7）MIL-HDBK-17F還規(guī)范了不同批次、不同時間、不同實驗室的同一復(fù)合材料體系試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)可追蹤性，不同厚度數(shù)據(jù)的歸一化處理，異常數(shù)據(jù)的剔除原則，數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理的方法等原則和操作步驟。復(fù)合材料測試技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系

建立復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫，復(fù)合材料測試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須先行。

由于復(fù)合材料性能測試和表征是復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)研制與生產(chǎn)的重要組成部分，如此復(fù)雜多變的內(nèi)容對其質(zhì)量保證和結(jié)構(gòu)驗證有著極其重要的影響，同時在研制、生產(chǎn)成本以及時間成本上占有很大比重，因此復(fù)合材料性能表征及其標(biāo)準(zhǔn)化一直是復(fù)合材料領(lǐng)域的主要研究方向之一。

標(biāo)準(zhǔn)化包含2方面內(nèi)容，即性能測試的范圍和方法（包括試驗標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量及數(shù)據(jù)處理方法等）以及針對不同應(yīng)用情況建議的試驗矩陣。

隨著復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)研究的深入以及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也在不斷深入和發(fā)展。MIL-HDBK-17F及ASTMD30下屬復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)不斷地更新，反映了美國復(fù)合材料領(lǐng)域在這方面的研究進(jìn)展。典型的例子是單向?qū)訅喊謇旌蛪嚎s性能的測定，單向帶直邊矩形試樣對制備狀態(tài)有嚴(yán)格要求，而且破壞部位往往會在非測量段（夾持區(qū)），使得試驗結(jié)果偏低，分散性大。采用MIL-HDBK-17F的正交鋪層試樣試驗和折算方法，對試樣制備要求低，破壞部位一般出現(xiàn)在測量段，而且分散性小。另外，壓縮性能一直是最難測量的，國內(nèi)迄今仍在執(zhí)行1983年制訂的標(biāo)準(zhǔn)，MIL-HDBK-17F的多種新方法比國內(nèi)目前現(xiàn)在使用的方法好得多。復(fù)合材料制件設(shè)計、制造的獨特性和工藝驗證

（1）復(fù)合材料是各向異性材料，具有可設(shè)計性，樹脂含量、鋪層厚度、鋪設(shè)方向以及各個方向的鋪層所占的比例等均作為設(shè)計參數(shù)。復(fù)合材料性能的設(shè)計包括選材、層合板強(qiáng)度和剛度的鋪層剪裁優(yōu)化設(shè)計等，復(fù)合材料制件的設(shè)計包括損傷容限設(shè)計、連接設(shè)計等，這些設(shè)計建立在細(xì)觀力學(xué)、彈性力學(xué)等的基礎(chǔ)上，并考慮特殊服役條件（如溫度、濕度和高周疲勞影響等）對性能、結(jié)構(gòu)完整性及其穩(wěn)定性的影響。

（2）復(fù)合材料制件在成型零件的同時也完成材料制造的工藝特點，決定了復(fù)合材料制件制造時必須同時考慮設(shè)計、材料、工藝、制造、檢測/無損檢測、實驗驗證等綜合因素。復(fù)合材料特殊的制備過程和生產(chǎn)過程將顯著影響復(fù)合材料制件的結(jié)構(gòu)與性能，譬如制造缺陷、工藝寬容度等，這些因素必須在復(fù)合材料制件制造過程中統(tǒng)籌考慮。在復(fù)合材料制件的研制或生產(chǎn)過程中，質(zhì)量監(jiān)控和無損檢測占有重要地位，復(fù)合材料和制件的質(zhì)量與人員、設(shè)備、方法、環(huán)境等因素密切相關(guān)，受控環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)非常多。

（3）復(fù)合材料制件制造工藝方法多種多樣，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每種制造工藝方法都應(yīng)該進(jìn)行工藝設(shè)計、計算機(jī)數(shù)值模擬仿真和工藝過程優(yōu)化等。在完成樣件制造后，還必須進(jìn)行綜合實驗驗證，將綜合驗證的結(jié)果反饋給設(shè)計、材料、工藝制造和檢測等主要環(huán)節(jié)，形成閉環(huán)控制。

因此，復(fù)合材料制件的工程化應(yīng)用是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，迫切需要綜合應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的CAD、CAE、CAM、CAPP和數(shù)字化的數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進(jìn)行統(tǒng)籌管理。復(fù)合材料制件設(shè)計、數(shù)據(jù)庫建設(shè)與知識管理系統(tǒng)

復(fù)合材料制件的設(shè)計與金屬制件的設(shè)計相比，涉及到更多的數(shù)據(jù)、規(guī)律、經(jīng)驗和知識，其性能更依賴于試樣、元件、結(jié)制件和全尺寸部件等多層次的積木式的驗證試驗，需要數(shù)字化、信息化工具的支撐，還需要借助數(shù)字化平臺進(jìn)行管理。

數(shù)據(jù)庫的核心是優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)和高效的數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用，而優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)來源于對材料的測試、分析和模型化工作，涉及大量的經(jīng)驗和知識，即便是照搬MIL-HDBK-17F，要從上千頁的手冊里找到合適的方法和技術(shù)也不是一件簡單的事，同時還需要進(jìn)行大量的“What-If”分析和多方法或技術(shù)的平衡和優(yōu)化，因此，就產(chǎn)生了對經(jīng)驗和知識進(jìn)行管理和開發(fā)利用的問題。這個技術(shù)在國際上亦具有前瞻性。

現(xiàn)階段的可行方案之一是依托虛擬開發(fā)環(huán)境，將數(shù)據(jù)獲得、產(chǎn)生、分析、應(yīng)用等不同階段的測試條件、測試參數(shù)變化、材料狀態(tài)變化、材料參數(shù)變化、載荷邊界條件變化等與流程相關(guān)的所有數(shù)據(jù)保留在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘、總結(jié)、抽取和PLM下的知識定義技術(shù)、管理技術(shù)，形成一個數(shù)字化、基于數(shù)據(jù)庫的知識庫。復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)庫建設(shè)

先進(jìn)復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)技術(shù)體系建設(shè)是復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是我國目前存在的重大技術(shù)瓶頸之一，其中蘊(yùn)藏著技術(shù)創(chuàng)新的大好機(jī)遇。根據(jù)國防科工委“強(qiáng)化基礎(chǔ)、提高能力”的發(fā)展戰(zhàn)略，一個符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)先進(jìn)、面向用戶的先進(jìn)復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)體系及數(shù)據(jù)庫的建設(shè)工作正在進(jìn)行中，其載體是一個航空工業(yè)眾多單位聯(lián)合的科研和用戶團(tuán)隊。這個體系的發(fā)展目標(biāo)是建立一個復(fù)合材料工程數(shù)字化協(xié)同研制平臺。這個平臺將以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為載體，面向領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)、大專院校、科研單位、材料供應(yīng)商和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)者以及相關(guān)企業(yè)等各類用戶，在與國際接軌、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)平臺上，分?jǐn)?shù)據(jù)層、組件層、功能層和界面層等多個層面，開發(fā)先進(jìn)的工程化數(shù)據(jù)環(huán)境，并與國防工業(yè)現(xiàn)行的各類CAE工程軟件互連，支撐先進(jìn)復(fù)合材料的研究、復(fù)合材料制件的設(shè)計和制造以及規(guī)?；a(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展。

這個復(fù)合材料工程數(shù)字化協(xié)同研制平臺的核心是一個復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)庫（Composites Engineering Data Base，CEDBase），這個庫下面包含“材料性能數(shù)據(jù)庫”、“材料設(shè)計數(shù)據(jù)庫”、“材料制造數(shù)據(jù)庫”、“無損檢測數(shù)據(jù)庫”、“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫”和“復(fù)合材料工程知識庫”等6個參考庫。通過網(wǎng)絡(luò)，工程數(shù)據(jù)庫將分別與有關(guān)用戶（如上級機(jī)關(guān)、科研院校、企業(yè)等）建立聯(lián)系。

數(shù)據(jù)庫的材料數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是統(tǒng)一的先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測試技術(shù)規(guī)范。因此，在深入對比研究和分析了目前仍在我國運行的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基礎(chǔ)上，整理、歸納和發(fā)展了符合我國國情并且與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系初稿，形成相關(guān)材料測試、試驗的技術(shù)方法體系。進(jìn)一步地，分材料層次（增強(qiáng)材料、基體材料、預(yù)浸料、芯材、面板材料、復(fù)合材料等）和環(huán)境條件，研究、測試和分析了一定數(shù)量的關(guān)鍵復(fù)合材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，通過單點數(shù)據(jù)、表格、曲線、圖像等形式，給出相應(yīng)的材料性能譜。

這個復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點是覆蓋主要的材料品種，覆蓋從應(yīng)力-應(yīng)變曲線到流變、從光譜特性到疲勞特性等各種材料結(jié)構(gòu)和性能數(shù)據(jù)，并針對每個用戶的具體需求，按照批次、質(zhì)量、設(shè)計參數(shù)、CAE材料數(shù)據(jù)，R&D數(shù)據(jù)等進(jìn)行恰當(dāng)組合。根據(jù)ISO17025質(zhì)量管理程序要求，所有數(shù)據(jù)都具有可追溯性，庫里保存所有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)信息，包括試驗數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、典型數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及工藝與試驗方法等。必要時，數(shù)據(jù)的采集可以直通材料測試實驗室，新的材料參數(shù)將自動在實驗室現(xiàn)場獲得，并被通過基于網(wǎng)絡(luò)的界面上傳到系統(tǒng)中。詳細(xì)的測量數(shù)據(jù)都將被保存為全數(shù)字化格式，完全滿足嚴(yán)格的ISO17025數(shù)據(jù)報告標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)無紙化辦公并使數(shù)據(jù)保持實時更新。系統(tǒng)還能夠存儲材料模型參數(shù)等，支持各種高端CAE與設(shè)計應(yīng)用軟件，而無須為了適合軟件需要而進(jìn)行單位換算，也不用針對各種應(yīng)用而專門進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理工作。數(shù)據(jù)擴(kuò)充機(jī)制能夠方便地增加數(shù)據(jù)類型和格式，綜合全局和局部安裝，實現(xiàn)無縫擴(kuò)充。出于數(shù)據(jù)安全考慮，每一項數(shù)據(jù)都設(shè)置機(jī)密等級，對數(shù)據(jù)的訪問是權(quán)限受控的，可以根據(jù)需要確定誰可以瀏覽這些數(shù)據(jù)，確定公開或者隱藏該數(shù)據(jù)等，并可以控制誰可能裝載、編輯和出版數(shù)據(jù)等。訪問日志將即時監(jiān)控每一個用戶。在用戶終端，用戶可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel、CAE、MatML和Matlab等多種格式，允許特定用戶和域來控制和訪問自己的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要確定數(shù)據(jù)信息的價值，進(jìn)行數(shù)據(jù)趨勢分析以及其他評估，或自動總結(jié)和審查數(shù)據(jù)等。

先進(jìn)復(fù)合材料CAE技術(shù)應(yīng)用案例

先進(jìn)復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫與CAE技術(shù)系統(tǒng)具有辨證統(tǒng)一的內(nèi)在聯(lián)系。

在復(fù)合材料數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)體系的支撐下，我國國防先進(jìn)復(fù)合材料CAE技術(shù)的目標(biāo)是實現(xiàn)由模擬量設(shè)計、制造向數(shù)字化設(shè)計、制造的轉(zhuǎn)變，同時推進(jìn)實現(xiàn)虛擬設(shè)計、制造先于真實設(shè)計、制造，虛擬設(shè)計、制造與真實設(shè)計、制造同步發(fā)展的創(chuàng)新模式，帶動我國國防復(fù)合材料技術(shù)的科技進(jìn)步與跨越式發(fā)展。

一個典型的復(fù)合材料制件研制的物理流程既包括傳統(tǒng)的預(yù)浸料成型制造，也包括先進(jìn)的樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）成型制造過程，其中，RTM技術(shù)被認(rèn)為是低成本復(fù)合材料的重要技術(shù)之一，美國政府將RTM技術(shù)列入了其先進(jìn)復(fù)合材料計劃，并組織開展了大量的研究工作，同時，民用復(fù)合材料界在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和環(huán)保新要求的壓力下也出現(xiàn)了RTM研究和應(yīng)用的熱潮。目前，RTM技術(shù)已經(jīng)在航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、汽車工業(yè)和軍事工業(yè)中獲得了較廣泛的應(yīng)用。

以船用全復(fù)合材料螺旋槳推進(jìn)器的研制為例，介紹在先進(jìn)復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)環(huán)境下的CAE應(yīng)用技術(shù)，用到的CAE數(shù)模軟件環(huán)境鏈將先于物理研制進(jìn)行復(fù)合材料制件的數(shù)字化建模和虛擬設(shè)計分析，虛擬樣機(jī)及其產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能的分析（通常是一個縮比件或模型制件）以及虛擬制造，這通常是1:1制件的工藝模擬和產(chǎn)物分析等。

首先，以模型縮比的船用螺旋槳推進(jìn)葉片的外形幾何數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行復(fù)合材料單個葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)力-應(yīng)變分析。這個分析可以直接從數(shù)據(jù)庫里選材，進(jìn)行性能比較，同時

進(jìn)行有限元建模和分析，確定葉片的碳纖維鋪層結(jié)構(gòu)（應(yīng)用LAMINATE-ADVISOR），最后，根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果選擇織物和樹脂，確定模型復(fù)合材料構(gòu)件的纖維體積含量等。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)分析基本完成后，數(shù)模生成葉片的幾何模型及數(shù)控加工文件，然后，在不同厚度處進(jìn)行鋪層曲面展開和覆蓋分析（應(yīng)用QUICK-FORM），包括復(fù)合材料鋪層剪裁、下料和鋪貼（應(yīng)用PAM-FORM）等。將這些制造數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字化加工機(jī)械（如數(shù)字化的激光切割機(jī)等），就可以進(jìn)行碳布切割、剪裁，然后將這些鋪層在定型模具內(nèi)逐層鋪貼、固定，借助合適的定型劑進(jìn)行施工，并進(jìn)行真空袋定型預(yù)制，得到干態(tài)、近凈型的模型船用螺旋槳葉片預(yù)制件。如此，就完成了模型葉片的虛擬設(shè)計和物理設(shè)計這樣兩個互相交叉的流程。

根據(jù)初步確定的模型RTM模具（應(yīng)用PAM-RTM），這個模型葉片預(yù)制件的RTM工藝過程可以在CAE環(huán)境下進(jìn)行，這個過程當(dāng)然不僅僅針對模型葉片，也包括真實的1:1葉片。通過模擬，可以確定模具設(shè)計的正確性和可能的流動充填缺陷等。如此，又完成了模型葉片的虛擬和物理設(shè)計以及虛擬和物理樣機(jī)這樣的流程。

在葉片虛擬和物理設(shè)計、虛擬和物理樣機(jī)及其優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將葉片預(yù)制件放入真實的RTM模具，即可以進(jìn)行真實葉片的RTM成型物理制造試驗。在模型槳葉試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行放大，成功制成我國第一個1∶1船用大型全復(fù)合材料推進(jìn)螺旋槳。

結(jié)束語

全面推進(jìn)國防制造業(yè)特別是國防先進(jìn)復(fù)合材料的制造技術(shù)進(jìn)步，大幅度提升國防企業(yè)國際競爭力的必由之路是實現(xiàn)數(shù)字化，必須建立實用、先進(jìn)的復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)技術(shù)體系和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并同時采用先進(jìn)的CAE技術(shù)。這是一個體系龐大、內(nèi)容浩瀚、技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文從復(fù)合材料的工程數(shù)據(jù)問題和CAE虛擬設(shè)計、樣機(jī)和制造仿真問題這兩個側(cè)面入手，嘗試論述了有關(guān)的進(jìn)展，介紹我們自己及其合作伙伴的工作，并適當(dāng)展望了發(fā)展遠(yuǎn)景。

對先進(jìn)復(fù)合材料的研制單位來講，材料技術(shù)創(chuàng)新和制造技術(shù)創(chuàng)新是本，先進(jìn)的CAE系統(tǒng)是必須積極運用的工具，兩者的結(jié)合必將催生新的發(fā)展機(jī)遇。(end)

第二篇：虛擬演播室技術(shù)總結(jié)

擬演播室的前身今世

虛擬演播室是由傳統(tǒng)的色鍵技術(shù)發(fā)展而來。它可以把現(xiàn)場視頻與計算機(jī)影像實時地?zé)o縫地合成在一起，是對傳統(tǒng)的電視演播室技術(shù)的一次重大變革。本文討論了虛擬演播室系統(tǒng)的原理，技術(shù)途徑以及當(dāng)前所面臨的問題。

在現(xiàn)代社會中，隨著電視成為最廣泛的大眾傳播媒介和娛樂工具，電視觀眾對于電視的欣賞口味正在不斷提高，而且，對于電視制作及電視技術(shù)也提出了更高的要求。為滿足這種電視制作的要求，電視技術(shù)迅速的向數(shù)字化、多媒體方向發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)已成為近年來的新熱點。實際上，虛擬技術(shù)早已在軍事、科研、氣象、建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而進(jìn)入電視、電影制作領(lǐng)域還只是近幾年的事情。如電影《侏羅紀(jì)公園》、《阿甘正傳》，在其后期制作中，將實拍的人物與電腦繪制的虛擬景物有機(jī)地結(jié)合起來，給觀眾以全新的視覺享受。但這種需要大量時間進(jìn)行后期合成的方式無法滿足現(xiàn)代電視生產(chǎn)周期短、時效性強(qiáng)的需求，因此虛擬演播室技術(shù)應(yīng)運而生。

虛擬演播室技術(shù)一經(jīng)問世，便被電視制作領(lǐng)域認(rèn)可和接受。在韓國總統(tǒng)選舉和美國總統(tǒng)選舉的電視轉(zhuǎn)播中，電視觀眾已看到采用了RT-SET虛擬演播室所帶來的耳目一新的轉(zhuǎn)播效果?，F(xiàn)在，全球已有數(shù)十家電視臺及制作公司采用了虛擬演播室。這一技術(shù)使電視導(dǎo)演可以擺脫時間、空間及道具制作方面的限制，在廣泛的想象空間中進(jìn)行自由創(chuàng)作。虛擬演播室是建立在高速圖形計算機(jī)和視頻色鍵基礎(chǔ)上發(fā)展起來的演播室技術(shù)。在虛擬演播室系統(tǒng)中，現(xiàn)場視頻可以實時地與計算機(jī)產(chǎn)生的三維圖形完美無缺地集成在一起，構(gòu)成一個現(xiàn)實中不存在的，但是在電視畫面上卻又起到演播室作用的那種假想的新的環(huán)境和氣氛，并可極為靈活地根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制。一臺工作站可與多臺攝像機(jī)連接，攝像機(jī)可在虛擬演播室中隨意移動，它突破了傳統(tǒng)布景、道具、燈光、場地等演播室制作工藝的限制，虛擬模型可使用戶在布景、拆景及貯存道具方面節(jié)省大量開支。同時，用戶還可以通過建立三維模型得到真實道具所不能達(dá)到的特殊效果。技術(shù)制作人員可以利用鼠標(biāo)器來激活或改變場景中的任何事物。虛擬演播室無需很大，可是卻為制作人員提供了無限的自由創(chuàng)造空間。無疑，虛擬演播室可以極大地提高電視臺對節(jié)目的創(chuàng)作和制作能力，對開拓電視節(jié)目空間，降低節(jié)目制作費用有著十分重要的意義。因此，受到了影視界，特別是電視節(jié)目制作人員的青睞。

二、虛擬演播室技術(shù)

虛擬演播室除了傳統(tǒng)演播室所具有的裝置外，還必須有能獲取攝像機(jī)運動參數(shù)的攝像機(jī)運動跟蹤系統(tǒng)以及能實時生成與前景圖像保持正確透視關(guān)系的背景圖像。最后，來自攝像機(jī)的前景和生成的背景在色鍵合成器中合成并輸出。攝像機(jī)運動參數(shù)的獲取

攝像機(jī)的運動參數(shù)包括鏡頭運動參數(shù)（變焦zoom；聚焦focus；光圈zris），機(jī)頭運動參數(shù)（搖移pan；俯仰tilt），及空間位置參數(shù)（地面位置X、Y和高度Z）等。這些參數(shù)的獲取對虛擬演播室系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機(jī)的這些運動參數(shù)，即機(jī)械跟蹤方式和圖像分析識別方式。

1）機(jī)械跟蹤方式

這種攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)采集攝像機(jī)的位置及透視數(shù)據(jù)，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測量攝像機(jī)的鏡頭運動參數(shù)，需要在攝像機(jī)鏡頭上安裝附加裝置。這個裝置中包含有傳感器和有關(guān)電子裝置，稱為鏡頭運動參數(shù)編碼器。這是一種精確的旋轉(zhuǎn)編碼器。鏡頭編碼器通過托架與鏡頭上變焦環(huán)和聚焦環(huán)的齒輪緊密咬合。當(dāng)變焦環(huán)或聚焦環(huán)發(fā)生位置變化時，編碼器能夠檢測出上、下、左、右擺動的細(xì)微角度并將其編碼輸出。信息數(shù)據(jù)通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計算機(jī)。

攝像機(jī)的地面位置X、Y及高度Z也可用類似的編碼器方式測量，即用相應(yīng)的傳感器檢測攝像機(jī)的升降和云臺腳的轉(zhuǎn)動，并對其參數(shù)值進(jìn)行編碼。X、Y及Z

跟蹤器允許傳感攝像機(jī)上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過，用這種方式測得的X、Y參數(shù)精度較低；另有一種測量X、Y參數(shù)的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺上安裝一個專用廣角攝像機(jī)，同時在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過廣角攝像機(jī)掃描條形碼可測量出攝像云臺在演播室中的絕對位置。這種方式精度較高，但缺點是必須保證條形碼處于廣角攝像機(jī)的視野范圍之內(nèi)，否則就無法確定位置。有些系統(tǒng)可同時使用兩種方式確定X、Y位置，即當(dāng)廣角攝像機(jī)能拍攝到條形碼時，采用讀條形碼法，而當(dāng)廣角攝像機(jī)無法拍攝到條形碼時（例如中間有遮擋物），則自動轉(zhuǎn)到對云臺腳輪轉(zhuǎn)動的編碼方式。利用機(jī)械跟蹤方式有許多優(yōu)點，主要有：

(1)測量攝像機(jī)參數(shù)可以達(dá)到非常精確，旋轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到0.001°，移動距離可以達(dá)到0.01毫米的精確度，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理時間短。

2單顏色藍(lán)背景，無需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍(lán)色背景而不用擔(dān)心照亮網(wǎng)格。攝像機(jī)運動不受限制，因此允許攝像機(jī)有更好的拍攝角度；演員更容易接受虛擬場景。演員在藍(lán)色舞臺范圍內(nèi)可以任意速度自由活動，不受限制；自由使用真實的藍(lán)色支持道具，不用擔(dān)心遮擋網(wǎng)格。

(3)跟蹤數(shù)據(jù)沒有延時。可以60Hz速率進(jìn)行搖移、俯仰及變焦，無需額外的工作站處理跟蹤信息。

(4)在合成拍攝過程中可以很容易處理陰影，無需進(jìn)行額外的修補(bǔ)不足之處。

同時機(jī)械跟蹤系統(tǒng)也有許多缺點，由于這種方式必須在攝像機(jī)鏡頭及云臺上安裝專用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機(jī)的種類及數(shù)量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺攝像機(jī)必須有一個跟蹤器；其次，不能使用手持式攝像機(jī)，因為攝像機(jī)的機(jī)械跟蹤系統(tǒng)部分過于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度；再次，機(jī)械跟蹤需要對攝像機(jī)的鏡頭進(jìn)行精確的測量，校正困難；最后就是定位，在拍攝之前，需要一個非常耗時的過程來獲取攝像機(jī)的初始位置和方向。

2）圖像分析識別方式

機(jī)械跟蹤方式是直接對攝像機(jī)的各種運動參數(shù)進(jìn)行測量，而圖像分析識別方式與之截然不同，是利用圖像分析識別技術(shù)在拍攝期間同步控制并檢測攝象機(jī)的各項運動參數(shù)，包括位置參數(shù)（X、Y、Z），水平轉(zhuǎn)動參數(shù)，垂直轉(zhuǎn)動參數(shù)和變焦參數(shù)，所有這些參數(shù)都被轉(zhuǎn)化成位置參數(shù)，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動攝象機(jī)，而且也不需要特殊的攝像機(jī)。目前已在使用的一種在藍(lán)箱正面有用淺藍(lán)色組成的網(wǎng)格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網(wǎng)格圖案以兩種不同的藍(lán)色形狀繪制于籃背景上，藍(lán)背景整體采用與傳統(tǒng)演播室相同的藍(lán)色，因此仍可利用色鍵合成技術(shù)。攝像機(jī)拍攝這種圖案后，與計算機(jī)跟蹤軟件及硬件預(yù)先確定的模型進(jìn)行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關(guān)系及距離。所以，當(dāng)啟動攝像機(jī)后，系統(tǒng)會對藍(lán)背景網(wǎng)格進(jìn)行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測出其亮度的變化，通過計算機(jī)計算出每一幅圖像中由于攝象機(jī)運動而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數(shù)的變化。這些參數(shù)被送入圖形工作站中，控制著用計算機(jī)制作出的虛擬場景中的攝像機(jī)的運動，這樣，在虛擬的攝像機(jī)中看到的場景中的物體的位置及透視關(guān)系與實際拍攝的攝像機(jī)完全一致。這種圖像識別技術(shù)解決了用傳感器的攝像機(jī)系統(tǒng)所造成的限制及校準(zhǔn)要求，便于攝影師能運用各種攝像機(jī)以不同的角度進(jìn)行拍攝。數(shù)字視頻中包含有大量的數(shù)據(jù)流，需進(jìn)行數(shù)億次的圖形計算，從而導(dǎo)致了圖形工作站產(chǎn)生的圖像滯后于現(xiàn)場攝象機(jī)拍攝畫面7～15個圖像幀的延遲。為了解決這個問題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達(dá)到攝象機(jī)圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機(jī)的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。

采用圖像分析法有很多優(yōu)點，最主要的是：

(1)不需要對攝像機(jī)進(jìn)行改造，無需鏡頭校準(zhǔn)。

(2)可直接使用演播室原有的攝像機(jī)，甚至是便攜式攝像機(jī)。

(3)同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝象機(jī)。

(4)攝像機(jī)可以不用軌道進(jìn)行運動。

但這種方式也存在很多不足之處。

(1)由于這種方式要對圖像進(jìn)行分析、計算，所以數(shù)據(jù)處理時間長，加大了視頻延時量。

(2)用這種方式獲得的攝像機(jī)運動參數(shù)的精度比機(jī)械傳感器的精度低。

(3)當(dāng)參考點不在當(dāng)前視野時，跟蹤系統(tǒng)有可能失去方向，必須準(zhǔn)確知道參考點的坐標(biāo)，使攝象機(jī)移動時維持住正確的相對位置。在藍(lán)室內(nèi)標(biāo)記參考點也不是一件容易的事情，這種精確的藍(lán)色圖案必須被繪制在藍(lán)背景之上，它必須有別于藍(lán)底，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案在制作色鍵過程的陰影很難處理，同時合成后又應(yīng)該是不可見的。攝像機(jī)拍攝不能垂直于藍(lán)色網(wǎng)格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準(zhǔn)確定位。另外，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案很難保持良好的鍵的質(zhì)量。

(4)當(dāng)攝像機(jī)散焦或者攝取畫面中圖像信息量過少時，系統(tǒng)無法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機(jī)的焦點必須始終保證在網(wǎng)格上，真實的演員有時會顯得模糊。

圖像分析識別方式和機(jī)械跟蹤方式是虛擬演播室常用的兩種獲得攝象機(jī)運動參數(shù)的方法，各有千秋。背景的生成1）虛擬場景的制作

在虛擬節(jié)目準(zhǔn)備中的一個重要任務(wù)就是建立三維場景。虛擬演播室的背景圖像可以是來自錄像機(jī)或攝像機(jī)的活動視頻，也可以是靜止圖像等，但使用最多的是由計算機(jī)創(chuàng)作的二維或三維圖形CG（Computer Graphics），即虛擬場景。這些場景用三維軟件及材質(zhì)完成。藝術(shù)導(dǎo)演可以用開放的平臺及軟件例如softimage、Wavefront、Alias或Multigen建立三維場景，并把它們直接送進(jìn)系統(tǒng)，也可以在三維數(shù)據(jù)庫中選用，同時還可使用標(biāo)準(zhǔn)動畫軟件工具對三維模型進(jìn)行修改處理。

2）實時生成背景

實時生成背景是指在攝像機(jī)運動參數(shù)控制下，背景生成裝置對制作好的背景信號進(jìn)行處理，實時生成與前景有正確透視關(guān)系的背景圖像。所謂實時，是指生成速度可達(dá)到50場/秒。系統(tǒng)的用戶界面由安裝工具及現(xiàn)場制作工具組成1）安裝工具用于確定各種虛擬場景的部件、模型、材質(zhì)、視頻物體、動畫等。另外，用戶可以預(yù)設(shè)許多表單，每一個表單都包括一系列的操作指令，用以在節(jié)目拍攝過程中進(jìn)行演示。這些操作可包括攝像機(jī)的切換、三維場景的改變、觸發(fā)一個動畫等。這些表單存儲在內(nèi)存中，每一個都可用鼠標(biāo)按鈕一觸即發(fā)。事實上，這些表單組成節(jié)目制作的序列表。安裝工具完成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫，包括所有模型及序列信息。

2）現(xiàn)場工具可以合成來自安裝工具的信號及來自現(xiàn)場攝像機(jī)的信號。用戶通過用戶界面控制節(jié)目流程，這個用戶界面允許他們選擇所期望的任一時刻的特技及操作。另外，預(yù)定的序列表可以圖形化，并且用戶可以選擇任一預(yù)先確定的表單來完成自動運行的一系列操作。所有上述的步驟都可輕易地實時完成。藍(lán)室設(shè)計和光照

1）藍(lán)室設(shè)計

由于虛擬演播室系統(tǒng)允許攝像機(jī)運動，藍(lán)室設(shè)計變得非常重要。虛擬演播室的攝像室一般是由一面或多面藍(lán)墻和藍(lán)色的地板組成的“藍(lán)室”，對藍(lán)色舞臺沒有實際的物理尺寸限制，真實藍(lán)背景的大小可以決定有多少演員在虛擬場景中活動。如果制作是相當(dāng)靜態(tài)的并只有極少的演員在活動，那真實舞臺就可以極?。蝗绻谱餍枰谝粋€大的虛擬范圍中有許多演員活動，那真實的背景就應(yīng)該非常大。演員背后的更大的藍(lán)色墻壁允許多種類型的攝象機(jī)進(jìn)行盡可能的搖移。建立藍(lán)色的邊墻是另外一個得到更大視野范圍的辦法，可以因此得到最大的視角。有一件事需注意，正面臨近的墻的角度應(yīng)大于90度，這將更容易打燈光，并且墻壁之間也不會互相反射。而且，當(dāng)攝像機(jī)取遠(yuǎn)景時，不僅需要播音員身后是藍(lán)色，地板也要求是藍(lán)色的。地板應(yīng)該足夠大得包括陰影，否則落在真實背景之外的陰影將被剪除。有時這會為制作帶來一些麻煩。如果在真實布景中有折角，打光會非常困難，同時需要在鍵控器上進(jìn)行額外的調(diào)整來均勻明暗差異，這將使保留陰影變得更困難。圓滑的角落可以幫助減少燈光的明暗差異。

2）燈光

對虛擬演播室來說燈光是最困難可又是最重要的問題之一。在一些制作中，需要一些經(jīng)驗豐富的燈光導(dǎo)演來處理虛擬演播室的燈光問題是必不可少的。

在通常情況下，藍(lán)色舞臺需要被照得非常均勻。在虛擬演播室中通常用冷光。大多數(shù)經(jīng)常使用的冷光類型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果沒有冷光，有時可以用蠟紙蓋住標(biāo)準(zhǔn)演播室的燈光來代替。建議亮度是120瓦左右。應(yīng)有燈光測量來保證燈光的均勻。燈光越均勻，用戶就越少需要在鍵控器上完成“修飾”。最少的修飾可更為容易保留陰影。

燈光應(yīng)經(jīng)常保持足夠高的角度來使陰影落在地面上而不是背景墻上。在大多數(shù)情況下，陰影應(yīng)該避免落在真實墻壁上，除非虛擬墻與真實墻的輪廓相似。這樣可以允許用戶制作虛擬演播室比真實演播室深得多的特技。地面上的陰影使觀眾看到真實的效果，真實物體與虛擬地面天衣無縫的聯(lián)接了起來。如果真實背景太小，真實陰影被突然剪掉會產(chǎn)生負(fù)面效果，小模型技術(shù)（例如在邊緣多邊形上利用透明度）可以幫助使陰影的邊緣平滑，有時這種方法可以解決上述問題。

我們也極力推薦地面的輔助光。如果沒有來自下面的燈光，只能靠藍(lán)背景對燈光的反射來照亮前景物體的下面部分。這將降低鍵的質(zhì)量，并且藍(lán)色反射將會影響鍵的效果，同時還要注意下列一些問題：

(1)由于地板與墻相對于光源有不同的方向，因而會有不同的光強(qiáng)，沿邊界的部分將表現(xiàn)的最為明顯，前景的被攝物光強(qiáng)和色調(diào)應(yīng)與背景協(xié)調(diào)。所以把墻與地板間設(shè)計成一個弧度，比起直角來，能減弱光線上的差異，以獲得更理想的效果。另外過多的藍(lán)光反射在物體上。這種藍(lán)溢出在合成時能去掉，卻損失了側(cè)光和背光。

(2)影子問題。演員及真實道具在藍(lán)室中投下的影子也要隨演員及道具一起進(jìn)入虛擬空間。為了更好地提取陰影，燈光的設(shè)置應(yīng)使陰影處的藍(lán)色電平與背景藍(lán)幕布的藍(lán)色電平有較大的區(qū)別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。

(3)為表現(xiàn)虛擬背景中反光地板上的影子效果，可在藍(lán)室地板上鋪設(shè)藍(lán)色透明塑料。虛擬演播室中的影子效果一般只限于地板，但如果要求演員或真實道具的影子投射到虛擬空間的墻壁上，就要在藍(lán)室中相應(yīng)于墻壁的位置上放一個大的藍(lán)色物體以產(chǎn)生這種陰影效果；如果要求影子投射到虛擬空間的不規(guī)則物體上，實際很難在藍(lán)室中用燈光模擬出逼真的影子效果。另外，在藍(lán)室中可以放置藍(lán)色的物體，再用虛擬物體覆蓋它們，并要做到，允許虛擬物體支撐或碰撞實際的物體。

虛擬演播室系統(tǒng)雖然不局限于藍(lán)色，但藍(lán)色有幾個優(yōu)點：一是藍(lán)色能更好地保護(hù)人體的皮膚顏色；其次，物體周圍的藍(lán)色弱色調(diào)沒有綠邊弱色調(diào)顯眼；三是演員們在藍(lán)色環(huán)境中工作要比綠或紅色環(huán)境中愉快。

三、幾種虛擬演播室系統(tǒng)簡介采用機(jī)械跟蹤方式的虛擬演播室系統(tǒng)

主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM兩種型號

1）RT-SETTM公司的Larus虛擬演播室系統(tǒng)適用于節(jié)目現(xiàn)場直播。它是在現(xiàn)場直播時能夠?qū)F(xiàn)場視頻和三維虛擬場景進(jìn)行實時合成的強(qiáng)有力的系統(tǒng)。三維圖形能在圖形制作中不斷地更新，并根據(jù)演播室攝像機(jī)運動的位置顯示出正確的透視圖，LarusTM虛擬演播室系統(tǒng)包括了一系列完整的制作工具，能確保連續(xù)不斷播出的質(zhì)量。操作者能輕松地在制作過程中創(chuàng)建或修改場景、特技和動畫。它可使用任何當(dāng)今通用的軟件包來建立數(shù)據(jù)庫；該系統(tǒng)的另一個特點是具有用燈光提示演員走位的功能。

2）RT-SET公司的OtusTM虛擬演播室系統(tǒng)是一種先進(jìn)的現(xiàn)場視頻到母帶制作的虛擬技術(shù)。OtusTM通過RT-SET的先進(jìn)技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)播出和視頻制作演播室轉(zhuǎn)變成為一種經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用方式――即現(xiàn)場視頻到母帶的應(yīng)用方式。OtusTM具備有數(shù)據(jù)庫透視變化、不受限制的攝像機(jī)移動、可連接無數(shù)臺攝像機(jī)等先進(jìn)的功能。

RT-SET的虛擬演播室系統(tǒng)有以下特點：

1）攝像機(jī)的運動不受任何約束和限制，可以X、Y運動、俯仰運動。沿X軸旋轉(zhuǎn)，提升，聚焦和變焦，而在聚焦和變焦時圖像處在正確的透視位置；對演播室的尺寸和形狀毫無限制。利用“演播室繪圖工具”可高效地虛擬物體放置在實際演播室界線內(nèi)，可以與市場上任何軌跡傳感跟蹤器相連接，可實時操作活動視頻信號在虛擬物體上的投影。

2）RT-SET所有的系統(tǒng)配置都基于相同的源碼，一個系統(tǒng)可方便地升級至更高級的系統(tǒng)或進(jìn)行單純的軟件升級，并可根據(jù)演播室已有設(shè)備、所需設(shè)備及系統(tǒng)的使用要求等情況重組配置。任一攝像機(jī)都可被安裝在一個具備搖移／俯仰等控制臺上或一個運動控制平臺上。這些配置可被分為三個類型：

(1)頂級配置包括RT-SET軟件及電路的最高、最新版本、全面的運動控制系統(tǒng)、不限數(shù)量的演播室攝像機(jī)、一臺帶兩個CPU（或更多）的SGI Onyx2、以及兩個（或更多）Sirius視頻板的工作站。這個配置的特點包括在攝像機(jī)或三維場景之間漸隱或切換、動畫、相互作用的視頻、特技及其它。系統(tǒng)可實時操作。

(2)高級配置與頂級有著相似特點，但是可以節(jié)省設(shè)備的數(shù)量。它可以使用一個帶Sirius板的單CPU Onyx，運動控制不再必須包括在內(nèi)。另外，攝像機(jī)的運動及數(shù)量可以明顯少于那些在頂級配置中的要求。此系統(tǒng)也可實時進(jìn)行操作。

(3)經(jīng)濟(jì)型配置的最大不同之處在于它不以實時進(jìn)行操作；它被設(shè)計成后期應(yīng)用的系統(tǒng)。此配置使用價格低廉的電路及低檔計算機(jī)平臺，并只允許最多三個攝像機(jī)。同時也可以在這三種配置之間進(jìn)行組合。SGI在拍攝過程中不斷跟蹤、接受攝像機(jī)位置信息，同時工作站中的圖形處理器實時處理三維場景，為攝像機(jī)提供一個新視角的三維畫面，處理的結(jié)果通過SGI視頻板以視頻格式輸出。虛擬演播室系統(tǒng)的視頻及鍵輸出到傳統(tǒng)的演播室切換臺及類似的設(shè)備中，同時提供一個視頻同步信號。在高級配置以上，允許現(xiàn)場視頻通過SGI Sirius送進(jìn)虛擬演播室。這個視頻可做為背景或三維場景的一部分在虛擬演播室內(nèi)重放，同時還可制作花樣繁多的特技效果。輸入的視頻可以是任何一種視頻格式。系統(tǒng)可以很容易地與演播室已有的設(shè)備進(jìn)行合成。采用圖像分析識別方式的虛擬演播室系統(tǒng)主要有

1)ORAD公司（以色列）的Cyberset系統(tǒng)

該虛擬演播室系統(tǒng)依靠DVP處理器及一臺Ony×2個人工作站為基礎(chǔ)，再配以藍(lán)色背景網(wǎng)格及專用軟件，從而將被攝者與電腦制作的三維圖像融為一體。該虛擬演播室系統(tǒng)能夠與任何類型和任何數(shù)量攝像機(jī)配合使用，甚至能與任何數(shù)量的演播室，包括與異地演播室配合使用。攝像機(jī)的鏡頭可采用任何型號普通鏡頭，并且不必進(jìn)行特別的調(diào)校。該虛擬演播室能與多種軟件配合使用。并且能夠在播出中進(jìn)行布景、物體、燈光及特殊效果的修改。該虛擬演播室系統(tǒng)在帶有一堵“網(wǎng)格編碼墻”的演播室中工作，這種編碼模式由兩種不同亮度的藍(lán)色交叉排成網(wǎng)格組成。當(dāng)啟動攝像機(jī)后，系統(tǒng)會對藍(lán)背景網(wǎng)格進(jìn)行定位追蹤，進(jìn)行精密計算，自動實時分析并調(diào)整虛擬背景，使它的視角與攝像機(jī)的視角完美配合。

2)RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統(tǒng)

RT-SET的Ibis是一種低價位的、易于維護(hù)的虛擬演潘室系統(tǒng)。它采用先進(jìn)的2D即插即用式系統(tǒng)，只需最簡單的安裝。系統(tǒng)平臺是以SGI O2制圖工作站為基礎(chǔ)，以50Hz／60Hz速率進(jìn)行操作，Ibis系統(tǒng)的所有硬件和軟件將來都可升級至RT-SET的Larus系統(tǒng)，而不會有損失和浪費。此系統(tǒng)不需要特殊培訓(xùn)，甚至在制作中也無需專業(yè)的操作人員。它不需要復(fù)雜的3D模型工具，并且可以從任何標(biāo)準(zhǔn)的圖形軟件節(jié)目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的圖形。即便非常大的圖像也可在系統(tǒng)中被方便地合成及使用，并同時保持廣播級質(zhì)量。

在使用Ibis進(jìn)行制作的過程中，攝像機(jī)的運動不受限制，即在使用色鍵的同時，攝像機(jī)也可進(jìn)行搖移、俯仰、快速變焦及聚焦運動。RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統(tǒng)與傳統(tǒng)色鍵比較有許多不同之處。由于它的獨特性、極高分辨率的背景能力及逼真的邊緣效果，Ibis具有靈活、逼真特點的2D虛擬設(shè)置系統(tǒng)。對于象新聞和體育比賽這類節(jié)目來說，它尤為適用。

通過結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)并降低成本，RT-SET的Ibis可把標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)背景演播室轉(zhuǎn)換成動態(tài)虛擬演播室。IBIS這種經(jīng)濟(jì)的、簡單易用的基本的虛擬演播室為攝像師、制片人及導(dǎo)演提供了一種增強(qiáng)功能的最佳選擇。

Ibis的主要特性

(1)無限制的攝像機(jī)運動，包括搖移、俯仰、快速聚焦及變焦；自動景深支持，提供真實復(fù)合圖像；背景圖像可比在屏幕上顯示的圖像大得多，可為4,096×4,096像素，可用虛擬背景擴(kuò)大并覆蓋實景中的非藍(lán)背景，并且不會丟失逼真的背景圖像，這可支持很大范圍的搖移、俯仰及快速聚焦運動；可以方便地與RT-SET的Larus（3D直播虛擬演播室系統(tǒng)）進(jìn)行連接。此優(yōu)點極適合轉(zhuǎn)播車和小型演播室。

(2)帶劃像和DVE特點的現(xiàn)場視頻源的窗口可以任何尺寸被放置在設(shè)定中的任一位置。它可被劃像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系統(tǒng)接受高分辨率的圖像，前景和背景圖象可以與一個Alpha鍵控器連接以便使物體放在素材之前或之后。

(3)直觀的并可自己進(jìn)行擴(kuò)展的界面，可在一個窗口內(nèi)連接所有功能；插入式界面可連接內(nèi)部設(shè)備和制圖SFX；在虛擬設(shè)定中可選DVE界面用于多視頻窗口。

四、幾點考慮

虛擬演播室技術(shù)正處于發(fā)展階段，仍存在很多問題。例如，虛擬背景的逼真性還不能令人滿意。其原因除了軟件功能存在缺陷外，硬件的速度問題也是一個制約的因素。另外，對于攝像機(jī)運動參數(shù)的獲取，不論采用何種方式，都存在局限性，有待于改進(jìn)。除了技術(shù)上的問題之外，虛擬演播室對節(jié)目制作人員也提出了新的要求。它的創(chuàng)作也更加復(fù)雜，不再是一兩個人就能充分使用好的系統(tǒng)，它需要導(dǎo)演、創(chuàng)意者、美術(shù)設(shè)計、二維建模者、三維建模者，演員及虛擬系統(tǒng)的操作者等人員的通力配合。能否真正發(fā)揮虛擬演播室的功能，創(chuàng)作出高質(zhì)量的特技效果，還在于制作者的想象力和他們之間的配合。

盡管如此，虛擬演播室的優(yōu)勢是顯而易見的，它可制作出實際不存在的或難以制作的場景，并可以在瞬間改變場景，因此可創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目。另外，由于場景的制作、修改、保存等都在計算機(jī)上進(jìn)行，因此可降低節(jié)目制作費用，節(jié)省空間，提高演播室的利用率等等。虛擬演播室雖然具有諸多的優(yōu)越性，但它的普及和推廣仍有一定的難度。

虛擬機(jī)價格昂貴，設(shè)備一次性投資很大。比較先進(jìn)的機(jī)型要近百萬美元，即使是入門機(jī)每套也要十幾萬美元，各地電視機(jī)構(gòu)只能根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)實力量力而行。但從長遠(yuǎn)來看，這種技術(shù)不但能節(jié)約大量制作布景的投資，而且還能省掉布景和道具的存儲空間和外景場地。

虛擬演播室技術(shù)本身是一項不斷發(fā)展、不斷改進(jìn)的新技術(shù)，具有旺盛的生命力，在日后的節(jié)目制作中，它將進(jìn)一步體現(xiàn)其優(yōu)越性，發(fā)揮更大的作用。

第三篇：虛擬加工與裝配技術(shù)

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目 錄

摘要.......................................................................................................................Abstract.................................................................................................................第一章

緒論.....................................................................................................1.1虛擬裝配技術(shù)...........................................................................................................1.2虛擬制造技術(shù)...........................................................................................................第二章 虛擬加工技術(shù)及其應(yīng)用.........................................................................2.1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)..........................................................................................2.2 虛擬加工設(shè)備建模

..............................................................................................2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)................................................................................................................2.4 結(jié)語......................................................................................................................第三章 虛擬裝配技術(shù)及其應(yīng)用.......................................................................3.1 虛擬裝配基本設(shè)計思想及內(nèi)涵............................................................................3.2應(yīng)用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技術(shù)加工活塞...................................................................4.1活塞模型的創(chuàng)建.....................................................................................................結(jié)束語.................................................................................................................參考文獻(xiàn).............................................................................................................2

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第一章 緒論

1.1虛擬裝配技術(shù)

近年來，世界機(jī)械制造業(yè)市場的競爭日趨激烈，為了適應(yīng)變化迅速的市場需求，產(chǎn)品研制周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)成為每一個現(xiàn)代企業(yè)必須面對的問題。近20年來的實踐證明，將信息技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品研制以及實施途徑的改造，是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的必由之路。同時，先進(jìn)的產(chǎn)品研制方法、手段以及實施途徑，實際上是產(chǎn)品研制質(zhì)量、成本、設(shè)計周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數(shù)字化代表產(chǎn)品--波音777的展示中，不像以往那樣重點宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們?nèi)绾纬浞掷脭?shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊等方面。波音777飛機(jī)項目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化設(shè)計與集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊IPT（Integrated Product Development Team）（238個Team）的有效實施，保證了飛機(jī)設(shè)計、裝配、測試以及試飛均在計算機(jī)上完成。研制周期從過去的8年時間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計思想在研制過程中發(fā)揮了巨大的作用?！疤摂M裝配”（Virtual Assembly）是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計合理性的一種手段。該定義強(qiáng)調(diào)虛擬裝配技術(shù)是一種模型重新進(jìn)行定位、分析過程。

(2)虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產(chǎn)品的可裝配性。

1.2虛擬制造技術(shù)

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第二章 虛擬加工技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

虛擬加工是現(xiàn)實加工過程在計算機(jī)上的映射，與真實制造過程相比，具有虛擬性、數(shù)字化集成性、依賴性。虛擬加工系統(tǒng)的建立必須基于現(xiàn)實的制造設(shè)備及其相關(guān)活動，并且可以隨著制造設(shè)備的改變對虛擬加工系統(tǒng)進(jìn)行變更。由此，以現(xiàn)實制造過程為基礎(chǔ)，本課題組提出了一個開放的、可重組、可擴(kuò)展的虛擬加工系統(tǒng)體系(圖1)。

圖1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

體系結(jié)構(gòu)由界面層、功能層和數(shù)據(jù)層組成。界面層提供用戶與系統(tǒng)交互的界面，用戶通過該界面可以快速組裝一個虛擬加工環(huán)境并進(jìn)行虛擬加工，直觀地觀看加工過程，對加工過程進(jìn)行干預(yù)，并獲取分析結(jié)果。

虛擬加工設(shè)備建模

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圖2 虛擬加工設(shè)備模型類結(jié)構(gòu)

虛擬機(jī)床是虛擬加工過程的具體實施者。根據(jù)機(jī)床信息的不同，機(jī)床模型分為幾何模型和仿真模型，其中幾何模型將虛擬機(jī)床看成是一個層次式的裝配體，包含多個部件和零件，且部件之間存在著相互裝配關(guān)系和約束條件，組成零部件的三維數(shù)字模型根據(jù)其實際形狀和大小分別建模;機(jī)床仿真模型是在NC代碼的驅(qū)動下，采用一種類似于NC加工插補(bǔ)算法實現(xiàn)各運動部件的平動與轉(zhuǎn)動，以此驅(qū)動虛擬機(jī)床的運動。本文將仿真模型作為機(jī)床的物理屬性依附在機(jī)床的幾何模型上，建立虛擬加工設(shè)備模型的類結(jié)構(gòu)(圖2）。類結(jié)構(gòu)建立床身、工作臺和導(dǎo)軌等基本類，在此基礎(chǔ)上建立零部件幾何模型類繼承基本類；零部件幾何模型類與零部件仿真模型類一起形成零件模型類，通過零件、部件之間的包含、聚合關(guān)系形成虛擬加工設(shè)備。

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特征類CGLFeatBlock記錄Block特征特有的參數(shù)長寬高。UG/Open API中獲取特征類型的函數(shù)為UF_MODL_ask_feat_type;獲取特征名的函數(shù)為UF_MODL_ask_feat_name;

獲取參考點坐標(biāo)的函數(shù)，UF_MODL_ask_feat_location;獲取特征參數(shù)的函數(shù)，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具體的特征類型，如為Block，則函數(shù)表示獲取Block特征的參數(shù)。

Step4:應(yīng)用獲取特征關(guān)系函數(shù)UF_MODL_ask_feat_relatives，獲取特征之間的關(guān)系，并根據(jù)該關(guān)系step3創(chuàng)建的各特征對象鏈接到零部件幾何模型對象的特征樹的對應(yīng)位置

顯示幾何模型只包含三維顯示需要的一些數(shù)據(jù)(如點集、三角面片集、顏色、法矢等)。我們采用VRML文件作為中性文件獲得零件的顯示幾何模型，即在CAD軟件中通過對一些規(guī)則形狀的物體進(jìn)行幾何運算，并導(dǎo)出形成STL、VRML格式的中性文件，記錄零部件幾何模型的三角面片數(shù)據(jù)。2.2.2 零件幾何模型的建立

獲取的顯示幾何模型實質(zhì)是一系列離散的面集，而獲取的特征數(shù)據(jù)只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件幾何模型。需要根據(jù)特征數(shù)據(jù)來識別并重新組織面集以構(gòu)造零部件幾何模型。

本文采用面向?qū)ο蟮乃枷敕治隽慵缀文Ｐ?，為特征造型中常見的幾何表面類型及其約束方程分別設(shè)計類，利用類和對象間的繼承、聚合特性實現(xiàn)零件的可重構(gòu)和重用性。圖4為本文建立的零件幾何模型對象結(jié)構(gòu)，描述零件幾何模型與工程語義、形狀特征之間的對象關(guān)系以及該零部件與其它零部件之間的幾何約束關(guān)系。

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void Init();//零件的初始化，包括零件的空間位置、特征樹等相關(guān)信息

void PiekMesh();II進(jìn)行特征匹配與模型重構(gòu)

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//記錄特征信息的節(jié)點類型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征數(shù)組

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指針鏈表類型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件場景對象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征數(shù)組

CString m_PartName;//零(部)件名稱

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的參考點

float m_comparaCoord[4][4];//相對主零(部)件的坐標(biāo)

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在裝配環(huán)境中的絕對坐標(biāo)

BOOL m_CorP;//零件或部件

針對構(gòu)成機(jī)床的零部件的樹狀層次結(jié)構(gòu)，我們應(yīng)用多叉樹來描述。在每一部件類中，有成員變量m_lPartPointList是一個指針鏈表，記錄所有該子裝配體中的零部件指針。如圖5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指針鏈表定義

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指針

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即表面上調(diào)用的都是CGLFeature類的繪制函數(shù)glDraw()，實際上在執(zhí)行過程中會根據(jù)不同的指針類型調(diào)用相應(yīng)的子類的、改寫過的繪制函數(shù)glDraw()，進(jìn)而圓滿完成各特征的繪制任務(wù)。

圖6 虛擬設(shè)備幾何模型顯示流程

對于設(shè)備的屬性仿真模型而言，運動模型是最基本的。環(huán)境中物體運動時，通過運動關(guān)系模型計算相關(guān)運動物體的空間位姿，調(diào)用顯示方法不斷地刷新屏幕產(chǎn)生連續(xù)的動畫仿真。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文應(yīng)用UG三維造型軟件對一套加工設(shè)備進(jìn)行了幾何建模，通過文件輸

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圖8 虛擬加工環(huán)境

2.4 結(jié)語

虛擬加工系統(tǒng)是虛擬制造研究的主要內(nèi)容之一，而環(huán)境建模是虛擬加工系統(tǒng)仿真、分析的基礎(chǔ)。本文通過三維實體建模構(gòu)造出一套虛擬設(shè)備，使設(shè)計人員可以借助于一定的軟、硬件設(shè)備，在虛擬制造環(huán)境下對零件加工過程進(jìn)行仿真，并對設(shè)備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。該研究成果已經(jīng)在某研究所應(yīng)用，應(yīng)用表明:本課題組建立的虛擬加工系統(tǒng)可根據(jù)實際加工情況快速構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，能夠有效提升該研究所產(chǎn)品設(shè)計制造效率，縮短產(chǎn)品研制時間。

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產(chǎn)品研制是多部門的協(xié)同工作過程，各部門間的合作往往受到各個企業(yè)的生產(chǎn)條件等方面的限制，結(jié)合各個企業(yè)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數(shù)量和特殊類型，減少材料種類，使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產(chǎn)品研制的不同階段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整一致，保證產(chǎn)品研制的各個部門協(xié)同工作，實現(xiàn)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的高度集成，有效提高產(chǎn)品的可制造性和可裝配性。

3.1.2以過程控制為中心的虛擬裝配

以過程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內(nèi)容。

（1）實現(xiàn)對產(chǎn)品總體設(shè)計進(jìn)程的控制

在產(chǎn)品數(shù)字化定義過程中，結(jié)合產(chǎn)品研制特點，人為地將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計過程，該過程可以劃分為三個階段：總體設(shè)計階段、裝配設(shè)計階段和詳細(xì)設(shè)計階段。通過對三個設(shè)計階段的控制，實現(xiàn)對產(chǎn)品總體設(shè)計進(jìn)程的控制，以及虛擬裝配設(shè)計流程。

1）總體設(shè)計階段?？傮w設(shè)計階段是產(chǎn)品研制的初期階段，在此階段進(jìn)行產(chǎn)品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進(jìn)行產(chǎn)品初步的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體布局。

2）裝配設(shè)計階段。裝配設(shè)計階段為產(chǎn)品研制的主要階段，在此階段產(chǎn)品三維實體模型設(shè)計已經(jīng)基本完成，主要包括：產(chǎn)品模型空間分配（裝配區(qū)域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關(guān)系、三維實體模型等）以及應(yīng)力控制。

3）詳細(xì)設(shè)計階段。詳細(xì)設(shè)計階段為產(chǎn)品研制的完善階段，在此階段完成產(chǎn)品三維實體模型的最終設(shè)計，主要包括 ：完成產(chǎn)品三維實體模型的最終設(shè)計，進(jìn)行產(chǎn)品模型的計算機(jī)裝配，進(jìn)行全機(jī)干涉檢查。

（2）過程控制管理

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進(jìn)行管理和傳遞，保證在正確的時間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)是一項重要的應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

（3）機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬裝配技術(shù)如果要實現(xiàn)行業(yè)CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)的有效集成和廠所之間的數(shù)據(jù)交換，必須采用機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 焊接小車部件級產(chǎn)品實施方法及途徑 1。軟硬件環(huán)境

硬件：COMPAQ服務(wù)器一臺；P4，2.7G，1M內(nèi)存的微機(jī)8臺。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環(huán)境。2.焊接小車的傳動裝置虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究

我們選擇傳動裝置的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究作為工程實例，對虛擬裝配技術(shù)的工程應(yīng)用思想、方法、具體實施途徑作進(jìn)一步研究，為下一階段整個小車的應(yīng)用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設(shè)計階段。IPT根據(jù)小車總體設(shè)計要求以及基本的總體設(shè)計參數(shù)，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進(jìn)行初步的總體布局。總體設(shè)計階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據(jù)已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行初步布置、建立初始模型。

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圖11 詳細(xì)設(shè)計階段模型

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第三步

第四步

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第七步

第八步

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結(jié)束語

虛擬加工系統(tǒng)是虛擬制造研究的主要內(nèi)容之一，而環(huán)境建模是虛擬加工系統(tǒng)仿真、分析的基礎(chǔ)。本文通過三維實體建模構(gòu)造出一套虛擬設(shè)備，使設(shè)計人員可以借助于一定的軟、硬件設(shè)備，在虛擬制造環(huán)境下對零件加工過程進(jìn)行仿真，并對設(shè)備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。該研究成果已經(jīng)在某研究所應(yīng)用，應(yīng)用表明:本課題組建立的虛擬加工系統(tǒng)可根據(jù)實際加工情況快速構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，能夠有效提升該研究所產(chǎn)品設(shè)計制造效率，縮短產(chǎn)品研制時間。

虛擬裝配的應(yīng)用研究在國內(nèi)研究所才剛剛起步，無論是在船舶、飛機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域的產(chǎn)品研制與開發(fā)中，還是在其他的輕工藝產(chǎn)品的開發(fā)中，人們已經(jīng)逐漸地認(rèn)識到虛擬裝配所能發(fā)揮的巨大作用和發(fā)展?jié)摿?。在焊接小車的設(shè)計過程中采用的裝配思想改變了產(chǎn)品研制人員的研制習(xí)慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應(yīng)用方法、建立一定的組織機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)虛擬裝配的核心，產(chǎn)品數(shù)據(jù)在研制中的合理管理和流動是實現(xiàn)虛擬裝配的基礎(chǔ)。

第四篇：中醫(yī)先進(jìn)復(fù)合迎檢方案

榮成市第三人民醫(yī)院中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核迎檢實施方案

根據(jù)市衛(wèi)生局《全國基層中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核迎檢實施方案》（榮衛(wèi)字[2012]102號），按照《國家中醫(yī)藥管理局關(guān)于印發(fā)全國基層中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位建設(shè)工作管理辦法的通知》（國中醫(yī)藥醫(yī)政發(fā)〔2010〕46號）、《國家中醫(yī)藥管理局關(guān)于印發(fā)全國農(nóng)村中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的通知》（國中醫(yī)藥醫(yī)政發(fā)〔2010〕47號）要求，將于今年9月對我市鞏固全國基層中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位成果進(jìn)行復(fù)核驗收。為切實做好迎接中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核驗收的各項工作，結(jié)合我院工作實際，制定如下實施方案：

一、指導(dǎo)思想

以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導(dǎo)，深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，堅持新時期的衛(wèi)生工作方針，結(jié)合醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革，突出抓好轄區(qū)中醫(yī)工作，積極加入到創(chuàng)建中醫(yī)藥先進(jìn)市的工作中來，充分發(fā)揮傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)在防病治病中的作用，推動我市中醫(yī)藥事業(yè)全面協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。

二、工作目標(biāo)

加強(qiáng)轄區(qū)中醫(yī)藥工作的組織領(lǐng)導(dǎo)和管理，加強(qiáng)鄉(xiāng)村醫(yī)生中醫(yī)藥人才隊伍建設(shè)，提高中醫(yī)藥防病治病能力，充分發(fā)揮中醫(yī)藥在公共衛(wèi)生服務(wù)中的作用，全面落實中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的各項創(chuàng)建任務(wù)，精心組織，確保復(fù)核一舉達(dá)標(biāo)，為我市中醫(yī)藥事業(yè)全面發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

三、工作任務(wù)

按照《全國農(nóng)村中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，主要抓好以下六個方面的工作： 一加強(qiáng)中醫(yī)藥工作的組織領(lǐng)導(dǎo)。健全醫(yī)院和衛(wèi)生室加強(qiáng)中醫(yī)藥工作的組織領(lǐng)導(dǎo)。相關(guān)部門共同推動中醫(yī)藥工作的協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制，協(xié)調(diào)解決中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展過程中存在的問題。制定中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展規(guī)劃并組織實施，在居民醫(yī)保、合作醫(yī)療中突出中醫(yī)藥的特色作用，制定鼓勵政策，引導(dǎo)轄區(qū)居民選擇應(yīng)用中醫(yī)藥服務(wù)。我院要按照《綜合醫(yī)院中醫(yī)臨床科室基本標(biāo)準(zhǔn)》、《醫(yī)院中藥房基本標(biāo)準(zhǔn)》等的要求，加強(qiáng)中醫(yī)臨床科室、中藥房、中藥煎藥室等的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)，健全與西醫(yī)臨床科室的會診、轉(zhuǎn)診制度；轄區(qū)衛(wèi)生室要進(jìn)一步加強(qiáng)功能建設(shè)，形成相對獨立的中醫(yī)藥綜合服務(wù)區(qū)，保證每個衛(wèi)生室至少有 1 名中醫(yī)或能中會西的鄉(xiāng)村醫(yī)生、全科醫(yī)生，使轄區(qū)居民能夠及時的享有優(yōu)質(zhì)的中醫(yī)藥服務(wù)。二加強(qiáng)中醫(yī)藥人才隊伍建設(shè)。積極引進(jìn)中醫(yī)藥大專以上優(yōu)秀人才，加強(qiáng)中醫(yī)藥人才隊伍建設(shè)。畢業(yè)生到我院就業(yè)，選拔基層中醫(yī)藥工作隊伍中的優(yōu)秀人才到重要崗位任職，做好繼續(xù)教育、在職培訓(xùn)、“三基”訓(xùn)練、住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)、專科人才骨干培訓(xùn)等工作，進(jìn)一步提升我院中醫(yī)藥人員的素質(zhì)。鼓勵西醫(yī)學(xué)中醫(yī)，開展鄉(xiāng)村醫(yī)生中醫(yī)藥知識培訓(xùn)，進(jìn)一步優(yōu)化中醫(yī)藥專業(yè)人才隊伍結(jié)構(gòu)，提高業(yè)務(wù)能力。結(jié)合基本藥物制度的實施，認(rèn)真開展《國家基本藥物臨床應(yīng)用指南（中成藥）》和《中成藥臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則》的培訓(xùn)，提高臨床醫(yī)生的中成藥應(yīng)用水平。三加強(qiáng)中醫(yī)藥服務(wù)能力建設(shè)。強(qiáng)化中醫(yī)科研創(chuàng)新工作，積極組織申報中醫(yī)藥科研課題，全面推動中醫(yī)?？疲▽２。┙ㄔO(shè)，特別是在針灸康復(fù)、推拿、中醫(yī)骨傷科等基礎(chǔ)較好的學(xué)科建設(shè)上，進(jìn)一步發(fā)揮特色和優(yōu)勢，提高縣我院的中醫(yī)藥服務(wù)能力，完善相關(guān)制度和考核機(jī)制。四發(fā)揮中醫(yī)藥在公共衛(wèi)生服務(wù)中的作用。發(fā)揮中醫(yī)藥在公共衛(wèi)生服務(wù)中的作用。立足中醫(yī)藥特色和優(yōu)勢，積極參與傳染病的預(yù)防工作。利用中醫(yī)藥知識和技能，廣泛開展防病治病、中醫(yī)藥健康教育和宣傳咨詢活動，制定中醫(yī)藥保健處方，運用中醫(yī)藥知識和方法開展慢性病患者管理服務(wù)，提高城鄉(xiāng)居民中醫(yī)藥預(yù)防保健能力。五突出中醫(yī)藥文化建設(shè)。結(jié)合中醫(yī)藥“名院、名科、名醫(yī)”突出中醫(yī)藥文化建設(shè)，“進(jìn)農(nóng)村、進(jìn)社區(qū)、進(jìn)家庭”的“三名三進(jìn)”工程建設(shè)，加大對中醫(yī)藥文化的總結(jié)、整理、宣傳力度，推動中醫(yī)藥文化體系建設(shè)。利用多種形式開展中醫(yī)藥宣傳工作，使轄區(qū)居民了解中醫(yī)藥、認(rèn)識中醫(yī)藥、認(rèn)同中醫(yī)藥、使用中醫(yī)藥、感受中醫(yī)藥文化。

四、職責(zé)分工

我院大力培養(yǎng)中醫(yī)藥骨干人才，改善中醫(yī)藥服務(wù)環(huán)境，提高中醫(yī)藥服務(wù)水平，拓寬中醫(yī)藥服務(wù)領(lǐng)域，規(guī)范中醫(yī)藥服務(wù)行為，不斷提高中醫(yī)藥服務(wù) 質(zhì)量。建立基層常見病、多發(fā)病中醫(yī)藥適宜技術(shù)推廣基地，開展中醫(yī)藥適宜技術(shù)培訓(xùn)。積極推廣應(yīng)用中醫(yī)藥先進(jìn)技術(shù)和適宜技 術(shù)，充分發(fā)揮中醫(yī)藥在新農(nóng)合醫(yī)療中的作用，引導(dǎo)參合人員選擇 應(yīng)用中醫(yī)藥服務(wù)。建立健全中醫(yī)工作檔案，開展面向群眾的中醫(yī)藥知識科普宣傳，開展中醫(yī)藥學(xué)術(shù)交流和中醫(yī)科研課題研究。完善有利于發(fā)揮中醫(yī)藥特色優(yōu)勢的補(bǔ)償機(jī)制。建立中醫(yī)藥服務(wù)工作考核機(jī)制，并納入對其管理人員工作考核目標(biāo)，統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)、督促、檢查落實復(fù)核迎檢工作。

五、工作步驟

（一）宣傳動員及自查階段（5月1日—5月20日）。（對照《全國農(nóng)村中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，成立創(chuàng)建以院長于海港同志為組長，主任醫(yī)師王曉明為副組長的領(lǐng)導(dǎo)小組，對照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)調(diào)研，擬訂我院中醫(yī)藥事業(yè)“十二五” 發(fā)展規(guī)劃和創(chuàng)建工作實施方案，明確目標(biāo)，落實分工。

（二）籌備迎檢階段（5月21日—7月31日）研究部署復(fù)核迎檢工作，明確中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位的目標(biāo)、步驟及保障措施，把中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核工作列入全年工作目標(biāo)和工作計劃中。

（三）威海市初評及省級評估階段（8月），工作實施階段（領(lǐng)導(dǎo)小組各成員單位按照職責(zé)分工，結(jié)合中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核工作的實際，全面細(xì)致的梳理存在的薄弱環(huán)節(jié)，逐項整改，做好政策落實、資料整理。進(jìn)一步加強(qiáng)中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位工作的日常指導(dǎo)和督促，對照創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)完成各項任務(wù)。

（四）評估復(fù)核階段（9月—10月）進(jìn)一步完善資料，做好復(fù)核驗收準(zhǔn)備，務(wù)必達(dá)到中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位標(biāo)準(zhǔn)，迎接國家、省中醫(yī)藥管理局對我院的復(fù)核驗收。

六、工作要求

切實提高對發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè)的認(rèn)識，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)。一提高認(rèn)識，認(rèn)真貫徹落實《中華人民共和國中醫(yī)藥條例》以及上級關(guān)于扶持和促進(jìn)中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的意見等要求，將中醫(yī)藥工作納入醫(yī)院發(fā)展總體規(guī)劃。二統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，合力推進(jìn)。各科室要高度重視，各盡其責(zé)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，合力推進(jìn)。相互協(xié)作，把迎檢復(fù)核作為工作的重中之重，層層建立責(zé)任制，做到主要領(lǐng)導(dǎo)負(fù)總責(zé)，分管領(lǐng)導(dǎo)具體抓，針對工作中的薄弱環(huán)節(jié)及 重點、難點問題，集中時間、集中精力，及時采取有效措施，共同推進(jìn)中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位的各項工作，確保各項迎檢復(fù)核工作任務(wù)落到實處。三大力宣傳，營造氛圍。進(jìn)一步加大對中醫(yī)藥工作的宣傳，營造氛圍。加大宣傳力度，懸掛宣傳標(biāo)語，采取多種形式、多種途徑營造迎檢氛圍，要緊緊圍繞中醫(yī)藥工作先進(jìn)單位復(fù)核工作這一主題，及時宣傳我院的一系列措施和舉措。建立中醫(yī)藥工作的宣傳陣地，積極普及中醫(yī)藥知識，向人民群眾廣泛宣傳中醫(yī)藥文化的內(nèi)涵，宣傳中醫(yī)藥防病治病的理念、知識和作用，提高轄區(qū)利用中醫(yī)藥進(jìn)行防病治病、自我保健的意識和能力，營造重視中醫(yī)藥、了解中醫(yī)藥、熱愛中醫(yī)藥的良好氛圍。

第五篇：虛擬技術(shù)的發(fā)展與哲學(xué)思想

1.前言

網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)已經(jīng)成為人類社會發(fā)展不可或缺的動力，它既向傳統(tǒng)的哲學(xué)理論提出了挑戰(zhàn)，也成為了哲學(xué)研究新的亮點，豐富了哲學(xué)的內(nèi)涵。虛擬技術(shù)超越了傳統(tǒng)哲學(xué)的現(xiàn)實性，具有“超現(xiàn)實性”虛擬技術(shù)已經(jīng)深刻地影響著人類社會，不可逆轉(zhuǎn)地改變著人類社會的進(jìn)程。虛擬技術(shù)不僅器物層次上影響人類改造世界的方式和能力，而且在精神和道德層面上影響著人類認(rèn)識世界的角度和深度。

虛擬技術(shù)就本質(zhì)來說是一種技術(shù)，也是一把“雙刃劍”。它在給人們帶來便利的同時也給人類帶來了一系列的困惑和難題：首先，傳統(tǒng)哲學(xué)受到了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)哲學(xué)的基石——現(xiàn)實性，在解釋虛擬技術(shù)的現(xiàn)象是得出了截然相反的結(jié)果，這是傳統(tǒng)哲學(xué)的新難題。從另一個角度來說．也是哲學(xué)的新課題，為哲學(xué)注入了新的活力：其次，虛擬技術(shù)為人們提供了一個“無拘無束”生活空間，在物理空間和精神空間之外開拓出了“第三空間”。“第三空間”給了人們極大的自由，人們在享受自由的同時，卻滋生了網(wǎng)絡(luò)空間道德失范的問題，而且，由于個體集真實世界主體和虛擬世界主體于一身，不可避免地現(xiàn)實世界的道德也受到的影響，所以網(wǎng)絡(luò)空間道德問題亟待關(guān)注和解決。

2.虛擬技術(shù)與哲學(xué)的關(guān)系

首先。虛擬技術(shù)成為哲學(xué)研究的新的對象，拓寬了哲學(xué)研究的領(lǐng)域，并成為哲學(xué)研究新的亮點。基于計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，虛擬技術(shù)正掀起一次巨大的虛擬化浪潮，從而不可逆轉(zhuǎn)地改變著人類社會的進(jìn)化歷程。我們知道，在很大程度上，哲學(xué)的生命力源于對時代變革做出積極的響應(yīng)，因此，當(dāng)代哲學(xué)家有責(zé)任對由虛擬技術(shù)所引起的人類進(jìn)化歷程的改變做出及時的反思。虛擬技術(shù)為哲學(xué)發(fā)展提出了新的課題。

其次，虛擬技術(shù)為哲學(xué)研究提供了一種全新的方法，改變了以往哲學(xué)單一的“圈椅上的沉思”的模式，在虛擬網(wǎng)絡(luò)空間中實現(xiàn)只有在想象中才出現(xiàn)的各種情況，使哲學(xué)不僅對虛擬技術(shù)進(jìn)行哲學(xué)層面的思考，去引導(dǎo)人們正確利用虛擬技術(shù)，而且也要運用高新技術(shù)進(jìn)行哲學(xué)研究，使哲學(xué)家的寶貴思想不僅僅存在于自己的大腦中。還能夠在虛擬網(wǎng)絡(luò)中交得可視，如果他愿意的話，還能夠輕松地與他人交流。

再次，虛擬技術(shù)還為哲學(xué)教學(xué)與交流共了新的理想的場所。近十幾年來，國外(主要美國)一些大學(xué)的哲學(xué)教師運用多媒體技術(shù)、虛擬實在技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)出了許多用于邏輯學(xué)、倫理學(xué)和哲學(xué)史等方面的可視化的教學(xué)軟件。正如以上所提到的一樣，虛擬技術(shù)使哲學(xué)這門讓人覺得深不可測古老學(xué)科煥發(fā)了新的生機(jī)。

網(wǎng)絡(luò)空間為人們提供了一個新的時間場，它實現(xiàn)了實踐的虛擬化。在現(xiàn)實社會中我們只能看到一種可能性．那就是現(xiàn)實．而在網(wǎng)絡(luò)空間所有的可能都能變成“現(xiàn)實”。極大地豐富人們的精神視野，為人們提供了更為科學(xué)和有效的行動方案。所有這些必將對哲學(xué)教學(xué)乃至整個哲學(xué)的發(fā)展的產(chǎn)生巨大的影響。

2.1.傳統(tǒng)哲學(xué)與現(xiàn)實性

網(wǎng)絡(luò)時代將人類帶入了一個以創(chuàng)新為時代精神的時代，網(wǎng)絡(luò)空間的虛擬生存即虛擬實踐極大地激發(fā)了人們的創(chuàng)造潛力，虛擬實踐可以稱之為創(chuàng)造的實踐。由此觀點看，以前的人類實踐只能稱作改造的實踐，人類更早的實踐只能稱作自然的實踐。

由于時代的實踐方式和時代精神發(fā)生了變化，以現(xiàn)實性為繁榮之基的傳統(tǒng)哲學(xué)對虛擬空間的指導(dǎo)就顯得有些牽強(qiáng)了。要使我們的思維和行為立足于創(chuàng)新，使創(chuàng)新成為整個民族和人類的精神靈魂，就必須突破傳統(tǒng)的現(xiàn)實性哲學(xué)框架對虛擬實踐的桎梏。開拓我們的哲學(xué)視野，改變我們的思維范式、行為方式，進(jìn)入到一個新的超現(xiàn)實的哲學(xué)平臺上。

現(xiàn)實性是傳統(tǒng)哲學(xué)的基礎(chǔ)和核心。傳統(tǒng)哲學(xué)是內(nèi)在統(tǒng)一的，它的框架可以被描述成；現(xiàn)實性是人的思維和行為的出發(fā)點，人的認(rèn)識從感性直觀上升到理性，而邏輯或思維的真理性質(zhì)是在于合乎現(xiàn)實。或者說，世界是運動變化的．運動變化是有規(guī)律的。只有正確反映世界才能認(rèn)識世界的規(guī)律性，才能正確改造世界?，F(xiàn)實性包含了一切爾后的哲學(xué)范疇，或者說所有的哲學(xué)范疇都是現(xiàn)實性范疇的自身展開?，F(xiàn)實性是傳統(tǒng)哲學(xué)的基礎(chǔ)．是人的思維與行為統(tǒng)一性的基礎(chǔ)。離開了現(xiàn)實性，傳統(tǒng)哲學(xué)的大廈也就不復(fù)存在了。

2.2.虛擬技術(shù)與“超現(xiàn)實性 虛擬是未來哲學(xué)的元起點，從現(xiàn)實性哲學(xué)向虛擬哲學(xué)的轉(zhuǎn)換是當(dāng)代哲學(xué)框架的大轉(zhuǎn)換?！碧摂M，是人對世界、對象、活動、意義等的人化形式的構(gòu)建．這些人化形式主要是語言、符號、規(guī)則、數(shù)字等。虛擬為人類創(chuàng)造出現(xiàn)實所無法提供的新的發(fā)展空間、可能和平臺，它是人的創(chuàng)造性活動之源。虛擬的功能是指向現(xiàn)實的各種可能性、不可能性和不存在性，通過對現(xiàn)實的各種可能性、不可能性、不存在性進(jìn)行思維構(gòu)成、規(guī)則形成和數(shù)字構(gòu)成．從而使人類走向一種更高級的創(chuàng)造形態(tài)?？傊摂M的功能就是否定現(xiàn)實的合理性，不僅僅囿于一切從現(xiàn)實出發(fā)，而要確立非現(xiàn)實的合理性、超越性、創(chuàng)新性。虛擬實踐、虛擬空間以傳統(tǒng)哲學(xué)衡量是不現(xiàn)實的，因為其不能“出場”，只能看作是對現(xiàn)實世界的反映，是一種意識。另一方面。網(wǎng)絡(luò)社會是自在的，它的組成部分——電腦、Modem、網(wǎng)民這些東西都是確確實實存在著的。同時它又是實在的，對于眾多網(wǎng)民來說自不待言，每天的上網(wǎng)已經(jīng)充分說明網(wǎng)絡(luò)社會是現(xiàn)實的。對于沒有上網(wǎng)的人來說，網(wǎng)絡(luò)社會也是現(xiàn)實的。整天的宣傳和報道，足以使人意識到網(wǎng)絡(luò)社會的存在?！彼?，虛擬網(wǎng)絡(luò)空間又是現(xiàn)實的。這兩種分析運用的都是傳統(tǒng)哲學(xué)的理論，得出的卻是截然相反的結(jié)論，這說明網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)不能以傳統(tǒng)哲學(xué)的現(xiàn)實性來街量，它具有超現(xiàn)實性。

3.虛擬技術(shù)的應(yīng)用

典型實例：頭戴顯示器

頭戴顯示器，顧名思義就是可以攜帶的顯示器，和傳統(tǒng)的顯示器相比，頭戴顯示器的外形一般表現(xiàn)為頭盔的模式，如今隨著技術(shù)的進(jìn)步，也有不少頭戴顯示器更加輕薄，表現(xiàn)為眼鏡的模式。

除了外形上的差別，在顯示技術(shù)上，頭戴顯示器和普通的顯示器也有所差別。普通顯示器是利用面板成像，而頭戴顯示器的顯示模式大體分為兩種：一種利用體積微小的面板成像，包括LCD，LCOS，OLED等面板，然后將影響投射到人的眼睛之中，相當(dāng)于在人眼前假設(shè)一個微小的投影機(jī)系統(tǒng)。另一種則是激光掃描顯示技術(shù)，這種技術(shù)是通過微電子機(jī)械系統(tǒng)直接把信息“寫”在視網(wǎng)膜上。

頭戴顯示器的應(yīng)用范圍很廣，軍事，醫(yī)學(xué)以及娛樂都有頭戴顯示器的用武之地。頭戴顯示器的應(yīng)用作用可以概括為AR（augmented reality)，翻譯過來就是增強(qiáng)現(xiàn)實的意思。這和VR（virtul reality)虛擬現(xiàn)實的作用不同。虛擬現(xiàn)實是利用計算機(jī)虛擬的圖像世界來進(jìn)行計算，而增強(qiáng)現(xiàn)實則是在人眼觀測到的真實世界中進(jìn)行信息標(biāo)注或者信息計算。比如信息處理，這是頭戴顯示器重要作用之一。在軍事上，飛行員在觀測到戰(zhàn)場環(huán)境的同時，結(jié)合眼前目鏡中的信息，及時的了解所有的戰(zhàn)場動態(tài)，對上級的命令做出快速的反應(yīng)。在民用中，一個倉庫管理員，可以結(jié)合頭戴顯示器，快速在貨物堆積的倉庫中找尋出特定的物品。當(dāng)然，頭戴顯示器的娛樂作用也是不容忽視的?，F(xiàn)階段的消費級頭戴顯示器也都瞄準(zhǔn)了這一市場。比如索尼的HMZ-T2，用戶可以在極短的距離內(nèi)觀測到大屏的電影，并且可以實現(xiàn)3D效果，也可以連接游戲主機(jī)，體驗3D游戲的樂趣。

（技術(shù)介紹類資料不充分）谷歌智能眼鏡

谷歌眼鏡包括了一條可橫置于鼻梁上方的平行框架、一個位于鏡框右側(cè)的寬條狀電腦，以及一個透明顯示屏。這款高科技眼鏡擁有智能手機(jī)的所有功能，鏡片上裝有一個微型顯示屏，用戶無需動手便可上網(wǎng)沖浪或者處理文字信息和電子郵件，同時，戴上這款“拓展現(xiàn)實”眼鏡，用戶可以用自己的聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用

南加州大學(xué)創(chuàng)新技術(shù)研究所的艾伯特?里佐博士(Dr.Albert Rizzo)介紹說，上世紀(jì)90年代，他注意到自己的一位腦損傷患者在治療的過程中很難接受他所提供的治療方案，但是卻很容易沉浸到Game Boy中的《俄羅斯方塊》之中，里佐從此獲得靈感開始研究針對腦損傷疾病的數(shù)字解決方案。在接下來的數(shù)年時間中，里佐與計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的同事們一起進(jìn)行研究，試圖弄清楚虛擬現(xiàn)實模擬訓(xùn)練療法能否改善患者在真實世界中的能力。在經(jīng)過近20年的研究之后，里佐認(rèn)為這個問題的答案是肯定的。通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來把患者當(dāng)年所處的環(huán)境(比如戰(zhàn)場)模擬出來，然后再用誘導(dǎo)性的話題去喚醒患者的記憶，從而幫助其恢復(fù)正常的記憶。虛擬現(xiàn)實療法研究公司Virtually Better的臨床心理學(xué)家和培訓(xùn)總監(jiān)馬拉特?薩諾夫(Marat Zanov)指出，目前已經(jīng)有數(shù)百個臨床研究案例顯示，虛擬療法的效果至少不低于真實療法。同時相對于真實療法來說，虛擬現(xiàn)實療法要更加方便和便宜。虛擬現(xiàn)實療法對于飛行恐懼癥患者的治療來說是相當(dāng)便宜的，如果他們也采用暴露療法，通常需要支付比較昂貴的出行成本，但如果使用虛擬療法的話，這方面的費用可以完全節(jié)省下來。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用

在歐內(nèi)斯特·克萊因(Ernest Cline)的小說《Ready Player One》中，作者描述了一個反烏托邦的未來世界，這里的幼兒教育幾乎完全通過頭戴式顯示器實現(xiàn)，其中就有利用激光投影來營造虛擬教學(xué)環(huán)境的場景。我們距離這種完全虛擬化的課堂還有很長的距離，但目前已經(jīng)有一些學(xué)校和老師在虛擬教學(xué)上邁出了第一步。

利用平板電腦和微軟的Kinect來幫助那些有特殊需要的學(xué)生(如孤獨癥患者)。這是一款能夠提升孤僻學(xué)生情感投入水平的絕佳工具，這些學(xué)生大多由于心理方面的原因?qū)?biāo)準(zhǔn)的教室環(huán)境不太適應(yīng)，后者容易給他們造成極大的心理壓力。對于那些有感覺處理障礙癥狀的學(xué)生們來說，傳統(tǒng)的學(xué)校環(huán)境會給他們帶來極大的心理壓力，相比之下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)卻能夠根據(jù)他們的實際情況為他們營造一個安靜的學(xué)習(xí)環(huán)境。讓這些學(xué)生們成對佩戴上Oculus Rift，然后讓他們直接去玩一些類似《泰坦宇宙之旅》(Titans of Space)和《藍(lán)色大理石》(BlueMarble)之類的虛擬游戲，在游戲中他們往往需要與自己的搭檔進(jìn)行對話和交易，事實證明，Oculus Rift能夠?qū)⒁恍﹫F(tuán)隊合作技巧通過這些游戲教授給特殊兒童，而這在傳統(tǒng)教學(xué)中極難實現(xiàn)的?！八麄冊谕嬗螒驎r只需點擊不同的按鈕即可，而無需進(jìn)行面對面的交談，這能夠在一定程度上減輕他們的社交壓力。

在未來幾年內(nèi)，教育行業(yè)和團(tuán)隊將會越來越重視虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的作用，而一些教學(xué)類的優(yōu)質(zhì)軟件也將會被開發(fā)出來，一旦這些條件具備之后，整個教育行業(yè)可能就會發(fā)生巨變，學(xué)生們在學(xué)校里不僅能夠體會萬里之外的盧浮宮或長城的獨特魅力，還能夠通過虛擬地球儀了解地球的成長變遷史，此外虛擬現(xiàn)實技術(shù)還能夠在數(shù)學(xué)課上扮演助手的角色等等。比如在教授面積和體積時，老師可以在講臺上為大家繪制一個物體的3D圖像，讓學(xué)生們更加立體地去學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，這無疑將會大大提升教學(xué)效率和趣味性，對于老師和學(xué)生們來說都是一個非常實用的工具。

4.虛擬技術(shù)之雙刃劍

4.1.虛擬技術(shù)引起的道德失范

與其他科學(xué)技術(shù)一樣，虛擬技術(shù)也是一把“雙刃劍”。它使人們進(jìn)行人際溝通和獲取、發(fā)布信息的時效性、便利性得到大幅度的提高，但同時虛擬技術(shù)也造成了某些負(fù)面的、消極的影響，特別是虛擬網(wǎng)絡(luò)空間道德的失范對現(xiàn)存道德產(chǎn)生了一定的沖擊。道德倫理與道德規(guī)范受制于人類社會的生產(chǎn)方式、生活方式，具有歷史性與時代性的特征。農(nóng)業(yè)文明形成特定的農(nóng)業(yè)社會道德規(guī)范，工業(yè)文明產(chǎn)生與其相適應(yīng)的工業(yè)社會道德倫理，信息社會也必然形成新型的社會道德范疇。人們之所以提出“網(wǎng)絡(luò)道德”這一概念，正是由于當(dāng)代人類通過電子信息網(wǎng)絡(luò)而表現(xiàn)出一種與以往社會不同的生存方式與生活方式。這種新的生活方式的出現(xiàn)是不以人們主觀意志為轉(zhuǎn)移的。而是由于虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步滲透，影響到社會生產(chǎn)方式與組織形式的改變及人們生活方式、交往方式的改變，影響到文化、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事和社會階層的結(jié)構(gòu)、地位等社會各個層面的改變。這種變化與發(fā)展，改變著人們的道德觀念與道德關(guān)系，產(chǎn)生了一系列網(wǎng)絡(luò)道德問題。

虛擬實踐的產(chǎn)生和普及，使廣泛存在于人際之間和人與社會之間的道德關(guān)系不再囿于現(xiàn)實世界之內(nèi)，從而進(jìn)一步擴(kuò)展到虛擬世界之中。由于虛擬世界中廣泛存在的匿名性，以及當(dāng)前技術(shù)手段不足造成的真實感不夠等原因，人們在虛擬世界中可以隨意發(fā)泄，暢所欲言，為所欲為，其言行很少受到限制。這就使得許多人的社會責(zé)任感淡化，甚至原形畢露，炮制出許多令人不齒的言行，強(qiáng)烈沖擊著當(dāng)代人的道德底線，在一定程度上使得社會整體道德水準(zhǔn)滑坡。網(wǎng)絡(luò)這一虛擬世界本應(yīng)是人類自由交流、共同發(fā)展的友好空間，是展現(xiàn)人性之美的首善之地，如今卻受到人性之惡的干擾，成了藏污納垢之所。以上種種，使得當(dāng)前社會的基本道德規(guī)范面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，直接導(dǎo)致了一系列的道德問題。4.2.心理問題

隨著虛擬實踐的興起和發(fā)展，人們的生產(chǎn)、生活方式也在不斷改變，由此使得當(dāng)代人的身體和心理狀況都受到了很大影響。最近幾年，由網(wǎng)絡(luò)上的虛擬活動誘發(fā)的各種心理疾病進(jìn)入多發(fā)期，人們過度沉溺于數(shù)字化技術(shù)編織的虛擬網(wǎng)絡(luò)世界，導(dǎo)致上網(wǎng)成癮，網(wǎng)絡(luò)抑郁癥等心理障礙。這些由網(wǎng)絡(luò)虛擬世界引發(fā)的各種社會問題，對于當(dāng)代人的身心健康極為不利。2007年，南京市玄武區(qū)一項針對南京587名大學(xué)生的虛擬實踐的哲學(xué)審視調(diào)查顯示，大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)成癮率達(dá)到了9％，這屬于一個的偏高發(fā)生率。而他們上網(wǎng)的目的，以玩游戲為多，而在心理沖突和困惑以及無法解決個人矛盾時，容易逃避現(xiàn)實，尋求在虛幻世界里的愉快感和滿足感，造成網(wǎng)絡(luò)成癮。而且專家們發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)成癮并不是一個單一的危險行為，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)成癮的學(xué)生，出現(xiàn)非故意傷害、自我傷害以及外在傷害行為的幾率都明顯高于非網(wǎng)絡(luò)成癮的大學(xué)生。①因此，關(guān)注虛擬實踐引出的心理問題，盡可能消除或緩解其中的不利影響，已是當(dāng)務(wù)之急。第三，安全問題。網(wǎng)絡(luò)虛擬世界是一個多姿多彩、無限寬廣、無限包容的虛擬空間。自打它誕生的那一天起，就源源不斷地吸引著不同國籍、不同信仰、不同職業(yè)的人們投身其中。就像英國學(xué)者尼爾·巴雷特所說的那樣：“也吸引了許多壞人、盜竊分子、詐騙犯和故意破壞分子，它還是恐怖主義分子的避風(fēng)港?！彪S著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和全社會信息化水平的提高，無處不在的木馬、病毒和黑客入侵愈演愈烈，活動更加猖獗，對正常的經(jīng)濟(jì)社會秩序破壞也越來越大。2007年，武漢人李俊為了報復(fù)社會及謀取經(jīng)濟(jì)利益，編寫“熊貓燒香”病毒并販賣、傳播，導(dǎo)致數(shù)百萬臺計算機(jī)癱瘓，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元。由此可見，虛擬世界也不安全，木馬處處、病毒肆虐、黑客橫行??極大地危害著人類社會的正常秩序。

4.3.環(huán)境問題

隨著虛擬實踐的產(chǎn)生和發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題也從物理世界蔓延到了網(wǎng)絡(luò)虛擬世界。當(dāng)今社會信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在一定程度上是以污染虛擬社會環(huán)境為代價的。虛擬世界所具有的開放性、多元化和自由化等特點，導(dǎo)致其中的信息良莠不齊、泥沙俱下，各種過時的、無用的、甚至是糟粕的信息充斥其中。當(dāng)前，垃圾郵件、網(wǎng)絡(luò)暴力、網(wǎng)絡(luò)色情等，嚴(yán)重污染了網(wǎng)絡(luò)空間，已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)虛擬世界的公害。另一方面，從人類的生理特征來看，其接收和處理的信息量總是有限的。數(shù)量龐大的垃圾信息已經(jīng)成為一個巨大的干擾源，直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)虛擬空間的交通阻塞，極大地降低了虛擬實踐活動的效率，影響人們正常的信息接收與處理，干擾人們的正常生活，從而引發(fā)了愈來愈嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境問題。

4.4.虛擬技術(shù)的道德建構(gòu)

道德是伴隨著人類社會的產(chǎn)生而出現(xiàn)的，并將伴隨人類社會的發(fā)展繼續(xù)發(fā)展。在不同的社會制度和時代環(huán)境中．道德的內(nèi)容和要求也大不相同．而且即便是在同一時代的統(tǒng)一社會制度下。由于所屬行業(yè)、社會階層等的差異，人們所要遵循的道德也不盡相同，但總的來說，每個時代的道德標(biāo)準(zhǔn)是隨著時代的發(fā)展．科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展和相適應(yīng)的。在網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)出現(xiàn)以前，現(xiàn)實社會的道德要求從精神層面上規(guī)范和引導(dǎo)著人們的行為方式．網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)出現(xiàn)后，人類在現(xiàn)實世界外創(chuàng)造了一個全新的虛擬世界，在這個虛擬世界中現(xiàn)實世界的道德顯得蒼白無力，網(wǎng)絡(luò)虛擬世界的行為方式已經(jīng)被人們不自覺地帶到了現(xiàn)實社會中，對既有的現(xiàn)實世界的道德提出了嚴(yán)竣的考驗。

5.總結(jié)

虛擬實踐的興起，由此掀開了人類社會歷史的新篇章。這種新興的實踐形式不僅深刻改變著當(dāng)代人的生存方式，而且在一定程度上改變了當(dāng)代科學(xué)和哲學(xué)的實踐基礎(chǔ)與研究對象，它使科學(xué)和哲學(xué)的問題域、思維方式、地位、功能等都產(chǎn)生了顯著變化。面對虛擬實踐，原有的哲學(xué)理論難免有捉襟見肘之感，唯有創(chuàng)新，哲學(xué)才能使自身成為時代精神之精華。虛擬實踐的興起，為哲學(xué)創(chuàng)新提供了新的源泉和動力。首先，虛擬實踐極有可能成為打破傳統(tǒng)哲學(xué)“話語霸權(quán)"的有力武器，它正在促進(jìn)哲學(xué)語言、哲學(xué)范疇的迅速更新。其次，虛擬實踐也促進(jìn)了哲學(xué)教學(xué)、哲學(xué)對話的方式、手段和場所的更新，這主要表現(xiàn)為虛擬哲學(xué)教學(xué)、虛擬哲學(xué)對話的興起。更為重要的是，虛擬實踐正強(qiáng)有力地推動著哲學(xué)思維方式的變革。實踐是思維方式的基礎(chǔ)，虛擬實踐的出現(xiàn)和發(fā)展必然會引起思維方式和方法的更新?？偟膩碚f，呼喚哲學(xué)指導(dǎo)的虛擬實踐，必然要求哲學(xué)創(chuàng)新，以便更好地把握時代精神。我們對虛擬實踐的研究，既是響應(yīng)時代精神的號召，希望為哲學(xué)的發(fā)展打下堅實的當(dāng)代實踐基礎(chǔ)，同時也有利于我們在更高層次上研究和把握當(dāng)代人類的生存和發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)而使哲學(xué)在把握當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的研究中彰顯其特有的功能。本文從虛擬實踐的歷史淵源入手，對其內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了解析，對它給人類生存狀態(tài)帶來的影響進(jìn)行了闡述，重點研究了虛擬實踐對人的自由全面發(fā)展的作用，指出虛實相生，或者說虛實和諧是人類社會進(jìn)步和人本身自由全面發(fā)展的必由之路。虛擬實踐研究是一個隨著新技術(shù)發(fā)展而不斷更新的時代性課題。對它的研究，應(yīng)該在一個全新的歷史語境下，著眼于人的自由全面發(fā)展，全面反思人類實踐活動，以及與之有關(guān)的一切問題。

虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給人類帶來舒適、便利，以前所未有的力量推動社會進(jìn)步的同時，它也給社會帶了打開了的“潘多拉的盒子”。虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的負(fù)面影響中，網(wǎng)絡(luò)道德的失范顯得尤為突出，已經(jīng)影響到了現(xiàn)實道德規(guī)范。這樣，網(wǎng)絡(luò)道德的建構(gòu)就顯得非常迫切。隨著網(wǎng)絡(luò)道德的構(gòu)建及其不斷完善，虛擬技術(shù)將會以更大的力量推動人類社會向前發(fā)展，使人類有更大的生存空間，成為人類真正的朋友。