土木工程虚拟现实技术论文范文

土木工程虚拟现实技术论文范文第1篇

【摘要】依据信息社会对信息管理职能的需求分析，结合信管专业人才培养目标的定位，以实践能力的培养为主线，文章提出并设计了四年一贯制的“虚拟企业”教学与实践平台的教学改革方案，改革了专业主干课程的教学方式与评价方式，并引入了项目制教学法。教学改革的实践，证明了本教学与实践平台的良好效果，达到了教改方案的预期目标。

【关键词】信管专业；虚拟企业；项目制教学；主干课程；教学评价

引言

在我国社会日益的信息化与网络化的大背景下，高校信息管理与信息系统专业在专业教学与人才培养方面取得了长足的发展，这一新兴的、多多学科技术高度交叉的朝阳专业正在呈现出日益广泛的适应范围与社会基础地位。

然而，由于信管专业口径过宽、课程技术倾向性较强、教学方式陈旧、教学评价模式单调等诸多因素，导致了目前在学生的专业学习中日益显现出一些不利于信管专业高素质人才培养的倾向或现象，主要表现在相当比例的学生学习目标迷茫、跨专业乱考证、就业方向不明确，部分学生生活感到空虚、学习的积极性不足；同时，在教师教学与评价过程中也存在着重知识理论的传授、轻实际问题的发现与解决，教学过程中对教材的依赖性过强、创新性不足，教学评价以理论考试为主、能力评价欠缺，教学侧重点不明确、学生分析思考能力的引导教学不足等等。这些现象的存在使得所培养的信管专业人才难以适应当前社会基于问题解决的专业人才培养要求与需求形势。

上述人才培养中的现象与问题本质上根源在于教学方法、教学评价模式的针对性不足，与社会对信管专业人才的培养需求有一定的脱节；同时，人才培养方案的模块化及基于项目教学的创新能力不足，难以培养学生学习的兴趣与实践动手能力。

一　相关的研究与教学改革综述

目前，国内外出现了许多虚拟教学组织如网络大学、虚拟大学、虚拟实验室、虚拟教育社区、开放大学等，然而，上述有关虚拟教学组织的研究与应用主要都是以网络教学为主的远程教育机构、基于网络的教学研究组织等，与以“虚拟企业”为平台展开教学的理念与模式有着本质的区别。

在社会快速信息化的背景下，企业与组织面临着日益庞大、复杂、却又可能充满风险与机遇的内外部信息资源，信息的管理与应用开始成为企业的主要业务内容，高技能、懂管理的高层次信管人才将成为企业的渴求，传统的信管专业的培养目标与培养模式都已经不再适应当前的社会对信管人才的需求。因此，在计算机、信息管理等专业的教学中，逐步出现了结合虚拟企业或虚拟组织进行教学实践的研究与探索，如王健(2006)指出虚拟工厂模式的构建给一成不变的校企合作模式带来新的活力；王世安(2007)提出一种虚拟公司的教学模式，模仿实际公司的情景，创建虚拟校园公司，在教学中贯穿公司项目管理的思想和理念；方宝义(2009)也提出了创设工学结合的岗位化教学环境，指出信息技术的发展不断影响着高等职业院校的教学模式，学校与企业的合作也因此得到改进；马轶男(2009)提出了虚拟项目、虚拟工程的概念，同时将项目教学法也引入到其建筑工程专业的人才培养过程之中；陈拥军(2005)、张志刚(2010)、王基生等(2010)分别将虚拟现实技术、软件工厂和虚拟实践平台等的教学理论引入到他们的教学实践中，借助项目教学模式将企业软件生产过程融入到程序设计课程教学中，采用的是软件工厂过程式的项目教学法。

上述一系列相关“虚拟企业”教学的研究强调了人才培养与社会需求紧密结合的现实，突出了实践教学在人才培养中日益重要的地位。然而，上述的研究主要集中在高等职业院校，本科类院校的相关研究较少，主要原因在于学生就业压力的不同所导致两类院校的人才培养目标的差异。事实上，本科院校的人才培养不但要求学生应该了解和熟悉企业业务与需求，同时，还要拥有企业业务方案的制订与实施方面的宏观管理与解决能力，这是高职类院校人才培养方案是所欠缺的。其次，上述研究大多停留在单一课程或模块化课程的微观层面，没有上升到整个专业课程体系层面，更没有贯穿于专业人才培养的整个进程之中，故难以充分发挥“虚拟企业平台”对专业人才培养的巨大价值。

本研究依据本科院校中信管专业人才培养目标的定位，结合高素质专业型人才培养方案的完善，以专业实践能力的培养为主线，设计四年一贯制的“虚拟企业”学习、开发与运营的教学与实践平台，并探索了在本专业的核心主干课程中改革和创新教学方式与评价方式。

二　“虚拟企业”教学与实践平台的构建

信管专业“虚拟企业”人才培养平台是指通过在高校信管专业学生中建立虚拟企业组织，合理分工，依照人才培养进程，“四年一贯制”的将专业主干课程的教学与评价纳入“虚拟企业”的信息管理与分析、信息系统的构建、网络营销及电子商务等业务方案与项目的制订与实施之中，使得学生既掌握了专业理论，又提高了专业技能；既了解了企业的实际需求与业务流程，还培养了学生的发现问题和解决问题的实际业务能力，同时提高了学生的管理意识与实际经营水平。

事实上，这一人才培养平台是以社会需求为导向，以项目教学为手段，激发了学生的学习兴趣，提高了学生在教学过程的参与程度，加强了教学与人才培养的针对性，为培养出大量的既具有专业知识与技能、又具备实际经营管理能力的高水平信管人才提供了教学与实践的培养平台。

1　教学改革方案的总体目标

本教学改革的研究目标是尝试在高校信管专业的人才培养中构建“虚拟企业”教学与实践的培养平台与环境，探索并改革本专业主干课程的教学方法与评价体系，带动专业主干课程的模块化结构改革，并引入项目制教学方法，促进教师进行相关主干专业课程的教学方法与评价模式的创新，引导学生培养独立分析能力和实际开展围绕组织的信息业务的专业实践训练，激发其专业学习热情和兴趣，提高其业务实践能力；同时，优化专业的人才培养方案，使得理论教学与实践教学全面结合，达到专业人才培养更加符合社会的实际需求的总体研究目标。

2　教学改革的基本思路

本教改方案的基本设计思路是：以符合社会组织的现实信息化需求为源驱动力，以学生专业能力培养为中心目标，以系列“虚拟企业”信息化项目为载体，以专业教师为虚拟企业项目导师，从低年级开始，在专业教学班内组建5-7个“虚拟企业”项目团队。在不同学期中，融入不同的专业主干课程的项目制教学，以本企业的不同的信息化任务为目标，结合课程理论开展实践训练，完成一系列阶段性成果如各类研究论文、调研报告、实施方案、实施成果，并据此评价方案给予学习成绩评定，降低理论成绩在教学评价体系的比重。

3　“虚拟企业”教学与实践平台的组织架构体系

本教改方案预期将达到覆盖全体专业教师和全体专业学生的组织目标，在全体教师共同调查研究、共同设计教改方案的基础上，统一思想，分工负责；并在各专业班级内组织学习，激发热情，筹建“虚拟企业”团队，设计企业运营的战略目标。

本平台的组织架构体系包括“专业一班级一虚拟企业团队”三层结构，其详细结构如图1所示：

4　“虚拟企业”团队的组建与运行

在新生入校后的第一学期，即着手在专业教学班内宣传组建“虚拟企业”团队，每个团队5—6人，男女比例、城乡生源比例、成绩优劣比例均参照班级内各项指标的整体比例，团队负责人以自我推荐、团队选举相结合的方式产生(即企业总经理，在实际团队运作过程中，可根据实际效果改选)，每个团队指定一位专业老师全程指导(名义的企业董事长，也是该团队同学的四年大学生涯的固定导师)，同时配备一名优秀的大二学生作为团队顾问(或称独立董事)，内部成员依照企业组织架构进行部门分工(即部门经理)，分别对企业运营中的不同业务部门负责(图1)。例如，某个专业班级，共有31人，其中男生12人，组建了5个“虚拟企业”团队，分别建设和运营一个土特产网站、大学生就业推广网站、旅游在线网站、绿色食品在线、网络导购网站；另外一专业班级，共39人，其中男生22人，共组建了6个“虚拟企业”团队，分别建设和运营一个高校商圈在线网站、民工求职网站、旅游在线网站、绿色食品在线“虚拟企业”团队将存在于整个四年专业人才培养进程周期，结合不同阶段的教学进程，针对本“虚拟企业”的信息化业务需求，开展本专业课程的团队学习、相关专业技能的实践训练和本企业的信息化建设等多项团队活动，并进一步拓展到相关的大学生创新课题的申报与研究、参加专业方向的各项技能竞赛、专业学术论文的写作和本企业信息系统及企业网站的设计与实施。

在“虚拟企业”团队四年的运行期间，要做好“虚拟企业”团队的管理与控制，还需要制订有效的团队运行制度、建立高效的管理体制、完善团队监督与约束机制；这些制度与机制，将可以使得“虚拟企业”团队能够长期、有序、高效地运营，从而最终达到“虚拟企业”教学与实践平台的教学改革目标和信管专业的人才培养目标。

三　基于“虚拟企业”平台的教学改革方案设计

1　专业课程的模块化体系设计

基于“虚拟企业”的教学与实践平台，要求平台的设计者全面分析现代企业的信息化需求，解构企业中信息相关的业务流程，从而能够将专业的主干课程的教学过程融入到“虚拟企业”的信息化建设过程之中。

根据广泛的调查的研究，我们发现，目前已经充分信息化、网络化背景下的现代企业的信息化需求主要可以分为企业信息基础管理、企业信息系统建设、企业业务过程与商务支持、企业数据处理与决策支持等四大方向(或者叫信息化职能)。与此四大信息化职能相对应，我们将信管专业的主干课程按照企业信息化需求分为四大教学模块：(1)信息管理基础类课程，主要包括信息管理学、信息经济学、大学生计算机基础、专业英语、程序设计基础(VB)、C语言设计、计算机网络和微机原理等课程；(2)信息系统建设类课程，主要包括管理信息系统、网站设计与规划、面向对象设计(.NET)、JAVA语言、网页设计与制作、软件工程和项目管理等课程：(3)业务处理与商务支持类课程，主要包括电子商务、网络营销、ERP、CRM、SCM、生产运作与管理和商务谈判与推销等课程；(4)数据处理与决策支持类课程，主要包括数据库系统、数据仓库与数据挖掘、市场调查与预测、数据结构、经济预测与决策方法和信息存储与检索等课程。

由于信管专业的教学内容庞杂，课程繁多，因此，将专业主干课程进行模块化设计，使得相关的课程集成在一个教学环节之中，并在本“虚拟企业”教学与实践平台上开展相关的、模块化的教学与实践活动，有助于提高教学与实践环节满足企业实际信息化需求的设计针对性，加强相关课程与实践的相互衔接程度，也有助于学生对企业信息化需求的主要职能、内容、业务要求和方法技能有一个清晰的认识，为将来从事相关企业信息化工作打下坚实的能力基础。

2　专业教学进程的再设计

为了在信管专业人才培养过程中全面实施基于“虚拟企业”教学与实践平台的教学改革，必须对已有的专业教学进程进行重新全面优化设计，设计的目标是将模块化的主干课程的教学与实践活动纳入到本平台的四年一贯制的、系统化的实践流程中去。

教学进程优化设计依据的原则主要有：循序渐进的原则，虚拟企业的信息化实践活动为中心的原则，模块化集成原则，阶段性成长原则，人才培养全周期原则。限于文章篇幅，此五项原则和我校优化后专业教学进程不再展开。

3　主干课程的教学与实验大纲的针对性设计

由于基于“虚拟企业”教学与实践平台的教学活动，突出了学生在教与学的教学活动的中心和主体地位，强调了教学和实验过程是为“虚拟企业”的信息化建设和管理服务的理念。因此，已有的专业主干课程的教学与实验大纲必须加以修订，以适应“虚拟企业”教学与实践平台的实际需求，从而使得教学过程更加符合企业信息化建设的目标，实验要求和实践过程能够全面地围绕着“虚拟企业”教学与实践平台而展开，增加教学与实践活动的针对性、系统性，减少学生学习和训练的盲目性，真正提高他们自主解决企业实际需求的动手和思考能力。

4　基于项目制的教学方法设计

在基于“虚拟企业”教学与实践平台的教学过程中，我们提倡改革传统的讲授式教学，提出以企业实际需求为导向的项目制教学方法，即提出企业需求，设定企业信息化建设或管理过程的业务项目，要求各“虚拟企业”团队围绕项目方案的设计与实施展开学习与实战的各种训练活动。在基于项目制的教学内容设计中，要求各课程所设计的项目制教学任务的数量不少于3个。

例如，在“网站设计与规划”课程的教学改革中，针对班级内各个虚拟企业团队所运营的网站，我们设计了商务网站的规划与设计、商务网站的制作、商务网站的测试与发布、商务网站的推广与管理等4个大型网站实施项目，要求团队内的同学各自明确任务，分工协作，共同完成每一个项目方案制定与实施，并最终完成本虚拟企业网站的建设，达到能够上线运营的教学目标。

因此，基于项目制的教学方法可以使得同学们能够在这个“虚拟企业”教学与实践平台上面，全面地掌握专业理论知识、提高专业技术水平、锻炼信息化建设的组织与实施能力，以及提升同学们的团队协作水平、领导与沟通能力，培养制订整体系统方案的数据采集与处理、文字处理和独立思考的逻辑分析能力。

5　教学效果评价体系的再设计

在“虚拟企业”教学与实践平台中，为改革“平时成绩+期末成绩”这种以考代评的静态教学评价模式，我们需要根据平台的教学与实践实际内容和过程，设计出有本专业主干课程的多层次、多环节、以学生发现问题与解决问题能力培养为核心的教学评价体系，从而引导学生以能力培养为专业学习和成长的核心目标，以问题发现与问题解决为学习重心。

专业课程教学效果评价体系的再设计的基本思路是：减少期末考试成绩在评价体系中的比重(有些课程甚至可以取消考试这一评价环节)，较大地提高平时各种项目制教学任务(如多个项目的方案制订、项目的设计、项目的实施、调查研究报告等)完成效果的评价比重。同时，本评价体系强调了团队协调水平评价，即将个人评价与团队评价有机地结合起来，如团队成绩由团队内每个成员的个体任务效果评价综合处理后得到，再由团队成绩与成员的个体任务效果评价综合处理后才能得到该成员某一课程的最终评价成绩。

这种基于“虚拟企业”教学与实践平台的专业课程教学效果评价体系，突出了本专业学生未来在相关专业岗位上的实践能力与问题解决能力的培养，改变了传统的“以考代评”的专业教学评价方式，使得本专业的教学与学习的过程与评价体系更加科学化、合理化和引导作用。

四　总结

在反复修改和完善“虚拟企业”教学与实践平台的改革方案的基础上，我们在3个专业班级中进行了综合的改革实践。经过3年的教改实践，实验班级都取得了明显的成绩，证明了本教学与实践平台的良好效果，达到了教改方案的预期目标。

本文所构建和设计的“虚拟企业”教学与实践平台，是以学生专业技能实践训练为中心目标、以虚拟企业为平台载体、以项目制教学实践任务为导向、以项目任务评价为考核标准的教学模式、教学过程、评价方式等诸多方面的综合教学改革方案，也是一个基于全面提高学生的专业问题发现和问题解决能力的教学理念。我们相信，在未来的信管专业的教学实践与改革中，本“虚拟企业”教学与实践平台能够提供更加良好而完善的环境，它将具有广泛的应用与推广价值。

土木工程虚拟现实技术论文范文第2篇

摘要：通过煤矿安全自治区级实验教学示范中心建设的实践，在应用型本科院校的实验教学体系、实验教学模式、教学方法等方面做了一定的探索，建设成果具有鲜明的建设特色，有效地提高了学生的创新能力和实践能力。

关键词：煤矿安全 实验教学 示范中心

新疆工程学院煤矿安全实验中心前身为煤矿安全实训基地，始建于2006年。2010年学院在自治区煤炭煤电煤化工公共实训基地的基础上，整合了相关实验室，成立了煤矿安全实验中心，下设矿井仿真模型室、矿井通风、矿井瓦斯防治、矿尘防治、矿井火灾防治、矿山救护、煤矿安全教育机房，煤矿安全工程设计、煤层气开发与利用、安全人机工程等专业实验室。面向采矿工程（煤矿开采技术）、安全工程（矿井通风与安全）、机械设计制造及其自动化（矿山机电）等涉煤专业本专科生的实验教学。并于2012年7月经自治区教育厅批准设立区级实验教学示范中心。在四年建设期内不断地实践与探索，目前已经取得了一定的建设效果，发挥了示范作用。

一、实验教学体系的建设

煤矿安全实验教学示范中心基于知识传授、能力培养、素质提高、协调发展的教育理念，构建了实验教学示范中心三层次递进的实验教学体系。

第一层次为仿真演示性实验。该层次实验涉及到矿井仿真模型室。实验内容上主要是针对各门课程的基本概念和生产工艺系统，利用矿井各种仿真模型，使学生建立对概念和系统的初步认知，这一层次实验具有直观性，形象性的特点。

第二层次为综合性设计性实验，该层次实验涉及煤矿开采学、矿井通风学、矿井瓦斯防治、矿井火灾防治、矿井通风与安全、安全工程CAD辅助设计、矿山安全技术、通风工程学、煤矿安全监控等主干课程。通过这一层次实验，完成课程实验大纲规定的各个实验项目，使学生在实验教师的指导下，掌握实验的原理、内容和实验仪器设备的操作步骤，自主完成实验数据的处理和分析，撰写实验报告，从而培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

第三层次为开放性实验，该层次实验主要针对善于独立思考、對科学研究以及发明创造有浓厚兴趣的优秀学生。四年来积极组织上述学生参加教师的各类科研课题，指导教师依靠中心提供的开放式实验平台，结合科研项目和学科优势，指导学生在开放实验室做创新性实验研究，训练學生的科研能力，以提高学生的科研水平。

煤矿安全实验教学示范中心目前承担的实验课程数为28门，实验项目共25项，新增实验项目4项，实验项目分为仿真演示性实验、综合性设计性实验、开放性实验。其中，综合性设计性和开放性实验项目占一定比例。

煤矿安全实验教学示范中心部分实验教学内容紧密结合了煤矿现代化生产过程中所需解决的安全技术问题，与神华新疆能源有限责任公司、新疆焦煤集团等区内大型煤炭企业建立了相互交流的平台，企业为学校提供实践基地，学校为企业提供科研实验平台，取得了一定的社会效益。

1.遴选已完成的纵向或横向科研课题，挑选部分学习成绩优秀的学生，将科研项目内容的一部分分解转化为几个专业基础实验和专业实验，学生可以重新构思实验、设计实验、完成实验，从而了解和掌握专业知识在科研中的应用，提高其自身的科研能力。

2.开放实验平台。以矿井通风安全专业学生为例，教师结合自身的科研项目和学科优势，挑选部分优秀学生参与完成各类课题。

3.为学生参加职业技能大赛、大学生创新性实验计划项目、自主创造发明提供物质保障和智力支持。

2012年以来，实验教学中心通过前期实验教学及通过组织学生参与科研活动，建立实践基地，不断提高学生的创新能力和实践能力，培养具有创新精神和实践能力的新型人才，教师指导学生参加区级竞赛也取得了可喜的成绩，获得国赛优秀奖3项、自治区级各类奖项8项。2015年获批自治区本科高校自治区级和国家级大学生创新训练计划项目6项，其中国家级2项，自治区级4项。

二、实验教学模式、教学方法及手段的创新

煤矿安全实验教学示范中心采用了以教师为主导、学生为中心的开放式实验教学模式。实验教学方式灵活多样，给学生提供自主思考，自主完成实验的独立空间。

在实验教学中，采取面向对象设计-运行的实验教学方法。在实验教学中按照学生的不同层次水平，让学生根据课程实验大纲自行设计，运行实验项目，以提高学生的实际动手能力。

在实验教学中，使用虚拟仿真教学软件和网上教学资源。在网站上可以下载实验指导书和实验教师录制的实验教学视频资源，以便于学生实验课前充分地熟悉实验项目的各种资料，做充分的实验前的准备工作。在学生的课余时间和周末的闲暇时间开放实验室，学生预先申请特定的开放实验室，提交实验项目设计书，通过实验指导教师审批后，可以运行该实验项目。

中心在实验教学中改进教学方法和手段，煤矿安全专业机房安装了多媒体电子课件、工程CAD制图软件和虚拟仿真教学软件，充分采用现代化教学手段。

三、中心建设特色

煤矿安全实验教学示范中心在教学理念、管理体制、教学体系、运行机制和实验环境设施建设等方面进行了一系列的改革与创新，形成了鲜明的建设特色，主要表现在：

1.以安全工程（矿井通风与安全）自治区急需紧缺人才专业建设为依托，培养了一支教学与科研并重的优良师资队伍。教师队伍中以中青年占多数，并亲自担任实验课程的授课和指导工作，具有博士、硕士学位的占78%，保证了实验课程教学质量。

2.构建了三层次递进的矿山安全实验教学体系，充分发挥现代化教学手段的作用；在各个层次上，发挥了学生的主体学习作用。

3.依据学院“坚持矿业特色，致力于应用型工科教育”的发展规划，作为自治区唯一的应用型本科院校，在矿山安全专业综合实验室建设中发挥学科优势，承担了自治区级科研项目，实现了产学研的一体化结合，有益于培养学生实际动手能力和创新性能力。

4.试验仪器和设备先进，具有现代化矿井模型、矿井通风仿真系统、高压容量法瓦斯吸附装置、DGC瓦斯含量测定装置、矿井火灾束管监测系统、煤自燃发火倾向性测定仪、煤尘爆炸性鉴定仪、煤岩相对渗透率的测定、煤岩等温吸附测定、压汞仪、比表面积测定仪、燃烧热测定装置等大型试验系统，还有供50名学生同时使用的煤矿安全测试仪器。这些实验仪器可提供学生必备的实验条件，特别是可为国家级大学生创新性实验计划项目提供国内一流的先进实验设备。

5.建立了稳固的校外人才培养实习基地。现有多个校外实习基地，涵盖煤矿、科研院所、中介机构等方面，这些实习基地既有大中型国企，也有民营企业。这些生产技术和管理模式先进的校外实习基地满足了学生的认识实习、生产实习、毕业实习各个实践教学环节的要求，为学生理论联系实践、学以致用，掌握企业先进的生产技术和管理方法提供了可靠的实习基地保障。

四、结语

煤矿安全实验教学示范中心坚持矿业特色，以矿山安全为优势，构建了应用型本科院校的实验教学体系，创新了实验教学模式、教学方法及手段。在培养具有创新能力和实践能力的工程应用型人才方面做了尝试性的工作，取得了一定的成绩，但是中心的建设工作还需要继续提高和改进。

参考文献：

[1]华容，安子良，沙泉，陆斌.创建轨道交通运行与安全实验教学示范中心[J].实验技术与管理，2016，（12）：237-241.

[2]崔素萍，闫丽，张洪微，刘海军，唐彦君.食品质量与安全实验教学示范中心的建设与实践[J].实验室研究与探索，2014，（06）：129-131.

[3]郑阿群，张军杰，高培红，李建军.省级化学实验教学示范中心建设研究与探索[J].实验室研究与探索，2015，（10）：135-138.

土木工程虚拟现实技术论文范文第3篇

虚拟仪器技术是以硬件为基础, 以软件核心, 利用模块化设计, 依托灵活高效的软件帮助用户实现所需要的功能。标准的软硬件平台能够满足对同步和定时应用的需求, 通过软件, 集成化的软硬件平台以及模块化I/O, 能够充分发挥虚拟仪器技术性能高, 集成高, 扩展性强, 开发时间少等优势。虚拟仪器技术最常用的语言是Labview图形化编程语言, 该软件是用于工程和科学应用的图形化开发平台, 包括设计, 控制和测试等, 作为一种图形化开发语言, 能够帮助用户创建自定义的用户界面, 实现用户所需要的功能。基于labview平台, 本文将虚拟仪器技术应用于工程数学的相关内容包括行列式, 矩阵和线性方程组的研究上, 可以极大的提高计算效率。

二、labview在工程数学中应用

(一) 行列式求解

行列式是工程数学中非常重要的内容, 主要是为了线性方程组的求解引入了相关概念, 在工程领域有较多的应用。行列式的求解方法最常用的有对角线法和余子式法, 以及通过行列式性质的应用将一般行列式转换成三角行列式, 以方便求解。对角线法只适用于二阶和三阶的行列式, 对于更高阶的行列式一般通过余子式法或者应用行列式性质相结合的方法来进行求解。在对N阶行列式

进行计算的过程中, 计算过程相对比较繁杂, 需要较大计算量, 而labview集成了行列式的相关函数, 用户可以通过图形化编程简化这一过程, 减少计算量。

(二) 矩阵

矩阵和行列式引入一样, 是为了研究线性方程组的问题, 只不过行列式是从特殊的线性方程组引出, 即未知量个数与方程个数相同, 而且只有唯一解, 而矩阵则是从一般的线性方程组引出来的, 所以矩阵的应用更为广泛。同时矩阵除了用于数学领域, 同样适用于其他领域, 包括经济生产生活, 生物领域, 人文, 密码学等, 应用十分广泛。基于labview平台, 可以通过图形化编程实现对矩阵的相关运算, 包括矩阵的乘法, 矩阵的秩, 逆矩阵求解以及通过矩阵解线性方程组等功能。

(三) 线性方程组求解

线性方程组的求解是工程数学的重要内容之一, 行列式和矩阵都是线性方程组求解的工具。线性方程组可以通过消元法, 克莱姆法则或者矩阵等进行求解。克莱姆法则只适用于未知量个数和方程个数相等的情况下的线性方程组求解。通过应用labview平台线性方程组的函数进行图形化编程, 可以快速得到计算结果, 并应用于相关领域。

三、labview界面设计和结果

Labview界面设计主要是前面板的设计, 功能的实现主要通过程序框图的程序编写。前面板的设计遵循用户的使用习惯, 根据用户需求可以进行个性化设计。基于labview平台的强大数据处理功能, 设计一个工程数学的实例进行相关应用的演示, 包括行列式的计算, 矩阵的逆矩阵的运算以及线性方程组的求解。

实例:AX=b, A是方阵, 求X, 并计算A的行列式值, 如果A可逆, 求A的逆矩阵。已知

四、结论

工程数学作为一门基础课程, 具有抽象性, 逻辑性以及公式多, 计算繁杂等特点, 对于理工科学生来说, 它的理论和方法可以为后续专业课程的学习奠定基础。工程数学在工程技术中的应用非常广泛, 其实质是真实世界到数据世界的映射, 是通过数据来解决现实生活问题的工具。为了更好得使用这个工具, 基于labview平台, 依托其强大的数据处理能力, 将labview用于工程数学的相关内容, 可以极大减少工作量, 可操作性极高。而且可以根据用户的需求, 进行实时功能扩展, 使用非常方便, 能较好的满足各场景工作需求。

摘要：工程数学是大学理工科学生的重要的基础课之一, 为后续专业课程学习奠定必要的数学基础。工程数学内容抽象, 公式繁多, 本文介绍了在虚拟仪器平台的基础上, 将虚拟仪器技术应用在工程数学相关内容研究中, 基于图形化语言labview强大的数据处理能力, 将理论与实践相结合, 极大提高了计算效率。

关键词：工程数学,虚拟仪器,labview

参考文献

[1] 王凌云, 李山.高等数学[M].南京:河海大学出版社, 2012.

[2] 杨乐平.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2001.

土木工程虚拟现实技术论文范文第4篇

一、BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术应用于教学的必要性

装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。20世纪初, 装配式建筑开始吸引人们的兴趣, 并在20世纪60年代得以实现, 英国、法国、苏联等国家首先进行了尝试。装配式建筑由于其施工速度快、生产成本低, 在世界各地得到了迅速的推广。自2015年以来我国装配式建筑规划密集出台, 2015年末发布了《工业化建筑评价标准》, 决定2016年全国全面推广装配式建筑, 并取得突破性进展。住建部出台的《建筑产业现代化发展纲要》, 计划到2020年装配式建筑占新建建筑的比例20%以上, 到2025年装配式建筑占新建筑的比例50%以上。

BI M是Bu ild in g I n fo rmati on Modeling的英文缩写, 中文即建筑信息模型。BIM通过三维建模, 将建筑工程全寿命周期中产生的相关信息添加在该三维模型中, 对设计、生产、施工、装修、管理过程进行控制和管理, 并根据项目在各阶段的完成情况, 不断对已有数据库进行更新, 最终建立多维数据模型, 通过信息化模型整合项目各种阶段相关信息, 搭建一个可以为项目各方共享的资源信息平台。

高校作为人才培养的后备基地, 学校在关注BIM技术和装配式技术落地应用的同时, 也越来越关注给排水科学与工程专业领域BIM人才的培养。高校如何进行BIM人才培养, BIM技术与高校专业人才培养的结合, 将BIM技术融入现有专业课程中, 落地高校BIM课程培养等是目前摆在高校BIM人才培养的一道难题。

BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术是借助虚拟仿真实验让给排水科学与工程专业学生切身体验BIM技术和装配式建筑构造的过程, 通过模拟装配式建筑施工过程中的每个预制构件, 熟悉装配式建造的过程, 同时通过虚拟仿真技术可以实现给排水构筑物预制构件尺寸的更改, 可以自由搭建建筑。学生依靠虚拟仿真技术, 对施工现场有真实的现场沉浸感, 弥补实验中不能到施工现场观看施工过程的缺陷, 调动学生进行实验的积极性和主动性, 在掌握基础知识的同时, 自主设计实验和操作, 解决实际操作中的问题, 增强学生创新创造能力。

二、教学目的及实施过程

BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术是虚拟仿真实验是信息技术与实验教学的深度融合产物, 极大地拓展了学生的学习资源和空间, 丰富了学生学习模式。特别是可以虚拟仿真危险实验, 弥补了不能开设这样课程的不足。它开创了线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式, 将基于网络的远程教学和基于课堂的引导式、开放式教学相结合, 强烈激发了学生的实验兴趣, 极大提高了学生的实验操作的技能。

(一) 教学目的

改变教师传统的注入式教学方式, 强调“以学生为中心”的实验教学理念, 将学习资源开放, 学习空间开放, 以学生自己学习为主, 教师指导为辅, 教师尊重学生的想法, 鼓励、引导学生主动学习, 教师与学生融合成一体, 共同完成实验项目而使学生获取知识和技能, 从而进一步提高国内给排水科学工程专业领域BIM人才的培养质量。

(二) 实施过程

BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术在教学过程中依托我院设置的仿真平台, 该平台共设置了3个系统:学习系统、考核系统和报告系统。学习系统是在提前预习的基础上, 文字、声音和高亮等提示帮助下, 人机交互, 一步一步指导学生学习完成整个实验。考核系统是无任何提示进行操作考试, 考核结束后系统自动给出分数。报告系统是考核完成后, 需撰写实验报告, 包括实验目的、原理、实验数据处理和结果、实验结论以及对该实验设计的评价和建议, 提交给老师评阅。该3个系统通过3个环节实施:第一环节是基于课堂的引导式、开放式教学, 教师提前布置预习任务, 以预习考核方式引导学生主动预习;第二环节是仿真平台24小时向学生开放, 在规定的时限内, 学生登录仿真平台进入实验, 并进行考核、撰写实验报告;第三环节是基于网络的远程教学的课后复习。

上述3个系统和3个环节可以充分利用“虚拟仿真实验”的现代信息技术特点, 实时培训, 避免人力财力的大量消耗, 学生可以自由地在任何地方时时刻刻体验, 不受时间和空间的限制, 在教师的引导下, 学生通过网络智能化地学习, 加强BIM装配式建筑构造的学习效果, 从而提高BIM人才的培养质量。

三、实施效果

BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术实施以来, 达到了强调关键步骤和安全注意事项、理论与技能并重的效果。通过把教学活动的重点放在实验安全和规范操作过程上, 促进了学生掌握知识同时将所学的知识运用到真实的给排水科学与工程专业实践环节中, 知行合一。学生通过完成教学项目, 能有效调动学习的积极性, 既掌握实践技能, 又掌握相关安全知识, 既学习了课程, 又学习了工作方法帮助解决问题, 能够充分发掘学生的创造潜能, 提高了学生解决实际问题的综合能力, 提升了BIM装配式实验教学质量和水平, 受到了学生们的一致好评。

四、结束语

给排水科学工程专业领域的BIM人才培养质量与实际岗位需求能力仍存在较大的差距。BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术通过借助虚拟仿真实验让学生切身体验BIM技术和装配式建筑构造的过程, 通过模拟装配式建筑施工过程中的每个预制构件, 熟悉装配式建造的过程, 增强教学过程中的直观化、可视化和模拟性, 大大提高了学生学习兴趣和主动性, 促进学生把基础知识学的更扎实, 能够自主设计实验和操作, 增强学生创新创造能力和提高思维灵活性, 从而提高给排水科学与工程专业领域的BIM人才培养质量。

摘要：为进一步提高国内给排水科学工程专业领域BIM人才的培养质量, 本文将BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术应用到专业教学过程中。通过BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术的应用, 可以增强教学过程中的直观化、可视化和模拟性, 提高学生真实的现场沉浸感, 从而提高专业人才的培养质量。本文从BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术简介、应用于教学中的必要性、教学目的与实施过程和实施效果等四个方面来介绍了我校基于BIM装配式建筑构造虚拟仿真技术的给排水科学与工程专业教学研究情况。

关键词：BIM,虚拟仿真,给排水科学与工程,教学研究

参考文献

[1] 郭二伟, 于英霞, 王帅, 谢乐乐, 陈明凯, 金家良, 牛东凯.采用BIM技术的土工虚拟仿真实验设计[J].教育教学论坛, 2019 (11) :274-275.

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[3] 马帅.基于BIM的土建类专业虚拟仿真实验教学中心建设[J].产业与科技论坛, 2017, 16 (18) :233-234.

[4] 杨春燕.BIM虚拟仿真技术在建筑工程施工技术教学中的应用[J].电子技术与软件工程, 2017 (16) :150.

[5] 王秀云.工程造价专业基于BIM的虚拟仿真实验教学发展现状分析[J].人力资源管理, 2017 (08) :255-256.

土木工程虚拟现实技术论文范文第5篇

虚拟现实技术的概念、思想和研究目标的形成与相关科学技术，特别是计算机科学技术的发展密切相关，经历了几个阶段：

1929年，Link E. A.发明了一种飞行模拟器，使乘坐者实现了对飞行的一种感觉体验。可以说这是人类模拟仿真物理现实的初次尝试。其后随着控制技术的不断发展，各种仿真模拟器陆续问世。

1956年，Heileg M.开发了一个摩托车仿真器Sensorama，具有三维显示及立体声效果，并能产生振动感觉。他在1962年的“Sensorama Simulator”专利已具有一定的VR技术的思想。

电子计算技术的发展和计算机的小型化，推动了仿真技术的发展，逐步形成了计算机仿真科学技术学科。1965年，计算机图形学的重要奠基人Sutherland博士发表了一篇短文The ultimate display，以其敏锐的洞察力和丰富的想象力描绘了一种新的显示技术。他设想在这种显示技术支持下，观察者可以直接沉浸在计算机控制的虚拟环境之中，就如同日常生活在真实世界一样。同时，观察者还能以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互，如触摸感知和控制虚拟对象等。Sutherland的文章从计算机显示和人机交互的角度提出了模拟现实世界的思想，推动了计算机图形图像技术的发展，并启发了头盔显示器、数据手套等新型人机交互设备的研究。

1966年，Sutherland I. E.等开始研制头盔式显示器，随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。1973年，Krueger M.提出了“Artificial Reality”一词，这是早期出现的VR词语。由于受计算机技术本身发展的限制，总体上说20世纪六七十年代这一方向的技术发展不是很快，处于思想、概念和技术的酝酿形成阶段。

20世纪90年代以后，随着计算机技术与高性能计算、人机交互技术与设备、计算机网络与通信等科学技术领域的突破和高速发展，以及军事演练、航空航天、复杂设备研制等重要应用领域的巨大需求，VR技术进入了快速发展时期。

我国关于计算机建模与仿真的研究开展较早，大体上在20世纪70年代初，主要集中在航空航天领域。90年代初我国一些高校和科研院所的研究人员从不同角度开始对VR进行研究。十多年来，我国许多高等院校、科研院所，以及其他许多应用部门和单位的科研人员进行了各具背景、各有特色的研究工作。2006年国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将VR技术列为信息领域优先发展的前沿技术之一。2007年科技部正式批准依托北京航空航天大学建设虚拟现实技术与系统国家重点实验室。

土木工程虚拟现实技术论文范文第6篇

摘 要：虚拟现实技术的应用可为消费者创造高质量的营销体验。心流状态是一种积极的心理反应，对营销结果有推进作用。从心流体验的视角研究虚拟现实营销的设计，能够更加系统、科学地指导虚拟现实营销设计的实践。在虚拟现实营销策划中，品牌可以通过塑造明确的营销主题、制造清晰的故事线索、模拟真实环境反馈、丰富感官体验、让内容更契合消费者的认知和品牌经验、增强内容的互动性和游戏性等策略来达成消费者持续的心流体验，提升虚拟现实营销的效用。

关键词：虚拟现实;心流;营销;消费者体验

一、虚拟现实营销的发展背景

21世纪以来，互联网及移动互联网的广泛普及给人们信息消费方式带来了重大变革，碎片化、互动化、娱乐化的信息传播方式成为主流趋势。这为市场营销带来重大机遇的同时，也提出了严峻的挑战，一方面，互联网在不断提升信息的传播效率，但另一方面，在线的交流方式削弱了营销的体验性。在体验经济时代，营销如何弥合这一矛盾，为消费者带来更高质量的营销体验，虚拟现实技术在营销当中的应用可以说是一个完美的解决方式。

虚拟现实营销是把虚拟现实技术应用于营销活动，在不同的营销情境下，通过改善产品、企业、品牌等信息呈现，促进顾客与企业的互动和交流，提升顾客获得的使用价值与体验价值，企业则可获得销售额、市场份额、顾客权益和品牌权益等方面的增长。虚拟现实利用全景摄像头，记录品牌和产品的空间、声音、画面等信息，将品牌进行全方位立体化全息化的呈现，可以通过为体验者提供强烈的感官刺激、多元化的内容形式，放大和强化所要传播的商业内容，相较于传统的传播媒介，具有无法比拟的先进性[1]。因此，近些年不少知名品牌都在这一领域进行了不同程度的尝试，如可口可乐、The North Face、Dior、迪士尼、奔驰、麦当劳等。可以说虚拟现实已经成为21世纪最具潜力的营销工具之一。

虚拟现实在营销应用中带来的最大的变革在于，它使营销给予了消费者前所未有的体验。但由于虚拟现实应用于营销发展的时间较短，缺少具有针对性以及更科学的营销设计框架指导，从现有的营销案例来看，多数品牌还依赖于虚拟现实营销所形成的猎奇效应及单纯的感官刺激，营销内容和技术存在割裂，对于虚拟现实的特性应用层次较浅，这些问题都制约着虚拟现实营销对品牌营销的商业应用价值，减弱了消费者对虚拟现实营销的接受程度和情感体验。因此，为了增强VR营销的实际效用，让VR营销由“感官刺激”向“体验冲击”转变，就需要对VR营销的设计要素进行更加系统的研究，让消费者在VR营销活动中获得更佳的价值体验和情绪感受。

二、心流理论和虚拟现实营销之间的关联

关于用户的情感体验，心流理论是现今为止应用最多的概念之一。心流体验是积极心理学中的重要理论，被定义为一种最佳的体验状态。而在一些研究实验当中，心流状态的产生已被证明对营销结果有推进作用，高质量的情感体验可以对消费者在品牌的选择、忠诚度和再次消费中起到积极影响。心流体验和虚拟现实营销之间具有一定的契合性。一方面，虚拟现实技术具备超强的互动性和临场感，能够为在技术上完成建构心流体验营销的客观环境;另一方面，心流体验对实现虚拟营销中的消费者形成的认知和情感维度有双重影响。在认知方面，心流让消费者形成忘我状态，令消费者能够持续专注体验虚拟环境中的产品，加强记忆和认知。在情感方面，心流能够形成愉悦感和卷入感，为消费者带来积极的情感。所以，从心流体验的视角研究虚拟现实营销的设计，能够更加系统性、科学性地指导虚拟现实营销设计的实践。

心流理论是美国著名心理学家 Csikszentmihalyi 于1975年提出的一种关于人的心理状态和交互体验的心理学理论。而心流体验是心流理论的重要概念，指一种将个人精力或者“身心”完全投注在某种活动时的感觉[2]。Csikszentmihalyi 经过研究总结把心流体验的特征整合为 9 个维度[3]。 Chen等人又把心流产生的 9 个特征进行归纳分为事前、经验、效果等 3个体验阶段。这三个阶段可以对应营销的不同环节（如表1所示）。

三、心流理论视角下虚拟现实营销策略

虚拟现实营销的策划阶段是产生心流的必要条件和重要前提，是虚拟现实营销设计中能够调控的变量，具有一定的可控性。所以本文通过具体分析这一阶段，用以指导虚拟现实营销设计为目标用户创造更良好的体验。

（一）明确而清晰的目标

Csikszentmihalyi 在对心流理论的阐述中認为，当人们被活动完全吸引时，就会嵌入一种共同的经验模式，即以意识的狭隘聚焦为特征，把所有精力完全投注于活动中，丧失自我的意识，只对清晰的目标和具体的反馈有所反应，不相关的知觉和想法都会被忽略掉。对于虚拟现实营销而言，达到心流体验的前提条件是消费者对营销活动产生充足的好奇和兴趣，自愿花费时间和精力参与到营销当中，并在此过程中能够不受干扰，集中所有注意力在品牌所要传达的信息上。所以在营销活动的设计上，一方面，根据消费者特征捕捉消费者的需求和喜好，构建出具有创意性的营销主题，吸引消费者产生兴趣并参与其中;另一方面，营销内容要能够提供清晰的故事主线，让消费者的眼球聚焦在一个中心点上。当前，虚拟现实营销对于消费者的吸引力主要是其稀缺性和娱乐性，但随着虚拟现实营销的普及，营销如何才能打动消费者，就要求在设计中，将营销重点从追求虚拟现实营销的话题性和品牌曝光率，回归到虚拟现实广告和营销活动的创意和内容设计上，根据营销的目标和消费者分析确定理想的活动主题，结合新媒体的特点，在模拟真实环境的基础上，体现技术与艺术结合的美感，让设计源于生活更高于生活。策划合理的叙事角度和方法，引发人们近乎真实的临场感，让消费者能够在虚拟现实技术带来的丰富体验中将精力集中在营销故事上展开探索和发现，甚至将自我完全代入情境当中。

（二）即时反馈

对消费者的反馈是用户在虚拟世界中的操作和行为，形成了消费者能够理解的变化，就可以被认为完成了一次对消费者的反馈。过去最典型的人机交互方式，例如民用计算机，用户通过简单地移动鼠标， 单击、双击显示屏界面上的图标， 即可获得丰富的信息。这一阶段计算机技术的发展， 虽然大大简化了人机交互的流程，但其操作还需要一种固定的身体姿态以及大脑对图标的识别过程， 在一定程度上局限了使用机器的人群， 它强迫身体以一种非自然的姿态与其进行交互活动[4]。虚拟现实技术主要利用头盔、手套等硬件设备，通过显示、识别、跟踪、语音、手势、感觉反馈等交互技术，为用户提供一个实时交互的多维立体环境。首先，用户可通过动作、手势、语言等人类最自然的表达方法获得虚拟现实环境的反馈。在营销设计中应遵循消费者在真实世界中的行为习惯来设计反馈，以增加消费者的临场感。由于心流通常是发生在消费者与虚拟世界互动的过程中，因此通过模拟真实情境，让消费者用多种自然化的身体运动方式与虚拟世界进行交互，则更容易形成心流体验;其次，虚拟现实体验集成了视觉、听觉、触觉、嗅觉等不同感官体验，越来越多的新技术可以直观的方式直接叠加在对应物理世界的感官通道上，从而创造出更真实的感官反馈。对于用户的反馈不再仅限于视觉的变化，在设计中要根据品牌和产品所具有的具体特征和类型来设计营销过程中的感官反馈，用多種多样的感官刺激带给消费者多层次综合性的体验和感受。在英国最受欢迎的主题乐园Alton Towers的过山车广告中，游客可与其他玩家一起展开一次太空冒险之旅，借助于项目配备的相关虚拟现实设备和道具，用户可以近乎真实体验乘坐太空飞船在太空遨游的整个过程，除了能从视觉上看到浩瀚宇宙的魅力，还能够和周围的环境达到深度的交互，甚至获得风力、气味、温度等复合性体验，多感官构建的反馈，可以大大提升消费者的沉浸度。

（三）技能与挑战的匹配

在心流理论中，技巧和挑战是两个重要的因素，这两者必须互相平衡，并驱使自我朝向更高更复杂的层次[5]。对于营销来说，营销内容的理解和体验需要消费者投入精力和行动，技能和任务就是消费者在营销互动过程中，是否能较好地理解营销信息，在过程中获得乐趣和成就感，这也是虚拟现实营销设计的关键。

消费者曾经具备的产品经验和品牌知识会对他们接收信息的态度和理解力产生一定的影响。虚拟现实营销为消费者提供了隔绝外部信息的条件，用户在使用过程中相比传统营销来说，耗费了更多的精力。与品牌在消费者认知中匹配度较高，或者与消费者日常产品使用经验和知识储备相关度高的营销内容，可以降低用户在虚拟现实营销中的认知投入，在玩乐过程中更容易理解游戏中的品牌信息。一些研究显示，人们还可以提取以往的记忆和现有的信息来源进行对应来完成认知。对于人们接触过或真正经历过的环境和事件，人们不再需要消耗过多的认知和理解能力就能够快速提取出过去熟悉的经验和记忆。而对于那些来自单一的文字、图像、声音等形式的非一手信息来源，就需要个体消耗大量的阅读、分析、总结、转化等认知投入才可以获得相对完整和深刻的经验。所以，在虚拟现实营销的设计中，要考虑消费者以往的认知程度，根据消费者的生活经验以及对于品牌和产品信息的接受度来调整创意，尽可能模拟消费者可能已有的体验和经历，以增强消费者对营销内容的情感共鸣，提升消费者理解和接受信息的程度。

此外，虚拟现实技术的交互性使其先天就具备了进行游戏化设计的潜质及可行性。通过虚拟现实营销的游戏化，可以大大提高消费者在营销当中获得的乐趣。尤其对于有着大量丰富游戏经验的年轻群体来说，游戏化的传播形式能够降低他们对于广告的心理抵触，更容易创造更为丰富的愉悦感和心流体验。

消费者在与品牌虚拟世界进行互动的过程中存在着探索和发现，这就形成了挑战及对技能的要求。技能和挑战的平衡与否往往因人而异，因此让用户在VR营销过程中能够产生并维持心流体验，在设计当中需要适当应用游戏化的策略，在营销内容中可以结合营销主题，隐藏一些内容、功能、特性，以待用户去发现，从而激发用户的好奇心和探索欲，融入多种多样的激励因素，让用户获得更大的成就感及荣誉感，进而提升其持续的参与热情。相比于游戏失败的玩家，游戏获胜的玩家会产生更多的心流体验，进而增加他们在游戏中的投入度以及对游戏中品牌的评价和消费。因此，品牌在进行虚拟现实营销的设计和实践中，应根据目标人群的特征来进行难度不同的内容设定，以迎合目标消费者的接受和理解能力，让消费者在接收营销信息的同时获得完成目标的满足感和自信心。

5G时代的来临，为虚拟现实的普及和大众化带来了更多可能性。高速率和低延时的传输特性能够显著提升虚拟现实用户的体验，“5G+云渲染”大幅提升应用显示效果，降低硬件成本，虚拟现实技术将更大量的被应用于消费市场，虚拟现实营销会日渐普及。未来，品牌只有不断通过创新和优化虚拟现实营销设计，才能够更好地应用虚拟现实技术这一利器，达到事半功倍的营销效果。

参考文献：

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[4] 杭云，苏宝华.虚拟现实与沉浸式传播的形成[J].现代传播，2007（6）：21-24.

[5] 洪柳，郭佳逸，葛仕钧.心流理论与用户体验设计[J].艺术与设计（理论），2009（3）：178-180.

[责任编辑：艾涓]

收稿日期：2020-11-13

作者简介：张牧，女，深圳大学艺术学部-美术与设计学院讲师，硕士，主要从事设计管理与创意策划研究。