电力三维仿真系统 虚拟仿真技术

数学物理方程三维可视化仿真

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/548774767.html, 数学物理方程三维可视化仿真 作者：江萍杨华军何文森罗志华 来源：《教育教学论坛》2013年第03期 摘要：数学物理方程三维可视化仿真及创新实践训练是《数学物理方法》教学模式改革中的重要内容。本文通过MATLAB程序求解二维菱形晶格光子晶体的电磁场本征值方程，绘制出二维能带曲线，并将结果三维可视化，体现出复杂数学物理问题的物理图像，解决大学生在课程学习过程中理解困难的教学问题，加强大学生编程实践能力和创新能力的培养。 关键词：本征值问题；三维可视化仿真；光子晶体；平面波展开法；能带结构 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0247-03 一、课程背景 《数学物理方法》是理工科学生的基础课程之一，也是科研中常用的基本方法。数学物理方法课程的内容繁多，公式推导繁杂，尽管教材中的例题通常具有明确的物理意义，但是从眼花缭乱的数学表达式中看出其中所表达的物理图像，不仅学生会觉得困惑、枯燥，教师也难免觉得棘手。探索数学物理方法数值化教学的新方法，是数学物理方法课程教学中的一项重要工作，也是数学物理方法教学改革中的重要内容。利用MATLAB数值求解数学物理方程，将传统教学手段与计算机仿真教学相结合，改变只用公式符号教学的模式[1]，令学生对复杂、抽象、烦琐的数学物理问题具有更深刻的理解。本论文旨在进行数学物理方程仿真求解实践训练，着力培养大学生应用数学物理思想解决实际问题的能力。本着“重理论、强实践、突创新”的教育理念，结合科技前沿，以光子晶体的电磁场理论作为实践内容，利用MATLAB对复杂的电磁场本征值问题进行计算机仿真求解，将结果三维可视化，以此来展现复杂电磁场问题的物理图像，对培养大学生创新能力具有重要意义。 二、光子晶体电磁理论基础 在利用分离变量法求解数学物理方程时，最后都归结到求解本征值问题。在用本征函数系展开法解数学物理方程时，也要对所用的本征函数系有较好的理解[2]。所以，各种本征函数 系在数学物理方程课程的学习中有非常重要的地位。周期结构对电磁波的调控是物理学领域的基础问题。光子晶体是由介电常数周期排列形成的一种合成材料，是非均匀介质中少数可以严格遵循电磁理论的新型人工材料。在一定的晶格常数和介电常数条件下，布拉格散射使在光子晶体中传播的电磁波受到调制形成类似于电子的能带结构[3]。利用计算机仿真求解光子晶体 中的复杂本征值问题，可以帮助学生熟悉并更好地掌握本征函数系的性质和求解方法。 1.理想二维光子晶体的结构。假设介电常数为εa，半径为r的介质柱平行于z轴，背景介质的介电常数为εb，在（x，y）平面内的晶格常数为a，θ为相邻基矢a1和a2之间的锐角，

医学护理三维虚拟仿真系统

医学护理虚拟仿真系统 1.产科护理虚拟仿真软件 1）四步触诊：可以完整、清楚地展示四步触诊的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出子宫内胎儿情况。 2）平产接生：从接产前准备到接产步骤：完整、清楚地展示平产接生的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以通过三维交互操作，身临其境地练习接生手法。 3）人工流产：完整、清楚地展示人工流产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在剖视模式下可以直观显示出器械在阴道和子宫内部的具体情况。 4）影响产妇的四个因素：可以完整、清楚地展示产力（子宫收缩力、腹壁肌及膈肌收缩力、肛提肌收缩力），产道，胎儿的相互关系，从多种模式、多个方位观看相关肌肉收缩情况。

5）臀位助产：完整、清楚地展示臀位助产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出胎儿与子宫的变化关系。 6）分娩机制：在原理模式下，可以清楚了解每个步骤胎头各相应径线和骨盆入口平面、中骨盆平面及出口平面的相互关系。可以观察到胎头的前囟门和后囟门。 2.基础护理三维仿真软件 1）心肺复苏：可以完整、清楚、准确地展示心肺复苏的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以在三维透视模式下显示病人心肺内部三维结构的变化情况。

2）留置导尿术：通过三维泌尿系统和导尿管真实模拟出导尿管在尿道内的位置关系和运动反馈；例如，可以在透视和剖视模式下观看导尿管通过尿道的过程。 3）静脉输液：可以完整、清楚、准确地展示对患者的评估核对，七步洗手法洗手，戴口罩，用物准备，操作过程。可以从多个方位观看如何选静脉，如何持针、如何插针，如何固定，如何拔针等，例如可以在三维透视模式下查看静脉内部结构，针头与静脉的位置关系等。 4）鼻饲法：通过三维消化系统和导管真实模拟出导管在体内的位置距离，吞咽时食道的变化，误插入管，患者出现的咳嗽、呼吸困难、发绀的症状；例如，可以在透视和剖视模式下观看口腔和食道内的插管过程。 福建水立方三维数字科技有限公司是一家专注于虚拟仿真/VR/AR/MR技术在医学护理领域应用软件及系统的研发和推广的高新技术企业。公司专注于助产、护理、基础医学、中医学等医学三维虚拟仿真技术的研发。公司的主要产品（服务）包括：提供VR虚拟现实系统、MR/AR系统、3D交互墙、大型Cave系统等解决方案，构建实验教学平台、微创手术系统、教育培训系统、虚拟仿真平台。 公司为福建省高新技术企业，也是目前国内首家的集VR/AR临床医学培训+解决方案+平台建设于一体的高新技术企业。“公司自成立以来，已相继研发出"

交通事故三维模拟演示系统

交通事故三维模拟演示系统 产品简介 交通事故三维模拟演示系统集成了三维360度全景照相技术、三维虚拟现实动态仿真技术（增强现实技术）为一体，完全满足现在公安系统里现场全景照相、全景三维测量、三维重建、模拟、和分析的应用。是北京金视和科技有限公司集十几年来图形图像和三维仿真领域的尖端科研成果，并结合多年来对公安交通系统的调研数据进行定制化开发的解决方案。 交通事故三维模拟演示系统生成高度逼真的三维场景图片和动画片。把这些全景图片、三维场景、动画片和声音、文字结合，为侦查、技术、指挥人员生成各种三维虚拟案件现场场景的多媒体影音和影像材料。对这些数字化多媒体信息进行分析、演示，并可以在网络服务器上发布、保存、修改案例，其他用户可以通过网络服务器进行查询、观看案例。为案件的侦破、记录、汇报、存档查询，都提供了便利的直观方便。 交通事故三维模拟演示系统是由三维数字化图形软件和360°全自动机器 人拍摄系统组成。是基于图形图像和三维仿真领域的尖端科研成果，并结合多年来对交通事故处理部门的调研数据进行定制化开发的解决方案。 产品特点 交通事故三维模拟演示系统搭载的全景拍摄系统，由高端单反数码相机、精密鱼眼镜头和全自动拍摄云台组成，可以在一分钟内拍摄一组完整的现场全景图片，并以全自动方式进行拼接融合，无须人工干预拼接过程。达到交通事故现场快速全景重建的目的。 在传统的工作流程当中，由于人为、天气等外界因素干扰，事故现场很容易在短时间内遭到破坏和干扰。鉴于事故现场的特殊性，快速、完整、准确的保存事故现场，交通事故现场不可能像刑事案件现场那样长时间保留。交警在记录事故现场时，大多是通过昂贵的单反数码相机，直观的对事故现场进行大量的物证和场景拍摄，在后期分析事故现场时由于照片数量繁多，很难建立起事故现场的形象认知，甚至有可能会漏拍一些关键信息。借助360°全自动机器人拍摄系统将真实交通事故现场的完整的保存下来，可以在撤离交通事故现场后随时在交通事故现场全景图上进行截图、测量和分析。 现场采集物证图像及多场景热点添加在真实的交通事故现场中需要拍摄大量的现场细节图像(车辆痕迹、道路痕迹、现场环境、尸体、现场散落物和遗留物、血迹等)。但大量的现场图片容易让技术人员混淆物证，这对于日后的案情分析来说有重大影响。交通事故三维模拟演示系统的热点添加功能可以将所有采集到的现场细节图像以超级链接方式添加到现场全景图和三维重建现场中，并且可以用鼠标双击放大凸显细节图像，还可以创建文件夹对物证图像进行组织分类、可重命名以及删改细目照片资源，为事故过程分析带来极大的帮助。

三维虚拟仿真大纲

《三维虚拟仿真》课程教学大纲 课程编号：（暂可不写） 课程名称：三维虚拟仿真 总学时数和学分：本课程计划144学时，8学分 实验或上机学时：108学时 先修及后续课程要求： 先修课程： 1. 3ds max基础：要求学生了解3ds max各个功能模块和基本制作流程。掌握常用工具及简单模型的制作方法、掌握基础灯光、材质的调节方法。 2. 图形图像处理PS：要求掌握常用工具的使用方法，把握图层、蒙版、图层样式以及图层叠加方式的作用和意义，熟练掌握调色工具及滤镜的使用，深入理解通道的作用。 后续课程：《工作室实训》、《毕业设计》 （说明部分） 1.课程性质 三维虚拟仿真是利用计算机图形学技术，在计算机中对真实的客观世界进行逼真的模拟再现。通过利用传感器技术等辅助技术手段，让用户在虚拟空间中有身临其境之感，能与虚拟世界的对象进行相互作用且得到自然的反馈，并让人产生构想。本课程通过3ds max软件强大的三维图像技术制作出逼真的虚拟空间环境，再通过VRP平台加入交互功能，从而形成一种超现实的虚拟体验。本课程主要解决如

何生成具有真实感的虚拟空间，通过3ds max的建模工具创建场景模型，通过材质贴图以及灯光的综合应用模拟自然世界的真实质感及光影效果，再通过渲染设置调节出最终效果。最后使用贴图烘焙的方式将最终渲染效果转为贴图贴回场景，并导入到VRP中进行交互式制作。本课程是一门综合性学科，与其相关的学科种类繁多，如计算机视觉、数字图像处理、模式识别、人工智能、计算机网络、科学计算可视化、输入输出设备、人机交互、自动化控制、生理学、心理学等，其与虚拟现实都有十分紧密的联系。本课程重点在于如何在计算机中生成虚拟环境并通过VRP平台将其转化为具有交互功能的空间环境。其中需要大量的实践决定了本课程主要以技法为主，并兼顾理论的学习。能制作出完整、真实的交互式虚拟场景是本课程的最终教学目的。 2.教学目标及意义 本门课教学目标在于使学生在熟练地掌握3ds max软件的基础之上系统的学习VRP交互式平台软件。在熟练掌握模型创建、材质贴图的赋予、灯光布光方案及调节方法的基础上，创建出具有沉浸感与交互性的虚拟现实作品。借助本系强大的工作室电脑硬件及所购的20节点VRP软件可以进行大型场景的虚拟现实作品表现。使学生在校园里就能拥有公司级别的制作条件，为优秀作品的制作提供了先决条件，并使学生在实战训练中提高其市场竞争力，为进军这一新兴行业奠定坚实的基础。 3.教学内容及教学要求 一、场景模型的创建。（50学时）

国内外电力系统仿真技术

1国内外电力系统仿真技术 1.1电力系统仿真技术发展概述 目前，电力系统的仿真技术主要有三大类，即电力系统动态模拟仿真技术、电力系统数模混合式仿真技术以及电力系统全数字仿真技术。 1.1.1电力系统动态模拟仿真技术 电力系统动态模拟仿真技术采用动态模拟装置，也就是物理仿真系统。20世纪60年代以前，电力系统仿真主要采用这种全物理的动态模拟装置。其原理是用比原型系统在规格上缩减一定比例的方法建立物理模型系统，通过在物理模型上做试验代替在实际系统中的试验。其优点是可以较真实的反映被研究系统的全动态过程，现象直观明了，物理意义明确，缺点是仿真的规模受实验室设备和场地限制，而且每一次不同类型的试验都要重新进行电气接线，耗力耗时，另外，可扩展性和兼容性差。 1.1.2电力系统数模混合式仿真技术 电力系统数模混合式技术采用数模混合仿真系统，这种技术一般是用数字仿真模型模拟发电机、电动机、控制系统等，变压器、交流输电线路、直流输电换流阀组和控制装置等元件仍采用物理模型。其优点是综合了数字仿真和物理仿真优势，能够较真实地模拟一些系统电气元件，准确地反映系统的动态过程，缺点是接口环节多、试验接线工作量大和仿真规模受限。 1.1.3电力系统全数字仿真技术 电力系统全数字仿真系统是进入20世纪90年代以来发展起来的一种仿真技术。全数字仿真系统内所有元件都采用数字仿真模型。这种仿真系统对于计算方法和计算机运算处理速度的要求很高。全数字仿真系统的优点是不受被研究系统规模和结构复杂性的限制，计算速度快、使用灵活、扩展方便、成本相对低廉，

是当前电力系统仿真系统发展的主要方向。尤其是近年来随着数字计算机和并行技术的发展而出现的基于高性能PC机群的全数字仿真系统使得其价格低廉、升级扩展方便的优势更为突出，电力系统全数字实时仿真得到了越来越广泛的应用。 全数字仿真系统优势明显，是当前仿真系统的发展趋势。随着电力系统的发展，系统规模和复杂程度的增加，采取物理模拟的方法对实际系统进行仿真受到限制。由于电力系统数字仿真具有不受原有系统规模和结构复杂性的限制、保证被研究和试验系统的安全性、具有良好的经济性和便利性、可用于对设计未来系统性能的预测等优点，现已成为分析、研究电力系统必不可少的工具。随着计算机和数值计算技术的飞速发展，为电力系统数字仿真的发展提供了坚实的基础，使得电力系统数字仿真技术得到了迅速地发展。电力系统数字仿真包括离线数字仿真和实时数字仿真。 电力系统离线数字仿真是在计算机技术发展的基础上，建立电力系统物理过程的数学模型，用求解数学方程的方法来进行仿真研究。电力系统仿真软件根据动态过程中系统模型和仿真方法的不同，离线数字仿真可以分为电磁暂态过程仿真、机电暂态过程仿真和中长期动态过程仿真。电磁暂态数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态仿真程序普遍采用的是电磁暂态程序（简称为EMTP），中国电力科学研究院在EMTP基础上开发了EMTPE。另外，加拿大Manitoba直流研究中心的EMTDC、加拿大哥伦比亚大学的MicroTran和德国西门子的NETOMAC，都具有与EMTP 相似的软件功能；机电暂态数字仿真主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。国际上常用的机电暂态仿真程序有美国的PSS/E和ETMSP、ABB的SYMPOW、西门子的NETOMAC，国内主要采用中国电科院的PSASP和中国版的BPA；电力系统中长期动态过程仿真是电力系统受到扰动后较长过程的动态仿真，主要用来分析电力系统内较长时间的动态特性。国际上主要采用的中长期动态过程仿真程序有EUROSTAG程序、LTSP程序、EXTAB程序，另外PSS/E和MODES程序也具有长过程动态稳定计算功能。 电力系统实时数字仿真系统是基于现代计算机技术开发的体系机构和大型电力系统电磁暂态仿真软件系统，可以进行电力系统电磁暂态的全过程实时模

几款主流电子电路仿真软件优缺点比较

几款主流电子电路仿真软件优缺点比较 电子电路仿真技术是当今相关专业学习者及工作者必须掌握的技术之一，它有诸多优点：第一，电子电路仿真软件一般都有海量而齐全的电子元器件库和先进的虚拟仪器、仪表，十分方便仿真与测试；第二，仿真电路的连接简单快捷智能化，不需焊接，使用仪器调试不用担心损坏；大大减少了设计时间及金钱的成本；第三，电子电路仿真软件可进行多种准确而复杂的电路分析。 随着电子电路仿真技术的不断发展，许多公司推出了各种功能先进、性能强劲的仿真软件。既然它们能百家争鸣，那么肯定是在某些方面各有优劣的。下面就针对几款主流电子电路仿真软件的优缺点进行比较。 (1) Multisim 在模电、数电的复杂电路虚拟仿真方面，Multisim是当之无愧的一哥。它有形象化的极其真实的虚拟仪器，无论界面的外观还是内在的功能，都达到了的最高水平。它有专业的界面和分类，强大而复杂的功能，对数据的计算方面极其准确。在我们参加电子竞赛的时候，特别是模拟方向的题目，我们用得最多的仿真软件就是Multisim。同时，Multisim不仅支持MCU，还支持汇编语言和C语言为单片机注入程序，并有与之配套的制版软件NI Ultiboard10，可以从电路设计到制板layout一条龙服务。 Multisim的缺点是，软件过于庞大，对MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的专门的软件。 （2）Tina Tina的界面简单直观，元器件不算多，但是分类很好，而且TI公司的元器件最齐全。在比赛时经常用到TI公司的元器件，当在Multisim找不到对应的器件时，我们就会用到Tina来仿真。 Tina的缺点是，功能相对较少，对TI公司之外的元器件支持较少。 (3) Proteus

三维虚拟建筑空间的仿真设计与实现

三维虚拟建筑空间的仿真设计与实现 摘要：沙盘在展示虚拟建筑时，由于空间的约束性，在虚拟建筑空间的细节处理上效果差，缺乏有效渲染以及动画呈现方式，导致建筑空间仿真效果差。提出三维虚拟建筑空间的仿真设计与实现方法，在对建筑空间进行虚拟现实和仿真设计时，基于构建的建筑空间坐标系和比例尺，采用构件的位置和参数构建建筑空间构件数学模型，对各构件的数学模型实施融合后构建总体建筑空间的数学模型。采用OpenGL虚拟现实技术，基于目标建筑空间数学模型对目标建筑进行扩展加工，给目标建筑赋予材质和纹理特征，获取理想的建筑空间三维虚拟视图，将建筑空间三维虚拟视图进行三维渲染处理，呈现出生动形象的建筑空间三维虚拟效果图，使用动画设计技术对建筑空间三维虚拟效果图进行动画展示。实验结果表明，所提设计方法的点线渲染和整体渲染效果佳，能得到更加逼真的三维虚拟建筑空间仿真设计成果，并且具有较高的交互性和实用性。 关键词：三维虚拟建筑空间；仿真设计；三维渲染；三维建模；动画设计；数学模型 中图分类号：TN812?34；TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2018）16?0168?04 Abstract：Virtual building exhibition on the sand table has

poor detail processing effect of virtual building space due to space constraint，and poor simulation effect of building space due to lack of effective rendering and animation presentation mode. Therefore，a simulation design and implementation method of 3D virtual building space is proposed. During the virtual implementation and simulation design of building space，the position and parameter of the component are used to construct the mathematical model of the building space component based on the constructed building space coordinate and proportional scale. The mathematical model of the whole building space is constructed after fusing mathematical models of various components. The OpenGL virtual reality technology is used to perform extend processing of the target building based on the mathematical model of target building space. The material and texture feature of the target building are given to obtain the optimal 3D virtual view of building space. The 3D rendering for the 3D virtual view of building space is performed to present a vivid 3D virtual effect image of building space. The animation design technology is used to conduct animation display of the 3D virtual effect image of building space. The experimental results show that the proposed design method has good effects of dot?line rendering and whole rendering，can

电气工程及智能控制虚拟仿真实验室

8 电气工程及智能控制虚拟仿真实验室 1.IPS变电站自动化虚拟仿真实验软件 2.电力系统自动装置虚拟仿真实验软件 3.线路保护虚拟仿真实验软件 电气工程及其智能控制设计电力电子技术、机电一体化技术、电气控制技术等多个领域，其主要特点是强弱结合、软硬结合，但是在实际教学过程中，许多实验受到软硬件的限制。 电气虚拟仿真实验室涵盖了变电站自动化仿真实验、电力系统仿真实验以及线路保护实验，该实验室采用三维场景搭建，能够真实模拟实验台、仪表、线路连接和实验结果。 8.1 IPS变电站自动化虚拟仿真实验软件 系统介绍 IPS变电站自动化虚拟仿真实验室采用三维场景搭建，该软件模拟真实变电站系统接线（包含220kV和35kV两个电压等级，两台主变），并能进行真实变电站的运行操作，如线路倒闸、变压器运行检修状态转换、保护实验等。

图1 图2 教学与实训内容 1.备用电源自动投入实验 2.无功补偿实验

3.系统运行方式切换及短路实验 4.模拟工厂倒闸、线路运行方式切换实验 5.变压器运行方式切换及有载调压实验 6.母线保护实验（电流速断保护、过电流保护等） 7.线路保护实验（过负荷保护、自动重合闸等） 8.变压器保护实验（过负荷保护、过电流保护等） 9.电容器保护实验 8.2 电力系统自动装置虚拟仿真实验软件 系统介绍 该虚拟实验室利用虚拟现实技术再现实验台的外观、结构，同时利用计算机仿真技术模拟实验的原理、流程，可以通过该软件展示的现代电能发出和输送全过程的工作原理，了解实验设备的结构原理、学习发电机调速和调频的方法，掌握发电机准同期并网的方法。

图3 图4 教学与实训内容 1.发电机组的起动与运转实验 2.典型方式下的同步发电机起励实验 3.励磁调节器控制方式及其相互切换实验 4.同步发电机准同期并列运行实验 5.调差实验 6.单机－无穷大系统稳态运行方式实验 7.微机线路保护实验 8.同步发电机空载实验、V形曲线测定实验

各种电路仿真软件的分析与比较

一．当今流行的电路仿真软件及其特性 电路仿真属于电子设计自动化（EDA）的组成部分。一般把电路仿真分为三个层次：物理级、电路级和系统级。教学中重点运用的为电路级仿真。 电路级仿真分析由元器件构成的电路性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。电路级仿真必须有元器件模型库的支持，仿真信号和波形输出代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使设计人员在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。目前比较流行的电路仿真软件大体上说有：ORCAD、Protel、Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker、Micro-CAP 和Edison等一系列仿真软件。 电路仿真软件的基本特点： ●仿真项目的数量和性能： 仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件都有的基本功能是：静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项；可能有的分析是：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真软件如SIMextrix只有6项仿真功能，而Tina6.0有20项，Protel、ORCAD、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能。对电子设计和教学的各种需求考虑的比较周到。例如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析、CircuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。 Pspice语言擅长于分析模拟电路，对数字电路的处理不是很有效。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，例如，Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plusII等。 ●仿真元器件的数量和精度： 元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千个到1--2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于实际元器件的生产与应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。大量的网络信息也能提供有用的仿真模型。设计者如果对仿真元件模型有比较深入的研究，可根据最新器件的外部特性参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件内的元件模型库，基本上可以满足常规教学需要，主要问题在于国产元器件与国外元器件的替代，并建立教学中常用的国产元器件库。

航天器在轨运行的三维可视化仿真教材

本科生科研训练计划项目（SRTP）项目成果项目名称：航天器在轨运行的三维可视化仿真 项目负责人：林凡庆 项目合作者：曲大铭侯天翔杨唤晨孙洁 所在学院：空间科学与物理学院 专业年级：空间科学与技术2013级 山东大学（威海） 大学生科技创新中心

航天器在轨运行的三维可视化仿真 空间科学与物理学院空间科学与技术专业林凡庆 指导教师许国昌杜玉军摘要：航天器在轨运行的三维可视化程序设计是建立卫星仿真系统最基础的工作。航天器在轨运行的三维可视化仿真有着重要的意义：它既可以使用户对卫星在轨运行情况形成生动直观、全面具体的视觉印象，又可以大大简化卫星轨道的设计过程。本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。我们的主要成果是实现了卫星在轨运行的三维可视化仿真并对原有程序进行了改进。 关键词：航天器在轨运行三维可视化程序设计 OpenGL Abstract：The programmer of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting is the utmost foundational work in establishing satellite emulation system. The three-dimensional visual simulation on satellite is of great significance: it assures that users may receive a vivid and direct-viewing and it also can greatly simplify the design process of satellite orbit.The basic frame of three-dimensional visual simulation program on satellite in-orbiting has been set up firstly. then, related essential theory and knowledge such as time system, coordinate conversation, satellite orbit, OpenGL and etc also has been introduced. Lastly, our main work and research results has been introduced. Our main achievement is that we realized the program of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting and we improve the original program. Key words：satellite In-orbit movement 3D visualization programming OpenGL 一、引言 当今社会是一个信息的社会，谁掌握了信息的主动权，就意味着掌握了整个世界。而人造卫星是当今人们准确、实时、全面的获取信息的重要手段，卫星的各项应用已经成为信息社会发展的强大动力。而人造卫星的应用是一项高投入、高风险、长周期的活动，仿真技术由于具有可控制、可重复、经济、安全、高效的特点，在人造卫星应用领域以至整个航天领域都起到了重大的作用。目前国际上较常用的卫星仿真软件主要有美国的Winorbit、美国Cybercom System公司研制的CPLAN和AGI公司的STK。其中以STK功能最为强大，界面最为友好，在卫星仿真领域占有绝对领先地位。STK功能虽然强大，但其价格昂贵，源码也不公开，无法自主扩展，并且该软件被限制了对中国的销售，所以中国不得不独立开发适于自己的卫星仿真系统[1]。而且国内目前卫星系统的仿真软件很少，主要有一些大学开发的小型的卫星系统仿真软件，还有北京航天慧海系统仿真科技有限公司开发的Vpp-STK航天卫星仿真开发平台V4.0。总体来说，国内目前在这个方面的技术还相当不成熟，因此研究和自主开发卫星仿真系统意义重大。 仿真可视化，就是把仿真中的数字信息变为直观的，以图形图像形式表示的，随时间和空间变化的仿真过程呈现在研究人员面前，使研究人员能够知道系统中变量之间、变量与参数之间、变量与外部环境之间的关系，直接获得系统的静态和动态特征[2]。 本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。

虚拟仿真实训系统解决方案

大娱号 虚拟仿真实训系统解决方案 VSTATION HD（V1.0）

前言 近年来,由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡,虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用,成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成,构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。目前,高职院校很多专业,如外语教学、旅游专业、数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真实训教学，已经逐渐成为高职院校教学变革的一种有效手段。

目录 前言 (2) 一、总体需求分析 (4) 1．1 “情景”的定义： (4) 1．2 为什么要在教学中使用“虚拟仿真实训系统”？ (5) 1．3 根据教学建设，用户需求归纳如下： (6) 二、设计原则 (7) 三、大娱号虚拟仿真实训系统概述 (8) 四、大娱号虚拟仿真实训系统系统运行原理示意图： (10) 五、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 (11) 六、与教材同步完备的虚拟场景库 (16) 七、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 (18) 八、大娱号虚拟仿真实训系统配置与指标 (19) 九、系统技术支持及服务 (21)

一、总体需求分析 通过运用学语言，已经为越来越多的教师认同。学习者必须通过“用语言”才能真正掌握语言。 让学生置身于真实的交际情景中，让学生使用语言进行交际。而真正的交际应该是互动的。当一方发出信息后，另一方根据上下文进行意义协商，作出反馈，他可以表示支持、进行反驳或提出疑问，然后接受方对反馈意见再进行意义协商，作出回应，双方如此反复交流，形成互动。互动是“交际的核心”。 语言课堂就是一个充满“交流和互动”的场所。在课堂教学中，这种互动不仅包括师生互动和生生之间互动，还应该包括教材，因为课堂上的师生互动和生生互动都是基于一定教材展开的。“大娱号”虚拟仿真实训系统能够在教材与师生之间搭起一座互动教学的桥梁。 使用“虚拟仿真实训系统”在互动教学的设计和组织上突出情景性、实训性和互动性，力求三者有机结合。 1．1 “情景”的定义： 情景指的是具体场合的情形或景象。在教学过程中引入或创设生动具体的场景，有利于学生进行意义建构使其产生交际的动机。“大娱号”虚拟仿真实训系统所提供的虚拟场景可以提供直观生动的形象，通过大屏或投影再现学生在虚拟场景中的表演，可以让学生通过视觉和听觉去感受场景，产生想象和联想，激发学生的学习兴趣。参与表演的学生可以身临其境的学语言，使用虚拟仿真实训系统教学, 学生觉得有话可说，有戏可演，

电力系统仿真软件介绍

电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.

三维仿真平台功能特点

三维仿真平台功能特点 本次系统三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游，包容和拓展常规GIS独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。本系统所采用三维仿真平具有独特的特性和强有力的可扩展性能。 3.1顶级三维游戏的视觉享受 精美的三维场景 光影效果 多种气候条件（白天、夜晚、云、雾、雨、雪、雷电……） 多种特殊效果（跳动的火苗、飘动的旗帜、流水、喷泉、霓虹灯、海浪、爆炸、烟雾……） 各种空间声音效果——创建一个充满生机的世界。 3.2灵活的人机交互 任何位置/任意角度观察场景； 多种运动方式随时切换 （行走、驾驶、飞翔…） 任意位置停止，切换多种参数/方案来观察！ （最适合于前期方案讨论、汇报） 整个交互过程可以记录为动画保存。 3.3强大的可扩展性 区域类型扩展 建筑内/外景； 小区/街道； 城区； 大面积野外场景。 （采用动态内存管理，甚至可以模拟整个数字地球！） 地域覆盖范围从小至大 显示方案扩展 单PC显示； PC Cluster+投影系统； SGI Onyx+投影系统；

立体显示/无缝拼接选项. 特定类型的应用扩展 应用领域扩展 国土资源局/城市规划部门/建筑设计单位； 房地产公司——展示/销售、项目评估和报批； 园区规划、管理及展示，开发区招商； 文物/古迹的展示、复原、保护部门； 4.三维仿真平台性能指标 4.1数据要求 支持BMP、GIF、PNG、JPG等格式。 三维模型：支持3DS、DXF、VRML格式。 DEM数据：支持各种矢量等高线数据。 4.2场景编辑 数据资料采集，包括科学城各栋房屋建筑外立面多角度数码拍照，路面、河流、树木、标志性物体数码拍照等。 图片处理，对外业采集的数字照片进行图片编辑处理，以符合建模标准； 地形建模，基于DEM（数字高程模型）数据和DOM（正射影像图）数据叠加生成地形； 地物建模，用内业处理完毕的数字图片构造地物模型，主要包括建筑物、路面、河流、路灯、花坛等； 可以对地形、模型、二维矢量数据、注记、场景贴图、环境、光源、模型贴图、动态贴图、摄像机等进行编辑处理，生成三维场景；并整体实现模型优化和拼凑。 支持模型库和贴图库管理。 4.3实时浏览和可视化 实时浏览三维场景。 矢量数据的三维可视化表现。 支持行走，驾驶，飞行，UFO等多种浏览方式。 观察者能从任意角度任意高度观看系统的三维场景。 系统可实现实时随机漫游，漫游的方向和起点完全由用户自己进行选择。 系统可实现从室外漫游到室内漫游的无缝切换。 4.4数据管理和数据查询 属性数据支持（支持Access、SQL Server、Oracle数据库等）和属性数据查询。 数据条件定位查询，根据查询条件，自动定位目标查询物。 4.5跨平台

三维可视化防真系统

1.1三维可视化仿真系统 当前地理信息系统技术仍以二维信息为主，比较而言，三维地理信息系统技术可以使信息的表现更真实、丰富、具体，而下一代GIS技术的一个主要特点也是支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向三维发展，从静态数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力，因此三维地理信息系统技术与无线通信技术的结合将是未来地理信息技术发展的必然趋势，也将成为未来数字城市建设技术的必然选择。 三维GIS是模拟、表示、管理、分析客观世界中的三维空间实体及其相关信息的计算机系统，能为管理和决策提供更加直接和真实的目标和研究对象。三维GIS是二维GIS技术的延伸和扩展。 基于三维地理信息系统技术，能够实现城市地质灾害相关数据的的数字化、网络化及动态可视化，同时也可作为一个供地质灾害管理预测分析辅助的强大应用平台。 1.1.1电子沙盘框架建设 电子沙盘框架建设基于国际先进的SkyLine三维展示平台，利用DEM与DOM建立大场景的三维模型，实现整个地图大场景的描述，同时集成地质灾害相关信息，实现大场景的立体信息集成和展示，为使用者提供更为丰富的综合信息。 Skyline是一个领先的三维地理信息系统平台，用一个强大的界面，可以把不同的地理数据联系起来，并且可以把它们快速的分发到各个用户。沙盘框架逻辑如下：

1.1.1.1 架构模式 三维可视化仿真系统采用当今社会最流行也最实用的B\S架构，此架构降低了最终用户的维护和升级成本。 服务器端的配置：TerraExplorer Pro + TerraGate + internet License。 客户端的配置：TerraExplorer Viewer + IE6.0或以上。 开发环境：开发工具(Microsoft Visual Studio .NET 2003/2005 C#) + 客户端脚本语言（javascript/jscript）+ 编辑工具(UltraEdit/Editplus)。 Skyline软件体系结构如下图所示： 图错误！文档中没有指定样式的文字。-1 Skyline软件体系结构图总的架构来分，Skyline分为三个模块。 数据合成模块TerraBuilder家族,它分为三个级别:单机版（TerraBuilder）、企业版（TerraBuilder Enterprise）、直连（DirectConnect）。他们三个之间的区别

模拟电子电路multisim仿真(很全 很好)

仿真 1.1.1 共射极基本放大电路 按图7.1-1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等 。 １.静态工作点分析 选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管Ｑ１工作在放大状态。 ２.动态分析 用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。 ３.参数扫描分析 在图７.１－１所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻Ｒ１的阻值大小直接决定了静态电流ＩＣ的大小，保持输入信号不变，改变Ｒ１的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为Ｒ１，参数为电阻，扫描起始值为１００Ｋ，终值为９００Ｋ，扫描方式为线性，步长增量为４００Ｋ，输出节点５，扫描用于暂态分析。 ４.频率响应分析 选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为１Hz，终止频率为１GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点５做输出节点。 由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压ＶＩ为幅值５mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为０.５Ｖ，中频电压放大倍数约为－１００倍，下限频率（Ｘ１）为１４.２２Hz，上限频率（Ｘ２）为２５.１２MHz，放大器的通频带约为２５.１２MHz。 由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻Ｒ３限定。 1.１.２共集电极基本放大电路（射极输出器）