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内容介绍

虚拟仿真是仿真技术发展的一个崭新阶段，在教育、医疗、机械、航空等领域得到了越来越广泛的应用。《虚拟仿真原理与应用》比较系统全面地介绍了虚拟仿真技术，主要内容包括可视化仿真、动画仿真、视景仿真、虚拟现实以及并行与分布式虚拟仿真的原理和关键技术；并介绍了虚拟仿真在制造业领域的应用实例，包括虚拟仿真应用平台、复杂产品并行装配仿真、虚拟机床装配仿真、MOCVD热流场仿真、GaInP薄膜生长仿真。 《虚拟仿真原理与应用》可以作为高等院校和科研院所从事有关专业的本科生和研究生的教材，也可供有关研究人员参考。

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精彩书摘

我国的仿真技术研究与应用发展迅速，自20世纪50年代开始，在运动体自动控制领域首先采用仿真技术，面向方程建模和采用模拟计算机的数学仿真获得较普遍的应用，同时采用由自行研制的三轴模拟转台等参与的半实物仿真试验已经开始应用于飞机、导弹的工程型号研制中。60年代末，在开展连续系统仿真的同时，已经开始对离散事件系统（如交通管理、企业管理）的仿真进行研究。70年代，我国训练仿真器获得迅速发展，我国自行设计的飞行仿真器、舰艇仿真器、火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、机车培训仿真器、坦克仿真器、汽车仿真器等相继研制成功，形成了一定的市场，在操作人员培训中起了很大的作用。80年代，我国建设了一批水平高、规模大的半实物仿真系统，如鱼雷半实物仿真系统、射频制导导弹半实物仿真系统、红外制导导弹半实物仿真系统、歼击机半实物仿真系统等，这些半实物仿真系统在武器型号研制中发挥了重大作用。90年代，我国开始对分布式交互仿真、虚拟现实等先进技术及其应用进行研究，开展了大规模复杂系统仿真，由单个武器平台的性能仿真发展为多武器平台在作战环境下的对抗仿真。 由于仿真技术在应用上的安全性和经济性，在人类活动的各个领域都得到了十分广泛的应用。近二十年，随着系统工程与科学的发展，仿真技术已经从传统的工程领域扩展到非工程领域，在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统的应用中获得了日益强大的生命力。 对于机械设计与制造领域而言，仿真技术在机械系统的设计、制造、人员培训、产品升级等各个阶段都可以发挥重要作用。在产品的整个生命周期中使用仿真技术，以提高劳动效率，缩短开发周期，提高产品质量，减少使用人员的培训学习时间，具有突出的功效。 在设计过程中，利用仿真技术进行虚拟产品开发引起了人们的广泛关注，设计人员可以利用仿真技术建立三维全数字化的虚拟产品模型，进行模型实验、模型简化并进行优化设计，从而发现不同方案的优缺点。对于系统设计中涉及的新设备、部件或控制装置，可以利用仿真技术进行分系统实验，即一部分采用实际部件，另一部分采用模型。这样既可以避免由于新子系统投入可能造成的对原系统的破坏和影响，又可以大大缩短开工周期，提高系统投人的一次成功率。

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第一篇虚拟仿真系统原理 第一章仿真概述 1.1 系统、模型与仿真 1.1.1 系统 1.1.2 模型 1.1.3 仿真 1.2 系统仿真的发展历史与应用 1.3 系统仿真的分类 1.4 仿真过程与建模方法 1.4.1 仿真过程 1.4.2 建模方法 第二章可视化仿真 2.1 可视化技术 2.2 仿真可视化 2.3 可视化参考模型 2.3.1 基于可视分析的研究模型 2.3.2 可视化过程模型 2.3.3 基于可视可听的扩展模型 2.4 可视化仿真支撑环境 2.4.1 硬件基础 2.4.2 软件平台 2.5 可视化仿真关键技术 2.5.1 可视化工具研究 2.5.2 可视化过程研究 2.5.3 可视化应用研究 第三章动画仿真 3.1 动画技术 3.2 动画仿真 3.3 动画生成技术 3.3.1 关键帧动画 3.3.2 变形物体动画 3.3.3 过程动画 3.3.4 关节动画与人体动画 3.3.5 基于物理特征的动画 3.4 基于Maya的建模及动画技术 3.4.1 Maya的建模部分 3.4.2 Maya的动画技术 3.4.3 Maya的渲染技术 第四章视景仿真 4.1 视景生成原理 4.1.1 三维图形 4.1.2 图形变换技术 4.1.3 视景三维建模技术 4.2 真实感图形显示技术 4.2.1 可见性判定和消隐技术 4.2.2 颜色模型 4.2.3 光照模型 4.2.4 纹理映射技术 4.3 实时视景绘制技术 4.3.1 层次细节显示 4.3.2 实时消隐 4.3.3 实例技术 4.3.4 基于图像的绘制 4.3.5 单元分割 4.4 三维图形应用程序接口 4.4.1 OpenGL 4.4.2 OpenInventor 4.4.3 DirectX 4.4.4 VRML 第五章虚拟现实 5.1 虚拟现实概述 5.1.1 虚拟现实的概念 5.1.2 虚拟现实的特点 5.1.3 虚拟现实系统的分类 5.1.4 虚拟现实的研究内容 5.1.5 虚拟现实的发展历史与进展 5.2 虚拟现实接口设备 5.2.1 虚拟现实的人机交互 5.2.2 视觉显示设备 5.2.3 听觉显示设备 5.2.4 位姿传感器设备 5.2.5 力觉和触觉显示设备 5.3 虚拟现实系统组成 5.3.1 虚拟现实系统结构 5.3.2 虚拟现实系统的硬件组成 5.3.3 虚拟现实系统的软件结构 5.4 增强现实 5.4.1 增强现实概述 5.4.2 增强现实的研究内容 第六章并行与分布式虚拟仿真 6.1 并行虚拟仿真 6.1.1 并行仿真概述 6.1.2 并行虚拟仿真操作环境 6.1.3 虚拟仿真中的并行算法 6.2 分布式虚拟环境 6.2.1 分布式虚拟环境概述 6.2.2 分布式虚拟环境体系结构 6.2.3 分布式虚拟环境通用模型 6.2.4 分布式虚拟环境中的关键技术 6.3 分布式交互仿真 6.3.1 DIS 6.3.2 HLA 第二篇虚拟仿真应用技术 第七章虚拟仿真应用平台 7.1 虚拟仿真应用平台的软硬件配置 7.1.1 平台硬件组成 7.1.2 平台软件组成 7.2 虚拟仿真应用平台的系统结构 7.3 虚拟仿真应用平台的数据模型 7.4 虚拟仿真应用平台中的多模式交互技术 7.4.1 产品装配虚拟仿真脚本语言 7.4.2 三维鼠标交互 7.5 虚拟仿真应用平台中的碰撞检测 7.5.1 碰撞检测的模型表达 7.5.2 碰撞检测的查询类型 7.5.3 根据虚拟仿真环境的特征进行碰撞检测 第八章复杂产品并行装配仿真 8.1 装配仿真概述 8.2 装配序列规划算法分类 8.3 并行序列规划 8.3.1 基于有向约束图的装配序列并行算法 8.3.2 基于二进制编码的装配序列并行优化算法 8.4 并行装配仿真实例与结果分析 第九章虚拟机床装配仿真 9.1 虚拟机床装配仿真系统结构 9.1.1 虚拟机床的装配仿真环境 9.1.2 虚拟机床的装配系统体系结构 9.2 虚拟机床的装配仿真场景绘制 9.2.1 虚拟机床装配仿真场景图的结构 9.2.2 虚拟机床装配仿真场景的接口开发 9.2.3 虚拟机床装配仿真场景的优化 9.3 机床几何建模 9.3.1 基于特征造型CAD系统建模 9.3.2 几何模型转换模块 9.4 基于虚拟机床装配仿真中的碰撞检测方法 9.5 基于V语言的虚拟机床装配仿真 第十章 MOCVD热流场仿真 10.1 MOCVD概况 10.2 MOCVD设备的组成 10.3 MOCVD的外延薄膜生长动力学 10.3.1 MOCVD沉积的基本过程 10.3.2 气体的运输过程 10.3.3 影响薄膜生长速度的因素 10.4 MOCVD反应室内气体热流场的数值模拟 10.4.1 数学模型的建立 10.4.2 网格划分 10.4.3 边界条件的确定 10.4.4 数值计算方法与流程 10.5 MOCVD反应室内气体热流场的可视化仿真 10.5.1 MOCVD反应室内气体温度场的可视化仿真 10.5.2 MOCVD反应室内气体速度场的可视化仿真 10.5.3 仿真结果分析 第十一章 GaInP薄膜生长仿真 11.1 薄膜的生长过程 11.1.1 原子扩散过程 11.1.2 临界岛尺寸 11.1.3 岛的大小分布 11.1.4 薄膜生长影响因素 11.2 薄膜生长的理论与方法 11.3 动力学蒙特卡罗仿真建模 11.4 GaInP薄膜生长的动力学蒙特卡罗仿真 11.4.1 KMC晶格空间 11.4.2 KMC事件 11.4.3 两原子间的作用势 11.4.4 GaInP薄膜生长的KMc仿真流程 11.5 GaInP薄膜生长的动力学蒙特卡罗并行仿真 11.5.1 数据分布方式 11.5.2 通信优化策略 11.5.3 KMC生长GaInP薄膜并行仿真算法 11.5.4 并行仿真性能 11.6 GaInP薄膜生长可视化仿真 11.6.1 二维GaInP薄膜生长的可视化仿真 11.6.2 三维GaInP薄膜生长的可视化仿真 11.6.3 仿真结果分析 参考文献

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