仿真實驗
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仿真實驗范文第1篇
財務仿真實驗室不僅可以加強學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，還可以從專業(yè)領域發(fā)展來對實驗室管理進行規(guī)劃。人們在進行系統(tǒng)的設計、研究、實現以及分析時，總是通過實驗完成的，在傳統(tǒng)實驗中一般都是由真實系統(tǒng)來完成的，但是這種方式可以直接造成系統(tǒng)的破壞和故障，使得實驗難以重復、費用昂貴，所以這種傳統(tǒng)方法不能有效的進行研究，而信息技術和計算機技術的引入，使得研究手段和研究方法都獲得了突飛猛進的發(fā)展。
1、財務仿真實驗室的概述
傳統(tǒng)的實驗方法是通過生物、化學以及物理等進行研究對象的理論檢驗、觀察、模擬、分析，這種方法的優(yōu)點是具有可重復性、安全性、經濟性和可靠性，缺點是對于復雜的經濟社會系統(tǒng)研究和分析無法勝任，為了讓實驗具備政策試驗、觀察分析、決策試驗、計劃分析、運籌試驗、評價、預測、監(jiān)督以及控制等功能，需要建立計算機技術和電子技術的策略。經濟實驗的主要目的就是揭示經濟社會系統(tǒng)過程中的規(guī)律和現象，探索經濟社會系統(tǒng)運行中的控制手段和可控性，所以經濟實驗需要和科學思想進行結合，并通過實驗手段和實驗工具讓生產力的發(fā)展得到促進。
2、財務仿真實驗室的主要問題
2.1欠缺形式靈活性
會計核算操作一般都是由一套固定的使用業(yè)務來處理的，這種操作方式不僅直接導致原始憑證的審計以及識別遭到忽略，還使得賬務過于集中進行處理，讓會計處理違背了真實工作過程和一般順序。在模擬財務決策過程中，一般都是通過若干案例的給定來讓學生進行計算和理解。上述因素的發(fā)生都是因為案例來源、業(yè)務來源的局限性，使得學生在面對工作時缺乏挑戰(zhàn)性，老師在面對實際教學時缺乏改變。
2.2缺少情境真實性
模擬財務決策實驗的重點是股利分配、投資、資本運營以及融資等管理財務決策。我國目前還沒有有效的表現模擬財務決策實驗的方法，因為該實驗過于簡化、過于理想化，不僅不能在財務管理中反映出企業(yè)的動態(tài)效果，還不能在資本市場中反映出企業(yè)的表現。
2.3缺乏科學性評價
財務仿真實驗室管理是一個試驗項目繁多、體系龐大的學科，對于老師指導和學生實驗都比較困難。學生如果想要單獨進行全部實驗的完成，難度系數巨大的，必須和崗位評價相聯系，不僅需要通過角色來培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作，還需要通過設計方案、問題解決、問題靈活分析來培養(yǎng)學生的處理能力。此外實驗項目的決策以及判斷存在較多的答案只有正確的對學生實驗結果、實驗過程進行評價，才可以客觀的、科學的進行財務仿真實驗室管理。
2.4缺乏技術先進性
隨著我國經濟化的不斷發(fā)展，學習財務管理的人是越來越多，面對如此數量的學生老師的工作量大幅度上升，但是實驗技術依舊是沒有改變，學生在財務管理實驗中遇到的特定問題是很難及時讓老師一對一的進行幫助，并且老師也不可能全面的、動態(tài)的對實驗全局進行控制，使得實驗效率低下，而在財務仿真實驗室管理中老師雖然可以讓實驗參數的設定比較靈活、教學成本降低，但是實驗卻存在重復性。
3、財務仿真實驗室管理的關鍵技術
3.1科學評價
財務仿真實驗室管理主要融合了企業(yè)經營模擬、經濟戰(zhàn)略制定、經濟決策模擬以及會計核算操作等方面，它的數據流量和存儲量都要求比較龐大，也就是說財務仿真實驗室管理是一種團隊協(xié)作的科學評價機制。傳統(tǒng)的財務管理中主要從財務總監(jiān)、會計主管、投資主管、運營主管、融資主管以及分析主管六種崗位進行了定義，這六種角色是所有團隊的組合方式，都是由財務總監(jiān)進行未來財務規(guī)劃和未來財務目標，通過責任細節(jié)要求和總體目標來分配工作給各個部門，并由各個部門制定出執(zhí)行方案，最后進行分析、籌資、核算、運營以及投資等工作。財務仿真實驗室管理不僅需要通過團隊協(xié)作能力來對最終成績進行考核，還需要通過個人業(yè)務能力來對最終成績進行考核，做到各部門策略工作之間相互影響、相互配合，讓團隊成績與企業(yè)財務績效相掛鉤，其中個人業(yè)務能力是任務完成質量的反映，根據正確結果和業(yè)務方法可以對個人業(yè)務能力進行評價。
3.2經營模擬擴展
財務仿真實驗室管理主要是針對企業(yè)進行研究的，需要研究企業(yè)在發(fā)展過程中以及經營過程中的財務管理戰(zhàn)略制定，并利用外部資源和內部資源來制定決策活動、財務核算，讓企業(yè)實現最大化的經濟效益。財務管理實驗一般是由固定案例開始的，嚴格的對企業(yè)行為邊界和企業(yè)環(huán)境進行了限定，人為的讓企業(yè)經營活動與財務管理活動出現割裂，造成企業(yè)經營活動與財務管理活動之間相互作用被忽略。在實際運用中企業(yè)的投資項目融資容易受到財務管理決策型活動的影響，從而是企業(yè)的發(fā)展方向和經營方向遭到改變，而企業(yè)經營過程中一旦出現決策不同，是可以反過來對企業(yè)核算工作結果、制定財務決策進行影響的。要想讓財務仿真實驗室管理符合一般會計業(yè)務處理順序、具有動態(tài)變化，就必須讓會計處理的靈活性和真實性得到加強，讓業(yè)務處理的挑戰(zhàn)性和復雜性得到加強。
3.3任務驅動
財務管理在教學過程中一般需要比較龐大的教學案例，并需要大篇幅來進行企業(yè)實際環(huán)境背景的介紹，對于企業(yè)的資本運營情況、融資情況以及財務投資項目進行詳細描述，而財務仿真實驗室管理的實驗項目和實驗目標非常容易迷失在大背景中，所以就需要使用生成微型案例庫技術，把大案例逐步進行微小案例的分解，這種技術是通過財務管理知識進行的，利用人工干涉分類過程和識別過程把大案例進行知識列表歸納，從而形成事實基本單元。老師通過情景編輯工具的使用，并根據某種業(yè)務預定邏輯進行事實基本單元的重構以及連接，讓一個大案例完整的呈現出來。雖然這個過程使得案例原有語境遭到破壞，但是又因為情境設計是嚴格按照通用業(yè)務邏輯進行的，所以會出現新語境的多種組合，不僅加強了財務仿真實驗室的數據擴展能力，還讓真實性得到了保持。
4、結束語
財務仿真實驗室通過信息技術和計算機技術的引入，成功的避免了實驗的難以重復、費用昂貴以及系統(tǒng)的破壞、故障，財務仿真實驗室管理的三種關鍵技術分別是科學評價、經營模擬擴展以及任務驅動，其中科學評價是指通過團隊協(xié)作能力和個人業(yè)務能力來對最終成績進行考核，做到各部門策略工作之間相互影響、相互配合，經營模擬擴展是指讓會計處理的靈活性和真實性得到加強，讓業(yè)務處理的挑戰(zhàn)性和復雜性得到加強，任務驅動是指利用人工干涉分類過程和識別過程把大案例進行知識列表歸納，從而形成事實基本單元，并讓真實性和數據擴展能力得到了保持、加強。
參考文獻：
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仿真實驗范文第2篇
關鍵詞：物流仿真實驗 實驗教學 改革
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2012）002-167-02
《物流仿真實驗》是一門理論性和實踐性都很強的課程，是物流管理專業(yè)的專業(yè)基礎課，是培養(yǎng)學生工程控制設計與應用能力、創(chuàng)新能力的一門必修課。筆者依據普通本科院校學生的特點，結合教學實踐，就《物流仿真實驗》實驗課教學內容、方法等方面的改革作如下探討，旨在提高實踐教學效果，加強對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
1 實驗教學內容的改革
傳統(tǒng)的《物流仿真實驗》實驗教學內容的特點傳統(tǒng)的實驗教學內容一般包括基礎性實驗、設計性實驗和綜合應用性實驗三個部分，有以下特點：(1)驗證性質的基礎性實驗比重大，設計性和綜合應用性實驗偏少；(2)基礎性實驗偏重于理論知識驗證，缺乏新穎性和趣味性，且與實際工作聯系不緊密，而設計性和綜合應用性實驗由于要求學生在相對不多的學時內完成，難度較大，收不到應有的教學效果；(3)由于高校擴招，使得普通本科院校的生源質量逐年降低，學生的基礎薄弱，接受能力不強，加之《物流仿真實驗》理論教學的知識點多，每次實驗結束，尤其是一些設計性實驗，學生感覺不到有任何收獲，產生厭學情緒。
實驗教學內容的改革思路為了克服傳統(tǒng)實驗內容的不足，突出實驗課在整個教學過程中的重要地位，必須重新審定實驗課的內容。既要保證實驗課能夠為理論教學提供支撐作用，又要實現培養(yǎng)學生實際設計能力的目的，從而使學生的綜合實踐能力在實驗過程中得到有效的鍛煉。
實驗教學內容的重新定位在重新確定實驗內容時，必須考慮到兩個方面：(1)《物流仿真實驗》課的知識體系結構和技能訓練目標；(2)學生的興趣和實驗效果。經過認真的研討，選用Flexsim軟件作為實驗教學的主要工具，實驗內容仍然包括基礎性實驗、設計性實驗和綜合應用性實驗三個部分，且做到循序漸進。在實際操作中，選定了托盤數據綁定、倉庫布局設計、交通流量控制、貨物包裝控制、貨物分揀控制、貨物合并控制、多通道數據采集、數據分析等8個項目，并將這些項目分成若干個子模塊。在每次單元實驗時，從中選取1~2個子模塊作為學生的實驗內容。這樣，將一些有實際意義的研究項目融入到單元實驗中，一方面有效地激發(fā)了學生的學習興趣，另一方面也使學生的感性認識大大增強，實驗更具針對性，實驗效果良好。在實驗內容的組織形式上采用階段式結構，即將實驗教學過程分為三個階段：單元實驗階段、小型設計性實驗階段和大型綜合性設計實驗階段。單元實驗階段以選取項目的子模塊為主，實驗任務單一；小型設計性實驗穿插在若干個單元實驗之后，要求學生采用單元電路模塊組合的設計方法，實現具有一定控制功能的簡單物流系統(tǒng)建模。例如，交通流量控制實驗就必須考慮到倉庫布局以及貨物處理速率。實驗時學生很容易將之前所學的相關內容通過組合、調整與改進，完成相應的實驗任務。大型綜合性設計實驗也可以稱為課程設計，一般為期一周，安排在實驗教學的后期階段，選題主要圍繞上述8個項目的相關子模塊，但系統(tǒng)構成相對復雜些，如生產線仿真應用。這一階段的目標是培養(yǎng)學生的綜合設計能力。
2 實驗教學方法的改革
在傳統(tǒng)的實驗教學方法中，一般先由實驗指導教師詳細地講解實驗原理、方法及步驟，然后讓學生按照實驗教材所列步驟一步步去完成，而且有些教材甚至把實驗需要的程序、實體分布圖、接線方法、參數設置、程序輸入方法等都一一列了出來，使學生不需要動腦，直接動手按步驟輸入就可以完成實驗，若實驗中出現問題也是立即去找教師解決，很少主動思考，這樣的實驗效果可想而知。為此，筆者在實踐教學過程中進行了如下改革。
安排實驗預習內容學生做好實驗預習是完成實驗的第一步。每次實驗前，布置好預習的內容，要求學生必須結合自己所學的理論知識，通過查閱有關資料，獲得實驗的第一手資料，做到實驗目的明確，實驗原理清楚。
布置實驗任務實驗時，不向學生提供具體的、詳細的實驗參數，只提出具體的實驗要求，讓學生通過自己的預習以及對實驗要求的理解和分析，自行設計實驗方案，獨立設計實驗結構。
仿真實驗范文第3篇
關鍵詞：基礎醫(yī)學；虛擬仿真實驗室；實驗教學
1前言
虛擬仿真實驗室（Virtuallab）是1989年由美國弗吉尼亞大學（UniversityofVirginia）的教授威廉沃爾夫（WilliamWolf）首先提出的，它描述了計算機網絡化的虛擬仿真實驗室環(huán)境[1]。虛擬仿真實驗室是信息時代的產物，在教學中具有廣闊的應用前景，是實驗教學的一個新的發(fā)展方向，促進了教學觀念與教學形式的變革[2]，提高了學生的綜合素質。
2虛擬仿真實驗室的發(fā)展及政策解讀
虛擬仿真實驗室自1989年提出以來，在世界范圍內得到迅速發(fā)展。目前，發(fā)達國家在虛擬仿真實驗室的建設方面已經十分普及，美國正在致力于構建一個覆蓋全國的虛擬仿真實驗網絡。近年來，國內許多高校根據自身科研與教學的需要建立了虛擬仿真實驗室，并取得一定的成就。國家相關部門對虛擬仿真實驗室的建設也越來越重視，為了進一步推進實驗教學信息化建設，推動高等學校實驗教學改革和創(chuàng)新，2013年教育部《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司函〔2013〕94號），明確提出高校建設虛擬仿真實驗室的重要性。
3基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗室的發(fā)展現狀
教學過程中實驗和實訓教學是培養(yǎng)學生實踐能力和技術能力的關鍵，虛擬仿真實驗室在培養(yǎng)學生綜合素質方面起著至關重要的作用。國內外基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺的應用現狀基礎醫(yī)學專業(yè)課程是一個對實踐性要求比較高的課程，但是一些實驗課程由于毒性、致病性、時間等原因，導致這部分實驗不能順利開展，虛擬仿真教學平臺在基礎醫(yī)學實驗教學中就顯得至關重要。在教學過程中，虛擬仿真實驗與實際實驗相結合，以實際教學中的重點、難點作為課程設計的重點，教學內容豐富，包括常規(guī)學生實驗、設計性實驗，此外部分虛擬仿真實驗室還包括實習、臨床案例討論、自我測試、BBS交流區(qū)、網上相關資源等內容[3]。實時臨床案例討論及網上相關資源共享，既豐富了學生的學習內容，又開拓了學生視野，從而激發(fā)學習興趣[4]。虛擬仿真實驗教學以其獨特的優(yōu)勢，在提高實驗教學質量中發(fā)揮著重要的作用。虛擬仿真實驗與實際實驗相結合，不僅激發(fā)了學生學習的興趣，提高了學生創(chuàng)造力和對實驗的感性認識，而且通過對虛擬仿真實驗平臺實驗操作的正確方法和理論知識的學習，減少了盲目操作和錯誤操作的幾率，提高了實驗的成功率[5]。此外，虛擬仿真實驗室在節(jié)省實驗投資的同時，為學生提供了一個良好的學習空間[6]。虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢及建設中存在的問題由于傳統(tǒng)實驗教學存在實驗教學經費投入不足、實驗教學儀器設備緊缺和老化、實驗教學用房面積不足等傳統(tǒng)問題，同時在教學內容、教學時間和空間上受到限制，影響了實驗教學的質量。與傳統(tǒng)實驗教學相比，虛擬實驗教學有著突出的優(yōu)勢，成本方面，大幅度降低實驗室改造、建設和維護的資金，節(jié)省實驗經費、時間和空間成本；安全方面，減少實驗室事故發(fā)生幾率；環(huán)境方面，減少環(huán)境污染，促進綠色實驗室的建設；教學方面，打破了傳統(tǒng)實驗教學的時間和空間的限制，有效增加學生對實驗的理解能力；教學質量方面，提高學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質[7]。虛擬實驗教學這種新的教學模式為實驗教學質量的提高提供了一個新的平臺，隨著教學行為、方式的改革和信息技術的發(fā)展，虛擬實驗教學必將成為實驗教學中不可或缺的一個環(huán)節(jié)[8]。目前，虛擬實驗室在促進實驗教學現代化，推進實驗教學模式改革等方面發(fā)揮著至關重要的作用。但是，虛擬實驗教學在教學實踐中也存在諸多不足，主要體現在以下幾個方面。1）教學方面，培養(yǎng)學生動手能力、誤差分析能力等方面存在欠缺，而且虛擬實驗不能真實地再現實際實驗過程中的故障和現象[9-10]；2）虛擬系統(tǒng)方面，教學實踐中發(fā)現存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、有些功能不能使用、缺乏教學監(jiān)視功能等問題，給教學帶來一定的影響。除此之外，還有諸如界面及畫面的任務形象的美觀度不夠，虛擬實驗項目的數量不能滿足學生的需求等問題。3）建設必要性方面，雖然虛擬實驗室彌補了真實實驗室的諸多不足，但也并非任何實驗、任何專業(yè)都需要建設虛擬實驗室來輔助教學。
4構建基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗室的建議
虛擬仿真實驗室是一種投入少產出多、資源共享的一種全新的辦學理念，是高校未來發(fā)展的必然。在建設過程中應借鑒其他課程和專業(yè)實驗教學改革的經驗，創(chuàng)造出一套適合自身專業(yè)的虛擬仿真實驗室的建設方法；共享現有虛擬仿真網絡資源，節(jié)省建設成本。在實驗教學中，要注意虛擬仿真實驗和實際實驗的有機結合，合理安排分配教學比例以促進學生實踐能力的發(fā)展。在軟件技術方面，向協(xié)作式虛擬仿真實驗室方向發(fā)展，即跨越地域障礙，能夠滿足異地學生一起進行科學實驗和討論的方向。虛擬仿真實驗室雖然能大大輔助教學，但并不能取代真實的實驗室。此外，虛擬仿真實驗教學中心的建設應響應國家號召，本著“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，并結合專業(yè)的自身特點。
仿真實驗范文第4篇
醫(yī)學這門專業(yè)實踐性強，而實驗教學是培養(yǎng)學生動手能力的主要手段。虛擬仿真實驗是依托計算機技術所發(fā)展而來的一種新型的實驗方法，這是集觸、聽、嗅等多種感覺為一體的一個虛擬現實世界，營造出高度仿真的虛擬實驗對象及實驗環(huán)境，讓用戶能夠在此環(huán)境下利用虛擬的實驗器械完成預定實驗項目，在醫(yī)學各個學科中得到廣泛應用，極大推動了醫(yī)學發(fā)展。[1]
二、傳統(tǒng)的醫(yī)學實驗教學的局限
醫(yī)學院校傳統(tǒng)的實驗教學在方式方法上都存在局限，限制了醫(yī)學的深層次提高及發(fā)展。[2]第一，實驗模式無法充分調動學生積極性。醫(yī)學院校傳統(tǒng)的實驗教學多采取的是遵循式的教學方式，這種方式是教師講解為主的一種比較程序化的教學模式，所有的實驗內容及步驟都是教師擬定好的，學生只是被動操作，教學屬于“講解—接受”這種單向的傳輸狀態(tài)。學生對所有實驗僅是實現了機械性完成，很多設計性實驗在這種實驗模式下都不能正常開展。且這種實驗模式下，學生學習被動，知識掌握不靈活，思維不能科學創(chuàng)新，學習主觀能動性受到極大壓制，分析問題能力還有解決問題的能力不能獲得應有提高。[3]第二，實驗場地及經費限制實驗正常開展。醫(yī)用電子實驗的實驗對象是需要對患者進行檢驗的儀器，在實驗過程中，學生稍有不慎出現操作性失誤就可能導致儀器靈敏性降低，使得患者病情誤診，甚至會帶來嚴重醫(yī)療糾紛。加之院校內實驗場地有限，教學經費緊張，很多實驗都知識涉及最簡單的電子操作，而對于很多復雜性的電子操作，因儀器昂貴，多只是教學示教，學生基本沒有動手機會，這種實驗教學方法嚴重束縛了學生的動手能力。[3]
三、虛擬仿真實驗在醫(yī)用電子實驗教學上的應用
將虛擬仿真實驗應用到醫(yī)用電子實驗教學上極大改進了醫(yī)學院校傳統(tǒng)實驗方法及實驗模式，為學生提供了大量動手實踐機會，有效培養(yǎng)了學生的動手能力，使學生思維不斷創(chuàng)新，學習主觀能動性高，分析問題及解決問題能力獲得了長足發(fā)展，主要來講，虛擬仿真實驗在醫(yī)用電子實驗教學上的優(yōu)勢有如下幾個方面：第一，虛擬仿真實驗下教學設備極大改善。醫(yī)用電子實驗教學對電子設備要求高，需要學生對各種檢驗設備性能都深刻了解，但是鑒于設備本身昂貴性，很多實驗都不能正常開展。而虛擬仿真實驗下，各種復雜儀器都能夠呈現在學生眼前，學生能夠對這些儀器親自操作，不必擔心因操作失誤給儀器造成的損壞，實驗教學設備豐富，學生能夠實現對各種儀器的親身實踐操作。第二，虛擬仿真實驗提高學生學習積極性。虛擬仿真實驗為學生提供了一個高度仿真的虛擬實驗對象及實驗環(huán)境，不僅能夠讓學生在此環(huán)境下，利用虛擬實驗對象進行實驗，同時還能夠讓學生在虛擬空間進行有效交流，且能夠將聲音、圖像、多媒體等多種功能融合在一體，實驗教學內容豐富，更生動形象，學生在這種視覺及聽覺沖擊下，學習興趣高，能夠積極主動學習，知識理解、掌握更為容易，實驗教學質量大大提高。[2]第三，虛擬仿真實驗能打破時間及空間限制。虛擬仿真實驗改變了傳統(tǒng)實驗教學的方式方法，打破了傳統(tǒng)實驗中時間及空間上的限制，學生在虛擬仿真實驗環(huán)境下能夠對人體內部結構進行更細致全面觀察，甚至是動態(tài)觀察。比如說要了解藥物在人體內的作用變化，傳統(tǒng)實驗教學只是教師對藥物在人體內的吸收過程進行簡單講解，學生對這些內容只是機械記憶，記憶不深刻。而虛擬仿真實驗下，學生能夠通過儀器看到藥物在人體每個消化器官內的消化吸收過程，能夠看到藥物變化過程，這些都能夠通過圖像顯示清晰留在學生記憶力，使學生記憶更加深刻，對知識理解更為透徹。[3]第四，虛擬仿真實驗能改革實驗考核方法。學期考核為教學指揮棒，能夠反映出學生學習的總體效果。在考核過程中需要寬嚴相濟，不僅需要對學生進行理論知識的考核，同樣需要對平時實驗教學進行考核。而傳統(tǒng)實驗教學因儀器及經費限制，很多實驗無法順利完成，而虛擬仿真實驗下，學生能夠充分發(fā)揮自己想象力，去創(chuàng)造實驗環(huán)境，將一些在傳統(tǒng)儀器上不可能實現的操作及設計在虛擬情境中去實現，親身去驗證實驗的可行性。且將實驗考核列入最終考核成績中，學生就能夠充分利用虛擬仿真實驗反復多次操作，全面提高自身的操作水平及操作熟練程度，可以幫助學生積累更多實踐經驗。
四、結束語
虛擬仿真實驗教學屬于學科專業(yè)同信息技術有機結合的一個現代技術，應用在醫(yī)用電子實驗教學上改善了傳統(tǒng)實驗教學的方法及方法，打破傳統(tǒng)實驗中時間及空間限制，改革實驗考核方法，提高了學生學習積極性，讓學生思維得到了有效創(chuàng)新，具有傳統(tǒng)醫(yī)學實驗所不可比擬的優(yōu)越性。在醫(yī)用電子實驗教學過程中，如果能夠將虛擬仿真實驗教學同真實實驗兩者有機結合起來，讓兩種實驗方式優(yōu)勢互補，勢必能夠大大提高學生創(chuàng)新能力及綜合素質，提高教學質量。
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仿真實驗范文第5篇
關鍵詞：進化計算；機器視覺；視覺虛擬平臺
中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）04-0210-03
當前機器視覺已經成為制造、交通、機器人、軍事等領域中各種智能系統(tǒng)中重要部分。雖然大量相關的研究成果不斷涌現，但是在復雜、高速、實時的環(huán)境下，要利用計算得到相關的視覺信息，卻依然很困難，其主要原因在于機器視覺的自適應性問題沒能得到很好的解決。目前機器視覺也成為許多高校中電子類專業(yè)本科高年級及研究生的一門重要的專業(yè)課程。在機器視覺的相關教學中我們發(fā)現，呈現在學生面前的是一系列的彼此難以融合的技術和方法，在視覺系統(tǒng)的設計與研究過程中，存在開發(fā)與實驗的周期過長，由于實際的實驗環(huán)境的限制，實驗過程一般難于重現，相關的算法的性能難于對照和衡量等問題。本文對視覺、智能、和計算三者之間的關系進行了探討，提出了通過進化計算實現機器視覺的途徑，建立了基于進化計算的機器視覺模型；為了方便基于進化計算的機器視覺的研究和實驗，本文設計了一種視覺虛擬平臺，為進化程序的學習和評價、相關的實驗和研究提供了高效的平臺。
一、視覺、智能、和計算
早在20世紀50年代人們就注意到人類智能與機器之間可能存在著密切的聯系。六十多年來，人工智能在人類思維的部分功能的模擬，比如推理、學習、規(guī)劃等，取得了較好的效果，但是在模擬認知、心智、形象思維、靈感思維、對未知環(huán)境的適應、以及各項功能的有機融合時卻遠遠沒有達到預期效果。計算機對于圖像的理解問題就是一個典型的難題。對于包括人類在內的紛繁復雜的生物界，進化論認為，生物之間存在著生存斗爭，適應者生存下來，不適者則被淘汰，這就是自然的選擇；生物正是通過遺傳、變異和自然選擇，從低級到高級，從簡單到復雜，種類由少到多地進化著、發(fā)展著。人類的智能和視覺功能是自然界長期演化的產物。生物的進化不是孤立的進行的，實際上，進化可以發(fā)生在不同的生物學層次，可以體現在分子水平上DNA和蛋白質序列的協(xié)同突變，也可以體現在宏觀水平上物種形態(tài)性狀、行為等的協(xié)同演化。從DNA、基因組、蛋白質組、蛋白質結構等相互關系上我們可以看出，在生物演化的過程中，信息扮演了重要的角色。如果我們把生物對于信息的處理看成計算的一種，那么，視覺、智能、計算的關系可用圖1表示。
二、視覺虛擬平臺
1.基本思想。在視覺系統(tǒng)進化計算過程中，系統(tǒng)和外界信息交流是非常關鍵的，眾多的視頻材料不僅需要及時提供給學習算法使用，而且常常需要重復使用，以比較各種不同方法的處理效果。我們將虛擬現實技術引入到視覺系統(tǒng)的設計中。借助于這種方式，觀察者（人、智能體、或者調用的處理過程）可以“進入”到一個幾乎是無限的數據空間之中，與其中的事物或對象進行交互。該數據空間所描述的可以是現實世界中存在的事物；也可以是現實世界中尚未存在，完全是假想的事物。為了驗證相關的視覺算法、及縮短算法的開發(fā)周期，本文建立了視覺系統(tǒng)的仿真實驗平臺。在仿真實驗平臺可以進行目標識別等方面的實驗、研究和開發(fā)，特別是對于采用進化計算方法進行的訓練和測試，具有安全、經濟、可重復及不受場地條件限制等優(yōu)勢。
2.系統(tǒng)結構。視覺虛擬平臺主要功能是：根據已有的媒體材料、檢測對象的特性，用視頻的方式，再現實驗環(huán)境或者虛擬出指定的實驗環(huán)境，以便于視覺系統(tǒng)的研究、開發(fā)、訓練、調試和性能測試。視覺虛擬平臺主要目的是服務于視覺應用程序，為了更方便快捷地設計出高效、準確的、實用的視覺系統(tǒng)，所以其真實性就顯得特別重要。為了實現以上功能，本文設計了如圖2所示的系統(tǒng)機構，視覺虛擬平臺包括：場景和目標描述模塊、背景媒體庫、運動仿真模塊、3維目標建模模塊、視頻合成模塊、虛擬相機和決策編程接口、視頻顯示等模塊組成。系統(tǒng)工作的基本原理是，通過操作人員輸入關于場景和目標描述信息，從媒體庫中選擇適當的背景視頻，并對目標進行運動仿真和建模。然后將跟蹤目標的圖像合成到背景視頻中，該視頻適當處理后，即可送到虛擬攝像機編程接口輸出，或者顯示。
3.場景和目標描述。為了使得合成的視頻真實自然，不僅要求場景和目標圖片真實，而且二者之間的融合也非常關鍵。由于在實際的視覺系統(tǒng)中，目標的信息大多來源于從背景圖像中分割出來的目標區(qū)域，因此，在虛擬視覺平臺的場景和目標描述中，目標的描述的作用更為重要，而場景的描述的作用僅僅是輔助的。本文采用人工指定和拼接的方法，得到背景視頻；接著，采用運動仿真物理引擎計算目標的位置姿態(tài)。通過參數控制模塊，能對獲取的視頻進行設置，比如視點、視角、采集模式（幀率、幅面）等方面的參數設置。視點和視角的控制采用坐標變換完成。將三維物體在計算機屏幕上顯示出來是一個從三維空間到二維平面的投影過程，經歷以下幾個步驟：①調整視點的位置。②模型變換，即對模型進行旋轉、平移和縮放。③投影變換，即把三維模型投影到二維屏幕上的過程。④視窗變換，即規(guī)定了屏幕上顯示場景的位置和尺寸。通過上面的幾個步驟，一個三維空間里的物體就可以由相應的二維平面物體表示出來了，也就能在電腦屏幕上正確顯示了，與背景視頻疊加后就能傳遞給視覺系統(tǒng)處理了。
4.視頻合成。視頻合成實際上就是將背景視頻中的每一幀圖像，在指定區(qū)域疊加指定的目標的圖像的過程。考慮到背景和目標交界區(qū)域常常是模糊的，即邊界區(qū)域像素值是背景和目標的一種組合，本文在VC環(huán)境中按下列方式完成圖像的合成，設Image_F（i，j）是目標圖像中的像素，Image_B（i，j）是背景圖像中的像素，Image_O（i，j）是合成圖像中的像素，二維實數矩陣A_First（i，j）、A_Scond（i，j）用于表示像素的比例，相關的算法描述如下：算法1：目標與背景圖像的合成算法。第1步：對于每個像素（i，j）：如果在目標圖像中，A_First（i，j）1；否則，A_First（i，j）0。第2步：對于每個像素（i，j）：設置矩形R={（x，y）|i-5
三、視覺虛擬平臺的應用
視覺虛擬平臺主要用于視覺算法的測試、訓練以及視覺信息處理的研究和教學，特別是在基于進化計算的機器視覺設計中，為應用程序提供了一個經濟、方便、可控的環(huán)境，便于程序的演化或參數的優(yōu)化。本文將視覺虛擬平臺應用于足球機器人的視覺模塊的設計、測試和教學。使用過程主要包括下面幾個步驟：①視頻數據采集。將足球機器人的視覺模塊在比賽過程中的采集到得數據存儲、整理。相關的數據包括背景數據和目標數據。②對于背景和目標分別建模。③設定參數，利用視覺虛擬平臺合成特定的視頻，并生成相關的標注。圖5是視頻合成過程中對參數進行設置的截圖，設置主要包括：背景設置、目標設置、運動軌跡和姿態(tài)設置、視頻頻率和幅面設置、干擾設置等等。④虛擬相機調用，即程序通過API接口，打開、采集、處理或顯示、關閉虛擬相機的過程。圖6是調用虛擬相機，獲取視頻并顯示、進行機器人小車識別的截圖。
本文將視覺、智能看成進化計算的結果，提出了通過進化計算實現機器視覺的途徑；本文利用虛擬現實技術，以相關的媒體為基礎，以視頻的方式模擬了視覺的現實環(huán)境，并將運動仿真物理引擎引入其中，設計了視覺虛擬平臺，為機器視覺系統(tǒng)的設計與研究提供了有利條件。不僅縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時間，使得相關的算法容易測試且具有可重現性和可比性，而且為機器視覺的進化計算提供了必要的條件。
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