虛擬仿真解決方案精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的虛擬仿真解決方案主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：虛擬仿真解決方案范文

>> VMware虛擬架構解決服務器間共享 基于VMware vSphere的高校一卡通虛擬化解決方案 VMware服務器虛擬架構解決數據安全問題 基于Vmware虛擬化技術服務器虛擬化的設計與實現 基于VMware技術管理油田服務器構想 基于VMware的數字化校園服務器虛擬化平臺 基于VMware的數字檔案館服務器虛擬化研究 采用VMware虛擬化技術的服務器構建實施 VMware虛擬化服務器在企業中的構建和應用 VMware下的DNS服務器虛擬仿真系統的研究與實現 VMware服務器虛擬化在企業管理中的應用 基于VMware的教學資源服務器虛擬化設計與實施 VMWare虛擬化技術在LinuX服務器教學中的應用 VMware服務器虛擬化中的熱備與恢復技術 VMware平臺虛擬服務器的數據備份方式分析 VMware最新云管理解決方案 VMware推全新云管理平臺解決方案 VMware終端虛擬化產品升級 VMware vSAN緊盯虛擬化應用 VMware虛擬卷VVols組件淺析 常見問題解答 當前所在位置：l

［4］SMITH J E, NAIR R.虛擬機［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［5］VMware. VMwareESXi4.0 download \. \. /cn/tryvmware/index.

［6］王春海.中小企業虛擬機解決方案大全［M］.北京：電子工業出版社，2010.

［7］顧海鵬.淺析VMware ESX環境中虛擬機的建立［J］.硅谷，2010（7）:52-53.

［8］VMware. VMware vSphere4: the CPU scheduler in VMware ESX 4 \. \. .

［9］黎玉橋.服務器虛擬化架構研究［D］.廣州：中山大學，2009.

第2篇：虛擬仿真解決方案范文

關鍵詞:電子商務;仿真式教學;場景設計;教學過程

中圖分類號:G642.4

文獻標識碼:A

文章編號:16723198(2009)20021901

1電子商務教學現狀分析

雖然電子商務專業已經出現很多年,但時至今日電子商務專業也沒能形成一個完善的、系統的專業理論體系,在電子商務專業的教學上存在諸多問題, 主要有以下幾個方面:

1.1師資問題

目前從事電子商務教學的教師是從計算機類及經濟管理類教師中抽調而來,他們的知識只局限于本專業, 不夠系統、不夠深入、也不夠實用。另外教師本身很少參與企業的實際運作, 缺乏電子商務實戰經驗,這樣他們在講解電子商務課程時只能局限于本專業的部分而不能兼備,難以滿足培養復合型應用型電子商務人才的需要。

1. 2課程設置問題

電子商務專業的課程設置隨意性很大,究其原因是缺乏對電子商務實際應用的理解。在專業課程設置時只是將相關技術和商務方面的課程進行簡單堆砌,而不能做到真正整合。

1.3系統務實訓練問題

電子商務專業的理論性和實踐性都很強,其培養的是既懂商務又懂技術,理論和實踐緊密結合的復合型人才。 雖然現在加大了實訓教學力度,但這些實訓多數是以課程為中心,將某一崗位所需技能按所學課程分割進行的。 這種方式缺乏把專業所需的知識和能力按職業崗位組織起來的“供應鏈”式的整合。

2仿真式教學在電子商務教學中的重要性

電子商務專業課程設置的原則是按職業崗位“供應鏈”模式來進行專業所需知識與技能的整合。實訓教學尤其要按照這一原則開展。 電子商務仿真式教學則是按“供應鏈”模式來組織實訓教學的最好方法。

進行電子商務仿真式教學,要求學生掌握有關基本知識和基本分析技術,教師根據教學目的和內容要求,進行策劃并供虛擬仿真場景,這種仿真場景可以為學生提供一種開放的、主動的、發現的、探索的學習環境,學生通過觀察實際電子商務流程、模擬參與商務活動和模擬仿真情景分析等活動來加深對理論知識的理解,以達到深化的目的。仿真式教學能夠促進學生將所學理論知識向實踐技能轉化,使理論知識與實踐應用進行有機結合,擴大學生的知識領域,提高學生適應商業活動的能力。

3電子商務仿真式教學的特點和分類

在進行電子商務仿真式教學時,可以將教學現場布局成企業的辦公場所,使學生置身于電子商務企業的真實環境中。采用“供應鏈”模式,將企業的各部門或各職能崗位有機地結合在一起,學生在業務流程的各個環節中依次以不同的角色進行業務操作,使學生體會自己在業務流程中的位置和應負的責任。

根據訪真的內容,可將電子商務仿真式教學分為以下三類:

(1)模擬仿真教學:仿真當前企業真實的業務處理模式,教師在設計仿真場景時給出電子商務活動的情景描述和解決問題的全過程,包括電子商務活動的狀況及問題、解決方法和措施、經驗或教訓的評估等。在模擬仿真演練中,學生以不同的身份去進行實戰性的練習。

(2)開發型仿真教學:仿真當前企業電子商務業務流程中某一環節,教師在設計時只給出情況介紹并指明問題所在,但不給出問題的解決方案。要求學生分析、思考和討論,找出問題成因,進而提出解決方案。開發型仿真要求學生有電子商務的整體概念,能夠剖析電子商務流程的各個環節,能夠在實踐中發現問題并解決問題。

(3)創業型仿真教學:教師在設計場景時只提供電子商務活動的相關背景材料及其發展趨勢等。啟發學生從中尋找存在的問題及相關影響因素,并對商務活動的發展作出判定,從中尋找到商機。創業型仿真重在“創業”,要求學生給出電子商務流程各個環節的解決方案,并要求學生能將其實施和運營。

4仿真式教學課堂教學的一般過程

仿真式教學法要重視學生對教材內容的學習,教師必須熟悉教材內容,方能設計出適當的仿真場景。在設計場景時將主要概念和所設計的場景緊密聯系,將內容與過程充分整合,并引導學生從中探索、發現及應用所學知識。

4.1仿真場景設計

教師在仿真場景設計時必須明確場景設計的目的, 學生要通過實際參與來體會自己將來在工作中可能遇到的問題。 教師在設計時必須提供足夠的信息來引發學生主動參與并分析討論。 教師所設計的仿真場景要與課程內容緊密結合,既要體現課程的重要概念,又要有適度復雜性,能夠反映真實社會的場景。

4.2電子商務仿真式教學的組織方式

一般來說,電子商務仿真式教學課堂教學過程如下:

引導學生進入仿真場景:在這一階段,學生應快速了解整個場景,對場景中所給信息獲得感性認識,并從中發現有用的材料,了解事件的前因后果,然后發現問題。

引導學生確定重點并提出問題:在這一階段要引導學生找出場景中的關鍵事實,主動分析、思考,尋找解決方案。

引導學生進行場景討論并得出結論:在這一階段,學生要圍繞所確定的問題查找各種資料并進行全面分析,在得到初步解決方案后,再進行討論并得出結論。

教師對場景分析進行總結:在這一階段,教師要注重引導學生進行發散思維,將問題引向深入,并注意不要輕易否定學生的解決方案。

4.3教師在電子商務仿真式教學中的地位與作用

由于電子商務仿真式教學是一種不同于傳統的教學形式, 教師在教學中的地位與作用顯得尤為重要。 教師在仿真式教學過程中需要很好地引導和協調, 并且控制仿真流程的進度, 調節課堂的氣氛,從而使整個教學活動成為一個有機的整體。

教師在進行仿真式教學前, 要充分了解學生目前的知識體系, 對于學生沒有接觸過而在仿真場景分析時需要用到的基礎知識及分析技巧加以補充。 只有學生掌握了基本的理論知識及分析技巧后再進行仿真實踐,才有可能取得較好的學習效果。

電子商務的理論一直處在不斷地發展中,這就要求教師不斷追蹤,不斷尋找新的資源。 在進行仿真式教學前, 教師要充分做好資料收集和準備, 并設計好整個流程, 以確保教學 過程有序進行。在仿真教學過程中,教師要正確調動及引導學生, 并在流程的各個環節對相關理論進行點提, 對學生的方案進行點評。

第3篇：虛擬仿真解決方案范文

關鍵詞：企業數字化發展

1時代背景

在大數據時代，數字化已成為企業的寶貴資產。從國家政策層面上看，我國已經有多個文件涉及企業數字化的進程。而在美國、歐洲、日本等發達國家和地區，早已提出了加快數字化進程的相關計劃。領先一步的企業，在數字化問題上已經成為傳統企業轉變為數字化企業的先鋒。企業應該從四個方面重點推進數字化進程：①自上而下推行企業數字文化；②分階段向數字化轉型；③創新基于企業數據基礎的商業模式；④構建以客戶為中心的敏捷數字化供應鏈體系。

2我國制造型企業現狀

我國制造型企業采用傳統研發模式，普遍存在以下問題：（1）設計和工藝部門沒有統一的三維設計工具，導致設計數據類型繁多，實現數據交互非常困難；（2）缺乏統一的三維設計規范與標準，不利于數據的管理和交流，工作效率較低；（3）沒有規范的產品生命周期管理，缺乏有效的知識和信息管理平臺，產品開發流程不完善，數據安全得不到有效保證，缺乏有效的設計任務規劃、分配和評審環節；（4）沒有工藝仿真驗證，工藝的合理性及優化裝配路線等只有在實物加工時或加工后才能得到驗證；（5）沒有虛擬仿真環節，物理驗證消耗成本大，很多質量問題無法提前預見，嚴重的甚至會導致批量召回。

3西門子數字化企業集成解決方案

所謂數字化企業，是指那些由于使用數字技術，改變并極大拓寬自身戰略選擇的企業。數字化企業具有自身的戰略特點，建立了一種企業模式，能夠以新的方式創造并捕捉利潤，建立新的、強大的客戶和員工價值理念。更重要的是，數字化企業應當具有獨特性。我國工業全面數字化轉型已成必然趨勢,借鑒西門子數字化企業集成解決方案，為數字化轉型創造了技術上的先決條件。在離散工業和過程工業的各個領域，西門子正攜手客戶推進數字化轉型升級。無論企業何種規模，何種行業，落地工業4.0的時機已經成熟。西門子是全球領先的技術企業，170年來不斷致力于卓越的工程技術、創新、品質、可靠和國際化發展。西門子業務遍及全球，專注于電氣化、自動化和數字化領域。作為世界最大的高效能源和資源節約型技術供應商之一，西門子在高效發電和輸電解決方案、基礎設施解決方案，以及工業自動化、驅動和軟件解決方案等領域占據領先地位。西門子還是影像診斷設備，如計算機斷層掃描和磁共振成像系統，以及實驗室診斷和臨床信息技術領域領先的供應商。西門子作為全球數字化頂級供應商，其數字創新平臺能為數字化企業在軟件方面奠定基礎。這一平臺可以在產品性能、產品開發和生產運營等方面培養持續的創造力。西門子數字化企業集成解決方案支持企業從產品設計、生產規劃、生產工程、生產實施直至服務的各個環節打造一致、無縫的數據平臺，形成基于模型的虛擬企業和基于自動化技術的現實企業鏡像。西門子形象地稱之為數字化雙胞胎，完整真實地再現整個企業，從而幫助企業在實際投入生產之前即能在虛擬環境中優化、仿真和測試，在生產過程中也可以同步優化整個流程，最終實現高效的柔性生產，并快速創新上市，鍛造企業的持久競爭力。西門子持續將新組織和新技術高效地融入其行業領先的數字化企業軟件套件中，幫助企業為產品和生產線創造全面、精確的數字化雙胞胎，占據行業優勢。

4數字化企業發展路徑

總結我國制造企業在數字化轉型時的經驗，一般會經歷設計數字化、裝配數字化、生產過程數字化、管理數字化幾個階段，最終實現數字化智能工廠。鑒于我國制造業現狀，推薦按以下路徑進行數字化轉型：（1）逐步引入西門子數字化企業軟件套件，應用于產品研發的各個階段，并制定應用標準和規范；（2）將產品三維模型打造為傳遞下游生產活動所需詳細信息的恰當載體，企業所有部門和團隊都使用三維模型作為信息傳遞途徑；（3）將所有流程數據通過生產生命周期管理軟件進行管理，確保數據的安全性和可靠性，將虛擬仿真過程提前；（4）在數字化制造技術的幫助下，設計和工藝人員在生產生命周期管理統一的虛擬平臺上進行產品設計、工藝設計、仿真與模擬驗證；（5）引入本地化技術支持，貼合企業實際需求，進行知識庫定制、模板制作、工藝流程定制及二次開發等。西門子數字化產品套件支持制造企業產品開發全過程，但是企業的需求遠不止于此，如何更好地將數字化軟件與企業當前的需求結合起來，進行流程化、標準化、信息化的協同開發，這才是重點。針對企業數字化轉型過程中所面臨的難題和痛點，進行深入剖析，提出立足企業現狀、基于西門子工業軟件產品的效率倍增數字化轉型服務。效率倍增指基于西門子軟件平臺的深度數字化應用服務，結合用戶企業產品的特點和需求，幫助用戶實現真正基于三維的研發，建立真正的虛擬數字研發流程體系和數據包規范。效率倍增的核心是根據企業業務流程和產品特點，基于MBD（ModelBasedDefinition）規范，構建企業級模型產品知識體系，對市場和客戶需求、生產過程中的信息進行數據化處理，成為可統計、可計算、可分析的數據。同時對制造環節實現知識結構化，與信息數據對稱，逐步取代人在制造過程中的重復性工作，幫助企業實現敏捷、精準的設計制造。最終建立以數字化模型為基礎、以數字化流程為效率、以物料清單為核心、以上下游協同為關鍵的制造全過程。按企業的業務場景，具體分為以下版塊：基于MBD的快速研發設計、基于MBD知識工程的工程設計、基于MBD的仿真行業應用、基于MBD的工裝仿真設計、基于MBD的模具快速設計、基于MBD的結構化工藝設計、基于MBD的工藝仿真優化、基于MBD的制造規劃設計、基于MBD的質量規劃工程、面向企業的增材制造應用、面向企業的數字化服務。

5基于MBD的設計工藝一體化解決方案

MBD指用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息，詳細規定三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。MBD使三維實體模型成為生產制造過程中的唯一依據，改變了傳統以二維工程圖紙為主、以三維實體模型為輔的制造方法，使集成化的三維數字化實體模型成為生產過程中的主要依據，對數據管理及設計下游的活動，包括工藝規劃、車間生產等產生重大影響。應用基于MBD的設計工藝一體化解決方案，企業逐漸實現三維數字化產品定義、三維數字化工藝開發和三維數字化數據應用，形成一個完整且基于MBD的三維數字化設計、工藝、制造技術應用體系。

5.1汽輪機公司

某汽輪機公司作為機械工業100強和全國三大汽輪機制造基地之一，現有總資產逾120億元和7000余名員工，專業技術人員2500余名，中高級人員占48%，主要生產設備2500余臺，其中大、精、稀設備和數控機床500余臺。經過40年的建設發展，該公司現已具備了各等級火電汽輪機、核電汽輪機開發研制和批量生產的綜合實力。自建立以來，公司已累計生產各種類型機組660余臺，國內市場占有率超過25%，產品遍及全國各地，并出口馬來西亞、印度尼西亞、伊朗、孟加拉國、巴基斯坦等國，產品質量、技術水平和使用性能均受到國內外用戶的普遍好評。該公司在數字化制造方面起步較早，已經在部分車間成功實現了數控機床聯網的工作。盡管如此，在數字化制造方面還存在很多問題，目前比較突出的問題表現如下：（1）設計平臺不統一，數據格式不統一，數據交換困難，很難實現協同辦公，重復工作量大；（2）技術準備流程較長，工作流程幾乎為單線條模式，設計數據傳遞到工藝、采購、生產等部門的流程長；（3）零件三維模型重用性差，同一個零件，設計部門要建模，工藝部門要建模，重復勞動量較大。針對該公司在數字化轉型過程中存在的比較突出的問題，對葉片譜系歸納總結，梳理葉片工程設計業務流程，建立葉片參數化要素庫，實現模塊化驅動，為葉片智能快速設計做好準備。開發葉片知識設計平臺，實現葉片的自動創建、智能編輯等設計工作，極大地提高了葉片設計的工作效率。具體實施效果如下：（1）統一了軟件平臺，使數據溝通沒有障礙；（2）建立完整的葉片三維設計規范，規范了葉片的設計流程；（3）開發基于知識工程的葉片設計、工藝一體化平臺，實現葉片全三維設計和工藝設計，完全實現數據重用；（4）利用葉片結構化知識模板技術，實現葉片三維模型自動創建；（5）基于產品知識體系，實現葉片尺寸自動標注；（6）自動生成葉片三維結構化工藝；（7）幫助企業建立了基于葉片三維模型的設計、工藝知識體系。通過效率倍增數字化技術服務，該公司葉片分廠建立了快速設計、快速工藝一體化平臺，葉片設計、工藝編制效率提升了80%，交貨期縮短了20%。該公司研發了統一平臺，協助梳理葉片需求數據化，建立基于葉片三維模型的結構化知識體系，從而實現基于MBD的葉片敏捷精準化制造。由此，該汽輪機公司向數字化轉型邁出了堅實的一步。

5.2儀器儀表公司

某儀器儀表公司成立于1999年，其前身是1965年從上海、江蘇、遼寧等地內遷的熱工儀表總廠，是20世紀60年代國家重點布局的三大儀器儀表制造基地之一，主要生產和經營工業自動化儀表及控制裝置。工業自動控制裝置制造業跨裝備制造和電子信息兩大領域，其整體發展水平不僅體現國家的綜合科技實力，而且維系著國民經濟可持續發展和國家經濟安全，是高新技術改造傳統產業、推進新型工業化、實施智能制造、實現產業升級，以及促進節能減排、環境保護、轉變經濟發展方式的重要支撐，是21世紀大國競爭的基礎性、戰略性產業。該公司在數字化轉型的道路上十分坎坷，目前比較突出的問題表現如下：（1）缺少三維產品設計，產品可靠性低；（2）手工搭建物料清單，與模型、圖紙沒有關聯，錯誤率及返工率高；（3）訂單選配參數不統一，產品系列多，導致設計冗余度高，產品零部件通用性低；（4）二維工藝編制較粗糙，且僅有零件通用工藝，無法指導現場生產。采用基于MBD的設計工藝一體化解決方案，幫助該公司解決了上述問題，具體表現在對球閥閥體部件類別歸納總結，梳理球閥選型設計業務流程，建立閥體部件及各個零部件的參數化模板，實現產品級模塊化驅動，為閥體部件智能裝配做好準備。開發知識設計平臺，根據工程物料清單實現閥體部件和管道附件的智能裝配、智能工程圖等設計工作，極大地提高了搭建物料清單和球閥設計的工作效率，降低返工率。開發工藝平臺，根據產品模型實現快速搭建和重用產品零件工藝。具體實施效果如下：（1）采用規范標準和統一平臺，實現了知識驅動、經驗積累，以及沒有障礙的數據溝通；（2）建立完整的球閥三維設計規范、二維制圖規范、檢查規范，規范了產品的設計流程；（3）開發基于球閥產品的工程設計、工藝一體化平臺，實現球閥全三維設計和快速工藝，完全實現數據重用；（4）基于客戶訂單及產品參數信息進行判斷，快速搭建產品物料清單數據結構，利用產品工程物料清單及產品結構化知識模板技術，實現閥體部件和管道附件的三維模型智能裝配；（5）快速生成球閥零件的三維結構化工藝；（6）幫助該公司建立了基于球閥三維模型的工程設計、工藝知識體系。通過效率倍增數字化技術服務，該公司建立了球閥自動搭建物料清單、快速設計和快速工藝一體化平臺，球閥物料清單搭建、設計，以及工藝編制效率提升了80%，交貨期縮短了20%。該公司建立了協同設計平臺，梳理客戶標準產品參數信息，快速搭建產品物料清單，并實現基于球閥產品級的三維模型庫快速設計，建立三維結構化工藝，進而實現基于MBD的球閥敏捷精準化制造。由此，公司走上了更可靠、更高效的數字化轉型之道。

6基于MBD的仿真行業應用

6.1電機

電機設計是一個復雜的多物理場問題，涉及的領域包括電磁、結構、控制、流體和溫度等。隨著新材料、新工藝及各種電機新技術的發展，電機設計的要求越來越苛刻，同時精度要求越來越高，傳統的設計方法和手段已經不能滿足現代電機設計的要求，必須借助于現代仿真技術才能解決設計中的各種問題。通過數字化仿真軟件，可以分析電機組件的靜態剛度和強度、沖擊剛度和強度，以仿真來驗證客戶設計方案的合理性。

6.2汽車零部件

從智能電子、信息娛樂、電信到高級軟件等領域，車輛制造商正在為今天的消費者不斷推出突破性的創新科技。同時，面對日益增長的燃料費用和嚴峻的環境問題，汽車制造商需要重新設計汽車系統，包括空氣動力學、發動機、傳動裝置、車身、乘客舒適性及電氣電子系統等。數字化仿真軟件針對汽車零部件進行靜態剛度和強度分析、動態剛度和強度分析、模態分析、多體動力學分析及疲勞分析，通過仿真驗證客戶設計方案，確認零部件失效的原因，并驗證改進方案。

7基于MBD的模具快速設計

注塑模具企業目前大多采用三維數據設計，部門之間流通的數據格式根據企業信息化水平的不同，部分基于三維數據，但更多的是基于二維數據，即工程圖傳遞。如質檢部門基于工程圖進行檢測，加工和裝配部門也基本全部基于二維圖紙。這與企業硬件設備的配置有直接關系，可見二維工程圖在模具企業中依然具有比較重要的作用，對模具企業的設計和制造周期有較大影響。某企業是中國最大的汽車線束生產企業之一，為國內各大整車制造商供貨。該企業承接各種線束接插件的模具設計、制造、生產業務，其產品質量獲得客戶廣泛認可。該企業是外商在中國的全資子公司，在10年前就已經開始采用三維設計軟件進行模具設計，軟件應用水平在當時處于行業領先水平。但是隨著我國模具企業的飛速發展，國家對企業信息化建設的重視，越來越多的模具企業通過對軟件的定制開發實現軟件深層次的應用，并取得了顯著的成效，使設計效率和質量都有了很大提高，競爭力大大加強。而該企業仍然延續著十幾年前的軟件應用方式，水平還一直停留在原始狀態，相對而言競爭力明顯減弱，導致在利潤方面也越來越沒有優勢。針對該企業的現狀，定制了系統化的專用制圖環境，以及可靈活使用的工程圖工具，具體包含模具屬性快速填寫工具、零部件屬性快速填寫工具、工程圖批量創建工具、視圖自動擺放工具、外形尺寸自動標注工具、標題欄自動填寫工具、尺寸格式工具、尺寸序號工具、尺寸上色工具、尺寸加粗工具、尺寸版本號標注工具、技術要求快速填寫工具、自動物料清單表輸出工具、批量打印工具等。通過效率倍增數字化技術服務，該企業的設計制圖效率提升了80%，人力成本大大降低。

第4篇：虛擬仿真解決方案范文

在電子商務課程仿真教學法的開展過程中，可根據具體課程的具體內容，將教室的布局進行改變。如依照企業的辦公場所，讓學生體驗正在企業中處理相關業務。依照職業崗位“供應鏈”原則，讓學生在理論知識的指導下開展“工作”，達到實踐的目的。根據教學目的的不同，通常能進行以下三類仿真教學：

1．模擬式仿真教學法模擬企業的辦公環境，教師在課堂上講出開展仿真教學的具體情境，并為學生提供解決問題的思路，讓學生將教師敘述的內容具體操作出來。之后教師指出其操作過程中出現的失誤并講解，告訴學生避免出現此類失誤的方法，并讓學生在操作之后總結在“工作”過程中得來的經驗或教訓。在模擬仿真課堂上應讓學生盡量適應不同的職位，充分了解不同職位的工作特點。

2．開發式仿真教學

即在仿真教學過程中完成對學生智力以及其他能力的開發。具體的實施中讓教師構建一個虛擬場景，給出電子商務活動進行時遇見的問題，但不給學生提供解決方案，讓學生自主探究，尋求問題的解決途徑。讓學生在虛擬場景中獨立思考，充分發揮自身的主觀能動性，最終得出一種或幾種解決問題的方案，隨后教師進行講解工作。

3．創業式仿真教學

教師在虛擬場景中為學生提供電子商務行業的發展歷程以及未來的發展趨勢等信息，讓學生對這些信息進行篩選，最終找出電子商務中有發展潛力的部分，并能從中尋找創業機會。此種方式是為對學生的未來創業提供思路。

二、仿真教學法的開展流程

仿真式教學法實施的過程中，教師起到的作用是不容忽視的。在教學過程中，教師應對自身起到的作用有所了解，并將自己對學生的指導作用充分地發揮出來，課程的開展要依照提供信息、提出問題、完成總結的方式進行，達成對學生最佳的訓練效果。

1．設計仿真教學場景

在場景設計過程中，教師必須對自己本次課程的教學目標有明確的定位。以教學目標為基準進行仿真場景的設置。設置的場景必須讓學生有一定的興趣，并能與課堂教學內容有機地結合起來，體現出理論課堂內重點知識的同時，也要與企業實際場景相符。

2．將學生引導至虛擬情境中

在仿真課堂剛投入實踐的時期，學生對于各類虛擬場景有一定程度的好奇心，這會影響到學生全身心地投入到課堂中來，此時教師應給予學生適當的引導，首先讓學生能從場景的構造中獲取一些有用的信息；然后教師針對場景提出問題，引發學生的思考；之后讓學生展開討論，并在討論中得出有用的結論；最后教師針對學生的討論結果進行分析，并講解出正確的問題解決方法。在此過程中需要注意的是，教師對學生的想法不能予以完全的否定，應多使用鼓勵的語氣，與學生商討更好的方法。

三、結束語

第5篇：虛擬仿真解決方案范文

關鍵詞 UG；ADAMS；焊接機器人；建模；聯合仿真

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-060-02

隨著人類社會進步的加快，科學技術水平的不斷提高，人們對產品的要求也越來越高。這就需要提高產品質量，同時縮短開發周期。此時以仿真技術和系統建模為核心的虛擬樣機技術得到了的廣泛應用，在真實的產品沒有真正生產出以前就對它進行仿真模擬，這樣的話防止各種設計缺陷的存在。其中一款具有代表性的軟件系統：機械系統動態仿真軟件ADAMS，這一款軟件包括了高效的求解器、可視界面、各種簡便的建造模型的工具和具有強大功能的后處理模塊等，利用ADAMS軟件來對機械系統的結構進行分析，在物理樣機設計之前就可以對數控玻璃磨邊機產品的各種性能進行測評，不僅能夠降低開發費用，而且能夠減少開發周期，很大的提高了機械系統仿真的效率。ADAMS在機械系統運動學、動力學和靜力學仿真方面的功能十分的強大，但是當ADAMS軟件建立一些比較復雜機械系統的時候，就會比較困難。這方面常見的就是使用UG軟件和ADAMS軟件結合來開發復雜的機械系統的虛擬樣機。

1 UG軟件和ADAMS軟件的介紹

UG（Unigraphics NX）是一個產品工程的解決方案，它是由Siemens PLM Software公司出品的一款軟件，它為用戶的加工過程及產品設計提供了數字化模型和檢驗的手段。UG Unigraphics NX根據用戶的工藝設計和虛擬產品設計的要求，提供了解決方案，這種解決方案是經過實踐驗證的。UG具有三個設計層次，即子系統設計、組件設計和結構設計。所有的信息被分布于各子系統之間。

本論文使用的運動仿真軟件是由美國MDI公司進行開發設計的ADAMS軟件，這款軟件是現在最具權威性的機械系統運動學與動力學仿真的軟件。它的求解器是使用的拉格郎日方程來進行建立系統運動學和動力學方程，對虛擬的機械系統進行運動學和動力學的分析，并且在分析之后輸出加速度、反作用力、速度和位移的曲線，整個運動的過程是通過在計算機上建立虛擬樣機來模擬復雜的機械系統的。其中ADAMS軟件的核心模塊包括ADAMS/View和ADAMS/Solver。

2 ADAMS和UG的運動聯合仿真

在利用ADAMS和UG進行運動聯合仿真設計的時候，通常我們現在先在UG軟件當中建立三維模型，建立模型的過程：首先通過二維圖紙在UG軟件中建立三維零件模型，然后在將零件進行裝配同時進行干涉檢查，最后將建立的三維裝配圖形導入到 ADAMS軟件當中，在ADAMS軟件中首先對三維裝配圖形的仿真參數進行設定，這樣就產生了參數化的機構模型，最后進行運動學和動力學的仿真。下圖1所示的就是一般情況下的聯合仿真設計流程。

3 焊接機器人聯合仿真分析

3.1 UG三維建模

焊接機器人主要有底座、軀干、肩、手臂、手腕、機械手6部分組成。在UG中建立焊接機器人的各零部件，裝配后得到焊接機器人實體模型，見圖2所示。

3.2 三維模型導入ADAMS

在UG中，選擇“文件”“導出”Parasolid，然后打開ADAMS，選擇FileImport，彈出文件導入對話框，在File Type下拉框中選Parasolid類型，然后在File To Read選擇欄中點右鍵選擇Browse，最后選擇讀入UG輸出的文件。三維圖導入到ADAMS中如圖3所示。

3.3 ADAMS運動仿真

導入模型之后，首先要給焊接機器人添加約束副，給底座與大地之間添加固定副，分別在底座與軀干、軀干和肩、肩和手臂、手臂和手腕、手腕和機械手之間添加旋轉副。然后給所有旋轉副添加旋轉驅動，肩和手臂之間旋轉副的驅動參數為15d*sin（180d*time-90d）+15d，手臂和手腕之間旋轉副的驅動參數為-15d*sin（180d*time-90d）-15d，底座和軀干之間旋轉副的驅動參數為180d*time，其它旋轉副的驅動參數為0d*time。至此，已完成整個樣機約束的添加如圖4所示。

停止仿真運動，右鍵點擊機械手，在下拉菜單中選擇measure，出現對話框，在characteristic中選擇選項，輸出機械手在X，Y軸方向的位移、速度、加速度曲線。如圖5-圖10所示。

從上面圖中可以看出，機械手的運行曲線平滑且有規律，說明該機構的整個運動過程平穩無沖擊震蕩現象，通過觀察機構仿真運動并結合曲線，可以證實該機構的運行曲線與實際情況相符。

4 結束語

ADAMS軟件和UG軟件作為動力學仿真分析領域和三維建模領域的優勢產品，二者的聯合仿真廣泛應用于產品開發、工程校驗、機械設計等過程中。本文通過UG和ADAMS之間的無縫接口程序，將在UG中創建的焊接機器人三維模型成功導入到ADAMS中，并通過在ADAMS中進行運動學仿真分析，根據仿真分析的結果，驗證了將UG與ADAMS軟件相結合的建模設計和運動學仿真方法的可行性，不僅提高了數據轉換的可靠性，還大大提高了仿真效率，是虛擬樣機技術研究中的嶄新應用，促進了虛擬仿真的發展，對于教學和實踐具有廣泛的意義。

參考文獻

[1]張磊.UG NX6.0后處理技術培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

第6篇：虛擬仿真解決方案范文

zSpace：學生們上課再也不枯燥了

zSpace是一家致力于利用增強現實(AR)和虛擬現實(VR)技術增強學習效果的公司，其產品可以讓老師學生與3D教學場景進行交互，為其提供更加直觀的教學體驗。zSpace的技術已經在美國和全球幾十個國家的學校學院有所應用，包括中國。

從zSpace覆蓋的學習領域來看，目前Zspace的產品主要為醫學教育、STEAM教育以及其他的理科類課程，教學材料涵蓋了物理、工程學、生物學、化學、地理學等學科。學生帶上眼睛，通過zSpace提供的6自由度觸筆，就能完成立體的人體解剖、地質解構等操作。值得注意的是，針對醫學教育和STEAM教育，Zspace配套開發了一系列普通教育應用軟件，包括制作模型的3D工作室，進行電學、力學實驗的物理實驗室，歐幾里得圖形數學體驗軟件，以及藝術設計、人體解剖等一系類教學場景。

從AR教育系統構成來看，zSpace的解決方案包括硬件系統和軟件系統兩部分。硬件部分包括顯示器、觸筆、眼鏡、鼠標鍵盤；軟件部分則主要為小學到高中提供校本課、人選課、活動課的課程資源，教師可以在zSpace的網站上下載相應教學課件及教案。另外，教師們也可上傳自己的授課資源。從設備安裝，到技術培訓和課程培訓，zSpace為B端學校提供了鏈條完整的AR教育服務。

技術上看，zSpace的特點在于跟蹤和展現，zSpace的眼鏡能夠不斷根據使用者的角度展示圖像，讓虛擬物體看起來真實，同時還能夠用觸筆移動物體，展現的功能則通過AR完成。通過從使用者和網絡攝像頭兩個角度采集的圖像，zSpace開發的名為zView的增強現實技術能夠使學生在學習的過程中，與同伴分享zSpace上所看到的一切。

zSpace產品定位于私有學校、比較前衛的學校及部分公辦學校。目前已經進入中國市場，并且根據中國教育大綱對教學材料進行了本土化處理，已經有一部分適應中國教育大綱的應用推出。zSpace的硬件與軟件會捆綁在一起進行銷售。

科大訊飛：One-FLY AR交互實驗臺

說起科大訊飛，大家首先想到的是其語言技術、人工智能、訊飛輸入法等。實際上，目前科大訊飛的大部分收入都來自于教育解決方案的銷售。因此，科大訊飛進入AR教育是非常順理成章的事情。

科大訊飛的AR教育產品是有其子公司訊飛幻境研發運營的。訊飛幻境依托科大訊飛強大的人工智能技術基因優勢，獨立發展的6年中，積累了近百萬教育用戶。目前，訊飛幻境的虛擬仿真類產品已在全國擁有一百余家落地院校，為院校師生提供支持三維仿真課程的教具。在沉浸感更高的虛擬現實類產品方面，訊飛幻境與多家學校達成了合作，搭建了3D+全息+VR的可視化教學體系。其AR教育解決方案包括硬件、軟件和課程內容三方面，名稱為：One-FLY AR交互實驗臺。

One-FLY AR交互實驗臺是訊飛幻境自主研發的一款高科技增強現實產品。將實訓內容以3D圖形化展現，讓教具、實訓環境、實驗課題3D模塊化，以堆積木的形式進行相關課題的實訓，通過多個二維碼控制器控制整個3D實訓內容實現交互，提升產品體驗感受。為師生呈現生動形象的教學內容，快樂實驗，高效學習。

這套AR教育系統的硬件包含：One-FLY AR實驗臺(1臺)，識別卡牌包(1套)，AR實驗臺遙控器(1個)，無線鼠標鍵盤(1套)，售后服務包(1套)；軟件有：E上課，光學識別系統，預裝課程包(1套)，課程內容有：針對小學、初中、高中的生物、化學、物理，比如伏安法則電阻、高錳酸鉀制氧氣、串并聯電路中電壓的規律等。

這套AR實驗臺解決了三個教學痛點：1、某些實驗存在安全風險；2、教師實驗演示太復雜，后排學生看不清；3、實驗課成本高、組織難。

幻實科技：融入AR技術的STEAM教育體驗館

幻實科技是一家為企業和消費者提供增強現實AR解決方案的高科技公司，主要致力于AR技術的研究和應用。自2013年公司成立以來，已服務多個企業用戶，其中還包括阿里巴巴、寶潔、OPPO等知名公司。幻實科技的增強現實AR產品和項目涉及玩具、教育、影視娛樂、廣告傳媒、婚紗攝影、服裝、金融、旅游、展覽等多個行業。

幻實科技近期推出了STEAM教育體驗館，其特色在于主打AR技術，用生動有趣的AR來進行STEAM教育。和其他AR教育解決方案一樣，也分為硬件、軟件和內容三個層面，不過靈活性更高。

硬件方面，幻實科技并沒有要求用自己的專用設備，而是可以自行定制，比如：AR電視、一體機、AR眼鏡、投影儀等都可以。這樣用戶可以根據自己的情況進行選擇，大大降低成本，擴大覆蓋面。在軟件方面，幻實科技自主開發了大眼探世界、魔法百科等應用，在iOS和Andriod系統都可以適配。內容方面，有英語、地理、繪畫等課程。

幻實科技的STEAM教育體驗館不僅面向學校等教育機構，還可以入駐商場、超市、兒童樂園等線下幼教相關場所。在商業模式上，STEAM教育體驗館和前兩者有顯著區別。zSpace和科大訊飛都是通過銷售捆綁在一起的軟硬件來盈利，而幻實科技的軟件是免費的，硬件是由客戶自己去其他渠道購買的，主要靠AR地球儀、AR涂本這些內容銷售來盈利。

Lifeliqe：酷炫的HoloLens學習體驗

Lifeliqe是由其創始人Ondrej Homola于2015年11月在美國舊金山創辦，公司只有一個十幾人的團隊。該公司致力于體驗教學，為6-12年級的學生提供3D應用程序，即通過使用虛擬現實、增強現實設備來提供交互式的內容，開展混合現實教育應用，增加現實教學的趣味性。

目前Lifeliqe正和微軟合作，將其AR頭盔HoloLens帶入學校，已經在西雅圖的Renton Prep和加利福尼亞的Castro Valley Unified College這兩所學校建立了試點。在HoloLens上，學生和老師們能夠訪問1000多個3D增強現實的模型和課程計劃，并能夠創建和分享他們自己的內容。一所學校的專家Richard Schnec認為：當使用Lifeliqe進行學習時，因為他們可以將知識視覺化，從而更有助于學生的記憶。

Lifeliqe用的是自己開發的AR教育應用，它的交互式3D模型能給學生提供一種新型的視覺學習方式，比如探索人體、器官、血管。

第7篇：虛擬仿真解決方案范文

本教學研究項目是通過搭建B/S結構模型平臺，在研究如何經濟、高效地制作三維村鎮模型的方法與步驟方面取得了初步成果，一定程度上提升了浙江省村鎮規劃信息化水平。

1．1本教學研究項目依托浙江省典型村鎮三維仿真規劃信息化平臺模型，實現美麗鄉村仿真場景漫游及規劃信息化管理。著重研究在教學研究項目過程中采用的各種紋理建模方面的優化方案，包括紋理建模過程和烘焙過程的優化，以及開發軟件平臺自身提供的一些優化方案和優化技術。

1．2教學研究項目通過本地或者遠程管理界面，對三維村鎮規劃

信息化平臺場景中的個體信息進行交互，做到規劃信息數據實時更新。

2．教學研究項目平臺的開發流程

2．1三維場景模型的構建

浙江省美麗鄉村三維虛擬現實教學研究項目組織與實施及開發流程的研究。教學研究項目首先是對單個美麗鄉村模型場景的創建，通過B/S瀏覽方式進行整合。(1)教學研究項目的需求分析及相關數據收集與整理。通過課程組成員調查走訪，合作單位直接提供等方式獲取一手資料，再結合衛星地圖，綜合創建地形地貌。大量的建設貼圖通過單反相機進行實地拍攝。(2)CAD總平面圖的處理。通過測繪部門或者鄉村相關職能部門獲取的鄉村CAD總圖信息量大，對模型創建來說需要精簡，然后導入3dsMAX軟件進行場景模型的創建。(3)優化創建的模型，通過多種技術手段，精簡三維模型面數等信息，確保在平臺運行時的流暢。(4)村鎮場景模型的烘焙。在目前虛擬現實場景中，通常都是由建筑模型在貼圖、燈光等一系列步驟后進行烘焙(在Unity最新的5．0系統中，可實現實時光影，不一定需要烘焙步驟)輸出到相關平臺，這樣能獲得的視覺效果更佳。(5)在3DSMAX環境中直接導出并合并場景至相關虛擬仿真平臺，可分為兩種方式進行，部分靜態模型的導出與全部靜態模型導出，根據不同需求選擇進行。

2．2系統功能的實現

系統功能的設計，包括虛擬現實引擎和相關技術的選擇以及在應用中如何提高信息管理水平的研究。(1)創建相機及相機動畫，在無人交互操作的時候，可以通過動態相機對美麗鄉村進行飛行鳥瞰等預設。(2)虛擬現實場景碰撞屬性的設置，默認可以直接把場景中的所有物體設置為碰撞體，減少工作量，但在實踐中發現，這樣會在一定程度上造成系統運算量大，執行效率較低，影響最終的運行速度。所以一般都是人為設置一個較簡單的物體，設置碰撞后，進行隱藏操作。(3)創建特效與周圍環境。教學研究項目可根據需求，設置不同季節及不同氣候條件下的模擬環境，對表現水景效果、蝴蝶飛舞等特效的制作，動態效果通過3dsMAX進行動作設定，導入到虛擬現實引擎進行后期處理。(4)村鎮地圖的導航制作。導航圖的制作關鍵是要在3dsMAX平臺中進行坐標的定位，確定坐標參數后，在虛擬現實平臺中進行相關的參數設定。(5)美麗鄉村數據庫的創建。平臺可以支持的數據庫豐富，包括ACCESS、Oracle、SQLServer、MySQL等，虛擬對象與數據庫的關聯操作和數據庫查詢功能的實現是平臺實現交互的堅實基礎。(6)交互功能的實現。平臺支持的交互功能眾多，可能鼠標事件、距離、鍵盤等觸發調用相應的響應事件，大量的交互功能還涉及到數據庫的數據讀寫，這在本教學研究項目中是一個非常重要的環節。(7)教學研究項目。教學研究項目平臺支持生成EXE可執行文件脫離平臺環境單獨運行，也可以到互聯網絡中進行網頁瀏覽交互，本教學研究項目最終是通過生成單個的網絡版本，通過WEB樹形目錄，把浙江省的各個村鎮的三維虛擬仿真系統合成到大平臺中。今后的研究中考慮使用跨平臺支持效果更好的Uni-ty3D引擎。

2．3平臺特點與特色

本平臺采用Photoshop，AutoCAD，3DMAX等圖形圖像軟件結合虛擬現實平成，腳本引擎功能強大，壓縮率高，真實感強，沉浸感好，可嵌入音頻、flash、視頻、圖片、網頁。(1)平臺仿真度高，區別于能流暢實現村鎮的三維漫游功能，部分村鎮信息查詢等功能，滿足決策者對美麗鄉村規劃功能的要求。(2)可以實時把畫面用“虛擬相機”進行拍攝出圖，能直觀、精確、更大范圍地展現規劃設計方案，有效地提高規劃審批決策科學性。(3)該系統作為公共服務平臺，可通過二次開發，開放接口，擴展到經濟、衛生、交通、應急、消防等領域。

3．教學研究項目平臺的經濟與社會效益

浙江省村鎮共有1500多個，教學研究項目建成后，為浙江省美麗鄉村規劃信息化水平提升做出明顯成效，也為浙江省鄉村建筑數字化程度的提升做出重大貢獻。研究成果專注于虛擬現實與三維可視化技術在浙江省美麗鄉村規劃領域中研發和推廣，目標是國內領先的村鎮虛擬現實技術解決方案。教學研究項目能滿足不同數字規劃管理領域，不同層次決策者對數字仿真的需求。

4．平臺的保障力量

4．1人員保障

教學研究項目分別由高校、企業與政府職能機構等三部分技術力量組成:教學研究項目主持單位高職院校在教學研究項目實施過程中，采集村鎮基礎數據，利用研究小組學生在暑期社會實踐中調查數據、采集可視化資料及到鄉村管理部門查詢資料，也為教學研究項目的完成打下堅實基礎。本科院校為本教學研究項目提供理論支撐，在校的虛擬現實方面的碩士研究生，也參與到教學研究項目中，為教學研究項目提供了技術保障。

4．2資料保障

規劃設計院作為合作企業單位，負責提供浙江省典型美麗鄉村規劃圖紙。企業內部有較多的規劃專家，可以對教學研究項目進行深度研究。提供一手資料，研究中的浙江省溪口美麗鄉村規劃方案就由他們提供，為該教學研究項目的順利進行起到了重要的保障作用。

4．3政策保障

浙江省住房和城鄉建設廳科技委村鎮建設專業委員會，對教學研究項目的推廣提供政策上的扶持，所在的村鎮建設專業委員會在教學研究項目研究中還負責對村鎮管理者規劃信息化方面進行指導。每年都會對浙江省村鎮優秀規劃方案進行匯編、獲獎教學研究項目的收集整理，具有非常豐富的參考資源，對建設系統相關職能部門具有良好的溝通協調能力，便于教學研究項目具體實施過路中的運行與推廣。

5．結束語

第8篇：虛擬仿真解決方案范文

關鍵詞：物流；仿真軟件；實例教學

Application of Witness simulation software in logistics teaching

Li Yali

Beijing union university, Beijing, 100023, China

Abstract: As a major with strong practicality and applicability, the logistics management major requires students to acquire the knowledge and skills in production, business operation, management, and service, etc. Witness simulation software can be used to simulate the real production workflow, and thus the user may analyze each step in process of production via the simulation results. That is to say, Witness simulation software can help teachers to improve their quality of teaching and develop students' integrating skills.

Key words: logistics; simulation software; example teaching

物流管理專業在高校已經經歷6～10年的發展，無論從理論教學還是實訓實操方面都取得了很大提高。但是隨著國家和企業物流設備與技術的日益發展，高校物流管理專業在實際教學過程中也存在各種問題。第一，傳統的理論教學，學生不能置身在真實的環境中，失去主動思考和學習興趣。第二，學生學的理論知識太落后，跟實際的物流應用脫軌；有些知識又是從國外引進，跟國內的情況不相符。第三，只是講解大家都知道的案例，不能提供企業中真實發生的案例。第四，學生很少有實驗實訓基地或者真實的企業環境中的學習和實操經歷，學生走入社會還要重新學習新的知識。因此，如何提高實踐教學質量，全面培養學生的綜合能力，顯得尤為重要。

1　Witness仿真軟件簡介

Witness是由英國Lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統。Witness仿真軟件主要應用在流程仿真，如零部件生產加工模擬、排隊倒班機、統計分布、離散事件的模擬。Witness內置Part，Machine，Buffer，Labor，Transport，Liquid，Pipe，Tank，Proccesor等30多種部件，同時可以設置機器故障和修復時間，通過其內置的仿真引擎，可快速進行模型運行仿真，展示流程的運行規律。Witness是采用面向對象的建模機制，還可以建立和描述自己的模型和行為，用戶可以自己定義復雜的RULE或者公用的函數(或用戶自定義函數)實現復雜的行為。Witness可以與外部數據(Excel ODBC)相連接，同時也可以導入自己定義的圖形。Witness可以通過動態模擬，根據不同階段的仿真結果，隨時修改模型中的參數和部件，得到最佳的解決方案。

Witness Optimizer優化模塊通過先進的優化算法計算出仿真模型最優的解決方案。在Witness Optimizer里可以設定自己的模型考核指標，設定系統控制參數的取值大小和約束條件。計算出來的實驗結果用圖表的形式顯示給決策者，該模塊可以有效地幫助建模者和決策者優化、改善績效指標。任何在Witness里建立的模型都可以使用Witness OPT進行優化，Witness OPT也是界面化模塊，它可以跟Witness軟件無縫結合，集成后可以在Witness的菜單中直接調用。

Witness OPT提供了豐富的實驗設計報表選項、標準函數的定義、算法終止條件設定、隨機流設定、仿真時間長度設計、控制變量取值和約束設計、優化算法選擇。這些都可以應用于實際生產運作的績效指標、服務水平、產出率或者利潤率，給決策者提供豐富的報表。

Witness VR現實虛擬模塊集成了先進的仿真技術和3D圖形顯示效果，Witness二維的流程仿真模塊可以快速地生成具有真實比例縮放尺寸的生產場景，可以實現逼真的仿真效果。在Witness VR先進的仿真引擎驅動下，模型中生產部件和生產機器，根據系統布局設計運動流程在三維場景中實時運動，從而實現跟真實場景中生產運作過程一樣的效果。

Witness Documentor是Lanner集團開發出來的一個集成插件模塊，它是一個非常有用的報表工具，用它可以創建模型邏輯、模型細節和模型結構等一系列定制化的報表。Witness Documentor可以創建跟模型相關的各式各樣的報表，這些報表可以包括元素的名稱和類型、設備故障和調整細節、物料信息流、運動和生產活動。報表存儲格式為.rft，這種格式方便很多文字處理軟件編輯加工。

第9篇：虛擬仿真解決方案范文

關鍵詞：KVM；顯卡；虛擬化；直傳

DOIDOI：10.11907/rjdk.162148

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號：16727800（2016）010014202

0引言

隨著虛擬化技術的發展，桌面虛擬化方案已經在X86硬件架構上取得了顯著成果，并且逐漸成為當前云計算發展和研究的一個熱點方向，在并行計算、大數據存儲、虛擬云桌面方面得到了廣泛應用[1]。

虛擬化技術針對底層硬件資源實現資源的虛擬、共享和隔離，具有安全性高和對上層用戶透明的特性。目前，虛擬化技術在視頻顯卡訪問方面還面臨很大挑戰，很多研究人員采用基于遠程應用編程接口的方法開發出針對視頻顯卡的虛擬化框架，從而實現虛擬機對于顯卡的訪問，但是這種方法在應用中需要虛擬機與宿主機之間進行大量的圖像數據傳輸，嚴重影響了物理顯卡使用性能。如何通過改進和優化虛擬化方案提升虛擬機內部訪問硬件顯卡的性能是本文研究的重點[2]。

本文針對視頻顯卡在虛擬化環境中的應用需求和存在的問題，從圖像數據傳輸量和傳輸機制方面入手，提出一種基于KVM虛擬化的顯卡直傳技術，解決虛擬機共享物理顯卡的性能問題。

1KVM虛擬機技術概述

KVM全稱是Kernel Virtual Machine，即基于內核的虛擬機，是一個開源的虛擬化模塊。KVM是由以色列的名為Qumran的開源組織提出的基于硬件虛擬化的實現方案。KVM虛擬化方案包括內核模塊和處理器模塊兩個部分。其中，內核模塊由kvm.ko文件來提供核心的虛擬化實現；處理器模塊由kvm-intel.ko和kvm-amd.ko文件分別提供對Intel處理器和AMD處理器的虛擬化技術支持。Linux內核通過加載KVM模塊成為VMM即虛擬機監控器，而KVM模塊借助Linux內核完成程序的調度、內存管理等。

1.1KVM虛擬化實現

KVM虛擬化技術作為VMM的實現方案，有兩種模式：Kernel模式和User模式，分別對應VMX模式下的特權級0和特權級3。Kernel模式下運行的是KVM內核模塊，User模式下運行的是QEMU模塊。而KVM虛擬機運行在VMX的非根模式即Guest模式。KVM虛擬化技術的工作模式如圖1所示。

利用硬件虛擬化VT-x技術，KVM為每一臺虛擬機分配多個vCPU即虛擬處理器，其中一個vCPU對應QEMU的一個線程，KVM虛擬機的生命周期主要是vCPU的創建、初始化、運行以及推出處理，這些都是在QEMU的上下文環境中完成的，需要KVM的Kernel、User和Guest三種模式配合實現，Kernel模式與User模式之間以系統調用ioctl的方式進行交互和通信，而內核模塊與虛擬機內部進程之間通過VM Entry和VM Exit指令操作完成切換[34]。

1.2KVM虛擬化的特點

作為基于Linux內核的全虛擬化解決方案，不同于半虛擬化方案，KVM能夠提供基于X86架構的完整硬件平臺，包括處理器、硬盤、內存、網絡適配器以及設備等，同時虛擬機操作系統不需要作任何的修改便可運行X86平臺上的應用軟件。因此KVM虛擬化技術的主要優勢有：①KVM是開源的虛擬化解決方案，虛擬機開發成本低；②KVM模塊整合在Linux系統內核中，可以兼容內核中的硬件驅動；③KVM具有優良的系統性能和穩定性[56]。

2虛擬化中的顯卡直傳技術

KVM虛擬化實現架構中，虛擬機需要訪問QEMU模擬仿真出來的設備，而這個處理過程需要通過虛擬化中間層傳遞和處理，才能將真實數據發送給物理硬件設備來處理。對于低速設備來說，這種實現方案能夠滿足其數據傳輸和處理的要求的，但是對于顯卡虛擬化來說，對于性能要求極為嚴格，因此本文采用顯卡直傳方式將物理顯卡地址直接、隔離地分配給每一臺虛擬機獨占式訪問，虛擬機內部操作系統可以直接驅動底層物理顯卡，進行內存映射輸入輸出訪問或者直接內存訪問操作。圖2為顯卡直傳處理與QEMU模擬仿真顯卡實現架構對比，可以看出，直傳技術能夠滿足虛擬機調用物理顯卡驅動實現圖像顯示，最大化發揮顯卡性能。

2.1顯卡直傳技術原理

KVM虛擬機要實現PCI設備直傳，需要考慮以下問題：

①如何對PCI設備的配置空間進行映射；

②如何映射PCI設備的內存和I/O資源；

③如何實現PCI設備中斷請求的映射；

④如何實現設備的直接內存訪問。

KVM虛擬化方案可以通過軟件映射機制很好地實現PCI設備的前3個問題，而對于物理顯卡的DMA操作，由于DMA本身的技術機制，KVM虛擬化難以用軟件實現。

DMA可以實現外設與系統之間的高速數據傳輸，外設繞過中央處理器對內存進行直接內存讀寫訪問，傳輸前申請一個能夠被DMA訪問的地址空間，然后發送傳輸指令進行DMA操作。DMA的傳輸機制對于物理機來說是可行的，因為操作系統會為驅動分配一段獨立的地址空間，但是在KVM虛擬化環境中，采用影子頁表實現虛擬機物理地址到宿主機物理地址的映射，驅動申請獲取的地址不是宿主機的物理地址，這樣DMA操作必然會引發系統崩潰。

利用硬件輔助虛擬化技術，比如Intel的VT-d和AMD的IOMMU技術來實現DMA操作在KVM虛擬化中的運用，借助北橋中內置的DMA虛擬化和IRQ虛擬化硬件來維護一張DMA重映射表，當外設需要進行DMA操作時，查詢DMA重映射表，映射成虛擬機物理地址對應的宿主機真實物理地址，從而實現DMA虛擬化。

2.2顯卡直傳技術實現

KVM虛擬機直接訪問物理顯卡前，需要通過QEMU注冊一個pci-assign的特殊qdev虛擬設備。這類虛擬設備專門用來進行PCI設備直接訪問，這里將顯卡注冊為pci-assign虛擬設備，在虛擬機內部所有對此類設備的MMIO訪問都會被映射到真實物理設備上，當KVM啟動時，將顯卡的BDF號作為參數傳遞給KVM，完成顯卡設備到虛擬機的注冊。

要實現物理顯卡的直傳需要將顯卡掛接到獨立的PCI總線上，而QEMU默認只虛擬一根PCI總線。這根總線上掛接有網卡、硬盤、CD-ROM驅動器等設備。為保證顯卡獨占式使用PCI總線，修改QEMU源碼，在初始化虛擬機系統總線是，注冊2個QEMU虛擬PCI橋設備，即總線1和2，然后修改顯卡設備的實現，直接將顯卡的BDF 號注冊到總線上，實現虛擬機內部顯卡驅動直接訪問物理顯卡的目的。

實現顯卡直傳的關鍵是將宿主機的預留內存和輸入輸出地址空間映射到虛擬機對應的地址空間中，利用Linux系統中的設備文件/dev/men，在QEMU為虛擬機分配完內存后，將宿主機特殊的預留內存使用mmap方法直接映射到虛擬機的內存空間偏移處，而輸入輸出端口地址空間的映射，通過注冊I/O讀寫函數，函數向宿主機的I/O端口發送讀寫操作的指令。

3結語

本文介紹了虛擬化技術在視頻顯卡應用方面的現狀，當前主要采用遠程調用編程接口的方式實現對物理顯卡的訪問，但是由于需要虛擬化中間層的傳遞嚴重影響了圖像顯示效率。針對此問題，本文從圖像數據傳輸量和傳輸機制方面入手，基于KVM虛擬化進行了二次開發和優化，提出一種顯卡直傳技術。首先給出KVM虛擬化的原理和實現，然后提出解決顯卡虛擬化需要解決的幾個問題，顯卡直傳技術利用直接地址映射將物理顯卡地址空間映射到虛擬機內存空間，虛擬機內部實現驅動直接訪問物理顯卡的要求，虛擬機運行表明顯卡直傳提升了視頻圖像顯示的性能。

參考文獻參考文獻：

[1]楊培.虛擬桌面管理的研究及應用[D].南京：南京理工大學，2011.

[2]周平，馬捷中.基于開源虛擬機的模擬設備的設計與實現[J].電子設計工程，2011，18（19）：4356.

[3].MJPEG視頻編解碼的SOC設計[D].濟南：山東大學，2007.

[4]陳婉.云計算環境下虛擬化數據中心融合技術[J].軟件導刊 ，2016，15（4）：166168.