时间：2023-09-25 15:59:15
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇数字化仿真技术概念，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
【关键词】船舶制造；数字化设计；信息一体化
一、引言
数字化造船是以造船过程的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术全面应用于船舶的产品开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，最终达到快速设计、快速建造、快速检测、快速响应和快速重组的目的。数字化造船技术涵盖的范围非常广泛。本文就目前较为流行的部分数字化技术进行简要分析。
二、行业背景
在经济全球化的今天，国际造船业已发展成为全球一体化市场，世界各国造船企业在全球范围内展开了技术、性能、质量和服务等全方位的角逐。随着全球船舶市场占有率的竞争日趋激烈，世界造船业在技术、体制上发生了重大改革，其中造船技术的发展尤为突出，从最初的焊接技术到大型生产流水线等新技术的成功应用，到现阶段信息集成系统、并行工程、敏捷造船、先进制造模式等先进技术或理念在船舶制造业中广泛应用，使船舶行业凸显成为信息密集、技术密集和资金密集的现代新型产业。
自二十世纪七十年代开始，我国造船业开始快速发展，至今已经历了特征鲜明的三个阶段。从最初的打开国门走向世界，到规模不断壮大超越日韩，我国造船业在几经沉浮后实现了蜕变，造船技术的发展也实现了飞跃。尤其是数字化造船技术的发展，完成了船舶设计、制造、管理手段的革新。
中国船舶工业发展历程
三、技术分析及应用
数字化造船要求以数据处理、虚拟现实、数据库、网络通讯等数字化技术为基础，将数字化技术全面应用于船舶的开发、设计、制造、管理的全过程中。数字化技术所包含的内容非常广泛，如何将船舶设计、生产、管理的相关理论和方法与特定数字化技术相融合将是数字化技术应用的关键所在。下面列举部分船舶行业中应用的重点/难点技术，并结合NACKS的现状进行了简要的分析。
（一）虚拟仿真技术
船舶建造虚拟仿真技术作为一种新型技术，旨在利用数字模型替代物理原型，对船舶的设计、制造及生产系统等进行仿真，以提高设计水平、建造质量，缩短产品研制周期。船舶建造虚拟仿真技术是基于计算机和信息技术的一种新的先进造船技术，是船舶数字化建造的具体体现，对船舶产业的科技发展具有重要意义。
造船发达国家纷纷利用信息技术给造船业带来的各种机遇，积极开展船舶虚拟设计和建造仿真技术的研究。韩国和日本的造船业，虚拟设计与制造仿真技术研究开展得比较早，并取得较好的研究成果。对于首制高附加值船舶和船舶的设计和建造，在实际建造之前都要利用虚拟仿真技术对设计结果、建造工艺和建造流程进行预先仿真，能够及时发现并纠正设计中存在的问题。由于虚拟现实技术可将仍处于概念阶段的设计方案以逼近于现实的形式呈现出来，从而可以及早发现并纠正设计问题。
虚拟仿真在船舶行业的应用范畴，主要包含四部分内容：船舶虚拟设计评估与优化技术、船舶建造工艺仿真与优化技术、船厂物流仿真与能力评估技术与作业、运行保障仿真技术。国内船舶行业在前三个方向都开展了一些工作，基本突破了常用异构系统数据转换、船舶产品虚拟评估技术、船舶工艺自动建造技术、船舶焊接工艺智能设计与统计技术等关键技术，并开展多型船舶的建造工艺仿真，船厂建造资源能力评估等工作。然后，在建造工艺深化应用、船厂物流仿真、运行保障领域的应用较少，深度也较浅，将是未来发展重点。
（二）物联网技术
物联网技术即通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术是在近十年开速发展的一项网络技术，在不知不觉间已经充斥在我们身边每一个角落，比如打卡考勤系统和条形码扫描系统。
船舶行业属于劳动力密集型、多品种、小批量、按订单生产的离线制造行业，因其行业信息化量大、管理复杂，物联网技术的快速发展给船舶行业注入了新鲜的血液。通过物联网技术的应用，可在生产建造、物流、设备管理、能源控制、安全管理、质量管理等多领域实现信息的实时采集、统计分析，实现过程控制、状态跟踪、统计分析、平衡优化的目的。
物联网技术在最近几年发展迅速，但其在船舶行业的普及还存在一定难度，首先最重要的一点就是成本问题。电子标签、读写设备价格较高，在没有大规模应用的情况下，收益预期与投入难以平衡。其次，物联网的应用还存在一定的技术难点：技术标准还存在较多不统一的部分；数据采集频繁，信息安全需重点考虑；物联网的协议栈需要统一；IPV4资源存在耗尽风险。另外，造船现场的条件较差，这对物联网的应用提出了挑战，潮湿、高温、电磁屏蔽等也是阻碍物联网普及的障碍物。
（三）企业信息集成技术
在船舶企业中，由于作业内容的不同，往往有多个异构的、运行在不同的软硬件平台上的信息系统同时运行，这些系统的数据源彼此独立、相互封闭，使得数据难以在系统之间交流、共享和融合，从而形成了"信息孤岛"。随着数字化应用的不断深入，企业内部、企业与外部信息交互的需求日益强烈，急切需要对已有的信息进行整合，联通“信息孤岛”，共享信息。
企业信息集成是指企业在不同应用系统之间实现数据共享，即实现数据在不同格式和存储方式之间的转化，来源不同、形态不一、内容不等的信息资源进行系统分析、辨清正误、消除冗余、合并同类，进而产生具有统一数据形式的有价值信息的过程。
对船舶企业而言，企业的信息集成可实现各部门、各应用系统之间的协调运作，实现业务流程的定制、改造和优化，为企业的各种应用和系统提供一个统一的运行协作平台，实现流程协作和信息共享。信息的共享又会间接的降低企业的运营成本。
（四）CAD/CAE一体化技术
船舶设计是一个涉及多个专业、多个系统、规模庞大的协同工作过程。其周期较长、过程较复杂，且在船舶设计过程中，不同专业使用不同的计算机辅助设计（CAD）及计算机辅助分析（CAE）软件，从而造成缺乏一体化、集成化的设计系统，信息交流不通畅，存在“信息孤岛”问题。CAD/CAE技术的相互融合、相互渗透已成为了一种自发的有效需求，在CAD/CAE一体化技术的帮助下，船舶研发、设计将实现从经验设计到计算机辅助设计的转变，可大大缩短产品周期，提高产品质量。
通过对比可以看出，CAD注重产品的外形特征，以提供图形图像、数字化模型为主，而CAE更注重的是产品物理特征问题。在实际作业中，将研发和设计相互割裂开来会产生重复性投入，同时会降低作业流程的效率。
FEM与TRIBON建立的船体模型对比
关键词：三维仿真；城市规划；应用
Abstract: This paper from the basic concept and the significance of the development of 3D simulation technology, 3D platform to establish Shaoguan surveying and Mapping Institute as an example, the auxiliary city planning decision using three-dimensional simulation technology, can be in the city of real-time interactive scene simulation evaluation and analysis plan, provide more intuitive and scientific basis for planning management. In the application of engineering to promote the 3D simulation technology, how to build a good standard, database and platform system and discusses in detail to have great influence on the overall operating structure, construction method of updating maintenance measures and other supporting mechanism. Finally, several typical cases to illustrate the practical application of 3D simulation technology application in city planning work.
中图分类号：U412.1+2 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
近年来，三维及相关技术得到了讯速发展，过去无法突破的城市复杂性描述、海量信息管理等技术瓶颈相继被攻克，计算机硬件不断提高，以虚拟现实技术、三维展示技术为核心的内容的技术得到快速发展。
三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。
2.基本概念和意义
城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：
⑴ 完善韶关市数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理
实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。
⑵ 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平
利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。
⑶ 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代
城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。
3.工作内容及应用
韶关城市规划三维辅助决策支持系统利用三维仿真技术建立城市三维虚拟环境，在城市规划、建设的各阶段进行城市现状及规划的三维模拟描述，为决策者提供直观、科学、准确的城市规划宏观决策支持，满足规划业务审批管理的应用、成果的展示及规划方案管理和评审的需要。
韶关城市规划三维辅助决策支持系统项目主要包含软件和三维数据建模两方面的工作。项目共投入280万，计划在三年内完成。2011年6月开始进行系统开发和三维建模，2013年5月份，系统主要体系结构开发完成，并完成韶关主建城区三维模型数据生产制作。
（1） 数据建设内容
数据建设主要包括数据标准制定和三维数据建模两部分。
制定数据标准和技术规范是实现系统互联互通、资源共享的重要基础工作，也是后期数据更新、管理、维护的依据。数据标准建设主要包括：三维数据采集与制作标准、三维数据更新规范。
三维数据建模是系统建设的基础，以及各种应用和分析的依据。初次项目建设覆盖范围为主城区50平方公里的基础模型建设工作（建筑物约有30平方公里）：其中包括约15平方公里的精细模型、10平方公里的标准模型、50平方公里的地形及市政配件模型。
（2）系统特色及基础功能
体现三维场景的美观和真实性；是一套安全、可靠、稳定，功能强大的系统。在应用于实际规划工作中，发挥辅助决策作用，系统的布局合理、操作简便。可进行场景浏览漫游、重点导航、路径导航、图层控制、场景输出等。三维数据应用广泛，可广泛应用于规划、市政、城管、公安、交通、旅游、房产等行业领域。
（3）城市规划辅助决策
提供直观的三维可视化环境；提供多种空间数据、规划专题数据的叠加分析功能；三维辅助设计、建筑信息查询。规划地块查询、用地红线查询、空间量测、地形分析、规划辅助分析。方案比对、日照分析、控高分析，视域分析、通视分析、指标分析，三维标注、图形绘制、路网绘制、规划元素库、三维模型库，管网查看、管网查询、管网统计、管网分析等。4.在城市规划中的应用实例
（1）规划方案对比分析
利用虚拟的三维场景，使城市的规划工作不在于仅仅建立在平面图上做规划，三维的场景模型使规划变得更简单直观。一般人都能参与到城市的规划中去。如某个小区的三旧改造工程，通过三维仿真模型，规划前后的场景就一目了然了，为设计者提供了思路。规划前后的场景如图1所示：
图1
（2）日照分析的功能
在城市建筑规划设计时，日照分析是必不可少的一个环节。通过对待规划建筑物的高度、形状进行模拟，应用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系统中很容易就继续日照分析。如在城市的某个小区旁欲修建一座建筑物，建筑物对小区附近的楼房的日照影响分析情况如图2、3所示：
图2建筑物上午八点钟的日照情况
图3建筑物下午15点钟的日照情况
（3）地下管线信息的查询功能
在旧城区的改造中，决策者需了解地下管线的状况。可以直接三维系统中反应出来，如图4所示：
图4
（4）建筑信息的查询功能
将前期测绘的建筑物数据属性信息输入数据库中，使用户点击具体的建筑物时能够显示其详细的属性信息，在表达上更加直观。如图5所示：
图5
5.结语
三维仿真技术能够促进规划工作从“定性分析”到“定量分析”，从“平面规划”向立体规划“的转变，实现城市规划的精细化、科学化管理。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。
参考文献：
[1]彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008.
[2]朱礼俊，《论建设三维虚拟城市的决策依据》。2006年综合性测绘学会研讨会论文集，宁波测绘学会，2006.
【关键词】数字化工厂工艺规划仿真优化
中图分类号：S220文献标识码： A
1引言
围绕激烈的市场竞争，制造企业已经意识到他们正面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等压力。如何快速适应市场的变化，实现从“以产定销”到“按订单生产”模式转变？数字化工厂提供了较为理想的解决方案。
2 数字化工厂概述
数字化工厂是BIM(建筑信息模型)技术、现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。
2.1数字化工厂
2.1.1数字化工厂的概念
数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。它是在设计建造阶段，建立全面、详实的信息，包括材料、工艺、设备运行管理等全生命周期的信息档案数据库，利用BIM(建筑信息模型)技术指导建筑物、构筑物及设备的科学使用和维护，为信息化、标准化管理提供数据基础平台，加上CAD、EEP、MEP等应用管理系统，实现工厂控制系统内部数字化信息的有效传递，既链接了生产过程的各个环节，又与企业经营管理相互联系，进而把整个企业数字化的资金信息、物流信息、生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息、市场信息、采购信息以及企业所必须的控制目标都实时、准确、全面、系统地提供给决策者和管理者，帮助企业决策者和管理者提高决策的实时性和准确性以及管理者的效率，从而实现管理和控制数字化、一体化的目标。
2.1.2数字化工厂的优势
数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段，改变了传统工业生产的理念，给现代化工业带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。
预规划和灵活性生产：利用数字化工厂技术，整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划，帮助企业进行评估与检验。同时，数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，有助于工厂建设过程中的灵活协调与并行处理。此外，在工厂生产过程中能够最大程度地关联产业链上的各节点，增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。
缩短产品上市时间、提高产品竞争力：数字化工厂能够根据市场需求的变化，快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计，加快了新产品设计成形的进度。同时，通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化，保证了新产品生产过程的顺利性与产品质量的可靠性，加快了产品的上市时间，在企业间的竞争中占得先机。
节约资源、降低成本、提高资金效益：通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证，最大程度地降低了物理原型的生产与更改，从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时，充分利用现有的数据资料（客户需求、生产原料、设备状况等）进行生产仿真与预测，对生产过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与资金使用效益。
提升产品质量水平：利用数字化工厂技术，能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排，降低设计与生产制造之间的不确定性，从而提高产品数据的统一性，方便地进行质量规划，提升质量水平。
2.2数字化工厂的差异性
“数字化工厂”贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，在实施过程需要注意系统集成方面的问题，“数字化工厂”不是一个独立的系统，规划时，需要与设计部门的CAD/PDM系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况。所以，“数字化工厂”与设计系统CAD/PDM和企业资源管理系统ERP的集成是必须的。同时，“数字化工厂”还有必要把企业已有的规划“知识”（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是PLM构架。
同时，类似于PDM系统和ERP系统，每个企业都有自己的流程和规范，考虑到很多人都在一个环境中协同工作（工艺工程师、设计工程师、零件和工具制造者、外包商、供应商以及生产工程师等），随时会创建大量的数据，所以，“数字化工厂”规划系统也存在客户化定制的要求，如操作界面、流程规范、输出等，主要是便于使用和存取等。
3 数字化工厂的实现与应用
数字化工厂以突出的功能优点，在工业生产，尤其是制造业生产中具有广泛的应用，但其实现过程也涉及多种关键技术。
3.1数字化工厂的关键技术
数字化工厂涉及的关键技术主要有：数字化建模技术、虚拟现实技术、优化仿真技术、应用生产技术。
数字化建模技术：数字化工厂是建立在数字化模型基础上的虚拟仿真系统，输入数字化工厂的各种制造资源、工艺数据、CAD数据等要求建立离散化数学模型，才能在数字化工厂软件系统内进行各种数字仿真与分析。数字化模型的准确性关系到对实际系统真实反映的精度，对于后续的产品设计、工艺设计以及生产过程的模拟仿真具有较大的影响。因此，数字化建模技术作为数字化工厂的技术基础，其作用十分关键
虚拟现实技术：虚拟现实技术能够提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间，方便实现人机交互，使用户能身临其境地感受开发的产品，具有很好地直观性，在数字化工厂中具有广泛的应用前景。虚拟技术的实现水平，很大程度上影响着数字化工厂系统的可操作性，同时也影响着用户对产品设计以及生产过程判断的正确性。
优化仿真技术：优化仿真技术是数字化工厂的价值所在，根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品质量，最终提高企业的效益。由此可见，优化仿真技术水平对于能否最大限度地发挥企业效益、提升企业竞争力具有十分重要的作用，其优化技术的自动化、智能化水平尤为关键。
应用生产技术：数字化工厂通过建模仿真提供一整套较为完善的产品设计、工艺开发与生产流程，但是作为生产自动化的需要，数字化工厂系统要求能够提供各种可以直接应用于实际生产的设备控制程序以及各种是生产需要的工序、报表文件等。各种友好、优良的应用接口，能够加快数字化设计向实际生产应用的转化进程。
3.2常见数字化工厂软件
由于数字化工厂技术在工业生产过程中的优越性，各知名企业竞相开发各种数字化工厂软件，其中较为常见、应用最为广泛的数字化工厂软件主要有eM-Power和Demia等。
eM-Power是由美国的Tecnomatix技术公司开发的数字化工厂软件，它在工业生产中应用十分广泛。该软件架构是建立在Oracle数据库之上的三层结构，它为企业用户提供零件制造解决方案、装配规划、工厂及生产线设计和优化、产品质量和人员绩效等主要功能。这些主要的功能模块建立在统一的数据库eM_Server中，实现整个生产制造过程的信息共享。2007年以来，西门子公司在收购了UGS（UGS于2004年收购了Tecnomatix）的基础上，推出了功能更为强大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工厂设计及优化、制造工艺管理、装配规划与验证、开发、仿真和调试自动的制造过程和质量管理等功能，在各大企业具有广泛应用。
Delmia是由法国的Dassault公司开发的数字化工厂解决方案，该解决方案是构建在Dassault公司的PLM结构的顶层，由其专用数据库（PPR-Hub）统一管理。Delmia的体系结构主要包括：面向制造过程设计的（DPE）、面向物流过程分析的（QUEST）、面向装配过程分析的（DPM）、面向人机分析的（Human）、面向虚拟现实仿真的（Envision）、面向机器人仿真的（Robotics）、面向虚拟数控加工方针的（VNC）、面向系统数据集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向数字化工艺规划模块、数字化仿真平台工具集以及车间现场制造执行系统的集成模块等组成。
3.3数字化工厂的应用
数字化工厂是信息化技术发展过程中出现的一种新的企业组织形式，是促进企业现代化发展的新兴技术，目前主要应用在汽车制造、航空航天等大型制造企业。
3.3.1数字化工厂技术在汽车行业的应用。
目前，数字化工厂技术在国内外汽车制造业中得到了广泛应用。在国外，如通用汽车公司使用Tecnmatix eMPower的解决方案，大大缩短了通用公司从新产品设计、制造到投放市场的时间，同时提升了其产品质量。奥迪公司使用eM-Plant进行物流规划仿真，如A3 Sportback项目。通过物流规划仿真不仅使得整个生产物流供应链之间建立起了紧密有序的联系，同时也方便对物流方案进行先期评估和可行性分析。在国内，如一汽大众在车身主拼线工艺设计中采用数字化工厂技术，改善了车身焊接工艺，提高车身焊接质量。上海大众在发动机设计和产品总装领域采用数字化工厂技术，大幅提升了公司的制造技术和产品质量。目前，华晨金杯公司引进西门子的Tecnomatix软件，对产品的总装工艺进行数字化改造。
3.3.2数字化工厂技术在飞机制造业的应用。
在飞机制造业，数字化工厂技术的先进性也得到了充分体现。如美国的洛克希德马丁公司在F35研制过程中，采用数字化工厂技术缩短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，开创了航空数字化制造的先河。有如波音787飞机在研制过程中采用基于Delmia的数字化工厂技术，实现其产品的虚拟样机。空客A380飞机采用虚拟装配方案，实现整机的三维虚拟装配仿真和验证。不仅国外飞机制造企业在其产品的研制、生产过程中使用数字化工厂技术，国内的飞机制造企业也是如此。如上海飞机制造厂利用数字化工厂技术在三维环境中进行人工装配操作的数字化模拟，提高了人工操作的标准化。而西安航空动力控制公司则采用Tecnomatix的数字化工厂软件对其异型件生产线进行仿真和优化，进行技术改造探索。
3.3.3数字化工厂在铸造行业的探索
共享铸钢团《数字化工厂示范工程》拟运用先进制造理念（如虚拟制造、智能制造、绿色制造、柔性制造等）和先进铸造技术、方法，结合共享集团在铸造行业内领先的制造、技术和管理经验，全面融合先进信息化技术，建设数字化模样生产线、数字化柔性造型生产线、智能化熔炼控制系统、智能体联合控制的铸件精整线、数字化在线检测等综合集成的数字化铸造工厂，在“多品种、小批量、快捷”铸造生产方面达到同行业领先水平，建成一座在铸造行业领先的“数字化、柔性化、绿色、高效”铸造工厂，集成并创造数字化铸造新模式。
4结束语
随着计算机技术、网络技术的飞速发展，数字化工厂技术不断与现代企业相结合，已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下，数字化工厂技术出现了新的趋势。首先，现场总线技术在数字化工厂中的应用，提升数字化工厂的现场可操作性；其次，应用网络技术，拓展数字化工厂网络互联能力；最后，数字化工厂的智能化发展，实现虚拟仿真与企业真实生产的无缝链接，打造真正的智能数字化工厂。
作者简介
郭兆祥（1976-）男，硕士研究生，从事技术质量管理工作。
参考文献.
[1]李险峰.DELMIA让数字化工厂成为现实[J].CAD/CAM与制造业信息化，2006，(9)：48-50.
1.1数字化设计与模拟仿真在应用中的问题
数字化设计与模拟仿真在飞机开发研究中需要从产品开发设计时就着手使用，同时要贯穿整个工作流程，如工艺规划、设计及工装设计等过程。但是目前发现许多运用时间的错误问题，在飞机的研制过程中出现了产品之间、工装产品间的协调作业，忽略了在设计初期采用数字化设计与仿真的重要性，从而诱导了该状况的发生。同时，在数字化设计与仿真的应用中也存在参与人员的问题。对于数字化设计与模拟仿真的工作人员存在局限性，不应该只将工艺设计人员作为限定目标，要扩大人员应用范围，实现设计人员与现场作业工人的全面参与，提高数字化技术的实用效果。目前，在民用飞机的研制技术中，国外一般采用产品设计、工装设计、工艺设计人员集中协调合作方式的工作流程，在改善工作方式的同时还节约了飞机研制时间。在国内飞机行业的发展中，要改善合作方式中的问题，从国外发展中汲取经验优点，为自身行业的快速完善发展奠定坚实的基础。另外，数字化设计与仿真技术本身也存在一定的缺陷。目前，民用飞机使用的是索尼公司生产的DELMIA软件，它本身就存在技术上的缺陷，如，它无法真正实现重力仿真，在仿真中三维软件都是悬空存在的；在模拟仿真时，不能客观的反映钣金器件的柔韧性。所以，在采用DELMIA软件仿真后，仍要对存在的缺陷进行分析判断，减少设计中的误差错误。在数字化设计与仿真技术的应用中缺乏统一的标准要求，只是根据工作人员的工作经验及产品的详细程度来判定仿真细节，结果参差不齐，影响了模拟验证的权威性。所以，要制定标准的规范体制，按照标准，从建模开始，统一执行。
1.2数字化设计与仿真使用系统中的问题
数字化设计与仿真的使用系统面向的用户面比较广泛且个体之间差异较大，容易造成使用效果间的差异化。所以，在扩大数字化技术应用系统使用范围的同时，要合理设计系统界面，安排适当的工作培训，提高数字化设计制造系统的全面性、实用性。2.3缺少对现场生产数据的及时采集和反馈现场数据的采集与反馈可以为工作的开展提供便利的条件，可以实现生产进程的实时监控，制定合理的生产计划，合理安排生产进度。但是，目前民用飞机的应用系统中缺乏该种功能，不能很好的实现作业完工进程的数据采集。数字化的管理系统软件还没得到普及应用，一般民航企业都存在纸质的数据报表，缺乏对产品测量数据进行统一的采集分析。目前很多测量设备均可直接生产表格，将其输入应用系统，可以实现数据的永久保存、为今后有效的控制质量及安排生产具有一定的指导意义。
2数字化设计与制造的特点分析
传统的设计研制方法主要包括概念设计、初步设计、生产设计三个阶段，并且各个阶段都需要设计绘制模型，工作人员按照制作的样机对飞机及内部配置进行准确详细的设计，主要表现为串行模式。然而在数字化的设计与制造环境下，模线的绘制以及实物样机均可由数字化的形式及样机取代，表现为并行模式的研制过程，促进了各学科之间的交错融合，将业务过程作为工作核心，实现了跨地域、多企业化的动态研制。利用连通的互联网信息使分散的制造商之间加强了技术的沟通交流，互相协调合作，交换相关产品的设计，实现民用飞机设计制造中数据、人员设备及时间等资源的共享。随着数字化科学技术的快速发展，各行业中实现了数字化与先进技术的融合交错。在民用飞机的发展制造过程中同样存在这种融合技术，它充分发挥了当前先进科学技术的优势，改善了企业的整体经济效益。
3数字化设计技术在民用飞机设计制造中的发展构想
3.1加深对数字化设计仿真技术的开发应用
在民用飞机的开发研究过程中引入数字化设计仿真技术。从产品的设计研制工作开始，利用并行的工作运行模式，使各部门设计人员相互合作，利用数字化的工作设计研究平台，提升产品的开发研制质量。同时要建立相互集成的软件系统平台。单一的DELMIA软件只能将可视化的设计信息表现为信息孤岛。如果在产品研制过程中，利用相互集成的系统不仅可以改观这一情况，还能够将DELMIA软件与PDM软件相互集成，通过直接的保存与调用，可实现数字资料的及时性和有效性；将DELMIA与CAPP相互集成，可以实现较强的文本处理功能，提高了系统的实用性。
3.2建立数字化的组织管理体系
采用数字化的系统组织管理平台，利用新型的管理方式，设置专业的管理团队，全面有效的利用各部门间的资源投资；采用产业链条的结构形式利用数字化的信息平台技术实现各企业间的连通协作，实现全球范围内供应商的管理工作；在产品的设计研制过程中，要适时地对项目工作进行监督审查，改变传统的管理模式，实现制造商与使用商在项目实施初期的良好沟通，组成专业的项目管理小组，及时解决项目实施中的问题，为飞机的技术研制提供良好的技术支持，缩短工程周期，提高工作效率，利用低价的成本实现高额的经济效益。
3.3提高系统的实用价值
民航企业面向的客户比较广泛且不同客户对工艺文件的格式与审签流程也不尽相同，根据这一情况，民航企业在产品设计开发时要采用灵活的应用系统软件，实现文件格式及审签工作的自定义化，从而满足广大客户的需求；在管理系统中实现物料资源的条码管理，降低资源的劳动力度，尽量避免人工操作带来的错误；同时要设置人性化的管理界面，实现人人可以上手操作，使系统的功能特点得到充分发挥。
3.4根据工作性质，设置不同的数字化网页
全球范围的飞机设计与制造人员表现为一种分布式的协作关系，数字化的信息平台根据关系等级的不同，分别授予不同的操作权限，分属于不同的操作设计界面，实现相关的设计制造，对虚拟机进行数字化操控，实现飞机设计研发的改进。截止目前为止，我国在飞机设计与制造业的发展中均实现了自身的特色发展，例如，沈飞的钛合金结构及成飞的铝合金等。对机制造发展的目标是在科学技术的发展基础上，建立一个虚拟化的数字化设计制造平台，使飞机制造商之间通过网络信息平台实现完美的相互协作、技术沟通交流等工作。同时，制造厂商也可以不受地理区域的限制，利用自身的权限主动访问虚拟飞机。同样作为合作伙伴的供应商也享有一定的权限，利用数字化信息平台，实现各企业的信息资源共享。利用数字化开放式的信息技术平台，可以有效及时的满足合作伙伴的资源需求，提升了工作进程及工作效率。
3.5民用飞机适航要求下的数字化设计技术研制平台
民用飞机的研制开发要满足适航管理的要求，在保障安全的同时也要维护大众的整体利益。在信息技术及资源共享的技术环境下，改变传统的研制模式，建立数字化的设计研制平台，为民航企业在制造业的发展中获得了良好的竞争力。同时，在利用数字化设计平台的发展中也要实现现有资源的充分利用，综合联系未来发展因素，实现清晰明了的数字化设计平台的层次结构。在基于WEB的发展环境要求下，结合WEB的特点，实现企业间的合作联系，建立一个系统的数字化研制平台，建立全面的数据资源结构，将数据按要求分类、分别管理、进行实时监控与审查全面提高信息资源的管理力度。综合考虑项目中的各个工作环节，确保数字化研制平台的全面参与。
3.6以优质的服务质量赢得发展市场
在世界经济发展环境的影响下，各企业的发展都存在一定程度上的不确定性。为了稳定企业在发展中的坚固地位，力求建立全能的公司企业。在民航企业的发展中，辅助服务市场在民用飞机市场的发展中占有很大比重，拥有广阔的发展前景。所以，在民航企业发展中，要建立健全的服务体系和完善的服务流程结构，以此提高民航企业在发展中的竞争力。优质的服务质量是赢得市场发展的前提，所以，售前要做到优质的服务质量，售后要做到细致入微。做到专业迅速，及时处理解决服务问题，工作人员要尽自身最大限度降低产品给客户带来的损失。
4数字化设计技术在民航企业制造业中发展的预期效果
目前，三维数字化设计技术已经开始应用在民用飞机设计制造业中。数字化的设计技术减轻了设计工程师的工作负担、提高了工作效率，利用仿真得到的真实模型，方便了工程师对后期工作的处理设计，提高了工作质量；利用数字化的样机结构，实现了零件结构及系统之间的协调设计，同时改变传统的设计制造模式，缩短了研制周期，降低了费用成本。数字化设计技术为民用飞机设计制造资源计划系统的实施提供了便利条件，为资源计划的实施提供了实时准确的动态数据。在激烈的社会经济竞争环境下，由于网络资源的扩展，供应链也逐渐形成了一种新的网链模式，利用数字化的设计技术提高了供应商之间的运作效率。从数字化的真实模型可以了解客户的需求，加强了客户与制造商的互动联系，根据用户需求，制造设计出符合客户要求的产品，提高客户的满意程度。
5结语
关键词：数字化；设计；农机；应用
1关于数字化设计技术
数字化设计是随着计算机在各个行业应用和辅助下而诞生的一门新型技术，因此，数字化设计技术的核心和发展，其实是以计算机信息处理技术在数字领域的升级与应用为依托（如压缩与编码）。CAD（计算机辅助设计）就是最早应用在设计与制造行业中的数字化技术，而且涵盖非常广泛，有效推动了设计技术的应用与升级，也在很大程度上拓宽了数字化设计技术的应用领域。[1]数字化设计技术的关键是以打造呈现产品形态的信息平台为基准，借此生成以计算机为核心的数字化模型，然后再将其渗透到产品开发的各个环节，从而实现不需要再借助实物模型就可以完成产品开发的目标。其核心优势主要体现在如下几个方面。
1.1优化设计的实用性与消解缺陷
不同的设计环节，会对产品生出不一样的定义，具有很大的不确定性；而且各个类型的定义模块在彼此转化时，非常容易造成数据的流失。这就造成数字化设计会形成定义产品的单一模型，但这种单一性会随着信息密集程度的改变而导致产品模型也随之发生转化，如全信息化模型和集成类产品模型的差别。对数字化设计而言，这其实是一种有效的技术辅助，从而让设计更具针对性与有效性。但同时，因为数字化设计的概念还是过于抽象，所以会在制造环节存有不足之处,需要反复修改和测试。这会加大成本的耗损，并拉长了产品上市的时间。为此，需要在制造实物模型之前，先进行大量且有效的仿真分析与测试，不断消解设计缺陷。
1.2优化数字化设计合作
对于所有的设计工作者而言，一个产品项目的设计与开发，必须结合不同小组的特色与优势来进行科学化的分工协作。唯有这样，才能实现技术优势的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的数字化制造模型，以此提高设计和开发的效率。
1.3减少对实物模型的依赖
数字化技术的应用，让设计越来越脱离了对实物模型的依赖，并且可以通过仿真技术的不断测试和分析，将设计中存在的缺陷尽可能地剔除，从而达到制作出与设计要求最匹配的实物模型。这将大大缩减产品的开发成本，提高设计的成功率与效率。
2数字化设计技术在农业机械设计中的应用
2.1行业竞争推动数字化技术的普及
随着社会的进步与发展，农业机械设计越来越希望让消费者具备更多的选择性。因此应用创新和减少故障发生率，成为优化农业机械产品设计的必经之路。为了降低常见故障的发生，在设计时就必须采取相应的改进方法，并提前进行仿真推演与测试，一旦验证了改进方法的有效性，就能将制造与生产环节的成本纳入可控范围，极大地增强了企业在同类农业机械产品中的竞争力。于是更多的农业机械制造企业为了赢得市场，就会加大在设计环节的创新投入来获取消费者的认可。农业机械行业采用以数字化技术为支撑的决策模式，相继开发出了知识型数据库，进一步加大了整个行业对数字化设计技术的应用程度。
2.2在普及中优化了虚拟化现实技术
数字化技术应用的普及和升级，加快了农业机械产品设计向虚拟化现实技术的转化，并通过融入和吸收诸如多媒体与3D图形新形态，让设计者在进行产品设计时拥有了更为真实的多维体验，也让用户能对产品的性能有了更具体的视觉感受，极大地优化了产品性能和提高了上市成功的概率。特别对于农业机械这种相对复杂的产品，设计意图与应用效果之间会存在很大的差距。虚拟化现实技术的出现，不仅有效解决了农业机械的设计与应用两个环节无法实现无缝对接的难题,而且优化了针对农业机械的设计周期长、内部结构复杂等问题的处理办法，让农业机械的产品性能通过模拟性应用来进行验证，然后再根据验证情况着手进行改进。在设计目标完成后，便可让目标用户来对产品结构和性能进行模拟应用评估，并从他们口中得到最有效的反馈建议，使产品在上市后就能获得用户的极大认可。目前农业机械设计，首先是借助CAD系统形成模型，再将其导入虚拟环境中，以此提高设计的可视化程度。其次是利用VR-CAD（虚拟现实-计算机辅助设计）系统帮助设计者在虚拟化的环境中进行设计。但我国在虚拟化技术层面的研究还处于相对滞后的阶段，仍需对更为系统和完善的研究理论与应用方案进行深入探索。
2.3加强数字化设计的协同性
农业机械生产企业既要参与市场竞争，同时又要实现跨企业的协同合作，以满足客户越来越个性化的定制需求。因此协同化设计同样成为农机企业生存与发展的重要经营手段，并可能成为整个行业创新发展的重要方向。为了从浩瀚的技术信息与零件资源中找到有效的资讯，就必须对搜索技术加以优化。比如某个服务器存储了上百万的零件信息，而且还在不断成级数增加。农机企业在进行新产品设计时，就要对需要的零部件的参数和性能进行搜索，并且探讨怎样才能匹配到有效的供应商客户端。随着数字化设计技术在农业机械领域应用影响的不断扩大，设计者、供应商与制造商之间，必须在设计端就要开展深入的协同合作，才能借助各自的资源与软件技术优势，实现新型农业机械产品的不断升级，并从设计和制造两个环节不断提升产品的国际竞争力和生产效率，并确保达到最佳的制造品质。
3农业机械数字化设计技术的创新之处
农业机械本身属于制造业的范畴，产品种类齐全且复杂，优势是国内外的市场需求体量非常巨大。近年来，我国企业将数字化技术应用于大型农业机械的研究与开发，其力度越来越大。通过引进更多的工程技术和仿真技术来对产品性能进行设计和检测，希望能借此不断优化产品结构和性能。对今后的研发趋势应多关注如下几个重点。
3.1强化产品的创新思维
以往产品创新只是针对少数用户，根据他们的需求对产品原有技术做一些优化，在局部功能上改善和某些实用操作上升级，进而满足他们的需求。而今后的农业机械设计将更加重视产品的原始创意设计，将以克服人们农艺作业上的困难和满足人们对生产力提升的需求（含潜在的需求）为创新点，通过对某一需求市场的分析，并在得到评估和确认后进入到技术层面的匹配性论证，然后对具体产品设计中的各种难题逐一筛选与解除，进而切入到制造环节各种元件的经济技术指标的分析、供应商设备和配件的优选和确认，以及更细化的加工流程的取舍和确认。
（一）计算机仿真技术的基本概念。
计算机仿真技术，是使用计算机技术和数学建模理论，以及相关的应用性工具共同建构的仿真性系统应用模型，并在一定的实验检验环境下，实现对已经建立的模型之综合性检验的实用技术。依照计算机设备的具体类型状况展开分析，可以将现有的计算机仿真技术划分为：模拟仿真、数字仿真，以及混合仿真三个基本的类型。伴随着当代计算机科学技术的客观发展，以及计算机设备在运算速度与运算能力方面的提升，建立在数字化技术背景下计算机仿真技术，已经对传统模式下的原始仿真技术模式是实现了较为完全的实质性替代，这种新式的仿真技术易于运作与修改。计算精度高且速度快，实验结果较为可靠等特征。
（二）计算机仿真技术的基本应用流程
第一，对问题进行描述。透过开展目标问题的描述实践，切实明确计算机仿真技术的对象、目的，以及相关的基础性要求，之后依照教学研究工作的目的和实践需求，具体确定计算机仿真技术的规模特征，以及约制条件。第二，初步建立原始化数学模型。数学模型是针对某种特定的事物系统或者是数量关系对象，使用规范化的数学语言，实现对数学结构的近似化或者是概括化描述目标。计算机仿真技术是一种基于模型技术的全新技术，其模型建构的准确性对仿真检验结果的准确性具有重要影响。第三，建构仿真系统数学模型。在原有的数学模型的建制基础上，引入计算机辅助科学技术模块，对之前已经建制完成的模型进行有针对性地补充完善，这个过程也可以简略性地描述为二次建模。第四，开展编程和调试行为。要将仿真技术系统前期建制过程中形成的数学模型，进行具体的编程和相应的调试行为。第五，进行仿真实验。应用计算机仿真技术系统，开展之前设定的实验内容，进而得到预期的实验结果。第六，对实验结果进行相应的验证。通过反复开展仿真实验，对已经建制的模型进行验证以及修正，实现对仿真技术应用模型的预期建设目标。
二、计算机仿真技术在体育学科实践领域的应用
（一）计算机仿真技术在当代体育学科教学中的应用。
伴随着现代多媒体技术的深化发展，这项实践技术在理论教学工作中的应用，有效实现了对课堂教学内容的丰富，以及对对象学生群体学习兴趣的有效激发，要逐步帮助学生加强对复杂知识项目的理解能力，切实实现教学质量实践水平的有效提升。与此同时，在现行的体育课程的教学实践过程中，在目前阶段，绝大多数的教师往往都是使用示范的模式来开展对教学内容的讲解，但是，伴随着教师年龄的增长，以及教师在体育运动技战术水平掌握层面的客观差别，有时可能很难在教学训练实践中，顺利完成对体育运动技战术知识的讲授，以及训练实践目标，在一定的考量角度上，不利于学生体育课程学习成绩的有效提高。在这样的背景下，我们可以逐步开展可视化仿真技术，以及多媒体仿真技术的开发实践，可以针对具体的体育运动项目，制定有针对性的仿真模拟化的运动过程技战术软件，之后指令学生在模拟化的运动环境中开展相应的教学与训练环节，有效实现学生成绩水平的有效提升。
（二）计算机仿真技术在开展运动训练指导实践中的应用。
计算机图形学本身具备着极其广阔的客观性应用范围，它在较大的程度上，能够实现对某些重要的系统，或者是重要的现象的模拟与仿真实践。将系统化的数学模型转换成系统化的仿真模型，之后，再依照计算机辅助程序获取到数学模型的解，以及相关的数据结果，并在科学的运作程序背景下，实现对已经获取到的数据对象的分析，以及验证目标，最大限度地，使用数据科学技术对运动员的技战术实践行为，进行科学化的实践指导。
结束语
关键词：三维仿真 城市规划 城市仿真技术
中图分类号：TU98 文献标识码： A
前言
随着三维建模与可视化技术的不断发展，尤其是随着虚拟现实(Virtual Reality—VR)技术研究的不断深入开展，当前技术水平已能通过计算机整合图像、声音、动画等将三维现实环境、物体等模拟成二维形式表现的虚拟现实，再由数字传媒通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生犹如身临其境的交互式视景仿真，并可选择任何一个角度，观看任何一个范围内的虚拟现实场景。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性追求，以及个人能够沉浸其中，超越其上进出自如交互作用的多维信息系统的出现，进一步推动了虚拟现实技术在城市规划中的应用与发展。
三维仿真技术的概述
三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《重庆市三维数字规划管理系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。
二、基本概念和意义
城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：
2.1 实现城市规划精细化管理
实现从总规-控规-修规以及从项目的初步方案-正式方案-工程许可的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的规划电子政务管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，运用可视化的图、表、文一体化界面配置工具，实现多个展示组件的互动包含：统计图、表格、文书、GIS、三维仿真等内容的综合展示模型，使图表展示工具、规划业务文书展示工具、GIS展示工具、三维仿真展示工具之间通过配置实现动态调用和信息传递，完成从文到图、从图到表、从表到文的图、表、文关联互动，使各种统计分析结果融为一体，使城市规划管理进入精细化管理阶段。
2.2 提高规划编制的科学水平
利用三维数字模型、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提供高效，直观，便捷的新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。
2.3 展示现状及规划情况
通过利用计算机仿真和虚拟现实技术形成的三维数字规划管理系统，将现状与规划成果带入城市景观的电脑虚拟环境中，提供一个逼真的模拟环境，从而很好地向规划管理者和市民展示该地区的现状及规划建设情况。此外，利用空间信息可视化技术可以实现分析、查询大量数据信息并以直观的方式显示结果，将传统的数据库带入到可视化空间中，以对各个方面的情况有一个全面的了解。
2.4 提高规划项目的管理效率
通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。城市三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时做出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。
2.5 多样化的数据服务
利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划管理者提供城市单位或部门的信息资料。在重庆市三维数字规划管理系统中，运用城市三维仿真、地理信息系统、空间数据库、关系数据库、工作流、系统集成、网络、多媒体等技术，以现有的规划电子政务平台为框架，以分布式数据库应用为基础，实现了网络环境下多数据源海量精细化城市三维仿真数据的高效管理和服务，通过强大的三维仿真，GIS分析和辅助审批功能，为现状调查、规划编制、项目方案审批、行政决策提供了直观、高效和科学的技术手段，实现了精细化建筑管理，提升了重庆市规划局规划管理技术水平。
三、仿真技术在重庆市规划管理的应用
3.1通过建立建筑物及周边环境的三维仿真模型，规划管理人员可以在三维可视化环境下观察和研究建筑物与周边环境的协调状况，还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等（图1）。对于规划新区的建筑设计方案，由于没有实际的周边环境，可以用规划的周边环境来进行仿真模拟，还可以通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行多方案的比较(图2)。此外，还可以进行特定视点的景观图生成、空间坐标查询、距离量算、属性数据管理、实时的规划指标统计等，实现对建筑方案的全面的审查（图3）。
（图1）
（图2）
（图3）
3.2 城市景观设计的应用。城市景观设计反映城市的整体风貌，城市的整体风貌依靠科学的环境资源布局来实现。利用仿真技术对城市景观进行设计和环境模拟，可以对城市建筑的空间形态、建筑形式、城市天际线、城市景观、城市色彩等多方面进行综合考虑，做出更为准确的、直观的设计方案。仿真技术的应用有助于城市规划管理人员进行多功能技能操作，从整体上把握城市空间形态的展示要点和亮点的设计，体现出城市的整体风貌和城市特色之处。同时，仿真技术利用计算机软件进行实际景观设计的环境模拟，创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，将设计的内容和效果展示在大众面前，实现人机交互，让大众和客户有一种身临其境的感受。对于城市规划评审、公示、展览、规划项目的宣传及招商引资等各方面都有着重要的指导意义和经济效益。（图4）
（图4）
3.3城市规划需要把握整个城市土地利用的决策动向，就需要对城市土地利用现状信息资料进行完整的把握，所以城市土地利用现状信息资料尤为重要。规划管理人员可以依靠当地的航空卫星影像、DEM 高程数据等基础地理数据，构建仿真三维模型，通过三维模型，可以更广泛的了解和把握整个城市的土地利用范围、现状以及城市周边的概况，对城市的整体信息资料的掌握和城市规划设计方案的确定有着重要意义。仿真技术还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等，通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行城市土地利用现状和规划设计方案的筛选。
四、小结
总而言之，三维仿真在城市规划中的应用前景是广阔的。我们有理由相信，三维仿真技术会使城市规划的产生一次技术革新，会极大地拓展和丰富城市规划的工作思路。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。
参考文献：
[1] 杨建国，黄玲，高剑锋.三维仿真技术在城市规划中的应用[J]规划信息化，2007
【关键词】城市仿真；应用系统；城市规划
一、引言
Bill Gates认为：“在当今世界，一座城市如果不跟踪最新观念，将技术运用到极限，明天它就可能成为一座鬼城。” 近年来，伴随着计算机及网络技术的飞速发展，数字化潮流已是全球经济发展的必然趋势，建立在城市信息化平台上的虚拟银行、虚拟商务、虚拟政府、虚拟学校、虚拟影剧院、虚拟旅游、虚拟医院等已纷纷出现。由于城市的各个子系统都可以在计算机中直观地发映出来，从而可以很方便地对城市的物流、人流、信息流进行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、企业、城市居民所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为当前的研究热点。
二、城市仿真技术简介
2.1什么是城市仿真
城市仿真(Urban Simulation)对大多数人来说，还是一个比较陌生的概念。简单来说，“城市仿真”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。近几年，城市仿真在国内外已经得到了越来越多的应用，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。
2.2与传统方法的比较
传统的规划、建筑设计表现方法基本包括以下4种：人工手绘、建筑微缩模型、建筑效果图和三维动画。其中，人工手绘（或非真实渲染-NPR）只是偶尔作为点缀用在早期的概念设计中。建筑效果图、三维动画、建筑微缩模型是目前广泛采用的三种方式。由于其市场的成熟，单做其中某一个或几个方面即可支撑一个中型公司(100人以下)的发展。
这三种方法虽然流行，但它们各自的不足还是很明显的。制作建筑微缩模型需要经过大比例尺缩小，因此只能获得建筑的鸟瞰形象，无法以正常人的视角来感受建筑空间，无法获得在未来建筑中人的真正感受；常用的效果图表现也只能提供静态局部的视觉体验；三维动画虽然有较强的动态三维表现力，但不具备实时的交互性，人是被动的，而且对方案的修改以及观察路线的变化需要重新计算，几天甚至几周后才能看到结果。
而在城市仿真应用中，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对未来的建筑或城区进行身临其境的全方位的审视：可以从任意角度、距离和精细程度观察场景；可以选择并自由切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞翔等，并可以自由控制浏览的路线。而且，在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。这是传统的建筑效果图和预渲染回放的三维动画所无法达到的。
2.3城市仿真技术的重点
1、在一定软硬件的基础之上，创建尽可能真实的场景
在城市仿真中，场景的真实感是最为关键的一个因素。而如前面已提到过的，由于实时三维渲染的要求及硬件显示能力的限制，场景的复杂程度不能太高。同时，由于实时仿真技术的限制，一些比较费时的渲染选项，如动态阴影、Bump map等实现起来还有一定困难。这些都会直接影响场景的真实感。
在硬件渲染能力的限制下，为创建尽可能真实的场景，一方面需要发掘各种软件的功能，进行优化组合；另一方面，要发展更为高级的算法，如程序几何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。
但“发展算法”不是一件简单的事，非个人所能为，只能是由某家公司开发出相应的软件，我们再来应用。所以，从一般的制作者而言，要创建真实场景还是在于充分利用各种已存在的软件工具。从实际的开发经验来看，主要有以下几种软件：
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实时三维模型创建软件：Multigen Creator；
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纹理处理软件：Photoshop
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实时场景管理/驱动软件：Vega
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辅助软件：
建模方面可以用3DsMax/Maya辅助，Maya有免费的flt文件(Multigen Creator格式文件)输入/输出插件，3DsMax则要通过Okino Polytrans软件来进行格式转换；
在三维纹理贴图方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV辅助；
在灯光效果贴图方面，可用Lightscape；
AutoCAD用于接收用户原始DWG文件，预览并输出DXF。
在项目之初，就要详细规划、分配任务，根据任务思考如何充分利用上述各种软件达到最终效果。除了从这几个方面着手以外，我们所能期待的就只能是计算机硬件显卡能力的迅速提高了。
2、在三维漫游的基础之上，开拓新功能
不满足于仅仅简单的三维场景漫游，在此基础之上进行人机互动效果的开发，并和用户应用紧密结合，如在Vega/VC下开发数据库点击查询、三维/二维结合、多媒体结合、3D GIS(地理信息系统)等。 三、城市仿真应用系统与城市规划
由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。城市仿真技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用城市仿真技术建立的城市仿真应用系统能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众在一个统一的平台上，可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。
3.1城市仿真应用系统的应用范围
城市仿真应用系统可被广泛应用于规划设计、方案评估、领导决策、规划审批、市民公示、宣传展示及招商等各方面。
3.2城市仿真应用系统的特点
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仿真的虚拟环境:
类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是城市仿真技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。
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多方式、运动中感受城市空间：
在城市仿真应用系统中，可以全方位，多种样式（步行、驱车、飞行、UFO等），完全由用户自由控制在场景中漫游。城市仿真技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而城市仿真技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。
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实时多方案比较：
运用城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过城市仿真技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且城市仿真应用系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户作出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。
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三维空间信息交流：
城市仿真应用系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与GIS信息相结合，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，城市仿真应用系统还可以与网络信息相结合，实现对三维空间数据的远程操作。
3.3城市仿真应用系统的功用
一套完善的城市仿真应用系统能够很好的展示城市规划、宣传城市建设、提升城市形象。系统根据城市的当前状况和对城市的未来规划，将城市的过去、现在和将来任意时间的情况展示在规划设计者、政府决策者、投资开发者和普通市民面前。系统首先根据城市的当前状况和对城市的规划资料完成城市的设计，然后该系统的交互控制软件可以帮助使用者从不同角度遍历城市的各个部分，帮助有关人员作出决策。
提高项目管理能力和效率
规划部门使用城市仿真应用系统，可以使方案评估更为准确、公正和快捷。另外，如果系统中需要增加新的项目，或其中的项目遇到方案修改，可以随时导入或更新系统的数据信息，并且可供日后存档，极大地方便了政府规划管理部门的管理工作，提高了效率，节省了成本。
提高公众参与度和部门协同作业
由于城市仿真技术打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，使得各部门能够在统一的城市仿真应用系统平台下进行交流，能更好的理解设计方的思路和各方的意见，能更快的找到问题、达成共识和解决一些设计中存在的缺陷。
提高方案设计和修正的效率
通过城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意对设计方案进行修改，改变用地布局，改变建筑高度，改变绿化密度，改变外立面的颜色……所看即所得，只要修改系统中的参数就可以轻松实现，大大加快了方案设计的速度和质量。
提高展示和城市形象宣传的效果
城市仿真应用系统的沉浸感和交互性不但能够让用户获得身临其境的体验，同时还能随时获取项目的相关数据资料。对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，城市仿真应用系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。
四、结语
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