摘要虚拟现实技术对于提高军人体能训练水平，改进训练方法有较大的研究潜力。针对当前院校400米障碍训练存在的若干问题，从理论上和实际应用上基于虚拟现实技术的400米障碍训练仿真模拟的设计做出论述。提出了模拟设计的相关问题。
关键词虚拟现实400米障碍建模训练仿真
虚拟现实技术是一种新兴的人机交互形式，可以创建虚拟世界，仿造自然世界，用户可以从各种感官上产生亲临真实情况的体验。上世纪90年代初期，虚拟现实技术已大量应用于作战指挥、训练模拟、武器试验等。400米障碍训练是军人常态化基础体能训练的科目，但是训练过程中往往出现的伤病情况较多。基于虚拟现实技术仿真模拟障碍训练，可以对训练进行科学的指导和教学，在系统中实现模拟人类专家的决策，让参训学员在虚拟环境中身临其境的训练，有效地避免无谓的伤病，提高训练效果。
一、系统组成
虚拟现实系统，需要满足用户与虚拟世界的自然交互，仅靠一台计算机是无法完成的，对于虚拟世界的身体感觉也不是仅仅靠键盘和鼠标就能够达到的。参训人员在虚拟训练场上运动时，需要三维的训练环境、虚拟的声音以及抓、拉、爬、攀等动作的触感和力感的体验，还需要智能化仪器的支撑，可以说各种硬件设备是实现虚拟现实系统的基础。
整个仿真模拟系统由两种生成模式去实现，一种是由参训人员配备一系列数字化装备采集数据，计算机建模，经由高性能计算机处理输出到视觉通道、听觉通道、力觉通道反馈给训练人员，体验如真实般的训练场景。另一种，则是由建模技术，对训练环境、个人训练情况和预演的训练技术动作建模，生成虚拟的训练画面，从而帮助参训人员全面了解自身训练情况和需要改进的技术动作，以及改进方案。
二、系统功能
（一）训练情况再现。动作重现是仿真系统中的重要功能，以其三维式可以让用户观看到模拟人能够在虚拟训练场上逼真的、较精确再现自身的训练动作。是对自身的一种直观认识，同时也可以形象化地帮助参训人员掌握动作要领和技术动作，同时减少了训练伤病。
（二）训练技术动作预演。创新技术动作和预演未知情况在提高训练效果上有很大的作用。通过障碍物的技术动作的改进和创新是提高训练成绩的一大重要途径，但是创新的动作的实际应用可能会导致运动员出现伤病，通过虚拟现实技术仿真模拟可以避免这样的伤病出现。
（三）训练教学。教员可以利用模拟仿真训练对新学员进行教学，录入教员对于障碍训练的语音和文字讲解，配合虚拟训练画面，可以使新学员直观的印象，掌握技术动作要领，达到了训练前“热身”的作用。
（四）训练效果图示分析。形象直观的虚拟画面可以给参训人员直观的映像，分析对比参训人员的训练动作和标准的模拟动作，给予相同的视点，同步对比每一个通过障碍物的动作，让参训人员更快捷的找出自身痼癖动作和缺陷动作。量化分析速度、位移等数据，并使其与“标准”数据进行对比，找出差异，对于改进参训人员的技术动作会有较好的指导意义。
三、基于虚拟现实技术的仿真模型建立
（一）虚拟障碍训练可视化建模。模型是对现实世界或虚拟世界中各种事物或现象的一种抽象化的表现方法。400米障碍训练环境的建立是虚拟训练仿真的基础。障碍训练环境模型是对障碍训练环境采用物理、数学等表示方法进行表示的模型，提供训练环境的基础数据和动态数据。包括障碍训练场地貌几何建模，障碍训练场地物几何建模，参训人员行为建模等。
（二）听觉建模技术。整个虚拟训练环境的逼真性，还需要加入三维模拟声音，这是增强用户在虚拟环境中沉浸感和交互性的必要手段。声音的来源可以是计算机合成的声音信号也可以是采样的真实声音信号。目前的研究中，由于触觉（力觉）反馈实现难度大，迄今为止还没有能够令用户满意的触觉（力觉）反馈系统，所以虚拟声音对于提高虚拟环境的逼真感就有很大的作用，增强临场效果。
四、训练分析图示
（一）数据图示分析。数据的分析是一个重要的环节，是对于训练人员训练效果的直接反馈，可以采用柱状坐标图来很好地完成。主要从模拟训练与模拟标准训练作对比，让训练人员找到差异，改进自身训练动作。举出一个简单例子，通过录入标准的数据对虚拟训练数据的对比分析，可以得出误差，集合虚拟训练画面和标准训练画面，让参训人员直观找到自己技术动作存在问题，然后解决技术动作缺陷，提高训练成绩。
（二）重心轨迹分析。人体重心对于研究运动起着很重要的作用，尤其是跳跃动作，故在400米障碍中正确分析重心轨迹误差可以帮助提高训练成绩。400米障碍训练中起跳点的正确选择是决定成功通过障碍物的关键因素，也是提高成绩的重要途径，重心轨迹的分析可以帮助学员判断自己的起跳点是否正确。同时重心轨迹分析也可以帮助学员准确发力，在合理支配体能上也起到了很大的作用。身体平衡也是保证训练成绩的一个重要因素，重心轨迹误差分析可以推断出学员的平衡能力，从而教员可以根据情况制定出相应的平衡训练手段方法。
参考文献：
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关键词：分析化学；仿真虚拟实训系统；应用
随着医药、化学化工、食品行业的迅猛发展，特别是随着中国药都的建设，对于以化学化工医药工业为主修特色专业的中职院校，应当培养更多专业能力强、技术技能过硬的优秀毕业生。而分析化学是从事医药、化学化工、食品等行业分析测定岗位的必备的专业知识与技能。对于分析化学专业课的教学，通常采用理论讲授法和实验实训教学法，在教学过程中只有把理论与实验实训有效地结合，才能提高教学效果，真正理解和灵活运用分析化学理论与操作技能，加强学生的职业应用能力。但由于一些客观原因，如一些学校实习实验条件较差、缺少实验设备、实习实验室有限、实习实验课时少等原因，导致理论与实训实验课程不能及时有效地结合起来，学生对教师所讲授的知识没有直观的认识，缺少创新和学以致用的能力，直接影响了教学效果。分析化学仿真虚拟实训系统的应运而生，既缓解了实验实训室与实验实训设备缺少的问题，又增加了学生学习实训的课时，使理论与实践有效地衔接，提高了学生的感官认识，增强了职业技术能力，是安全有效的教学模式和教学途径。
一、分析化学仿真虚拟实训系统介绍
分析化学仿真虚拟实训系统是通过多种计算机语言编程制作出的多媒体教学软件，由动画+视频资源+音频资源+文本课件构建出虚拟现实技术，在此技术基础上组建出虚拟实验室、虚拟实训动画、虚拟仿真、虚拟实训等。
二、分析化学仿真虚拟实训系统在教学中的作用
1.利用分析化学仿真实虚拟实训系统加深学生对理论教学知识的理解力
对于分析化学这门学科，分析仪器及实验知识占的比重较大，而理论教学通常采用讲授法教学，在实验课时不十分充足或一些学校实验条件较差、缺少实验设备、实习实验室有限的情况下，学生只能够硬性地掌握理论知识，对所学知识直观性认识较差，甚至还来不及实验操作就开始学习新的知识，导致开始实验实训时知识不能有效衔接起来，知识不能学以致用，降低了学生对职业技能的掌握及限制了学生的创新能力，影响了教学效果。分析化学仿真虚拟实训系统的应用，使理论课程中涉及实验实训的大部分内容可以在仿真虚拟实训系统中实现虚拟操作，教师可以通过先讲授后仿真虚拟实训的方式或边讲授边仿真虚拟实训的方式，有效地提高学生对知识的直观性理解，提高知识的衔接性；且分析化学仿真虚拟实训系统具有动画性、艺术性、情景性等，能为学生创造轻松、愉快的学习氛围，激发学习兴趣，提高学习效率；由于分析化学仿真虚拟实训系统中包括很多仪器与实验实训的内容，故一些学校实验条件较差、缺少实验设备、实习实验室有限的问题等可以得到一定的解决。
2.实现不易完成的细节操作、特殊操作、小概率事件的再现操作、安全性高、便于学生学习
在中职院校中，由于设备、实验条件的限制和出于对学生安全的保护与考虑，一般只让学生在校内实验室做一些简单的化学、分析化学及专业课实验，如酸碱滴定实验、EDTA标准溶液配置等分析测定实验，对于实验条件不具备或实验溶剂、生成物具有一定毒性或危险性的实验通常情况下不会开设实验项目；同时在组织学生到工厂企业实习期间，由于医药化工行业的特殊性，有不少的反应工艺比较复杂，反应条件比较苛刻，反应伴有高温、高压、易燃易爆等不安全因素，分析检测项目中溶液具有腐蚀性或一定毒性等，所以学生在企业实习期间很少有机会能亲自动手操作，只能以观摩为主，对所见所闻的知识只有一个感性的认识，而专业操作技能掌握较少，给学生就业胜任岗位工作带来很大的困难。而分析化学仿真虚拟实训系统不存在安全问题，学生可以通过虚拟实验室做一些实验条件不具备或有毒性、危险性的实验，当学生在对实验操作不娴熟的情况下，也不会因为学生的错误操作而损坏仪器，更不会对学生造成人身伤害。学生在企业实习期间不能亲自动手操作的项目，可以通过分析化学仿真虚拟实训系统进行操作，学生可以大胆地、独立地进行学习和练习，当操作有误时，系统还会指出错误所在并演示出错误操作所出现的现象及后果，实现危险操作反复模拟训练，避免事故的发生。
3.解决学校职业（岗位）能力培养与现场实训（工厂实习）脱节问题
由于学生到工厂实习的时间和次数有限，甚至没有机会到现场实训，且工厂安全条件限制了学生的实习范围，使得学生在实习工厂实训期间不能充分掌握甚至没有机会掌握本专业所涉及到的相关岗位的操作技能，以至于学生对现场实训的专业操作技能掌握较少，技能的养成性较差，对就业岗位的认识性和胜任能力较弱，导致职业能力培养与现场实训相脱节。分析化学仿真虚拟实训系统构建实时三维环境，在虚拟实验中，操纵者置身于三维空间的虚拟实验室中，逼真的环境、角色的扮演，使操纵者可以实时感受运动带来的场景变化、步移景异，有身临其境于现场实训操作的感觉，增强了专业操作技能和对就业岗位的认识及胜任能力，就业后能够快速地适应就业岗位，解决了能力培养与现场实训脱节的问题。
总之，在分析化学教学中，科学、合理、有效地利用分析化学仿真虚拟实训系统，并将仿真实训与实践操作有机的结合起来，能提高教育教学质量，将仿真教学的作用发挥到最佳效果。同时，随着3D立体显示技术在仿真虚拟实训系统中的应用，构建出全方位的虚拟实训室，会使仿真虚拟实训系统在分析化学教学与实习实训教学中发挥出更大的作用。
参考文献：
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【关键词】虚拟仿真实训平台目标定位开发原则应用思考
【中图分类号】G71【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2016）32-0240-02
一、综合课程虚拟仿真实训平台开发应用现状
1.综合课程
在构建高职课程体系时，会设置一些起“综合作用”的课程，通过这些综合课程，将相关几门课程的知识、能力和素质进行综合，根据实施时间阶段综合课程可以有专业技术基础综合课程、岗位能力综合课程及专业综合课程。综合的目标就是整合该几门课程的核心技术，实现综合应用;综合的手段是按照综合的目标和整合的内容选择合适的教学载体，所以，综合课程的教学载体一定是综合化的，一般取自于企业的真实工作项目。
2.虚拟仿真实训平台
仿真实训教学是近十几年来发展普及起来的一种虚拟现实的实践教学模式，它通过应用计算机、网络和仿真软件，模拟仿真实际工作场所和岗位的环境、设备、开发系统，以及企业的产品设计和生产工作过程，学生通过这样的环境进行仿真训练，提高实践能力。
近几年，由于互联网的应用，仿真实训教学的系统和资源从单机、本地模式逐步向网络化、异地远程方面发展，即构成仿真实训平台。借助于互联网平台的优势实现实训教学互联网化、共享化和便捷化，参与仿真实训的师生随时随地可以进行操作、分享、交互、交流，提高了实训教学的实时性、交互性和综合性。
3.开发应用存在问题
（1）系统性差。各种仿真实训教学软件缺乏统一的集中管理，没有真正按照专业和课程培养目标的体系组织资源;
（2）资源的综合性不够。所提供的资源仅仅针对于单项的知识技能训练，没有体现出综合能力的提升，训练项目缺乏生产性、工程性和职业性。
（3）可扩展性、开放性差。无法支持课程和相应实验的对接，不能实现和相关教学资源管理平台的扩展。
（4）虚实结合方式体现不够。仿真实训教学虽然能够在实验设备台套数不足、实验耗材昂贵、无法经常性到达工程现场、存在安全隐患等方面克服制约因素，但目前的技术还不能完全达到和现场一样的效果，尤其是一些工科的专业实训。所以，仿真实训只是辅助学生掌握实践技能的一种有效的技术手段。
（5）考核、鉴定功能不足
作为实训平台，考核功能是必备的，但当前的平台多数不具备考核功能，即使有考核功能的平台，其考核方式基本以结果为主，不能体现综合性实训知识与技能综合应用的过程与程度。同时，许多实训平台还要面向社会和企业学习者，进行培训和技能鉴定。
4.开发应用趋势
“互联网+”时代到来及现代高职人才培养模式对虚拟仿真实训平台开发应用产生了综合影响，从技术的角度向仿真深度加深、开放性更强、共享推广更便捷方向发展，从教学应用角度向训练项目的综合性及生产性、实训技术虚实结合提高真实性、实训平台和其他在线教学平台的融合以及加强考核鉴定方向发展。
二、综合课程虚拟仿真实训平台开发目标定位
1.应用功能定位
综合课程虚拟仿真实训平台功能定位在学生“综合能力”的训练和提升方面，考虑到和行业职业标准对接的需要，综合能力的定位以“三级”（高级工）为主，适度兼顾“二级”（技师）。根据这些技能等级的训练和考核需要，确定应用功能。
2.应用方法定位
训练方式方法要与高职课程模式匹配，采用“项目引领、任务驱动”模式，项目载体必须来自于企业现场，一般是围绕着岗位的核心能力提出的，能够综合2-3门课程的核心知识和关键能力，提高实训的综合性。
3.应用效能定位
应用效能体现在两个方面，一是满足在校生随时随地应用操作的要求，可以满足课堂需要，也可满足“翻转课堂”课前预习、课后巩固的需要。二是满足行业、企业等社会技能鉴定训练、自我测试的需要。
4.技术路线定位
从平台信息技术的角度，要采用当前最流行的开发技术，并同时兼顾到移动端的应用需要，配置苹果和安卓两个版本。另外，如果含有专门的专业软件或设备参与进来的课程，还要考虑平台如何与这些软件、系统对接的问题。
从项目及训练、考核过程虚拟化的技术角度，要兼顾“虚实结合”的理念。较为单一的技术技能训练可以采用完全虚拟化的技术路线，但对于综合的项目，必须采用“虚实结合”技术模式，现场操作时，技术开发采用专业开发软件，控制器采用现场设备，控制对象采用多种多样的虚拟对象代替;远程操作时，可采用虚拟机形式，仍以专业开发软件为开发工具远程操作，控制对象采用虚拟对象，现场控制器的工作状态通过视频或通讯手段进行采集，远程虚拟仿真显示方式。
三、综合课程虚拟仿真实训平台开发原则
1.以典型项目或工作任务为载体，客观呈现真实工作情景
职业教育虚拟仿真实训平台开发应虚拟真实的工作情境，采用典型的作品或工作任务，按照真实的工作流程来开发。
2.以职业岗位广泛应用的最新技术为重点，通过“虚实结合”提升现场性和真实感
职业教育虚拟仿真实训平台开发应在科学分析的基础上，整合该专业领域广泛应用的最新技术，确定若干个核心技能项目作为平台的主体内容。采用最新技术手段，将学校或企业的真实设备和实训平台进行有效联接，通过“虚实结合”提升现场性和真实感。
3.以信息技术标准为依据，确保平台与相关教学系统的对接
平台内专业教学仿真实训软件开发要执行整理的信息技术标准，充分考虑软件使用对象、运行环境、后续更新、市场推广等因素，进行标准化和规范化建设。通过技术规范，提高平台的接口能力，为实训平台同在线教学平台、教学管理平台的有效对接创造条件。
4.以校企合作模式为主体，整合资源，提高平台应用的深度和广度
职业教育虚拟仿真实训平台开发虽由职业院校提出，但要联合行业和有关企业合作建设，整合多方优质资源，实现教学和行业的有效对接，同时为平台服务行业企业打好基础。
四、综合课程虚拟仿真实训平台开发应用思考
1.技术整合的思考
虚拟仿真实训平台所采用的技术除了传统的计算机软件、数据库、WEB开发技术外，必须整合对应课程所使用的应用软件技术，如本课程《建筑智能化系统》工程开发的软件有PLC程序开发软件、组态开发软件MCGS、触摸屏开发软件等，只有整合这些专业软件，才能真正能够仿真到工程现场，防止出现“虚拟仿真训练很熟练、真实设备不会应用”的“虚能力”。
2.平台应用的思考
要科学分配仿真实训与现场实训的时间比。一般应该在学生经过一段仿真实训学习，具备基本安全与操作规范的前提下，尽可能安排较多课时的现场实训，以便学生对实践技能进行巩固。同时安排学生到企业现场实地实训，使仿真实训与真实工作环境有机结合，通过“虚实结合”有效提升学生综合能力水平。
参考文献：