虚拟现实与系统仿真

虚拟现实与系统仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:国防工业出版社
作者:韦有双
出品人:
页数:266
译者:
出版时间:2004-1
价格:27.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787118033083
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • VR
  • 虚拟现实
  • 系统仿真
  • 计算机仿真
  • 虚拟技术
  • 建模与仿真
  • 人机交互
  • 图形学
  • 仿真技术
  • 工程仿真
  • 数字孪生
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具体描述

书籍简介:深入探索数字孪生、人机交互与未来制造的交汇点 书名: 工业元宇宙的构建:从数字孪生到智能决策支持系统 目标读者: 工业工程师、系统架构师、高级技术管理者、对前沿制造技术感兴趣的研究人员及高校师生。 内容概要: 本书旨在全面而深入地剖析当前工业领域最前沿的技术集合——“工业元宇宙”的理论基础、关键技术栈、实施路径与未来应用前景。我们不再停留于对单一技术的介绍,而是聚焦于如何将异构系统、多维数据和实时物理过程进行有机融合,构建出高效、智能、可自适应的未来工厂与产品生命周期管理体系。全书结构严谨,层次分明,从宏观的顶层设计理念,到微观的算法实现细节,均进行了详尽的阐述和案例分析。 第一部分:工业元宇宙的理论基石与架构设计 本部分确立了理解和实践工业元宇宙的理论框架。我们首先界定工业元宇宙(Industrial Metaverse)与传统仿真、物联网(IoT)范畴的本质区别,强调其核心在于“实时、双向、全要素连接”的闭环。 第一章:范式转型:从数据驱动到孪生驱动 详细探讨了工业4.0向工业元宇宙演进的驱动力,包括对柔性制造、远程运维、以及复杂系统快速迭代的需求。重点阐述了“数字孪生体(Digital Twin)”的层次结构(物理实体层、模型层、数据层、服务层),并提出了衡量孪生体保真度(Fidelity)和同步率(Synchronization Rate)的关键指标体系。 第二章:多尺度建模与异构数据融合 工业元宇宙依赖于对物理实体在不同粒度上的精确描述。本章深入探讨了几何建模(CAD/CAE)、物理场建模(CFD/FEA)与行为逻辑建模的集成方法。尤其关注如何利用本体论(Ontology)和语义技术,解决来自不同制造环节(设计、生产、物流、维护)的异构数据(如传感器时间序列、工程图纸、ERP/MES数据)的语义对齐和高效融合,确保孪生模型具备统一的认知基础。 第三章:基于云边端的系统架构设计 构建一个可扩展的工业元宇宙平台,必须精妙地平衡计算能力、数据延迟与安全性。本章详细设计了支撑工业元宇宙的计算架构,区分了边缘侧(Edge Computing)负责实时控制与数据预处理、近端(Fog Computing)负责本地优化与快速决策,以及云端(Cloud Computing)负责长期存储、大数据分析与全局优化之间的协作机制。重点分析了数据流动的安全与可靠性保障策略。 第二部分:支撑工业元宇宙的核心技术栈 本部分聚焦于实现高保真、高互动性孪生体的关键技术模块,这些技术是构建沉浸式操作环境和智能决策系统的基础。 第四章:高保真建模与实时仿真技术 讨论了超越传统离线仿真的实时仿真引擎开发。重点介绍了几何、运动学、动力学模型的实时解算优化技术,特别是针对大规模装配线或复杂流体系统的并行计算策略。探讨了如何利用代理模型(Surrogate Models)和机器学习加速复杂物理过程的预测,以满足人机交互对低延迟的要求。 第五章:沉浸式交互界面与可视化 本章探讨了人如何“进入”和“操作”数字孪生体。详细分析了虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)技术在工业场景中的应用适配性。内容包括空间定位与跟踪技术(SLAM)、手势识别与自然语言交互在远程协助、装配指导和故障诊断中的集成设计,强调了提升用户体验(UX)的关键设计原则。 第六章:知识图谱在智能运维中的应用 讲解了如何将专家经验、设备手册、历史故障记录等非结构化信息转化为结构化的工业知识图谱。该知识图谱作为孪生体的“大脑”,能够支持复杂的因果推理、故障根源分析和预测性维护策略的生成。重点阐述了基于图神经网络(GNN)的知识推理算法在识别设备运行异常模式中的效能。 第三部分:工业元宇宙的实践与未来展望 本部分侧重于工业元宇宙在实际生产流程中的应用案例,并展望了其在自主系统和可持续发展中的潜力。 第七章:柔性生产线的动态调度与优化 以离散制造业为例,展示了如何利用实时孪生体对生产资源、物流路径和工序顺序进行动态重配置。本章提供了基于强化学习(Reinforcement Learning, RL)的调度算法,该算法可以直接在孪生环境中进行训练和验证,从而实现生产计划对突发事件(如设备故障、订单变更)的毫秒级响应。 第八章:产品全生命周期的数字孪生集成 探讨了如何将产品设计阶段的“设计孪生”与制造阶段的“过程孪生”以及使用阶段的“性能孪生”进行无缝衔接。这使得制造商能够根据产品的实际运行数据,反哺到下一代产品的设计优化中,形成一个持续改进的闭环。特别关注了供应链的透明化管理和协同设计流程的重构。 第九章:迈向自主决策的工业元宇宙 展望工业元宇宙的终极形态——一个具备高度自治能力的系统。讨论了如何利用联邦学习(Federated Learning)在保护企业数据隐私的前提下,实现跨工厂的联合优化。最后,深入探讨了构建可信赖的、可解释的人工智能(XAI)模型,确保系统在关键生产环节的决策过程对操作人员透明且可控的重要性。 本书不仅提供了技术蓝图,更是一本指导企业如何系统性、分阶段地向下一代智能制造迈进的实操指南。通过丰富的图示、代码片段和行业案例,读者将能全面掌握工业元宇宙从概念到落地的全过程。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我一直对那些能够带领读者穿越时空、探索未知的书籍情有独钟,而这本《虚拟现实与系统仿真》恰恰做到了这一点,但它并非以故事的形式,而是以一种更为深刻和系统的方式。我尤其欣赏作者在开篇对“仿真”这一概念的定义和延展。它不仅仅是简单的模拟,更是一种对现实世界复杂性的抽象与再现,是人类理解和干预未知领域的重要工具。书中对仿真在科学研究中的地位进行了详尽的阐述,从物理学的粒子碰撞模拟,到生物学的基因序列演化,再到气象学的气候变化预测,作者都列举了大量的案例,并深入浅出地解释了其中涉及的数学模型和计算方法。我在这里学到了,原来许多我们现在习以为常的科学发现和技术突破,都离不开早期那些看似“不切实际”的模拟实验。紧接着,作者将目光转向虚拟现实,并将其视为仿真技术的“高级形态”。我之前对VR的认知更多停留在游戏和娱乐层面,但这本书彻底颠覆了我的看法。作者详细介绍了VR如何通过沉浸式的感官体验,将仿真结果具象化,让使用者能够“亲身”置身于模拟的环境中,进行交互和观察。这种“所见即所得”的体验,在许多领域具有革命性的意义,比如建筑设计的漫游,医学手术的模拟训练,以及工程项目的故障排查。我特别喜欢书中关于VR在教育领域应用的探讨,想象一下,学生们可以通过VR技术“穿越”到古罗马的斗兽场,或者“深入”到人体细胞内部,这种学习方式无疑比枯燥的书本更能激发学习兴趣和理解深度。

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我一直对那些能够提供全新视角、拓展思维边界的书籍心怀敬意,而这本《虚拟现实与系统仿真》无疑属于此类。作者在阐述虚拟现实技术的“交互性”时,并没有仅仅停留在对输入设备的介绍,而是深入探讨了“反馈机制”的重要性。他认为,有效的反馈能够让用户感觉到自己在虚拟世界中是“有能力”的,并且能够对环境产生“影响”。这一点在我看来至关重要。作者通过大量生动的例子,展示了不同类型的反馈如何影响用户的体验。例如,在虚拟现实的培训系统中,当学员完成一个操作时,及时的声音和视觉提示能够巩固他们的学习,而错误的反馈则可能导致他们产生误解。而系统仿真的部分,则让我看到了“复杂系统”的巨大挑战和无限可能。作者用丰富的案例,展示了如何通过仿真技术来理解和控制那些相互关联、动态变化的系统。我尤其对书中关于“多尺度仿真”的讨论感到兴奋。很多现实世界的问题,都涉及不同尺度的相互作用,例如,从单个分子的运动到宏观材料的力学性能。作者解释了如何通过整合不同尺度的仿真模型,来更全面地理解和解决这些问题。这本书让我感受到,虚拟现实和系统仿真不仅仅是技术工具,更是我们理解和改造世界的重要方式。

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这本书给我最大的感受是,它不仅仅是关于技术,更是关于一种思维方式的转变。在谈到系统仿真时,作者并没有局限于传统的科学计算,而是将其上升到了哲学层面,探讨了“模型”与“现实”的关系。我被书中对“逼真度”和“复杂度”的辩证分析所吸引。很多时候,我们并非追求完全复制现实,而是要在保证关键特征和行为得以呈现的前提下,尽可能地简化模型,从而提高计算效率和可解释性。作者通过大量的历史案例,展示了不同时代的科学家和工程师是如何权衡这些因素的,从早期的简易力学模型到如今的复杂人工智能驱动的仿真系统。这种对仿真本质的深刻洞察,让我对“模拟”这个词有了更深的理解。而当这本书将虚拟现实引入进来时,这种思维的拓展就更加明显了。作者阐述了VR如何成为一种强大的“实验场”,让我们可以在其中进行“思想实验”,测试各种假设,验证理论。我特别喜欢书中关于VR在社会科学研究中的应用设想。比如,通过构建虚拟城市模型,来研究城市规划对居民行为的影响,或者在虚拟环境中模拟不同经济政策的实施效果。这种将抽象的社会系统转化为可交互的虚拟环境,为研究者提供了前所未有的工具和视角。我感觉这本书打开了我对未来研究方法和解决问题方式的全新想象。

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这本书的封面设计就足够吸引眼球了,深邃的蓝色背景,点缀着交织的光线,仿佛描绘着一个未知但充满潜力的数字空间。我一直对虚拟现实技术在各个领域的应用充满好奇,而“虚拟现实与系统仿真”这个书名,瞬间就抓住了我的注意力。翻开第一页,扑面而来的就是一种严谨而又充满前瞻性的学术氛围。作者并没有一开始就陷入技术细节的泥沼,而是花了相当大的篇幅去梳理虚拟现实和系统仿真这两个概念的边界与联系,以及它们在历史长河中的发展脉络。这一点做得非常出色,因为它让我这个初学者能够快速建立起一个宏观的认识框架,理解这两者为何会如此紧密地结合在一起,以及它们各自的优势和局限性。其中,对仿真技术早期发展的回顾,那些充满智慧的先驱者们是如何一步步将抽象的数学模型转化为可视化的动态过程,让我对科学探索的精神肃然起敬。接着,作者又将笔触延伸到虚拟现实技术的发展历程,从最初的简单头部显示器到如今的沉浸式体验,每一个里程碑式的创新都被细致地剖析,让我看到了技术进步的巨大力量。更重要的是,作者在讨论这两个概念时,始终围绕着“应用”这个核心,探讨它们如何解决现实世界中的难题,如何在设计、制造、培训、医疗等诸多领域发挥作用。这种理论与实践相结合的叙述方式,让我感觉这本书不仅仅是枯燥的技术手册,更是一本充满启发和思考的指南。尤其是在探讨仿真在复杂系统建模方面的潜力时,作者举例生动,让我能够想象出那些庞大而精密的系统,如何通过仿真技术得以被理解、优化和预测。

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阅读这本书的过程,就像是在进行一场穿越虚拟与现实的奇妙旅程。我对作者在探讨虚拟现实技术原理时的细致入微印象深刻。他并没有简单地罗列VR硬件的参数,而是深入到图像生成、空间感知、用户交互等核心技术层面,并用通俗易懂的语言进行解释。我尤其对“眼球追踪”和“空间定位”这两个技术是如何实现的感到着迷。作者通过类比和图示,将复杂的传感器原理和算法流程形象化,让我这个非技术背景的读者也能够理解VR设备是如何准确地捕捉我的头部和身体的运动,并将其转化为虚拟世界中的视角和动作的。这一点非常重要,因为它让我意识到,VR的沉浸感不仅仅是画面上的逼真,更是对用户生理和心理反应的深度整合。同时,本书对系统仿真与虚拟现实的结合点进行了精辟的论述。我了解到,VR并非孤立存在,它往往是强大的仿真引擎的“可视化前端”。比如,在航空航天领域,飞行模拟器就是一个典型的例子。通过高精度的物理仿真,模拟出飞机的飞行姿态、气流变化等,然后通过VR设备将这些信息呈现给飞行员,让他们在安全的环境中进行训练。我特别欣赏作者在这一部分举的例子,例如某公司如何利用VR和仿真技术来优化汽车的生产线设计,通过在虚拟空间中预演每一个生产环节,从而发现潜在的瓶颈和安全隐患,大大降低了实际生产中的试错成本。这种将抽象的模拟转化为可感知的交互体验,让我看到了技术融合的巨大潜力。

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这本书给我带来的最深刻的体会之一,是它对于“模型”与“现实”之间关系的深刻反思。作者在探讨系统仿真的原理时,并没有简单地给出公式和算法,而是深入分析了“模型”的本质——它是一种对现实世界的抽象与简化。他强调,一个好的模型,并非要完美复制现实,而是要抓住问题的关键特征,并能够准确地预测系统的行为。我尤其对书中关于“模型验证”和“模型校准”的章节印象深刻。作者解释了如何通过将仿真结果与实际观测数据进行对比,来评估模型的准确性,并根据需要对模型进行调整。这一点让我意识到,仿真并非一次性的计算,而是一个持续优化的过程。当本书引入虚拟现实技术时,这种对“模型”的具象化和交互化,达到了一个新的高度。作者设想,VR可以将抽象的仿真模型转化为可供用户探索和体验的虚拟世界。例如,工程师可以在VR环境中“走进”他们设计的桥梁模型,检查每一个细节,甚至模拟车辆通过时的应力分布。我特别喜欢书中关于VR在“灾难模拟”方面的应用。比如,在模拟洪水或火灾时,人们可以通过VR亲身感受灾难的威力,从而增强风险意识,并学习如何应对。这种将冰冷的仿真数据转化为触动人心的体验,其意义非凡。

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我一直对那些能够将复杂概念变得清晰易懂的书籍抱有极大的好感,而这本《虚拟现实与系统仿真》绝对符合我的要求。作者在介绍虚拟现实技术的核心组成部分时,就展现了非凡的洞察力。他并没有停留在对硬件的堆砌,而是深入剖析了“感知”和“交互”这两个关键点。对于“感知”,他详细讲解了视觉、听觉甚至触觉反馈是如何被模拟的,以及这些模拟是如何影响用户的沉浸感。我尤其被关于“视场角”和“刷新率”的讨论所吸引,作者用非常形象的比喻解释了这两个参数对我们眼睛舒适度和画面流畅度的影响。他还强调了“音频仿真”的重要性,指出逼真的声场效果能够极大地增强虚拟世界的真实感。而在“交互”方面,作者对“追踪技术”的讲解更是让我茅塞顿开。从早期的摄像头追踪到如今的inside-out追踪,再到眼球追踪和手势追踪,作者清晰地勾勒出了交互方式的演进过程。他解释了这些技术如何让用户能够自然地与虚拟环境进行互动,而不仅仅是被动地观察。书中关于系统仿真的部分同样精彩。作者将仿真技术在不同行业的应用进行了系统性的梳理,从工业设计、军事演习到城市管理、灾难预警,每一个例子都饱含信息量。我特别欣赏他对“离散事件仿真”和“连续系统仿真”的区分讲解,以及它们各自适用的场景。这本书让我觉得,虚拟现实和系统仿真并非高高在上的理论,而是已经深入到我们生活方方面面的强大技术。

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这本书的结构安排让我觉得非常有条理,它能够引导读者循序渐进地深入理解“虚拟现实”与“系统仿真”这两个既独立又相互关联的概念。在介绍系统仿真时,作者并没有回避其背后复杂的数学和计算理论,但他通过巧妙的比喻和清晰的图示,将这些抽象的概念变得容易理解。我尤其对作者在探讨“离散事件仿真”和“连续系统仿真”时所举的例子印象深刻。他用模拟机场的航班调度来解释离散事件仿真,用模拟水库的水位变化来解释连续系统仿真。这种贴近生活的例子,让我能够快速抓住这两种仿真方法的精髓。同时,作者并没有将仿真技术仅仅停留在理论层面,而是花费了大量篇幅去介绍它在各个行业的实际应用。我被书中关于“供应链管理”和“金融风险评估”的仿真案例所吸引。他解释了如何通过仿真来优化库存,减少运输成本,以及如何预测市场波动,规避投资风险。当本书将虚拟现实技术引入时,这种对仿真结果的可视化和交互化,为我们理解复杂系统提供了前所未有的便利。作者设想,决策者可以戴上VR头显,在虚拟环境中“体验”不同政策的实施效果,例如,在模拟的城市中,观察新交通规则如何影响车流。这种“沉浸式决策”的理念,让我看到了未来管理和规划的新方向。

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我一直认为,好的书籍不仅仅是知识的传递,更是思维的启迪,而这本《虚拟现实与系统仿真》就具备这样的特质。在谈及系统仿真时,作者并没有拘泥于传统的工程应用,而是将其延伸到了更为广阔的社会和经济领域。他阐述了如何利用仿真技术来优化城市交通网络,减少拥堵,提高通行效率;如何模拟不同经济政策对就业率、通货膨胀率的影响,从而为政府决策提供科学依据;甚至是如何在虚拟环境中模拟传染病的传播路径,为公共卫生部门制定防控策略提供参考。我尤其对书中关于“ agent-based modeling”(基于智能体的建模)的介绍感到惊叹。作者解释了如何将个体行为规则定义为“智能体”,然后让这些智能体在虚拟环境中相互作用,从而涌现出宏观的集体行为。这种从微观规则到宏观现象的建模方式,让我对复杂系统的理解有了全新的认识。而当本书引入虚拟现实时,这种交互性和可探索性又被大大增强。作者设想,研究人员可以戴上VR头显,在虚拟城市中“行走”,观察交通流的变化,或者在虚拟经济模型中“扮演”不同的经济主体,体验政策的影响。这种“身临其境”的研究方式,无疑能够极大地提升研究的直观性和效率。

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在我看来,一本优秀的书,应该能够激发起读者不断探索的欲望,而这本书无疑做到了。我尤其欣赏作者在探讨虚拟现实的“沉浸感”时,所进行的深度剖析。他认为,沉浸感并非仅仅来自于高分辨率的显示器和逼真的画面,更关键的是一种“存在感”的建立。作者从心理学和认知科学的角度,探讨了为什么我们会对虚拟环境产生“身临其境”的感觉,以及哪些因素会破坏这种感觉。他提到了“不一致性”是沉浸感的“杀手”,例如虚拟世界中的物体运动与现实物理规律不符,或者用户的动作与虚拟形象的反应不同步。这一点让我对VR的设计有了更深刻的理解,原来不仅仅是追求视觉上的逼真,更要关注细节的用户体验。在系统仿真的部分,作者将目光投向了“预测性分析”的巨大潜力。他认为,通过对复杂系统的精确仿真,我们可以预测未来可能发生的事件,并提前采取措施。我尤其对书中关于“风险评估”和“应急响应”的仿真应用印象深刻。例如,在地震预警系统中,可以通过对地质构造和地震波传播的仿真,来预测地震的发生时间和强度,从而为疏散和救援争取宝贵的时间。这种将理论研究转化为实际应用的思路,让我看到了科学技术的巨大价值。

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