仿真技术是一门多学科的综合性技术，通过计算机模拟现实环境，实现数字化管理，主要应用于航空、航天、电力等高精尖领域。随着技术的普及，在经济和民生领域，仿真技术也开始发挥作用。近几年，得益于虚拟现实的发展，仿真技术走入大众视野，甚至成为消费类电子产品，进入人们的日常生活中。

作为我国目前民用仿真领域中唯一的国家工程研究中心，航天科工仿真技术有限责任公司暨经济领域系统仿真技术应用国家工程研究中心在水利、能源、粮食等领域发挥了重大作用。近日，《经济日报》记者来到这里，一探仿真技术及其应用成果的神秘背后。

仿真技术是什么

仿真技术以计算机和专用设备为工具，由真实装备和计算机仿真系统组成仿真环境，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。简单说，仿真技术就是用计算机将真实世界或设想中的真实世界的情况进行建构，达到“仿真”的目的。上世纪五六十年代，仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。

中国航天科工集团公司第二研究院是国家空天防御技术总体研究院，在数字化、信息化及仿真技术方面具有突出优势。为促进军民融合发展、加快民用产业发展步伐，将先进的航天技术与优势力量应用于国民经济建设的各个领域，2001年，航天科工仿真技术有限责任公司暨经济领域系统仿真技术应用国家工程研究中心组建成立，依托中国航天二院的技术优势，专门从事仿真技术的研究和产业化发展。

航天科工仿真技术有限责任公司总经理刘大军介绍，仿真技术最早是支持航天系列导弹武器系统的研制，把原来航天的复杂系统用计算机系统模拟一遍，便于前期发现并解决问题。“以前计算机仿真技术很高端，设备昂贵，这几年技术普及了，所以开始往民用领域，尤其是国家经济领域发展，为重大决策提供数据支撑。”

近年来，仿真技术得以快速发展，带来了巨大的社会经济效益。现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域，而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域，如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。对于社会经济等系统，很难在真实的系统上进行实验，利用仿真技术使得对社会经济系统的研究成为可能。

民生领域显神通

刘大军介绍，目前国家工程中心拥有一支以系统工程、计算机科学、控制系统、仿真系统、虚拟现实技术等专业为主，主要由博士、硕士以及研究员、高工等不同层次的专业技术人员组成的工程科技队伍。国家工程中心成立以来所承担的项目涉及了水利、农业、化工、地震、卫生、交通、区域规划、公共安全和国防等9个领域，开展了60余项关系国计民生的重要项目，特别是在粮食、水利、能源和国防四大领域，发挥了积极作用。

水利数字化与水利信息化是仿真技术的重点应用领域。国家工程中心以山西省万家寨引黄工程仿真系统起步，先后建设了南水北调工程仿真系统、山西大水网远程监控系统、国家水资源监控能力建设等10余个项目，有利推动了我国水利信息化事业的发展。

刘大军介绍，山西大水网远程监控系统（数字水利全要素全矢量管理与调度仿真平台）是为山西省水利厅提供的一套面向不同区域、不同时期和不同发展目标的水资源整体性分析工具，具有完全自主知识产权，集成了国家研究中心的数字化、虚拟现实、仿真建模三大核心技术，可进行全省范围内水资源供需平衡分析，合理进行各类水源的联合配置。

在国家工程中心，记者看到了这套系统。系统由一竖一横两块大屏组成：竖屏显示大水网信息查询与调度仿真系统平台，主要基于二维GIS进行水利要素信息查询、结果生成和仿真调度计算，以宏观分析为主；横屏显示水利地理要素可视化管理平台，主要负责三维GIS渲染、卫星图片、高程数据、矢量数据的实时生成与加载，以微观分析为主。

国家工程中心仿真技术部主任麻珺介绍，系统在功能上主要包括两大部分。第一部分为背景板系统，主要实现了水资源规划、统计实时数据、调度分析数据“一张蓝图”的建库、更新、展示与分析；第二大部分为调度分析系统，系统对水利调度决策要素进行抽象概化，实现了全省水资源调配的仿真计算，可以进行长系列逐月的调度操作。“这套系统基于统一标准，将水利和社会要素进行综合集成，采用大数据建模与仿真技术，实现省市县三级调度分析与可视化推演。规范的接口和模型设计保证了平台的快速移植，可推广应用于其他省市县及流域管理机构。”麻珺说。

除了水利领域，在能源领域仿真技术的应用也取得显著成果。中国宁夏石化“数字化工厂”是基于仿真技术搭建的数字化、可视化平台，是石油化工行业第一家数字工厂。“过去石化工厂的管理老旧落后，数字化以后，整个系统的运维和管理提升到了一个新的高度，符合信息化工业化融合的要求。”刘大军说。

国家工程中心虚拟现实技术部主任刘玉明表示，数字化工厂是对企业信息管理系统的扩充应用和优化升级，可以更加直观、形象、方便地对企业生产运行过程、资产信息全生命周期管理、海量数据整合、工艺训练和应急决策提供技术支撑和高技术手段，能够为规划、设计、施工、生产、运维和保障等多个部门提供有准确数据支撑的三维可视化环境，进一步提升企业生产运行效率、有效管控能力和信息集成整合与展示手段，实现工厂的“科学管理、安全运行”。

宁夏石化数字化工厂构建了面向工厂三维可视化、设备信息管理、装置运维管理、生产数据实时可视化监测、日常巡检管理、生产工艺培训、三维电子手册等功能为一体的数字化工厂管理平台，改变传统抽象的图纸、呆板枯燥的数据表格等管理模式，基于真实、直观、形象的数字化工厂三维虚拟场景，用户在身临其境的三维工厂中自由浏览，随时获取设备的动静态数据、关键部位监控视频、模拟对生产装置进行操作和应急决策，为工厂的数据可视化、生产监测、工艺培训提供了高技术手段。

尽管平台已经搭建得比较完备，工程中心的研发人员未来仍将会对系统进行不断完善，在同一平台上整合更多功能。研究人员表示，未来平台将更加关注突发事故的应急仿真，将常规调度与应急调度相结合，充分发挥仿真技术在水利调度决策中的科学支撑作用。数字化工厂则可以与工厂各种业务系统紧密结合，加大数据整合范围和融合力度，使可视化平台发挥更大的作用。

科普教育好帮手

近年来，虚拟现实兴起，其实火热的VR技术就是在仿真技术基础上发展起来的，是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。2015年6月，国家工程中心虚拟现实技术部基于长期VR领域的项目经验和技术积累，结合虚拟现实沉浸式设备的发展热潮，初步形成“虚拟现实科普教育产品研制”创意项目，以“VR+教育”为基本理念，通过头盔显示器、动感平台、体感设备、力反馈器等虚拟现实沉浸式设备，开发面向科普教育的场景内容。

去年年初，中国科技馆计划建立虚拟现实展馆，对所有VR领域的公司进行公开招标。来自国家工程中心的“郑和下西洋沉浸式仿真系统”在400多个业内竞争者中胜出，成功中标中国科技馆虚拟现实展馆项目。该项目是一套面向青少年学习者的科普教育系统，结合历史事件，用VR技术营造出海航行的沉浸式感受。

记者戴上头盔体验了这套产品。戴上VR头盔，眼前所见是一片浩瀚的大海，仿佛回到600年前中国人的“大航海时代”。系统支持360°的场景变换，可以身临其境观察宝船的建造过程，登上宝船近距离观察每一个细节，也可以跟着郑和船队一起扬帆浩瀚的大海。忽而波涛汹涌，身下的椅子开始晃动，具有逼真的临场感体验效果，实现了“超现实沉浸”“跨时空创想”和“多感知互动”。

刘玉明介绍，这套系统实现了跟踪式头盔显示器、空间动作捕捉设备、多自由度动感平台的集成设计和实时同步控制，针对以人为中心的体验环境设计了沉浸式交互方式，开发的三维建模及底层渲染优化方案解决了多层次场景、环境特效、物理引擎的绘制难题，被验收技术专家和科普专家评为历史科普教育精品。