摘要：針對(duì)傳統(tǒng)軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在性能上的不足，文章提出了一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的新型平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。該平臺(tái)通過(guò)引入Jacinto信息處理器與Infineon存儲(chǔ)芯片，構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)且高效的硬件基礎(chǔ)。同時(shí)，文章運(yùn)用了數(shù)字孿生技術(shù)，創(chuàng)建了高度仿真的虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了高效的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該平臺(tái)具有一定的穩(wěn)定性，能夠有效地滿足軟件技術(shù)專業(yè)的教學(xué)需求，為學(xué)生提供高效、真實(shí)的實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)，顯著提升教學(xué)質(zhì)量，為軟件技術(shù)教育的發(fā)展注入了新的活力，提供了強(qiáng)有力的支持。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生技術(shù)；軟件技術(shù)；虛擬交互；實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP391.9" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：海南經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：數(shù)字孿生體開(kāi)發(fā)技術(shù)研究；項(xiàng)目編號(hào)：hnjmk2022302。

作者簡(jiǎn)介：郭鵬（1979— ），男，副教授，碩士；研究方向：數(shù)字孿生。

0" 引言

軟件技術(shù)專業(yè)是一門研究軟件開(kāi)發(fā)、編程的基礎(chǔ)專業(yè)，對(duì)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域人才十分重要。研究表明，軟件技術(shù)專業(yè)的常見(jiàn)課程較多，包含內(nèi)容較廣泛，例如：“程序設(shè)計(jì)”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”等［1］。虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)環(huán)境，創(chuàng)建模擬真實(shí)的教學(xué)場(chǎng)景完成相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)沉浸式互動(dòng)學(xué)習(xí)［2］。相關(guān)研究人員針對(duì)軟件技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了幾種常規(guī)的虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。譚超健等［3］考慮服務(wù)器配置與管理還原真實(shí)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，運(yùn)用Unity 3D技術(shù)進(jìn)行任務(wù)制作處理，實(shí)現(xiàn)多終端訪問(wèn)，但其吞吐效果不佳。陸寒熹等［4］基于負(fù)荷管理應(yīng)用場(chǎng)景生成數(shù)據(jù)服務(wù)控制框架，實(shí)現(xiàn)有效交互，但其實(shí)訓(xùn)效果一般。為提高軟件技術(shù)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)效果，本文基于數(shù)字孿生技術(shù)設(shè)計(jì)了一種有效的虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

1" 硬件設(shè)計(jì)

1.1" Jacinto信息處理器

為避免交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中的卡頓問(wèn)題，本文選取Jacinto信息處理器作為核心處理器。該處理器使用GetSystemInfo函數(shù)進(jìn)行信息分類，編譯成ARM執(zhí)行檔［5］，在實(shí)訓(xùn)程序中嵌入生成碼，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。該信息處理器選用增強(qiáng)型處理中心實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算處理，由高速串行接口完成輔助擴(kuò)展，存儲(chǔ)大量的虛擬交互實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2" Infineon存儲(chǔ)芯片

為提高虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的綜合性能，本文選取Infineon存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)實(shí)訓(xùn)用戶數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)芯片的" 整體功耗較低，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)映射匹配，滿足多體系存儲(chǔ)調(diào)用要求，其參數(shù)如表1所示。

由表1可知，該存儲(chǔ)芯片符合多陣列并行存儲(chǔ)要求，能實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)編譯，提高綜合存儲(chǔ)效率，最大程度上提高了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的運(yùn)行流暢性。

2" 軟件設(shè)計(jì)

2.1" 基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬交互實(shí)訓(xùn)模型

數(shù)字孿生技術(shù)是一種數(shù)字模型同步更新技術(shù)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理等多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)整更新參數(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真優(yōu)化，因此，本文基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬交互實(shí)訓(xùn)模型，創(chuàng)建實(shí)訓(xùn)對(duì)象物理場(chǎng)景PS，如式（1）所示。

PS=｛EO，IoT｝（1）

其中，EO代表交互設(shè)備等要素，IoT代表交互電源、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?。根?jù)交互引擎可以模擬虛擬交互實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景VS，如式（2）所示。

VS=｛DM，MM｝（2）

其中，DM代表數(shù)據(jù)映射，MM代表模型映射。在交互管理過(guò)程中產(chǎn)生的孿生數(shù)據(jù)DM如式（3）所示。

DM=｛G，P，B，R，C｝（3）

其中，G代表實(shí)訓(xùn)幾何模型，P代表實(shí)訓(xùn)物理參數(shù)，B代表行為參數(shù)，R代表規(guī)則參數(shù)，C代表實(shí)訓(xùn)能力參數(shù)。實(shí)訓(xùn)模型提供的服務(wù)S如式（4）所示。

S=｛TS，UT，F(xiàn)A｝（4）

其中，TS代表內(nèi)部實(shí)訓(xùn)技術(shù)服務(wù)集合，UT代表多維信息服務(wù)支持，F(xiàn)A代表重構(gòu)參量。構(gòu)建最終的數(shù)字孿生虛擬交互實(shí)訓(xùn)模型LD［6］，如式（5）所示。

LD=｛S，A，R，P｝（5）

其中，S代表環(huán)境觀測(cè)值，A代表實(shí)訓(xùn)任務(wù)執(zhí)行策略，R代表離散動(dòng)作參量，P代表懲罰系數(shù)。使用該實(shí)訓(xùn)模型可以有效優(yōu)化實(shí)訓(xùn)機(jī)制，生成最優(yōu)實(shí)訓(xùn)處理指令，提高了交互平臺(tái)的綜合交互效果。

2.2" 設(shè)計(jì)軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)

本文利用Web服務(wù)器設(shè)計(jì)虛擬交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)，由表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層組成，有效完成實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)管理與部署。該交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)如圖2所示。

表示層主要由ASPX頁(yè)面組成，可以接收用戶輸入結(jié)果，通過(guò)交互接口完成邏輯處理。該交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)可以將業(yè)務(wù)邏輯層劃分成邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，將" 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而保存實(shí)體數(shù)據(jù)，使其滿足多重業(yè)務(wù)邏輯要求。除此之外，上述虛擬交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中添加實(shí)訓(xùn)記錄，將實(shí)訓(xùn)結(jié)果返回到原本的調(diào)用程序中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新。由此可見(jiàn)，該交互實(shí)訓(xùn)架構(gòu)的綜合性能良好，在最大程度上提高了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的綜合兼容性。

3" 平臺(tái)測(cè)試

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于數(shù)字孿生技術(shù)的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的綜合性能，本文配置了可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，選取了有效的測(cè)試項(xiàng)目，進(jìn)行平臺(tái)測(cè)試。下文介紹測(cè)試準(zhǔn)備過(guò)程，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析討論。

3.1" 測(cè)試準(zhǔn)備

本文以軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)測(cè)試需求為導(dǎo)向，基于Universal Windows Platform構(gòu)建測(cè)試環(huán)境，采用MRTK和Unity 3D開(kāi)發(fā)，通過(guò)Visual Studio 2017編譯。實(shí)驗(yàn)配置包括Unity 5.6.4.f1、Visual Studio 2017、64位8 GB RAM的CPU及支持DirectX 11.0的GPU。經(jīng)項(xiàng)目配置、窗口擴(kuò)展調(diào)整、測(cè)試應(yīng)用程序構(gòu)建及服務(wù)器搭建后，實(shí)時(shí)獲取測(cè)試參數(shù)，通過(guò)HoloLens部署，最終獲得可靠的虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)測(cè)試結(jié)果。

3.2" 測(cè)試結(jié)果與討論

在上述配置的交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)測(cè)試環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置測(cè)試交互設(shè)備，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行初始化處理，運(yùn)行本文設(shè)計(jì)的基于數(shù)字孿生技術(shù)的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。各個(gè)項(xiàng)目的平臺(tái)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2，本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)經(jīng)測(cè)試顯示：其交互功能（如按鈕、輸入框等）在不同設(shè)備上均運(yùn)行正常，展現(xiàn)了優(yōu)秀的跨設(shè)備交互能力；各功能模塊邏輯清晰、功能完備，數(shù)據(jù)交互順暢，提升了用戶體驗(yàn)；平臺(tái)在壓力測(cè)試和負(fù)載測(cè)試中表現(xiàn)卓越，響應(yīng)迅速且處理能力出色；同時(shí)，跨瀏覽器和跨平臺(tái)兼容性強(qiáng)，安全性高。綜上，該平臺(tái)綜合性能優(yōu)異，具備較高的應(yīng)用價(jià)值。

4" 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬化技術(shù)逐漸嶄露頭角，成為推動(dòng)軟件功能運(yùn)行創(chuàng)新的重要力量。虛擬化技術(shù)通過(guò)模擬計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)、軟件環(huán)境等，打破了傳統(tǒng)軟件功能的運(yùn)行局限性，使得軟件功能在不同的平臺(tái)和環(huán)境中被有效移植和復(fù)用。但常規(guī)的交互實(shí)訓(xùn)模式的適應(yīng)性較低，無(wú)法滿足目前的交互創(chuàng)新要求。為了解決這一問(wèn)題，本文提出了一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和模擬仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的全面監(jiān)控和預(yù)測(cè)分析。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)綜合性能良好，滿足教學(xué)實(shí)訓(xùn)交互要求。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作，體驗(yàn)真實(shí)的軟件開(kāi)發(fā)流程，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和模擬仿真進(jìn)行技能提升和創(chuàng)新實(shí)踐。綜上所述，基于數(shù)字孿生技術(shù)的軟件技術(shù)專業(yè)虛擬交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為軟件技術(shù)專業(yè)的教育提供了新的解決方案和思路。通過(guò)虛擬化技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，該平臺(tái)能夠打破傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式的局限性，提高教學(xué)實(shí)訓(xùn)的交互性和創(chuàng)新性，為軟件技術(shù)專業(yè)的教育和發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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［4］陸寒熹，孫騰，姚佳維，等.基于負(fù)荷管理應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2024（1）：172-174.

［5］陳怡然，馮秀芝，劉立萍，等.高等醫(yī)學(xué)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)現(xiàn)狀與思考：基于VOSviewer軟件的可視化分析［J］.中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2024（2）：183-189.

［6］于新設(shè)，馬超，王振，等.產(chǎn)教融合背景下職業(yè)院校醫(yī)療器械專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式探索：以通用型CT轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例［J］.中阿科技論壇，2024（4）：138-142.

（編輯" 王永超）

Design of virtual interaction training platform for software technology major

based on digital twin technology

GUO" Peng， YUAN" Fei

（Hainan College of Economics and Business， Haikou 571127， China）

Abstract： Aiming at the the performance shortcomings of virtual interaction training platform for traditional software technology major， this paper proposes a new platform design scheme based on digital twin technology. This platform builds a solid and efficient hardware foundation by introducing Jacinto information processors and Infineon storage chips. At the same time， the digital twin technology is used to create a highly simulated virtual training environment， achieving efficient software technology professional virtual interaction. The platform is tested and verified for its stability and functionality. It can effectively support the teaching needs of software technology majors， provide students with efficient and authentic training experiences， significantly improve teaching quality， inject new vitality into the development of software technology education， and provide strong support.

Key words： digital twin technology; software technology; virtual interaction; training platform