基于數字孿生技術的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺設計

摘要：針對傳統軟件技術專業虛擬交互實訓平臺在性能上的不足，文章提出了一種基于數字孿生技術的新型平臺設計方案。該平臺通過引入Jacinto信息處理器與Infineon存儲芯片，構建了堅實且高效的硬件基礎。同時，文章運用了數字孿生技術，創建了高度仿真的虛擬實訓環境，實現了高效的軟件技術專業虛擬交互。經過測試，該平臺具有一定的穩定性，能夠有效地滿足軟件技術專業的教學需求，為學生提供高效、真實的實訓體驗，顯著提升教學質量，為軟件技術教育的發展注入了新的活力，提供了強有力的支持。

關鍵詞：數字孿生技術；軟件技術；虛擬交互；實訓平臺

中圖分類號：TP391.9" 文獻標志碼：A

基金項目：海南經貿職業技術學院項目；項目名稱：數字孿生體開發技術研究；項目編號：hnjmk2022302。

作者簡介：郭鵬（1979— ），男，副教授，碩士；研究方向：數字孿生。

0" 引言

軟件技術專業是一門研究軟件開發、編程的基礎專業，對培養計算機領域人才十分重要。研究表明，軟件技術專業的常見課程較多，包含內容較廣泛，例如：“程序設計”“數據結構”等［1］。虛擬交互實訓平臺主要利用虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）及增強現實（Augmented Reality，AR）技術開發基礎環境，創建模擬真實的教學場景完成相關操作，實現沉浸式互動學習［2］。相關研究人員針對軟件技術專業實訓特點設計了幾種常規的虛擬交互實訓平臺。譚超健等［3］考慮服務器配置與管理還原真實的實訓環境，運用Unity 3D技術進行任務制作處理，實現多終端訪問，但其吞吐效果不佳。陸寒熹等［4］基于負荷管理應用場景生成數據服務控制框架，實現有效交互，但其實訓效果一般。為提高軟件技術專業綜合實訓效果，本文基于數字孿生技術設計了一種有效的虛擬交互實訓平臺。

1" 硬件設計

1.1" Jacinto信息處理器

為避免交互實訓平臺運行過程中的卡頓問題，本文選取Jacinto信息處理器作為核心處理器。該處理器使用GetSystemInfo函數進行信息分類，編譯成ARM執行檔［5］，在實訓程序中嵌入生成碼，其組成結構如圖1所示。該信息處理器選用增強型處理中心實現浮點運算處理，由高速串行接口完成輔助擴展，存儲大量的虛擬交互實驗數據。

1.2" Infineon存儲芯片

為提高虛擬交互實訓平臺的綜合性能，本文選取Infineon存儲芯片存儲實訓用戶數據。該存儲芯片的" 整體功耗較低，可以實時進行存儲映射匹配，滿足多體系存儲調用要求，其參數如表1所示。

由表1可知，該存儲芯片符合多陣列并行存儲要求，能實時進行存儲編譯，提高綜合存儲效率，最大程度上提高了實訓平臺的運行流暢性。

2" 軟件設計

2.1" 基于數字孿生技術構建虛擬交互實訓模型

數字孿生技術是一種數字模型同步更新技術，可以通過數據采集處理等多個環節調整更新參數，實現仿真優化，因此，本文基于數字孿生技術構建虛擬交互實訓模型，創建實訓對象物理場景PS，如式（1）所示。

PS=｛EO，IoT｝（1）

其中，EO代表交互設備等要素，IoT代表交互電源、數據傳輸等要素。根據交互引擎可以模擬虛擬交互實訓場景VS，如式（2）所示。

VS=｛DM，MM｝（2）

其中，DM代表數據映射，MM代表模型映射。在交互管理過程中產生的孿生數據DM如式（3）所示。

DM=｛G，P，B，R，C｝（3）

其中，G代表實訓幾何模型，P代表實訓物理參數，B代表行為參數，R代表規則參數，C代表實訓能力參數。實訓模型提供的服務S如式（4）所示。

S=｛TS，UT，FA｝（4）

其中，TS代表內部實訓技術服務集合，UT代表多維信息服務支持，FA代表重構參量。構建最終的數字孿生虛擬交互實訓模型LD［6］，如式（5）所示。

LD=｛S，A，R，P｝（5）

其中，S代表環境觀測值，A代表實訓任務執行策略，R代表離散動作參量，P代表懲罰系數。使用該實訓模型可以有效優化實訓機制，生成最優實訓處理指令，提高了交互平臺的綜合交互效果。

2.2" 設計軟件技術專業虛擬交互實訓架構

本文利用Web服務器設計虛擬交互實訓架構，由表示層、業務邏輯層、數據訪問層組成，有效完成實訓業務管理與部署。該交互實訓架構如圖2所示。

表示層主要由ASPX頁面組成，可以接收用戶輸入結果，通過交互接口完成邏輯處理。該交互實訓架構可以將業務邏輯層劃分成邏輯層、數據訪問層，將" 應用程序與數據源結構對應起來，從而保存實體數據，使其滿足多重業務邏輯要求。除此之外，上述虛擬交互實訓架構可以在數據庫中添加實訓記錄，將實訓結果返回到原本的調用程序中，實現數據庫更新。由此可見，該交互實訓架構的綜合性能良好，在最大程度上提高了實訓平臺的綜合兼容性。

3" 平臺測試

為了驗證設計的基于數字孿生技術的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺的綜合性能，本文配置了可靠的實驗環境，選取了有效的測試項目，進行平臺測試。下文介紹測試準備過程，對測試結果進行分析討論。

3.1" 測試準備

本文以軟件技術專業虛擬交互實訓平臺測試需求為導向，基于Universal Windows Platform構建測試環境，采用MRTK和Unity 3D開發，通過Visual Studio 2017編譯。實驗配置包括Unity 5.6.4.f1、Visual Studio 2017、64位8 GB RAM的CPU及支持DirectX 11.0的GPU。經項目配置、窗口擴展調整、測試應用程序構建及服務器搭建后，實時獲取測試參數，通過HoloLens部署，最終獲得可靠的虛擬交互實訓平臺測試結果。

3.2" 測試結果與討論

在上述配置的交互實訓平臺測試環境下，實驗可以設置測試交互設備，對各項參數進行初始化處理，運行本文設計的基于數字孿生技術的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺。各個項目的平臺測試結果如表2所示。

根據表2，本文設計的平臺經測試顯示：其交互功能（如按鈕、輸入框等）在不同設備上均運行正常，展現了優秀的跨設備交互能力；各功能模塊邏輯清晰、功能完備，數據交互順暢，提升了用戶體驗；平臺在壓力測試和負載測試中表現卓越，響應迅速且處理能力出色；同時，跨瀏覽器和跨平臺兼容性強，安全性高。綜上，該平臺綜合性能優異，具備較高的應用價值。

4" 結語

隨著計算機技術的迅猛發展，虛擬化技術逐漸嶄露頭角，成為推動軟件功能運行創新的重要力量。虛擬化技術通過模擬計算機硬件、操作系統、軟件環境等，打破了傳統軟件功能的運行局限性，使得軟件功能在不同的平臺和環境中被有效移植和復用。但常規的交互實訓模式的適應性較低，無法滿足目前的交互創新要求。為了解決這一問題，本文提出了一種基于數字孿生技術的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺。該平臺通過實時數據交互和模擬仿真，實現對物理實體的全面監控和預測分析。測試結果表明，本文設計的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺綜合性能良好，滿足教學實訓交互要求。在實訓過程中，學生能夠在虛擬環境中進行實踐操作，體驗真實的軟件開發流程，通過實時數據交互和模擬仿真進行技能提升和創新實踐。綜上所述，基于數字孿生技術的軟件技術專業虛擬交互實訓平臺為軟件技術專業的教育提供了新的解決方案和思路。通過虛擬化技術和數字孿生技術的結合應用，該平臺能夠打破傳統實訓模式的局限性，提高教學實訓的交互性和創新性，為軟件技術專業的教育和發展做出積極貢獻。

參考文獻

［1］刁培培，何娜敏.基于MR技術的智能配送中心虛擬仿真實訓平臺教學實踐研究［J］.湖北開放職業學院學報，2024（8）：144-146.

［2］鄒幸居.跨境電商直播虛擬仿真實訓平臺的構建與應用：以粵港澳大灣區農產品為例［J］.創新創業理論研究與實踐，2024（8）：174-178.

［3］譚超健，張凱，林曉輝，等.“服務器配置與管理”3D立體虛擬實訓平臺構建研究［J］.廣東輕工職業技術學院學報，2024（1）：64-68.

［4］陸寒熹，孫騰，姚佳維，等.基于負荷管理應用場景的實訓平臺的建設與應用［J］.數字技術與應用，2024（1）：172-174.

［5］陳怡然，馮秀芝，劉立萍，等.高等醫學教育虛擬仿真實訓平臺的建設現狀與思考：基于VOSviewer軟件的可視化分析［J］.中國醫學教育技術，2024（2）：183-189.

［6］于新設，馬超，王振，等.產教融合背景下職業院校醫療器械專業實訓教學模式探索：以通用型CT轉運裝置的研發與應用實訓教學為例［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