基于数字孪生技术的软件技术专业虚拟交互实训平台设计

摘要：针对传统软件技术专业虚拟交互实训平台在性能上的不足，文章提出了一种基于数字孪生技术的新型平台设计方案。该平台通过引入Jacinto信息处理器与Infineon存储芯片，构建了坚实且高效的硬件基础。同时，文章运用了数字孪生技术，创建了高度仿真的虚拟实训环境，实现了高效的软件技术专业虚拟交互。经过测试，该平台具有一定的稳定性，能够有效地满足软件技术专业的教学需求，为学生提供高效、真实的实训体验，显著提升教学质量，为软件技术教育的发展注入了新的活力，提供了强有力的支持。

关键词：数字孪生技术；软件技术；虚拟交互；实训平台

中图分类号：TP391.9" 文献标志码：A

基金项目：海南经贸职业技术学院项目；项目名称：数字孪生体开发技术研究；项目编号：hnjmk2022302。

作者简介：郭鹏（1979— ），男，副教授，硕士；研究方向：数字孪生。

0" 引言

软件技术专业是一门研究软件开发、编程的基础专业，对培养计算机领域人才十分重要。研究表明，软件技术专业的常见课程较多，包含内容较广泛，例如：“程序设计”“数据结构”等［1］。虚拟交互实训平台主要利用虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）及增强现实（Augmented Reality，AR）技术开发基础环境，创建模拟真实的教学场景完成相关操作，实现沉浸式互动学习［2］。相关研究人员针对软件技术专业实训特点设计了几种常规的虚拟交互实训平台。谭超健等［3］考虑服务器配置与管理还原真实的实训环境，运用Unity 3D技术进行任务制作处理，实现多终端访问，但其吞吐效果不佳。陆寒熹等［4］基于负荷管理应用场景生成数据服务控制框架，实现有效交互，但其实训效果一般。为提高软件技术专业综合实训效果，本文基于数字孪生技术设计了一种有效的虚拟交互实训平台。

1" 硬件设计

1.1" Jacinto信息处理器

为避免交互实训平台运行过程中的卡顿问题，本文选取Jacinto信息处理器作为核心处理器。该处理器使用GetSystemInfo函数进行信息分类，编译成ARM执行档［5］，在实训程序中嵌入生成码，其组成结构如图1所示。该信息处理器选用增强型处理中心实现浮点运算处理，由高速串行接口完成辅助扩展，存储大量的虚拟交互实验数据。

1.2" Infineon存储芯片

为提高虚拟交互实训平台的综合性能，本文选取Infineon存储芯片存储实训用户数据。该存储芯片的" 整体功耗较低，可以实时进行存储映射匹配，满足多体系存储调用要求，其参数如表1所示。

由表1可知，该存储芯片符合多阵列并行存储要求，能实时进行存储编译，提高综合存储效率，最大程度上提高了实训平台的运行流畅性。

2" 软件设计

2.1" 基于数字孪生技术构建虚拟交互实训模型

数字孪生技术是一种数字模型同步更新技术，可以通过数据采集处理等多个环节调整更新参数，实现仿真优化，因此，本文基于数字孪生技术构建虚拟交互实训模型，创建实训对象物理场景PS，如式（1）所示。

PS=｛EO，IoT｝（1）

其中，EO代表交互设备等要素，IoT代表交互电源、数据传输等要素。根据交互引擎可以模拟虚拟交互实训场景VS，如式（2）所示。

VS=｛DM，MM｝（2）

其中，DM代表数据映射，MM代表模型映射。在交互管理过程中产生的孪生数据DM如式（3）所示。

DM=｛G，P，B，R，C｝（3）

其中，G代表实训几何模型，P代表实训物理参数，B代表行为参数，R代表规则参数，C代表实训能力参数。实训模型提供的服务S如式（4）所示。

S=｛TS，UT，FA｝（4）

其中，TS代表内部实训技术服务集合，UT代表多维信息服务支持，FA代表重构参量。构建最终的数字孪生虚拟交互实训模型LD［6］，如式（5）所示。

LD=｛S，A，R，P｝（5）

其中，S代表环境观测值，A代表实训任务执行策略，R代表离散动作参量，P代表惩罚系数。使用该实训模型可以有效优化实训机制，生成最优实训处理指令，提高了交互平台的综合交互效果。

2.2" 设计软件技术专业虚拟交互实训架构

本文利用Web服务器设计虚拟交互实训架构，由表示层、业务逻辑层、数据访问层组成，有效完成实训业务管理与部署。该交互实训架构如图2所示。

表示层主要由ASPX页面组成，可以接收用户输入结果，通过交互接口完成逻辑处理。该交互实训架构可以将业务逻辑层划分成逻辑层、数据访问层，将" 应用程序与数据源结构对应起来，从而保存实体数据，使其满足多重业务逻辑要求。除此之外，上述虚拟交互实训架构可以在数据库中添加实训记录，将实训结果返回到原本的调用程序中，实现数据库更新。由此可见，该交互实训架构的综合性能良好，在最大程度上提高了实训平台的综合兼容性。

3" 平台测试

为了验证设计的基于数字孪生技术的软件技术专业虚拟交互实训平台的综合性能，本文配置了可靠的实验环境，选取了有效的测试项目，进行平台测试。下文介绍测试准备过程，对测试结果进行分析讨论。

3.1" 测试准备

本文以软件技术专业虚拟交互实训平台测试需求为导向，基于Universal Windows Platform构建测试环境，采用MRTK和Unity 3D开发，通过Visual Studio 2017编译。实验配置包括Unity 5.6.4.f1、Visual Studio 2017、64位8 GB RAM的CPU及支持DirectX 11.0的GPU。经项目配置、窗口扩展调整、测试应用程序构建及服务器搭建后，实时获取测试参数，通过HoloLens部署，最终获得可靠的虚拟交互实训平台测试结果。

3.2" 测试结果与讨论

在上述配置的交互实训平台测试环境下，实验可以设置测试交互设备，对各项参数进行初始化处理，运行本文设计的基于数字孪生技术的软件技术专业虚拟交互实训平台。各个项目的平台测试结果如表2所示。

根据表2，本文设计的平台经测试显示：其交互功能（如按钮、输入框等）在不同设备上均运行正常，展现了优秀的跨设备交互能力；各功能模块逻辑清晰、功能完备，数据交互顺畅，提升了用户体验；平台在压力测试和负载测试中表现卓越，响应迅速且处理能力出色；同时，跨浏览器和跨平台兼容性强，安全性高。综上，该平台综合性能优异，具备较高的应用价值。

4" 结语

随着计算机技术的迅猛发展，虚拟化技术逐渐崭露头角，成为推动软件功能运行创新的重要力量。虚拟化技术通过模拟计算机硬件、操作系统、软件环境等，打破了传统软件功能的运行局限性，使得软件功能在不同的平台和环境中被有效移植和复用。但常规的交互实训模式的适应性较低，无法满足目前的交互创新要求。为了解决这一问题，本文提出了一种基于数字孪生技术的软件技术专业虚拟交互实训平台。该平台通过实时数据交互和模拟仿真，实现对物理实体的全面监控和预测分析。测试结果表明，本文设计的软件技术专业虚拟交互实训平台综合性能良好，满足教学实训交互要求。在实训过程中，学生能够在虚拟环境中进行实践操作，体验真实的软件开发流程，通过实时数据交互和模拟仿真进行技能提升和创新实践。综上所述，基于数字孪生技术的软件技术专业虚拟交互实训平台为软件技术专业的教育提供了新的解决方案和思路。通过虚拟化技术和数字孪生技术的结合应用，该平台能够打破传统实训模式的局限性，提高教学实训的交互性和创新性，为软件技术专业的教育和发展做出积极贡献。

参考文献

［1］刁培培，何娜敏.基于MR技术的智能配送中心虚拟仿真实训平台教学实践研究［J］.湖北开放职业学院学报，2024（8）：144-146.

［2］邹幸居.跨境电商直播虚拟仿真实训平台的构建与应用：以粤港澳大湾区农产品为例［J］.创新创业理论研究与实践，2024（8）：174-178.

［3］谭超健，张凯，林晓辉，等.“服务器配置与管理”3D立体虚拟实训平台构建研究［J］.广东轻工职业技术学院学报，2024（1）：64-68.

［4］陆寒熹，孙腾，姚佳维，等.基于负荷管理应用场景的实训平台的建设与应用［J］.数字技术与应用，2024（1）：172-174.

［5］陈怡然，冯秀芝，刘立萍，等.高等医学教育虚拟仿真实训平台的建设现状与思考：基于VOSviewer软件的可视化分析［J］.中国医学教育技术，2024（2）：183-189.

［6］于新设，马超，王振，等.产教融合背景下职业院校医疗器械专业实训教学模式探索：以通用型CT转运装置的研发与应用实训教学为例［J］.中阿科技论坛，2024（4）：138-142.

（编辑" 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