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        網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

        2017-03-06 20:04:42周剛偉
        電子技術(shù)與軟件工程 2017年1期
        關(guān)鍵詞:仿真

        與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比,網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有靈活、高效、開放以及用戶自定義等優(yōu)勢,具有非常好的應(yīng)用前景。因此,本文就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了簡要概述,并就網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)意義、設(shè)計(jì)思想、體系結(jié)構(gòu)及基本功能等進(jìn)行了分析。

        【關(guān)鍵詞】交互性 虛擬實(shí)驗(yàn)室 仿真

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,能夠有效提高實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的靈活度和高效性,促進(jìn)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。一些具有較強(qiáng)實(shí)踐要求的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)非常重要,但是因?qū)嶒?yàn)設(shè)備難以操作、設(shè)備缺乏以及實(shí)驗(yàn)條件限制等原因,會導(dǎo)致很多教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法正常開設(shè),學(xué)生缺乏實(shí)踐機(jī)會,影響學(xué)習(xí)效果,但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入應(yīng)用,能夠使學(xué)生獲得接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效果,有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

        1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室概述

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境,融合了多源信息的交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真技術(shù),使用戶可以體驗(yàn)虛擬的世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在專用設(shè)備的配合下,能夠給用戶帶來觸覺、視覺以及聽覺等感官的模擬,實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動,達(dá)到沉浸性以及交互性,從而給用戶帶來身臨其境的感覺。

        虛擬實(shí)驗(yàn)室是網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,即在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中創(chuàng)設(shè)一個具有可視化的三維環(huán)境,每一種實(shí)驗(yàn)對象用一個可視的三維模型代表,然后通過鍵盤、鼠標(biāo)或者可穿戴設(shè)備,對實(shí)驗(yàn)對象、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及過程等進(jìn)行模擬和仿真,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下相同的效果。

        2 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的作用

        (1)能夠減少設(shè)備的使用,有效緩解資金不足的現(xiàn)狀,避免大型儀器設(shè)備的購買和添置等,充分發(fā)揮現(xiàn)有儀器設(shè)備的作用,節(jié)約科研成本;

        (2)能夠降低操作所帶來的風(fēng)險,虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建,能夠有效避免安全問題,降低操作風(fēng)險,使學(xué)生能夠放心操作,且不會對因有害氣體而對人體造成傷害;

        (3)能夠打破以往實(shí)驗(yàn)過程中的時間和空間限制,有助于在實(shí)驗(yàn)中獲得更深刻的體驗(yàn)感受,增加對實(shí)驗(yàn)的理解。

        3 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)方法

        在運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時,應(yīng)掌握科學(xué)的設(shè)計(jì)方法,明確實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn),從而對其進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基本功能設(shè)計(jì),方法如下:

        3.1 基本設(shè)計(jì)思想

        從學(xué)科的具體教學(xué)需要出發(fā),建立教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的虛擬環(huán)境,然后在各種設(shè)備或儀器的配合下,對相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)P瓦M(jìn)行仿真,從而達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

        從目前的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用情況來看,主要在擴(kuò)充性和交互性等方面存在較多的問題,所以本文就該問題,提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)思想,具體為:該系統(tǒng)運(yùn)用Internet進(jìn)行開發(fā),選擇使用SQL Server數(shù)據(jù)庫,C/S分布式模型,對于系統(tǒng)的編程則使用Java語言,客戶服務(wù)器的通信功能應(yīng)用TCP/IP協(xié)議。另外,本文中虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì),在單機(jī)操作的基礎(chǔ)上,增加協(xié)同技術(shù),使其能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享的效果,減少用戶之間的訪問沖突,使資源能夠得到充分利用。

        3.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu),如元器件及設(shè)備等。其總體結(jié)構(gòu)主要包括服務(wù)器端和客戶端。服務(wù)器端主要包括Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,客戶端主要包括虛擬實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行環(huán)境,如運(yùn)行模塊和操作平臺等?;贑/S的結(jié)構(gòu)模型是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要框架,服務(wù)器端負(fù)責(zé)完成客戶的應(yīng)用功能。虛擬實(shí)驗(yàn)室的具體工作流程為:客戶端發(fā)出HTTP請求,通過HTTP服務(wù)協(xié)議Web服務(wù)器將相應(yīng)的軟件傳送至用戶的瀏覽器,并生成相應(yīng)的通信接口和虛擬平臺,在與數(shù)據(jù)庫連接后,將用戶所需資料傳送給用戶,從而發(fā)揮其作用。在設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)注意如果虛擬實(shí)驗(yàn)室有較強(qiáng)的交互性,應(yīng)從用戶的具體需求出發(fā),對其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

        3.3 虛擬實(shí)驗(yàn)室功能設(shè)計(jì)

        功能是進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的主要目的,所以在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時,主要有以下幾個方面:

        (1)模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,主要由大量虛擬的儀器和設(shè)備模型構(gòu)成實(shí)驗(yàn)對象,并通過這些模型來模擬具體的交互過程,從而達(dá)到增加學(xué)生與環(huán)境交互效果的目的;

        (2)虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠給學(xué)生適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)指導(dǎo),從而使得學(xué)生能夠在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,對具體的實(shí)驗(yàn)操作有充分的了解,如實(shí)驗(yàn)步驟、內(nèi)容、以及注意事項(xiàng)等內(nèi)容,建立文本式的指導(dǎo)書,方便學(xué)生隨時進(jìn)行瀏覽,還可以采用動畫或視頻演示的方式,方便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的具體過程;

        (3)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理內(nèi)容應(yīng)包括對信息資料的管理、服務(wù)器的管理和數(shù)據(jù)庫管理;

        (4)學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)操作后,應(yīng)按照統(tǒng)一的格式要求完成實(shí)驗(yàn)報告,并提交到指定數(shù)據(jù)庫或交給指導(dǎo)老師;

        (5)交流與答疑,網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)給學(xué)生與老師提供交流的平臺,可以采用延時通信如BBS和即時通信如廣播等方式來實(shí)現(xiàn),能夠方便學(xué)生之間的交流與討論,同時還可以方便教師給予學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí)過程中存在的疑問,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

        4 結(jié)語

        將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中來,能夠給學(xué)生提供一個具有交互性和真實(shí)性的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,滿足學(xué)生的求知欲和好奇心,使學(xué)生能夠獲得更為真實(shí)的體驗(yàn),從而提高學(xué)生的積極性,而且有助于學(xué)生更好地掌握教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力,提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的質(zhì)量。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]王平,劉星含,劉欣亮.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)[J].福建電腦, 2016,32(02):12-13.

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        [5]王新海,李偉光,許英.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣州化工,2014,14(13):214-215.

        作者簡介

        周剛偉(1979-),男,河南省寶豐縣人。工程碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)。

        作者單位

        平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省平頂山市 467001

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