張偉方

摘要：本文通過分析虛擬實驗室的優(yōu)勢，結(jié)合相關(guān)技術(shù)，根據(jù)自身的研究能力、教學(xué)經(jīng)驗以及教學(xué)需求，提出了運用3DS MAX、VRML等技術(shù)實現(xiàn)計算機部件建模的想法。重點介紹了計算機部件的建模方法及建模效果。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；虛擬現(xiàn)實；3DS MAX；VRML

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0049-02

1 虛擬實驗室的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法不能將抽象的概念直觀形象的表達；部分真實實驗帶有危險性和傷害性，使得學(xué)生很難直接參與，而虛擬實驗室可以用一些虛擬軟件來代替物理硬件的作用，仿真效果幾乎和真實場景的實驗一致，使用虛擬實驗室進行實驗教學(xué)不但能夠彌補硬件的短缺還具有真實實驗所不具有的特點，如安全、維護方便、重復(fù)利用等優(yōu)點。所以，利用虛擬實驗室進行教學(xué)可以更好地解決教學(xué)中的很多問題，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在我國，虛擬實驗室的建設(shè)受到了越來越多的關(guān)注。據(jù)了解，我國大部分高校都根據(jù)了各自的特色和需要建設(shè)了虛擬實驗室。目前，發(fā)達國家的虛擬實驗室已經(jīng)非常流行。比如：美國麻省理工學(xué)院電子工程和計算機科學(xué)系虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用。

3 相關(guān)技術(shù)簡介

3.1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實是一個高級計算機人機界面，具有沉浸感、交互感等特征，是一項計算機、圖形交互的新技術(shù)。通過模擬人的視、聽、觸覺等感官功能，可以使人們沉浸在虛擬的境界中，還可以通過語言、手勢等方式實時進行互動，營造出一個多維的信息空間。用戶不僅可以通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體驗真實世界的真實體驗，而且可以突破空間的約束。

3.2 VRML語言介紹

VRML即“虛擬現(xiàn)實造型語言”。VRML被稱為是一種用于網(wǎng)絡(luò)建模的語言，它可以描述三維空間物體，它能將音頻、視頻和其他媒體的類型集成起來。

VRML和HTML一樣，都是通過瀏覽器解釋并運行從而將所要展示的場景圖呈現(xiàn)給瀏覽者。在教育方面，VRML不僅是HTML的替代者，更重要的是它打破了以WWW為基礎(chǔ)的教學(xué)模型，建立了一個更加自然、更加逼真的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.3 三維建模工具3DS MAX

3DS MAX軟件是一款可以制作三維模型和動畫的應(yīng)用工具軟件。該軟件可以實現(xiàn)三維建模、三維動畫以及合成等功能。

4 計算機虛擬組裝實驗室的建模

4.1 虛擬實驗環(huán)境的建立

對虛擬場景進行設(shè)計最簡單的方法就是直接利用VRML編寫源代碼，可以利用記事本存儲，只需將其擴展名改為“wrl”即可。還可以通過一些可視化工具來進行設(shè)計。用戶在客戶端瀏覽器上就能觀察到生成的虛擬場景。

然而針對繁雜的三維模型來說VRML實現(xiàn)是非常困難的，有時根本無法達到想要的效果。這時，最好采用一些三維建模工具。本文選擇的3DS Max就可以很好地解決復(fù)雜三維模型的制作。

4.2 利用VRML實現(xiàn)簡單模型建模的實例

VRML語言有豐富的節(jié)點（54個之多）可以幫助我們實現(xiàn)簡單模型的建模。本文通過代碼的編寫構(gòu)建了一個三維桌體的（代碼見附錄）。將相關(guān)代碼經(jīng)過VrmlPad編譯通過后，首先安裝好Cortona VRML Client，然后瀏覽者可以利用PC機上自帶的Internet explorer瀏覽器，通過鼠標對桌體拖動、縮放，從不同角度查看桌體的各個面，最終運行效果如圖1。

4.3 利用3DS MAX實現(xiàn)計算機部件的復(fù)雜模型建模

4.3.1 基本部件的建模

一個完成的計算機硬件系統(tǒng)有很多部件構(gòu)成，如鼠標、主板等，由于這些硬件的結(jié)構(gòu)和組成相對復(fù)雜，采用VRML技術(shù)就不適合，而3DS MAX可以輕松做到。由于篇幅的限制，本文僅展示部分建模后的效果圖。

以CPU芯片模型的貼圖舉例，CPU芯片由六面體構(gòu)成，可將貼圖所在的面與數(shù)字對應(yīng)標記。如可對應(yīng)表示為上1下2、前3后4、左5右6。若要修改芯片上方的貼圖就應(yīng)該對應(yīng)修改數(shù)字1的貼圖，如圖2。

4.3.2 復(fù)雜場景的建模結(jié)果

基本部件模型通過3DS MAX建好之后，就需要將這些基本部件模型組合成復(fù)雜模型。VRML提供了很多節(jié)點用于復(fù)合建模，如GROUP、 INLINE、 PROTO等節(jié)點，從而得到一個完整的計算機模型。圖3為計算機主板的模型效果圖，模型從各個角度展現(xiàn)計算機內(nèi)部主板的部件，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)時具有靈活清晰的優(yōu)點，從建模圖我們可知，模型建立完成后，會大大提高了教師的教學(xué)效率，另一方面也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

5 結(jié)語

雖然本文取得了一些成績，但由于開發(fā)時間和個人能力的限制，還有很多后續(xù)的工作需要完善。比如模型的交互也是后續(xù)有待研究的內(nèi)容。

參考文獻

[1]崔海燕，段作章.《虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用》[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007年第1期.

[2]許微.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（2）：279-280.endprint