简析基于web 的虚拟实验平台的设计

简析基于web 的虚拟实验平台的设计
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实验是机械课程中必不可少的一部分，学生可以通过机械实验操作更好的更深入理解所学的机械结构与机械理论，但当前受成本及空间的限制，很多高校的机械实验体系并不是特别完善，且当前的实验模式，多停留在实体模型操作阶段，其实验只能在实验室里进行，受空间及成本约束较大。

而虚拟实验平台则不同，虚拟实验平台不受空间时间的限制，且其机械模型不需要维护与定期更换，大大降低了成本。

因此，基于当前机械实验现状提出了虚拟实验平台的设计与开发方案。

1 国内外虚拟实验平台现状与分析
当前，国内外虚拟实验平台的搭建还是比较成功的，例如英国开放的大学开发的科学实验室已基本能够在线实现实体实验室的所有功能，学生可以从网站上下载虚拟模拟仪器软件进行在线实验，也可以借助遥控仪器进行远程控制实验。

相对于国外，国内这方面的研究起步较晚，但也有不少成功的案例，例如北京航空航天大学的机械与控制工程虚拟仿真实验教学
中心、吉林大学的机械虚拟仿真实验教学中心、华中科技大学的机械学科虚拟仿真实验教学中心等等。

总之，当前虚拟实验室技术虽然取得了一定的成果，但自身的实验环境受一定时间和空间的限制，不能时时的提供给学生一个自主设计和分析的实验环境。

2 虚拟实验平台的总体方案设计
虚拟实验平台的技术研究路线
以机械设计基础实验为开发对象，分析其实验内容及过程，采用统一建模语言UML 对平台进行业务流程分析，完成需求分析报告。

根据需求分析报告，对实验平台进行概念设计(数据层)、业务逻辑层设计(各种被封装的Web 实例) 和物理设计(功能设计)，进而完成三层分布式体系结构设计和功能设计。

确定使用Visual Studio2015 设计开发Web 程序，利用SQL Server2008 完成数据库的开发，选定Pro/Engineer、3D MAX、Unity3D等软件进行3D 模型的构建。

完成平台详细方案设计，包括虚拟实验、实验教学及平台管理三大模块。

进行开放式虚拟实验平台的程序设计和数据库开发。

进行虚拟实验3D 模型的构建，利用
Pro/Engineer、3D MAX、Unity3D 建立起所需要各部分机械零件模型。

完成实验平台各功能模块的集成与测试，将Web 程序和3D 建模相结合，实现开放式虚拟实验平台的机械虚拟仿真实验功能。

完善并优化开放式虚拟实验平台，网上试运行。

虚拟实验平台的功能结构
基于虚拟现实技术、信息技术、网络技术、Web 技术开发一套功能完备、通用性强的适合Web 环境的开放式虚拟实验教学平台，主要包括在线虚拟实验、实验教学管理及平台管理维护三大功能，平台的具体功能为在线虚拟实验、在线作业、实验报告的智能批改、在线交流讨论和成绩管理等，其中在线虚拟实验重点开发了减速器拆装实验、常用机构和通用件认知实验等。

3 虚拟实验平台的实现
本虚拟实验平台采用的开发工具为Microsoft Visual Studio2015 和SQL Server 2008, 同时利用技术和C#.NET 网页编程语言，并结合数据库访问技术完成了系统的开发。

本系统包含三个角色管理员、教师和学生，他们分别具有不同的操作权限。

当登录本系统后，管理员具有最高权限，可在其界面添加、
修改、删除用户;教师可通过在线页面查询实验的开放情况，并可以根据自己的课程情况开放或关闭实验;学生可通过在线系统预约、进行实验，并且可以在查询界面查询自己的实验成绩。

现已完全实现零件认知虚拟实验和减速器拆装虚拟实验，零件认知实验界面。

减速器拆装实验界面，本平台的减速器为一级减速器，其主要构件为箱盖、箱座、齿轮轴、齿轮、轴承等零件和螺栓。

学生可通过拖动左侧零件库中的零件进行减速器的安装，在装配完成后，可进行减速器的拆除实验。

同时学生可通过工具栏进行减速器零件参数的测绘。

对于虚拟实验，采用的开发工具为与Unity3D，其中，各种机械零件的建模均采用软件进行建模，同时减速器的组装也是使用进行装配，利用导出obj 文件，直接使用obj 文件将模型导入Uniyt3D 中，其虚拟实验操作界面等部分均是采用Unity3d 技，对于模型按钮的控制以及旋转移动，则使用的是Unity3D 中的脚本功能。

4结束语
基于web 的虚拟实验平台的开发与实现，不仅大大降低了实验室建设的成本，并且节约了时间、空间和材料。

同时使学生可以不受时间空间的限制，随时
随地的进行机械实验，吸引了学生的学习兴趣，同时该平台也是教师得力的教学工具。

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