光学干涉实验模拟论文

光学干涉实验模拟—Matlab Web Server在构建虚拟实验室中的应用

物理与电子信息工程学院物理学

[摘要] 本文介绍了Matlab Web Server 的网络虚拟实验室的架构原理、构建方法与开发步骤，以杨氏双缝干涉，牛顿环和迈克尔逊干涉仪为例，介绍了运用Matlab Web Server相结合建立光学网络虚拟实验室，并通过计算机模拟观察实验结果。

[关键词] Matlab Web Server 虚拟实验室光学干涉

0 引言

随着高校规模的不断扩大，在校生越来越多，并且随着现代教育技术的不断发展，远程教育和网上学习也越来越被人们所接受，这对教学手段和方法提出了挑战；而理工科学科中实验是很重要的一项，传统的实验室手段已不能满足现代教学的需要；而计算机技术的发展和网络的普及，使虚拟实验室技术得以应用和发展。

在理工科学科的实验中光学实验内容比较抽象，如不借助实验，学生很难理解实验原理和过程。传统学校教育中光学实验的进行一般要稳定的环境、高精密的仪器，在实验进行中，往往很难调试到理想的状态。而远程教育中的实验教学由于学生与教育机构存在空间上的分离，一直是传统远程教育的难点，成为制约远程教育质量的一个重要因素。随着计算机技术、网络技术和仿真技术的发展．网络虚拟实验平台的构建已经成为可能。通过网络环境实施光学虚拟实验，能够拓宽信息渠道与流量，扩大了实践活动的范围，不仅为学校实验教学提供了辅助教学手段，而且为远程教育中的实验教学增加了活力。通过计算机仿真光学实验，配合理论课的讲解，把光学课程涉及的现象展示在学生面前，能够加深学生对光学内容的理解。同时学生可以根据对光学原理和规律的理解，自己设置仿真实验中的可控参数，探索和发现光学世界的奥秘，调动学习的积极性。

在计算机的普及和网络技术的快速发展的浪潮中，Web技术和其它基于Internet的工具在实验中的应用变得原来越重要。利用内容丰富的、生动的Web 页面展示教学内容，增强了学习积极性，极大地体现了受教育者的学习主动性，提高学习效率。这种基于Internet的交互式操作实验为使用人员提供了一种更便

利、广阔的环境。MATLAB是目前最流行的科学计算语言之一，MATLAB 6．0以后的版本提供了WebServer组件，为MALTAB的Web应用搭建了桥梁，借助它可实现MATLAB的B／S模式系统的开发．在教学上利用它建立远程数值分析虚拟系统，避免了安装MATLAB软件和烦琐的程序输入与调试的局限性，能随时随地的利用Internet方便快捷地进行远程交互式仿真虚拟实验。虚拟实验是对其他操作性实验的有效互补，缓解了实验设备投入资金不足的矛盾，远程虚拟实验也将成为实践教育不可缺少的一部分]1[。本文讨论基于Matlab Web Server技术建立远程实验室，模拟光学干涉实验中杨氏双缝干涉，牛顿环和迈克尔逊干涉仪的等倾干涉。

1.基于Matlab Web Server的网络虚拟实验室系统构架

网络虚拟实验室架构是一个基于Matlab Web Server纯软件的虚拟实验分析系统，它采用B／S(Browser／Server)模式。在该模式下，用户端只需使用标准的Internet浏览器就可以展现实验的过程。Matlab Web Server 主要由两部分组成，一部分是MATLAB Web 服务器，它实际上是一个可执行的应用程序matlabserver.exe。另一部分是Web 服务器代理，即可执行程序matweb.exe，是MATLAB Web 服务器的TCP/IP 客户端，它将所有对MATLAB 的请求重定向到matlabserver.exe 进行处理。在具体实现时，还必须对Matlab Web 的服务代理与服务程序进行适当的配置，这分别通过文件matweb.conf 与matlabserver.conf 来实现。系统要提供WWW 服务，就必须要有一个Web 服务器，整个系统的工作流程如图1 所示。

图1 MATLAB Web Serve 工作原理

2 基于Matlab Web Sewer 的网络虚拟实验室构建

基于Matlab Web Server 的网络虚拟实验室构建按有Web 服务器的配置、

Matlab Web Server 配置、编写html 和m 文件。下面对这几点做详细介绍：

2.1 Web 服务器安装和配置

本系统采用Windows Server 2003版本，MATLAB 是7.O.4版本,IIS6.0版本web 服务器。现就IIS6.0服务器的配置做详细的介绍。在网站根目录下创建cgi-bin 、icons 两个虚拟目录（需要赋予读写权），cgi-bin 文件夹只需包含matweb.conf 和matweb.exe 两个文件，文件可以从Matlab 安装目录下toolbox\webserver\wsdemos 拷贝过来，icons 用于存放Matlab 文件生成的图片文件和应用程序所需的图片文件，其他的HTML 文件和M 文件放在根目录下。最后添加IIS 的WEB 服务扩展，扩展名为.matlab,所需文件为cgi-bin/matweb.exe ，

2.2 Matlab Web Server 配置

在新建Web 站点的根目录下，建立MATLAB 配置文件Matweb.conf 和

Matlabsever 配置文件Matlabserver.conf ，并对其进行配置。Matweb.conf 的内容如下：

[yanshisuangfeng]

mlserver=172.17.11.27

mldir= C:\matlab_web

其中，yanshisuangfeng是MATLAB应用程序名．mlserver设置Matlab Serevr服务器的IP地址，mldir是设置MATIAB应用的工作目录。Matlabsever.conf的内容包括两部分：端口号p，可同时并发的大线程数m]3[。

2.3 MATLAB的Web应用的开发步骤

(1)建立HTML格式的输入网页，用于输入数据。输入文件除了常规网页的基本内容之外，还必需包含有请求MATLAB Web服务的HTML表单文档，关键代码如下：

，其中action参数指定了处理这个表单的MATLAB Web服务程序路径。

name="mlmfile" value="my_m_file"> 设置一隐藏输入框mlmfile(参数名固定)，其值为将在MATLAB Web服务程序中运行的m文件的文件名。

(2)编写M文件，进行数据和图形绘制，M文件的总体流程结构为：

a．接收在Web输入表单中输入的数据；

b．计算并生成所需的图形；

c．把图形以指定文件保存；

d．调用htmlrep将结果输送到Web文件。

(3)建立HTML格式的输出网页。该文件即是M文件中用到的输出模板，包含页面布局、文字说明等信息，其中用到MATLAB程序输出变量的地方都用$var_ name$的形式表示。如果输出结果包含有图片，则输出HTML文件中要事先写好，而图片的文件名也作为输出变量保存在outstruct中]5[。

3 基于Matlab Web Sewer的虚拟实验室基本框架

本网络虚拟实验平台是基于浏览器的框架结构，窗口左侧是实验选择，底部是实验数据输入，右侧是实验结果部分。当选择左侧的实验模块，底部就会生成相应的输入模块，输入模拟的实验数据，提交后就会在右侧生成相应的模拟实验结果。具体框架如图2：