基于虚拟现实技术的网络虚拟实验室设计与实现

基 于虚 拟 现 实技 术 的 网络 虚 拟 实 验 室设 计 与 实现
杨 美 霞
（ 津 现 代 职业 技术 学 院 ， 津 ３ ０ ２ ） 天 天 ０ ２２
摘
要 ：针 对 如 何 克服 实验 条 件 的 限制 而随 时随 地 开 展 实验 ， 讨 应 用虚 拟 现 实技 术 开 发 虚 拟 实验 探
ｆ） １ 可降 低 科 研 成 本 和 节 省 研 究 经 费 ． 弥补 教 学 条 件 的 不 足 ． 能 够充 分 发 挥 现 有 科 学 仪 器 的作 用 ． 高 并 提
使用 效率 尤 其 是 通 过联 网 后 能 实 现 大 型 科 学 仪 器 的
２ 虚 拟 实验 室 基 本 设 计 思 想
的 方 法 ， 在 此 基 础 上 实现 一 个 网络 化 虚 拟 实验 室 系统 ， 统 开 发 过 程 中采 用 的 构 建 方 法 并 系 和 实现 技 术 能 够应 用 于一 般 虚 拟 实验 室 系统 的 开发 ． 应 用 虚 拟 现 实技 术提 高虚 拟 实验 的 为 真 实感 和 改善 教 学效 果 提 供 可 行 的 途 径 。
当前 ． 虚拟 实 验 室 设 计 的基 本 出发 点 在 于 ： 计 算 在 机 系 统 中采 用 虚 拟 现 实 技 术 ．按 照 实 验 教 学 的 基 本 要
求 ． 立 虚 拟 实 验 室 的 各 种 工 程 环 境 ． 验 者 可 以 像 在 建 实
资 源共 享 ， 免 了 大 型 仪 器 设 备 的重 复 添 置 、 买 和 浪 避 购
子 粒 子 ． 生都 可 以进 人 这些 物 体 的 内部 进 行 观 察 虚 学 拟 技 术 还 可 以突 破 时 间 的 限 制 ．一 些 需 要 几 十 年 甚 至
动中一个必 不可少的过程 ．对于培养学生 的实 际操作
能 力 和解 决 问题 能力 是 至关 重 要 的 很 多 学 习科 目都 是 以实 验 课 程 为基 础 的 ．尤 其 是 对 于 一 些 实 践 性 较 强
的学 科 ， 如 物 理 、 学 等 ， 是 目前 。 例 化 但 由于 实 验 条 件 的 限制 ， 如 实 验 设 备 缺 乏 、 验 设 备 难 以操 作 、 密 仪 例 实 精 器 容 易 损 坏 、 验 耗 时耗 财 等 ． 得 学 生 进 行 实 验 实 践 实 使
的机 会 缺 乏 ． 致 一 些 教 学 实 验 不 能 正 常 开 设 ． 加 上 导 再
原 子 核 的 裂 变 等 ， 而 阻碍 了学 生 实 践 能 力 的 培 养 将 从 虚 拟 现 实技 术应 用 在 实 验 教 学 ． 接 近 真 实 实 验 效 果 。 可
１ 建设 虚 拟 实验 室 的 意 义
当前 建 立 网络 化 虚 拟 实 验 具 有 重 要 的 现 实 意 义 ：
现 计 机 ２１０ ＠ 代 算 ０１ １ ．
＼
开 发 集便
＼
扩 充 性 和 软件 重 用 性 方 面 存 在 的 不 足 ． 出 了 基 于 Ｉ— 提 ｎ
ｔｒｅ 的虚 拟 物 理 实验 室 的基 本 设计 思想 ： ｅｎ ｔ （ ） 统 平 台 基 于 Ｉｔｍｅ 开 发 ． 用 分 布 式 Ｃ ｓ １系 ｎｅ ｔ 采 ，
对于危险 的或对人体健康 有危害的实验 ．一般采用 电
视 录 像 的方 式 来 取 代 实 验 ． 生无 法 直 接 参 与 实 验 ． 学 获
收 稿 日期 ：０ ０ １ ９ ２ １ —１ —１ 修 稿 日期 ： ０ ０ ２ ９ ２ １ —１ —１
作 者 简 介 ： 关 霞（ ９ ９ ） 女 ， 津 人 ， 师 ， 士 ， 究 方 向 为人 工智 能 、 杨 １７一 ， 天 讲 硕 研 多媒 体 等
费。
（ ） 免 真 实 实验 或 操 作 所 带 来 的各 种 危 险 。以往 ２避
真 实 的环 境 中一 样 ．运 用 各 种 虚 拟 实 验 仪 器 仪 表 和 设 备 ， 建 立 起 来 的 实 验 模 型 进 行 实 时仿 真 ． 成 各 种 预 Fra Baidu bibliotek对 完 定 的 实 验 项 目。 合 以上 虚 拟 实 验 室 设 计 的思 想 ． 对 结 针 目前 的 远 程 教 学 系 统 中存 在 的 一 些 缺 陷— — 交 互 性 、
结 构 的模 型 。 户 端 安 装 有 支 持 Ｊｖ 语 言 的浏 览 器 ． 客 ａａ 主
关 键 词 ：虚拟 现 实技 术 ；网络 技 术 ；虚 拟 实验 室 ；虚 拟 实验
０ 引
言
得 感 性 认 识 。利 用 虚 拟 现 实 技 术 进 行 虚 拟 实 验 ， 可 以 则
实 验教 学 是 教学 过 程 的 重 要 组 成 部 分 ．是 教 学 活
免 除 这 种 顾 虑 。 生 在 虚 拟 实 验 环 境 中 ． 以放 心 地 去 学 可 做 各 种 危 险 的 或 危 害 人体 的 实验 （） ３ 彻底 打 破 空 间 、 间 的 限制 。利 用 虚 拟现 实 技 时 术 ． 以彻 底 打 破 空 间 的 限 制 大 到 宇 宙 天 体 ． 至原 可 小
一
上百年才能观察 的变化过程 ． 通过 虚拟现实技术 ． 以 可
在很 短 的 时 间 内呈 现 给学 生 观 察 ’
些 抽 象 性 的 实 验 在 真 实 物 理 情 景 中 不 能 实 现 ．例 如
虚 拟 实 验 室 系 统 的开 发 可 以 有 效 克 服 实 验 仪 器 数 量 和 质量 的 不 足 以及 实 验 场 地 、 时数 的 限 制 ． 更 多 课 使 的精 密 仪 器 设 备 为 更 多 的人 所 共 享 这 样 可 以充 分 地 利 用 仪 器 资 源 ． 有 限 的 资金 发 挥 更 大 的作 用 。 络化 使 网 虚 拟 实 验 室 的 建设 对 教 育 教 学 有 重 要 意 义 ．必 将 成 为 其 中重 要 的一 环