基于X3D的化工实验室虚拟及实现

论文摘要

当前,化学工程学的教学质量较大程度取决于实际的化工实验。化学工程学的快速发展给传统教学带来许多新挑战。第一,化工实验所需器械的质量、数量均不能满足需求是绝大部分学校和科研单位不得不面临的难题;第二,在实际的教学中,诸如一些绝对的理想状态不可能进行传统实验;第三,有效缓解很多高校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力。近年,出现的虚拟实验室用于辅助教学具有很好的前景,它与传统教学相比具有:微观直观性、节省实验经费和减少危险性等突出优势。虚拟现实系统中,基于桌面式虚拟现实系统在构建虚拟实验室时,使用三维建模技术生成极逼真的实验场景,实验者通过与实验场景的实时交互,实现真实场景下的实验过程。本文介绍了虚拟现实技术和虚拟实验室,讲述用虚拟现实技术开发虚拟实验室的优势所在及应用于教学活动的意义。研究了基于X3D技术的虚拟实验建模方法;研究了X3D中的动画、音频和交互技术,说明这些技术在设计过程中的使用方法。本文深入研究了X3D的交互技术,对使用X3D技术增强虚拟实验场景的逼真感,提供了一个可行的方法。对虚拟实验室的工作的讲解如下:首先,对虚拟实验室的总体和功能进行了讲解,包括:仪器的装配,数据的采集、处理,然后是实验的助手(相当于现实中的实验指导老师);然后实现了皂膜流量计的虚拟实验,说明了实验过程和结果,对论文进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景意义
• 1.2 虚拟实验室发展历程
• 1.3 虚拟实验室的特点
• 1.4 本文的思路和主要内容
• 1.5 本课题的软件环境和硬件环境
• 第二章 虚拟现实与虚拟教学
• 2.1 虚拟教学
• 2.2 虚拟现实综述
• 2.2.1 虚拟现实技术简史
• 2.2.2 虚拟现实系统的特点和分类
• 2.2.3 虚拟现实在各个领域中的应用
• 2.3 虚拟现实技术与教学
• 第三章 虚拟化工实验室
• 3.1 虚拟化工实验模块
• 3.2 虚拟化工实验室的X3D 设计
• 3.2.1 X3D 概述
• 3.2.2 X3D 的编辑器--X3D-Edit
• 3.2.3 VRCL 可行性分析
• 3.2.4 VRCL 设计过程
• 3.2.5 分块建模设计VRCL
• 3.3 虚拟场景的建模
• 3.4 虚拟场景的动画技术
• 3.4.1 视点动画节点
• 3.4.2 插值器动画节点
• 3.5 虚拟场景的音频技术
• 第四章 虚拟化工实验室的功能实现
• 4.1 虚拟实验的场景设计
• 4.2 仪器装配的传感节点
• 4.3 虚拟实验过程的信息监录
• 4.3.1 信息的采集
• 4.3.2 信息的存储
• 4.4 虚拟实验的评估
• 4.5 帮助系统
• 4.6 虚拟毛细管流量计应用举例
• 4.6.1 实验目的
• 4.6.2 实验原理
• 4.6.3 实验场景设计
• 4.6.4 数据采集和存储
• 4.6.5 实验评估
• 4.6.6 帮助系统
• 4.6.7 实验过程
• 第五章 结论
• 5.1 虚拟化工实验系统的优点
• 5.2 主要问题所在
• 5.3 今后的研究工作
• 致谢
• 参考文献