基于VR技术的电子实验仿真平台设计与实现

论文摘要

目前,许多高校不断扩大招生规模。传统的实验教学由于观念落后,实验设备不足等问题,越来越无法满足学生实验的需求。学校在地域条件上的差异,也使实验教学交流和教学资源利用受到很大的限制。利用虚拟现实技术开发的虚拟实验教学系统能够弥补传统教学条件的不足,为学生提供了一个不受时间、空间限制,不受实验设备限制的仿真实验环境,因此实验的灵活性和交互性大大增强。学生能够充分发挥想象,开展创造性的实验。虚拟教学系统使学校能够灵活开展实验教学、节省资金投入、充分合理利用教学资源,对现代实验教学改革,提高教学质量具有重要的意义。论文在分析了虚拟教学应用现状的基础上,结合电子实验教学的特点,设计了一个虚拟实验教学系统。首先从不同角度做了需求分析,接着设计了系统的整体架构,最后重点开发了电子实验仿真平台。平台以虚拟电子实验箱为中心,结合各种虚拟元件和工具,为学生提供了一个开展电子实验的虚拟环境。平台采用可视化编程语言开发,采用立体图像技术设计模块,采用面向对象编程语言开发各类虚拟设备,使平台设备具有很好的维护性和扩展性。在仿真平台信号扩散方式设计中,采用双过程联合递归算法,结合基于源端触发式信号传递方法,实现了信号的快速、高效传递。在运行控制上采用多线程技术,利用独立扫描线程控制平台各功能模块的运行,具有很高的实时性。论文最后对仿真实验平台的进一步开发做了规划。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.1.1 虚拟现实技术的概念
• 1.1.2 虚拟实验室的概念
• 1.1.3 计算机辅助教学相关研究
• 1.1.4 虚拟实验室的发展状况
• 1.2 论文的内容和意义
• 1.2.1 论文的研究内容
• 1.2.2 虚拟实验室的研究意义
• 1.2.3 虚拟实验平台开发
• 1.3 论文的章节安排
• 第二章 虚拟实验系统理论分析
• 2.1 虚拟实验体系的建立
• 2.1.1 系统设计思想
• 2.1.2 系统体系结构
• 2.2 虚拟实验室技术研究
• 2.2.1 系统总体技术
• 2.2.2 可视化建模仿真技术
• 2.2.3 协同虚拟环境实现技术
• 2.3 设计相关技术研究
• 2.3.1 CORBA技术
• 2.3.2 VRML技术
• 2.3.3 论文相关技术研究
• 第三章 虚拟实验系统构建设计
• 3.1 需求分析
• 3.1.1 系统社会需求
• 3.1.2 系统功能需求
• 3.2 系统总体规划
• 3.2.1 系统架构设计
• 3.2.2 仿真实验平台的结构
• 3.2.3 实验平台功能介绍
• 3.3 电子实验仿真平台各模块的设计
• 3.3.1 面包板的设计
• 3.3.2 电源模块的设计
• 3.3.3 信号发生源的设计
• 3.3.4 输出显示设备的设计
• 3.3.5 虚拟元器件的设计
• 3.4 系统管理模块设计
• 3.4.1 教学维护系统设计
• 3.4.2 实验教学系统设计
• 第四章 电子实验仿真平台详细设计与实现
• 4.1 仿真实验平台操作界面
• 4.2 虚拟元件数学模型定义
• 4.3 平台主要模块数据结构
• 4.3.1 插孔节点数据结构
• 4.3.2 导线类的设计
• 4.3.3 组合逻辑芯片类的设计
• 4.3.4 虚拟设备队列类的设计
• 4.4 信号扩散方式设计
• 4.4.1 信号扩散的算法实现
• 4.4.2 源端触发式信号传递
• 4.5 实时运行设计
• 4.5.1 扫描独立子线程的运用
• 4.5.2 动态编辑功能设计
• 4.6 附加功能的设计
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢