基于Web3D的虚拟实验系统研究与实现

论文摘要

远程教育是继续教育的有效手段,相比传统教育形式,受时间和空间影响比较小,更适合在职学习和自我提高。但对于远程教育来说,实验教学是始终是一个难题。随着计算机和网络技术的飞速发展,远程教育的手段得以不断丰富,应用虚拟现实技术的虚拟实验成为解决的办法之一。由于虚拟实验的技术和理论尚在发展之中,各种虚拟实验的研究都有自己的倾向,并不能完全适合广播电视大学教学体系。为了研究和开发反应自身特点的虚拟实验系统,北京广播电视大学实验中心申请了相关课题研究。本文主要研究如何利用现有的Web3D技术,选取典型的计算机网络基础实验来实现虚拟实验系统,并为未来通用虚拟实验系统的开发打下基础。本文收集了相关资料,对Web3D技术进行了分析和比较,对现有的Web3D工具软件和解决方案也做了分析对比,给出了所选取的技术方案。按照选取的计算机网络实验,介绍虚拟实验的内容、实现的方法,力求在对客户端软硬件要求较低的前提下,实现Web3D效果的实验系统展示。本文还详细描述了利用WireFusion开发实验系统的方法和过程。对于在研究过程中碰到的难点问题,如不够完善的碰撞检测机制、网络带宽导致的延迟过大,本文通过多人次、多地点、不同条件下的大量测试和实验,结合对实验结果的分析,展开了讨论,最后给出解决的办法。最后对系统文件大小的控制,也研究并提出了合理的图像压缩方案。本研究最终实现了一个虚拟实验系统,经过实际测试,用户随时可通过互联网访问该系统,进行相关实验操作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 研究内容和重点
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 国内外研究现状
• 2.1 虚拟实验在国内的研究现状
• 2.2 虚拟实验在国外的研究现状
• 第三章 虚拟实验相关技术的研究
• 3.1 虚拟实验技术背景和发展
• 3.1.1 Web条件下虚拟现实技术的发展
• 3.2 Web3D虚拟实验系统的技术选型
• 3.2.1 Web3D技术的对比
• 3.2.2 三维场景建模技术
• 3.2.3 整合平台的技术
• 3.3 虚拟实验发展方向
• 第四章 虚拟实验系统的设计
• 4.1 设计目标
• 4.2 需求分析
• 4.3 平台总体设计思路和框架
• 4.3.1 总体设计思路
• 4.3.2 总体框架
• 4.4 功能说明
• 第五章 虚拟实验系统实现的关键技术
• 5.1 碰撞检测
• 5.1.1 包围盒技术介绍
• 5.1.2 层次包围盒方法
• （1） 层次包围盒的类型
• （2） 层次包围盒结构
• 5.1.3 碰撞检测包围盒算法实例
• 5.1.4 包围盒的更新
• 5.2 网络负载问题
• 5.2.1 实验发现问题
• 5.2.2 实验测试及结果分析
• 5.2.3 解决办法
• 第六章 虚拟实验系统的实现
• 6.1 虚拟实验模块功能与结构
• 6.1.1 路由器实验模块功能
• 6.1.2 实验模块结构
• 6.2 虚拟实验的实现
• 6.2.1 虚拟场景的实现
• 6.2.2 系统整合
• 6.3 系统实现所遇到的问题
• （1） 3D Object模式和3D World模式的比较
• （2） 碰撞检测的问题
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录