虚拟现实技术在远程教育系统中的应用研究 ——铁道电力机车远程虚拟实验室构建

论文摘要

虚拟现实(Virtual Reality)是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术及高分辨显示技术,生成视、听、触觉一体化的、逼真的三维虚拟环境,用户通过视觉头盔、数据手套等力反馈传感设备,或直接利用键盘、鼠标等输入设备,进入虚拟空间,以自然的方式体验、感知和操作虚拟世界中的各种对象,进行实时交互,从而获得身临其境的感受和体会。沉浸性、交互性、构想性是虚拟现实技术的三大基本特征。目前,由于技术和资金等原因,在虚拟现实技术的应用中普及视觉头盔、数字手套等力反馈传感设备是极其困难的。但随着计算机科学技术的迅猛发展,以键盘、鼠标、显示器等常规输入输出设备,在客户机浏览器中构成交互环境的网络三维交互(Web3D)技术却日趋成熟和完善,能够在相当程度上高效、经济地实现虚拟现实的目标,已在互联网上得到了越来越广泛的应用。基于虚拟现实的网络三维交互技术是指通过建立一个虚拟空间来实现人机互动漫游,通过与数据库接口来实现数据的搜索和管理,通过浏览器或客户端来实现三维场景的浏览及互动。网络三维交互技术是目前互联网技术的换代与升级,是下一代互联网展示技术的核心,其应用领域非常广泛,可用于数字城市建设、企业展示、产品营销、远程教育、旅游推广、文博展览、企业宣传、军事模拟等。几乎与此同时,现代远程教育的发展也进入了一个崭新的阶段,各种新兴的教学媒体不断涌现。基于移动通信技术的远程移动式教学、基于教育博客的远程自主式教学、基于多媒体视频会议系统的远程同步教学、基于网络游戏的远程体验式教学、基于虚拟社区的远程异步教学等层出不穷。如何将虚拟现实技术更好地应用于现代远程教育系统,正日益受到关注。本文紧紧围绕课题,通过跟踪国内外研究动态,把握虚拟现实技术在现代远程教育中的应用现状和发展态势,分析并设计基于虚拟现实的“铁道电力机车远程虚拟实验室”,一方面挖掘虚拟现实的关键技术,尤其是网络三维交互技术和虚拟装配技术,另一方面探讨远程虚拟实验教学模式的设计与实现。本文的研究主要涉及动态网站构建、虚拟环境三维建模、网络三维交互、虚拟装配及现代远程教育技术等。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 课题的来源、主要研究内容及意义
• 1.4 论文结构和章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于虚拟现实的现代远程教育
• 2.1 现代远程教育的发展和现状
• 2.1.1 现代远程教育的概念和特征
• 2.1.2 现代远程教育技术
• 2.1.3 国内外远程教育领域的研究与应用
• 2.2 虚拟现实技术的发展与现状
• 2.2.1 虚拟现实的概念和特征
• 2.2.2 虚拟现实技术
• 2.2.3 国内外虚拟现实领域的研究与应用
• 2.3 基于虚拟现实的现代远程教育
• 2.3.1 虚拟现实在教育领域中的应用
• 2.3.2 虚拟现实在远程教育领域中的应用
• 2.3.3 基于虚拟现实的远程虚拟实验室
• 2.4 本章小结
• 第三章 实现远程虚拟实验室的关键技术研究
• 3.1 动态网站构建技术
• 3.1.1 Microsoft Visual Studio.NET 2005
• 3.1.2 Microsoft SQL Server 2000
• 3.1.3 Macromedia Dreamweaver MX 2004
• 3.1.4 Adobe Photoshop/Macromedia Flash
• 3.2 三维虚拟建模技术
• 3.2.1 Autodesk 3DSMax 8
• 3.2.2 Solid Edge V16
• 3.3 网络三维交互技术
• 3.3.1 VRML/Web3D
• 3.3.2 Virtools Dev 4.0
• 3.3.3 上海创图WebMax
• 3.4 虚拟装配技术
• 3.5 本章小结
• 第四章 "铁道电力机车远程虚拟实验室"系统分析
• 4.1 系统可行性分析
• 4.1.1 技术可行性
• 4.1.2 经济可行性
• 4.1.3 时间/操作/法律可行性
• 4.1.4 结论
• 4.2 系统需求分析
• 4.2.1 系统简介
• 4.2.2 产品概述
• 4.2.3 具体需求
• 4.2.4 识别类和对象
• 4.3 本章小结
• 第五章 "铁道电力机车远程虚拟实验室"系统设计
• 5.1 系统简介
• 5.2 系统开发技术及应用平台
• 5.2.1 系统开发环境及技术
• 5.2.2 系统应用平台
• 5.3 系统功能模块
• 5.3.1 系统情景描述
• 5.3.2 功能模块划分
• 5.4 系统数据管理
• 5.4.1 实体关系图
• 5.4.2 数据库及表设计
• 5.4.3 数据安全与维护
• 5.5 系统网站规划与程序设计
• 5.5.1 网站的主题定位与形象设计
• 5.5.2 网站的站点规划与结构设计
• 5.5.3 网站的测试、上传、宣传与维护
• 5.6 系统三维模型及虚拟场景构建
• 5.6.1 创建三维模型
• 5.6.2 创建虚拟场景
• 5.6.3 实现实时交互
• 5.7 本章小结
• 第六章 "铁道电力机车远程虚拟实验室"系统测试与评价
• 6.1 系统综合测试
• 6.1.1 单元测试
• 6.1.2 集成测试
• 6.1.3 系统测试
• 6.1.4 用户验收测试
• 6.2 系统评价
• 6.2.1 系统功能评价
• 6.2.2 本系统与同类系统的比较
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 本论文研究总结
• 7.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历