图形化编程在虚拟现实探究实验室开发中的应用

论文摘要

探究实验室是在我国新一轮的新课程改革大背景下,在新课程标准的指导下,对中学理科实验教学实验设备进行数字化而产生的辅助教学系统,是新课标课程改革非常重要的组成部分。探究实验室为学生提供必要的探究工具,被认为是进一步深化改改革,切实提高教学质量的关键,目前已被各大中小学广泛的配备使用。探究实验室广泛采用多媒体技术和数字测量技术,基于计算机平台使用以辅助完成对物理、化学、生物等学科实验的系统。探究实验室充分支持新课改下学生进行多方面探究学习的环境,通过传感器和数据采集创设一个面对真实事物进行探究的环境。本文从现有探究实验室的角度出发,结合虚拟显示技术和仿真技术的手段,采用图形化编程技术将虚拟现实技术引入传统探究实验室,解决实现过程中的关于虚拟场景建立,仿真技术的使用等诸多难点,力求从教学角度更好的展现探究实验所采集到的数据内容。首先,本文描述虚拟现实探究试验室系统的开发背景、探究试验室系统的国内外现状,并进行了需求分析,概要地描述了虚拟现实探究实验室系统,对项目所采用的开发模式进行了说明。需求分析的成果具体分为功能性需求和非功能性需求两部分,采用用例(Use Case)的描述方法来描述功能性需求。在需求分析基础上,对系统进行了总体设计,通过对系统的总体架构、功能架构、控制流程等的设计,确定了系统的整体架构和核心功能。并对系统重点子功能模块的详细介绍。此外本文对系统数据测试与过程进行了介绍,并对测试结果进行了分析。最后,我们对图形化编程虚拟现实探究试验系统的应用情况进行了总结,并对系统的进一步开发提出了建议。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟现实探究实验系统开发背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 产品化应用
• 1.3 本文解决的主要问题
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 论文的组织结构
• 第2章 系统需求分析
• 2.1 系统概述
• 2.2 系统需求
• 2.2.1 系统的功能要求
• 2.2.2 系统非功能性需求
• 2.2.3 系统其他需求
• 第3章 系统总体设计
• 3.1 系统设计目标和原则
• 3.2 系统架构设计
• 3.2.1 工作流架构
• 3.2.2 控制流架构
• 第4章 系统的详细设计与实现
• 4.1 系统开发环境介绍
• 4.2 数据采集存储模块
• 4.2.1 数据采集模块硬件部分
• 4.2.2 数据采集存储模块的图形化编程实现
• 4.2.2.1 初始化端口
• 4.2.2.2 判断设备类型
• 4.2.2.3 发送操作指令
• 4.2.2.4 读取设备数据
• 4.3 数据处理显示模块的实现
• 4.3.1 Quest3D与数据库
• 4.3.2 图表显示
• 4.4 虚拟场景模块的实现
• 4.4.1 虚拟现实场景及仪器的建立
• 4.4.2 虚拟场景显示部分的图形化编程实现
• 4.4.3 界面控制场景模块的实现
• 4.5 场景控制模块的实现
• 4.5.1 添加仪器操作
• 4.5.2 选择仪器
• 4.5.3 操作仪器
• 4.5.4 装配仪器
• 第5章 系统测试
• 5.1 测试策略
• 5.2 功能测试
• 5.3 性能测试
• 5.4 用户界面测试
• 5.4.1 一致性测试
• 5.4.2 信息反馈测试
• 5.4.3 用户动作性测试
• 5.5 测试结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表