基于VRML的虚拟现实技术在远程虚拟实验教学中的应用研究

论文摘要

目前,远程教育发展的如火如荼,然而在发展的过程中却遇到了一个相当棘手的难题,实验教学如何才能在网上远程实现,教学部分可以用软件或视频演示,但学生动手操作如何实现呢?这个问题已经成为了制约现代网络远程教育的瓶颈。然而,实验教学占有非常重要的地位,尤其是在实践性要求相当强的理工科学科中,它是教学活动中一个必不可少的过程。同时它也是培养学生实际动手能力、创新能力和问题解决能力的至关重要环节。随着计算机网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术的不断发展,以及现实问题促使科学研究进一步深入的需要,虚拟实验技术已经开始日臻成熟和完善。本论文首先指出研究的背景意义,阐述了国内外虚拟实验及虚拟实验室的发展状况,及其在远程教育中的发展和应用情况。接着研究了虚拟现实技术的基本特征和关键问题,研究了虚拟现实技术的主要应用领域以及在教育领域的应用情况,着重讨论了VRML技术发展、工作原理及其应用情况,并引出采用此技术构建虚拟实验室的优势。然后研究了远程虚拟实验室构建的理论基础,分析了远程虚拟实验室的概念、特点、内涵和基本功能,以及构建远程虚拟实验室的关键技术和方法。提出了应用VRML技术和Java技术相结合来实现网络虚拟实验室的构建。在此基础上利用VRML和Java的有机结合实现了对计算机组装虚拟实验的开发实现。基本上达到了远程/本地实验教学的要求。本研究在以下作了详细的探讨:应用VRML技术,结合3DS MAX的强大功能,对计算机各部件进行了3D建模设计;对虚拟实验室的场景应用VRML建模技术进行了建模;研究了VRML的交互方法,在VRML和Java技术的接口中,可以用Java代码来实现一些复杂的功能,从而实现一定程度上的交互;仔细研究了计算机组装整个过程的虚拟实现方法,并对其自动的安装过程进行了动态的仿真实现。最后对本研究的开发工作作了一个总结与展望,本研究所完成只是在理论分析的基础上虚拟实验室的一个简单实例,实现了部分功能。还有一些方面,特别是在实验室的实验数据和多人合作实验方面有待于深入的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要目标及主要研究内容
• 第2章 VRML虚拟现实技术介绍
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实的关键技术
• 2.1.2 虚拟现实的基本特征
• 2.2 虚拟现实技术的主要应用领域及其在教育领域的应用
• 2.2.1 虚拟现实的应用领域
• 2.2.2 虚拟现实技术在教育领域的应用
• 2.3 VRML简介
• 2.3.1 VRML的发展历程
• 2.3.2 VRML的工作原理
• 2.3.3 VRML的应用
• 第3章 远程虚拟实验室
• 3.1 远程虚拟实验的理论基础
• 3.1.1 认知理论
• 3.1.2 建构主义理论
• 3.1.3 自主学习理论
• 3.1.4 自我监控理论
• 3.1.5 学生控制策略
• 3.1.6 交互理论
• 3.2 远程虚拟实验室及其功能
• 3.2.1 远程虚拟实验内涵
• 3.2.2 远程虚拟实验的优越性
• 3.2.3 远程虚拟实验室的概念和特点
• 3.2.4 远程虚拟实验室的基本功能
• 3.3 远程虚拟实验室的关键技术和构建方法
• 3.3.1 远程虚拟实验室的关键技术
• 3.3.2 远程虚拟实验室的构建方法
• 第4章 计算机组装与维护虚拟实验的建模与设计
• 4.1 计算机组装与维护实验概述
• 4.1.1 计算机组装与维护实验的特点
• 4.1.2 计算机组装虚拟实验系统的设计要求
• 4.1.3 计算机组装虚拟实验系统的设计目标
• 4.2 计算机组装与维护虚拟实验环境的建立
• 4.2.1 VRML的建模方法
• 4.2.2 运用3DS MAX建模
• 4.2.3 虚拟实验环境和设备模型的创建
• 4.3 计算机组装与维护虚拟实验的功能实现
• 4.3.1 场景添加/删除的实现
• 4.3.2 添加/删除节点的实现
• 4.3.3 获取/设置物体的坐标
• 4.3.4 虚拟实验中的交互功能实现
• 4.3.5 交互功能实现的实例代码
• 4.3.6 计算机组装自动安装部分功能代码
• 第5章 总结与展望
• 5.1 研究和开发工作总结
• 5.2 研究和开发展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果