基于网络的虚拟实验系统研究

论文摘要

随着网上教育的广泛应用,基于网络的虚拟实验的研究逐渐被人们关注。虚拟实验是现代创新教育的重要手段,是实现教学资源共享与优化配置的重要方式。本文通过对虚拟现实、虚拟实验的构建理论、建模方法以及关键技术的分析研究,提出了一种基于网络的分布式虚拟实验系统的解决方案。该虚拟实验系统平台基于实验室Intranet、采用浏览器/服务器模式,在满足实验室内部进行虚拟实验的前提下可以同时进行远程虚拟实验;该虚拟实验平台的建设以VRML技术为基础,并结合其他虚拟现实技术在计算机上模拟网络环境下实验环境、实验对象和实验过程,使用户在同一网络环境下完成虚拟实验;系统采用表示层、功能层和数据层的三层结构;系统界面根据实验教学各种环节,划分为虚拟中心、交流中心、资料中心、下载中心四个板块进行设计。系统设计过程中对系统建模问题和交互问题进行了重点研究,给出了停车场虚拟实验系统、智能照明虚拟实验系统和智能消防虚拟实验系统等应用实例。最后结合系统平台搭建中的不足对以后进一步深入研究的几个方面做简单的展望。文章提出的基于网络的分布式虚拟实验系统的解决方案,可实现对我校智能建筑实验室现有实验系统的补充(比如停车场等不宜于在实验室演示的实验),并可用于其他专业或基础实验室构建虚拟实验系统,具有较强的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟现实和虚拟实验
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究重点
• 1.4 本章小结
• 第二章 虚拟实验的研究
• 2.1 虚拟实验及其模式
• 2.1.1 演示型虚拟实验模式
• 2.1.2 交互式虚拟实验模式
• 2.1.3 分布式虚拟实验模式
• 2.2 虚拟实验的主要技术
• 2.2.1 虚拟实验场景的建模技术
• 2.2.2 人机交互技术
• 2.3 虚拟实验开发技术的分析比较
• 2.3.1 虚拟建模语言VRML
• 2.3.2 Java3D
• 2.3.3 Cult3D
• 2.3.4 LabVIEW
• 2.4 虚拟实验的发展方向
• 2.4.1 协作式虚拟实验
• 2.4.2 自适应虚拟实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 虚拟实验系统的整体设计
• 3.1 平台搭建
• 3.1.1 系统网络拓扑结构
• 3.1.2 系统的网上发布
• 3.1.3 系统运行环境
• 3.2 系统目标
• 3.3 系统的结构与功能
• 3.4 系统界面设计
• 3.5 虚拟系统实现流程
• 3.5.1 系统模型构造
• 3.5.2 模型的优化
• 3.5.3 系统交互功能的实现
• 3.5.4 用户操作的及时响应与场景画面质量冲突问题
• 3.5.5 虚拟场景中数字输入问题的解决方法
• 3.5.6 动态连续波形绘制的关键技术
• 3.5.7 编辑菜单的实现
• 3.5.8 模型及材质导入
• 3.5.9 场景保存
• 3.5.10 虚拟场景与操作者的交互
• 3.5.11 利用补插器设定动态场景的变化过程
• 3.6 本章小结
• 第四章 场景设计及应用举例
• 4.1 虚拟场景设计步骤
• 4.2 虚拟停车场实验系统总体设计及流程
• 4.3 虚拟智能照明系统的开发
• 4.4 虚拟智能消防系统的开发
• 第五章 结论及展望
• 5.1 总结
• 5.2 进一步工作
• 参考文献
• 攻读学位期间获得的成果
• 致谢