基于3D和Virtools技术的虚拟实验室架构设计

实验是科学普及、高等教育和远程教育中不可缺少的一环,目前的实验基本上是在实验室中进行的,运作方式存在着投入大、损耗大、效率低、周期长、维护困难、危险性等缺点。在采用计算机技术实现的各种虚拟实验室中,实验者可以像在真实的环境中一样完成预定的实验项目,所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。 本文先介绍了当前国内外虚拟实验及虚拟实验室开发相关技术,对这些技术做了一些简要比较,接着论述了虚拟现实开发平台VIRTOOLS的概念、模组、特点和应用领域。然后结合课题“基于Web服务的可扩展建模与仿真技术理论基础研究”,提出了一种基于3D和VIRTOOLS技术的虚拟实验室开发方案,其中详细论述了虚拟实验的开发方法、虚拟实验数据分析处理解决途径和虚拟实验室的架构和功能模块的设计。最后应用该技术具体开发了一个中学物理实验仿真系统。实践证明,采用该技术开发的虚拟实验室具有减小开发难度、缩短开发周期、真实性好、交互性强等特点。 本文在进行项目开发过程中,主要作了以下三个方面工作:(1)、提出了一种虚拟实验开发方法-VVE,即用3DMAX构建3D实验场景、制作3D动画,用VIRTOOLS进行数据处理,交互控制;(2)、根据常规实验数据处理方法,提出了两种虚拟实验数据处理方法,一种使用VIRTOOLS模块实现的数据处理,另一种使用JSP外部程序语言实现的数据处理;(3)、提出了一种虚拟实验室架构,并详细阐述了其中的功能模块及实现途径。 最后,本文对开发项目作了一个总结,并对今后的工作发展作了展望。