虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分類研究

[摘要]虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分類是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。近二十年來，眾多的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)得到了廣泛使用，但學(xué)術(shù)界尚未研究出一套有效的分類方法，影響了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究。文章從虛擬實(shí)驗(yàn)的流程出發(fā)，給出了基于實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)控制的三維的分類方法。

[關(guān)鍵詞]虛擬實(shí)驗(yàn)；分類；實(shí)驗(yàn)對(duì)象；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)控制

[中圖分類號(hào)]G420

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[論文編號(hào)]1009－8097(2011)10－0117－04

一 引言

自從1989年Gentral Florida大學(xué)教育訓(xùn)練研究院建立了第一個(gè)虛擬系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以來，國內(nèi)外有很多組織都已經(jīng)開展了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作，特別是在一些著名的大學(xué)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中，已經(jīng)建好并投入使用的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也不少，下面僅列出一些比較有代表性的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

第一類，根據(jù)儀器設(shè)備的真實(shí)性來劃分：基于軟件模擬的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，有單機(jī)版的，也有基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。軟件仿真虛擬實(shí)驗(yàn)通常由一組仿真引擎模塊組成，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的建模和數(shù)學(xué)求解對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。基于虛擬儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，也稱為遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)，這類虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一般都是基于網(wǎng)絡(luò)的。遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)核心部件是可以接受數(shù)字控制的實(shí)驗(yàn)裝置和同時(shí)連接實(shí)驗(yàn)裝置和網(wǎng)絡(luò)的控制器，用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問控制器，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置的算法、參數(shù)等要素，通過數(shù)據(jù)反饋、視頻直播等方式實(shí)時(shí)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第二類，根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)來劃分：基于VRML-JAVA的網(wǎng)上協(xié)同虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、基于J2EE的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室、基于NS2的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、基于Flash的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、基于MATLABWeb的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，等等。

第三類，根據(jù)學(xué)科門類劃分：機(jī)械工程虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、機(jī)械制造虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、電子電工虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，等等。

第四類，根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)的類型來劃分：演示型虛擬實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型虛擬實(shí)驗(yàn)、測量型虛擬實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型虛擬實(shí)驗(yàn)等。

這些分類是一個(gè)好的開端，但卻沒有一個(gè)成熟的分類標(biāo)準(zhǔn)，因而不能回答虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用中出現(xiàn)的一些基本問題。從計(jì)算機(jī)科學(xué)角度來看，一類系統(tǒng)的分類一旦形成，就會(huì)促進(jìn)該類系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化。同時(shí)，好的分類也有利于知識(shí)的積累、傳播和重用。我們的研究工作首先說明什么是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并分析其分類的需求和難點(diǎn)，進(jìn)而提出一種有效的分類方法，直接為虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用服務(wù)。

二 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其分類問題

分類首先需要界定分類的對(duì)象，即什么是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。為了明確什么是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們必須考察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，真實(shí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有很多共同特征：首先，明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；在?shí)驗(yàn)過程中需要實(shí)驗(yàn)者按一定次序給予一定的操作；在實(shí)驗(yàn)過程中和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，實(shí)驗(yàn)者將得到一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果信息；實(shí)驗(yàn)過程中都有一定的物理實(shí)體：儀器儀表、元件、藥品等。這些實(shí)體在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中需要用各種技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)(稱為虛擬實(shí)體對(duì)象或簡稱實(shí)驗(yàn)對(duì)象)?？梢?，一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)該有：實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

①“實(shí)驗(yàn)對(duì)象”：真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)物質(zhì)和實(shí)驗(yàn)儀器等實(shí)體，在虛擬實(shí)驗(yàn)中都以實(shí)驗(yàn)對(duì)象的形式來建模。實(shí)驗(yàn)對(duì)象需要像現(xiàn)實(shí)的物理實(shí)體一樣具有大小、顏色、質(zhì)量、容量、管腳等各種屬性，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象還要能夠感知環(huán)境和其它實(shí)體的作用，并對(duì)不同的要求作出不同的反應(yīng)。即是說，實(shí)驗(yàn)對(duì)象即封裝了實(shí)體的靜態(tài)屬性，也封裝了實(shí)體的各種動(dòng)態(tài)行為即方法，因而，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是這樣的一個(gè)二元組：(屬性集，方法集)。

②“實(shí)驗(yàn)操作”：(實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果)。實(shí)驗(yàn)操作通過對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的方法的適當(dāng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)操作還需要包含實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的關(guān)系。當(dāng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作被執(zhí)行時(shí)，就意味著相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象能夠接受用戶的操作，或者完成某項(xiàng)動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)操作通常由用戶通過實(shí)驗(yàn)引擎來啟動(dòng)，或者由實(shí)驗(yàn)操作的前置條件來啟動(dòng)，該實(shí)驗(yàn)操作的執(zhí)行導(dǎo)致一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以向?qū)嶒?yàn)者返回一定的數(shù)據(jù)或者狀態(tài)等，也可以向下一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作送入輸入條件。

③“實(shí)驗(yàn)過程”：(實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)操作的順序)。之所以要考慮實(shí)驗(yàn)操作的順序，是因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不同的操作者可能采用不同的流程或順序，也可能得到不同的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程決定了虛擬實(shí)驗(yàn)過程執(zhí)行時(shí)所經(jīng)過的操作和它們的時(shí)序關(guān)系，各個(gè)實(shí)驗(yàn)操作通過實(shí)驗(yàn)過程關(guān)聯(lián)起來。

④“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”：每一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)都有它特定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用來描述虛擬實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí)驗(yàn)對(duì)象、虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)過程。

研究領(lǐng)域確定后，下面的工作就是將其合理分類。分類可以借鑒的標(biāo)準(zhǔn)很多，但實(shí)際分類工作中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的分類標(biāo)準(zhǔn)中沒有一個(gè)可以直接照搬來用的，主要原因是虛擬實(shí)驗(yàn)是新的領(lǐng)域，而且近年來發(fā)展迅速。一般而言，分類越粗則概括性越高，分類越細(xì)則精確度越高，分類的最終結(jié)果總是在概括度和精確度這兩個(gè)相互矛盾的指標(biāo)中尋求平衡。一個(gè)好的分類應(yīng)該有利于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，為此，我們提出以下幾個(gè)判別條件，它們也是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分類工作的研究目標(biāo)。

條件1：劃分。一個(gè)好的分類應(yīng)是所有虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集合的一個(gè)劃分(partition)，即互不相交的子集，這些子集之并集就是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的全集。條件1在自然科學(xué)領(lǐng)域分類工作中比較普遍。例如，“柳樹”是一種植物，就不會(huì)是動(dòng)物、微生物，也不存在40％植物60％動(dòng)物的物種。但在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)領(lǐng)域，這樣完美的劃分有時(shí)難以達(dá)到。

條件2：簡單。分類應(yīng)該足夠簡單。盡管劃分性是一個(gè)理想的目標(biāo)，不一定強(qiáng)求，但我們還是應(yīng)該盡量使分類簡單，比如盡量使子類互不相交，盡管我們不一定能排除實(shí)際系統(tǒng)是混合系統(tǒng)。另外，最初的幾個(gè)大類應(yīng)該嚴(yán)格控制它們的數(shù)量。

條件3：編程。一個(gè)好的分類應(yīng)該有利于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)和開發(fā)使用。一個(gè)類別的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其應(yīng)用軟件和應(yīng)用服務(wù)的開發(fā)應(yīng)具有共同的特點(diǎn)，人們可以利用這些特點(diǎn)發(fā)展出一套編程模式，甚至使得開發(fā)出的軟件與服務(wù)可以在本類別的任一系統(tǒng)上運(yùn)行。

條件4：優(yōu)化。一個(gè)好的分類應(yīng)該有利于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。同類系統(tǒng)有共同的難點(diǎn)，一個(gè)系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)與部件可以用于同類系統(tǒng)中。

三 一種虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分類法

對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以一般性描述為：實(shí)驗(yàn)者為了完成某個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇一定的實(shí)驗(yàn)操作對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)過程中按一定次序給予一定的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)對(duì)象將根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作做出相應(yīng)的反應(yīng)，得到某種形式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)(實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)操作)，而實(shí)驗(yàn)活動(dòng)又決定著實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，為了從中抽取出關(guān)鍵特征來做為歸類的特征值，我們觀察幾種典型實(shí)驗(yàn)的流程。

(1)裝配實(shí)驗(yàn)。裝配是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，一般流程：確定裝配順序→繪制裝配工藝流程圖→動(dòng)手裝配：按順序選擇零部件，按約束關(guān)系進(jìn)行定位，對(duì)準(zhǔn)位置裝入零部件→檢驗(yàn)裝配結(jié)果。

(2)測量實(shí)驗(yàn)的一般流程：選擇儀器儀表和元器件→連接儀器儀表和元器件→設(shè)置參數(shù)和工作方式→測量并記錄數(shù)據(jù)→對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理→得到測量結(jié)果。

(3)設(shè)計(jì)與組裝實(shí)驗(yàn)的一般流程：分析實(shí)驗(yàn)題目→提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案(主要是實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)格的設(shè)計(jì)等)→選擇實(shí)驗(yàn)裝置→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作→分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果→將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)假設(shè)對(duì)比分析得到結(jié)論。

(4)過程控制實(shí)驗(yàn)的一般流程：確定仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案→建立過程控制的數(shù)學(xué)模型→設(shè)置控制器模式、控制算法和控制器參數(shù)→觀察變化趨勢。

從中不難看出，虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)就是針對(duì)一個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)問題，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的相關(guān)資源進(jìn)行合理的調(diào)度與管理。實(shí)驗(yàn)流程的起點(diǎn)是明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)生成一個(gè)問題集，對(duì)問題進(jìn)行加工處理，從中提取一些變量(主要包括輸入變量、輸出變量和控制變量)，在此基礎(chǔ)上，將提取的變量定位到相應(yīng)的位置，設(shè)置變量之間的約束關(guān)系，然后仿真實(shí)現(xiàn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可。因此，我們從實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)層面、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的流程環(huán)節(jié)這二個(gè)維度來思考虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分類方法。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)象主要有兩種，一種是虛擬儀器，另一種是軟件模擬的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，如儀器儀表、元器件等。

虛擬儀器就是利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。虛擬儀器技術(shù)的實(shí)質(zhì)是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，其核心部件是可以接受數(shù)字控制的實(shí)驗(yàn)裝置和同時(shí)連接實(shí)驗(yàn)裝置和網(wǎng)絡(luò)的控制器，用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問控制器，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置的算法、參數(shù)等要素，通過數(shù)據(jù)反饋、視頻直播等方式實(shí)時(shí)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件(如用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件)實(shí)現(xiàn)不同的功能。虛擬儀器應(yīng)用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶界面等功能?，F(xiàn)在虛擬儀器及虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)平臺(tái)有很多種，如：LabWindows／CVI、LabVIEW等。

由軟件模擬的實(shí)驗(yàn)對(duì)象構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)通常由一組仿真引擎模塊組成，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的建模和數(shù)學(xué)求解對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。如目前廣泛應(yīng)用的很多電路仿真軟件，有的側(cè)重于電路的仿真，如美國Microsim公司開發(fā)的Pspice系列軟件；有的側(cè)重于方程求解的仿真，如美國Mathworks公司開發(fā)的MATLAB軟件。現(xiàn)在除了Workbench、Pspice、MATLAB等，純軟件方式開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)有很多種，如Java、ActiveX、NS2、VRML／3D、Flash等技術(shù)。

2 流程實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的流程需要考慮以下幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)控制、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以分為如下幾種：(1)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：適用于對(duì)單實(shí)驗(yàn)因子的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；(2)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：該方法能夠有效減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)因子比較多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是比較理想的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；(3)全面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：該方法能夠覆蓋所有可能的實(shí)驗(yàn)方案，適用于實(shí)驗(yàn)因子比較少的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：(4)自由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以自由確定實(shí)驗(yàn)因子的水平數(shù)。

實(shí)驗(yàn)控制包括輸入接口控制、輸出接口控制、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)控制。輸入接口控制完成用戶定義信息和數(shù)據(jù)的輸入與轉(zhuǎn)換，主要是設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)象的參數(shù)和工作方式，使實(shí)驗(yàn)對(duì)象保持所需的工作狀態(tài)。輸出接口控制將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)與指令，如實(shí)驗(yàn)方案數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以一定的數(shù)據(jù)格式輸出。實(shí)驗(yàn)狀態(tài)控制有啟動(dòng)、終止、暫停以及繼續(xù)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)狀態(tài)控制，主要有兩種控制層次：(1)半自動(dòng)的控制回路：實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行過程中需要人工干預(yù)；(2)全自動(dòng)的控制回路：實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行全部自動(dòng)化。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，因此涉及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表示方法兩個(gè)方面。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的狀態(tài)或有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要在實(shí)驗(yàn)界面上及時(shí)表示出來。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表示方法有以下幾種：(1)直接表示：在界面上用字符串直接顯示數(shù)據(jù)的即時(shí)數(shù)值，顯示的內(nèi)容隨數(shù)值而及時(shí)改變；(2)變量圖表；用曲線、柱狀圖等表示數(shù)據(jù)的變化過程和趨勢；(3)圖形對(duì)象狀態(tài)表示：用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)界面上的圖形對(duì)象，改變其顯示狀態(tài)，從而構(gòu)建出設(shè)備運(yùn)行的虛擬場景。用戶也可以通過實(shí)驗(yàn)界面操作改變有關(guān)實(shí)驗(yàn)變量的數(shù)值，或者改變中間變量的數(shù)值從而控制與此中間變量相關(guān)聯(lián)的其他圖形單元。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作方式有以下幾種：(1)直接修改：將變量與某個(gè)圖形的屬性相關(guān)聯(lián)，用戶通過改變此圖形對(duì)象的屬性，從而改變與之關(guān)聯(lián)的變量值；(2)隱含修改：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用戶觸發(fā)一個(gè)消息，從而使一段腳本語言執(zhí)行，在腳本執(zhí)行過程中改變變量的數(shù)值；(3)定時(shí)更新：使用定期運(yùn)行的命令語言進(jìn)行變量數(shù)值的修改。

得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。主要有以下兩種方法：(1)單方法處理和多方法處理結(jié)合。單方法處理就是將分析的問題集進(jìn)行一致化處理，采用統(tǒng)一的算法，從而突出問題的共性。多方法處理是將問題盡可能層次化、分塊化，從而突出問題的個(gè)性。在實(shí)際應(yīng)用中，單方法處理流程簡單，但對(duì)于差異明顯的問題集，一致化的合理性問題會(huì)影響分析結(jié)論的可信性。多方法處理過程稍顯復(fù)雜，但可以克服單處理方法中的可信性不足問題。將兩種處理手段結(jié)合起來，可以取長補(bǔ)短，更好地滿足應(yīng)用需求。(2)解析方法和圖示方法相結(jié)合。解析方法和圖示方法相結(jié)合，就是用解析方法給出詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)，再通過直觀的圖形表達(dá)呈現(xiàn)，兼顧了分析結(jié)果的可讀性與可觀性，體現(xiàn)了計(jì)算與表現(xiàn)一體化的思路。

考慮到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表示方法、操作方式以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理過程中的多樣性，我們只將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)控制組合起來，得到圖1所示的8類虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分類

現(xiàn)在，我們可以根據(jù)(實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)流程)兩個(gè)維度對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行分類，首先將虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按實(shí)驗(yàn)對(duì)象分為2類，每一類再與實(shí)驗(yàn)流程中的(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)控制)8類組合。

四 結(jié)論

本文根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成，提出了一種按照實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)控制3個(gè)維度的分類方法，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用有著直接的影響和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]汪詩林，吳泉源，開展虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2000，f2)：33-35

[2]葉時(shí)平等，基于Web的數(shù)字電子虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，(8)：2092-2096，

[3]孫建芳，張國輝，一種虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[J].液壓氣動(dòng)與密封，2008，(2)：22-25