基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研究

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為網(wǎng)絡(luò)工程界所關(guān)注的領(lǐng)域。借助網(wǎng)絡(luò)這一載體，依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行模擬，可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，能夠明顯改善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；虛擬實(shí)驗(yàn)；教學(xué)；系統(tǒng)

中圖分類號：TP393.09

網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在近十幾年的發(fā)展中走向成熟，應(yīng)用也不斷深入和廣泛。自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來，網(wǎng)絡(luò)不斷拓展，成為跨行業(yè)、跨學(xué)科、快領(lǐng)域，并且服務(wù)廣泛的專業(yè)，既有在工程上的應(yīng)用，也有在教學(xué)上的外延。

不少高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中，或多或少都存在實(shí)驗(yàn)場地不足和實(shí)驗(yàn)儀器老化等情況，同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常發(fā)生學(xué)生對實(shí)驗(yàn)規(guī)程不熟悉，實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)而引發(fā)事故的情況。不但降低了教學(xué)效果，而且對實(shí)驗(yàn)設(shè)備也造成了損壞。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新成為增加教學(xué)成本的一個(gè)重要方面。而虛擬實(shí)驗(yàn)較好地解決了這一問題。通過借助網(wǎng)絡(luò)這一載體，依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行模擬，進(jìn)而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，可以明顯改善教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

近幾年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為網(wǎng)絡(luò)工程界所關(guān)注的領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟硬件的迅猛發(fā)展，為這一技術(shù)提供了條件。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借龐大的海量信息、生動的圖像展示、形象的動畫語音合成，都為這一技術(shù)增加了無窮的魅力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交互性能越來越強(qiáng)大，輸入輸出設(shè)備也不斷推陳出新，成為打造適合于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)?？梢韵胍?，未來的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將更加廣泛應(yīng)用，會在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)工程、科研、教學(xué)等反面成為人們的得力助手。

借助多媒體技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、信息傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)載體、人機(jī)互動、仿真模擬和立體展示等多種學(xué)科和技術(shù)集結(jié)成了一門獨(dú)特的技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)工程、科研、教學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了重要的一面，也帶給人們不一樣的體驗(yàn)，已經(jīng)發(fā)展為當(dāng)今信息社會重要的學(xué)科和技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在如火如荼地發(fā)展， 有一些系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)踐中。比如虛擬仿真系統(tǒng)可以用來模擬飛行員的訓(xùn)練、虛擬桌面現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以參與重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，虛擬地理實(shí)驗(yàn)環(huán)境是工程人員的好幫手。虛擬現(xiàn)實(shí)包括創(chuàng)建虛擬環(huán)境和參與者兩方面，二最重要的是兩者之間的互動。人與虛擬環(huán)境中的物體開展交流或互動操作的活動叫做互動性，可以將人在虛擬世界中的體會和感受展示出來。虛擬系那是是依靠計(jì)算機(jī)打造全新的方針環(huán)境，借助傳感器促進(jìn)實(shí)驗(yàn)者參與到這個(gè)環(huán)境里，實(shí)現(xiàn)參與者與模擬的環(huán)境實(shí)時(shí)交流互動的效果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以表現(xiàn)為這幾個(gè)方面：

1.1 虛擬感覺的多樣性

可以用人的感官去體驗(yàn)的感覺是多種多樣的，在物理等虛擬環(huán)境的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以在運(yùn)動和觸覺等方面加以體現(xiàn)。

1.2 臨場感知效果的豐富性

實(shí)驗(yàn)者才虛擬換進(jìn)中是實(shí)驗(yàn)主體，可以在其中體驗(yàn)真實(shí)感覺。在相對科學(xué)的模擬環(huán)境中，要力求實(shí)現(xiàn)參與者與模擬環(huán)境的無縫體驗(yàn)。借助臨場感知效果的豐富展現(xiàn)，可以讓參與者在虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)情況近乎于等同的效果。

1.3 交互性的體現(xiàn)

參與者在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中對實(shí)驗(yàn)操作水平的體現(xiàn)，和在虛擬環(huán)境中得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋的程度的契合性，都是交互性的體現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在為參與者提供與現(xiàn)實(shí)環(huán)境等同的模擬條件的同時(shí)，參與者可以在虛擬環(huán)境中操作實(shí)驗(yàn)對象，實(shí)現(xiàn)互動體驗(yàn)，同時(shí)，參與者能夠觀測到實(shí)驗(yàn)的流程和變化，對于理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)有很好的促進(jìn)效果。互動性體現(xiàn)著虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈敏性。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)交互的操作設(shè)計(jì)

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，重在連接各種儀器，并使之互動交互，這方面是虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；有院蛿U(kuò)展性是衡量虛擬實(shí)驗(yàn)室水平高低的重要砝碼，同時(shí)還要操作簡便，能隨時(shí)拓展功能。其中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 創(chuàng)建幾何造型

3.2 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)非常重要，主要記錄實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)者的信息檔案，這都依托數(shù)據(jù)庫的支持，需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和檢索操作，因此，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)：（1）實(shí)驗(yàn)體系編號，這是實(shí)驗(yàn)的唯一關(guān)鍵字，是主鍵。（2）實(shí)驗(yàn)類型分類：設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證、過程設(shè)計(jì)和綜合設(shè)計(jì)幾類。（3）實(shí)驗(yàn)難度劃分：很難、較難、普通、容易。（4）實(shí)驗(yàn)題目：能直觀體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和內(nèi)容，可設(shè)置為檢索的主要字段。（5）實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)：要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)和難點(diǎn)、終點(diǎn)，可設(shè)置為檢索的次要字段。（6）實(shí)驗(yàn)的主課程名稱：對應(yīng)與哪一門課程。（7）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：全面體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程。（8）實(shí)驗(yàn)的任務(wù)：對實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的主要任務(wù)進(jìn)行描述。

4 結(jié)束語

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)依托廣泛分布的網(wǎng)絡(luò)，借助先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建了支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有很好的推動作用，宜于進(jìn)一步推廣。

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作者簡介：王麗萍（1965.12-），副教授，女，安徽南陵人，研究方向：信息處理。

作者單位：銅陵學(xué)院，安徽銅陵 244000