計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

劉　磊

江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，江西　九江　332000

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計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

劉磊

江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，江西九江332000

本文在對(duì)計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，采用交互、逼真、易懂、實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，對(duì)設(shè)計(jì)的流程及結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，并對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用功能等進(jìn)行簡單介紹。

計(jì)算機(jī)；硬件組裝；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

受高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，硬件設(shè)備的不完善及更新速度慢等因素的影響，計(jì)算機(jī)硬件組裝與維護(hù)教學(xué)與計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)際發(fā)展速度不匹配，對(duì)學(xué)生的實(shí)際操作需求難以滿足，因此，有必要在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，借助計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)教學(xué)過程中相關(guān)的硬件組裝問題利用多種技術(shù)方法進(jìn)行輔助演示，學(xué)生通過對(duì)演示方法直觀的進(jìn)行觀看和學(xué)習(xí)，其操作能力會(huì)進(jìn)一步得到提高。本文主要借助3D技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)高校計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)通過構(gòu)建虛擬平臺(tái)，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)途徑，虛擬系統(tǒng)的操作簡單，適應(yīng)性較強(qiáng)，在實(shí)際教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

(一)功能介紹

基于教材內(nèi)容，本文所涉及的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按照課程內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行虛擬，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以從不同的角度對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)硬件模型利用3D技術(shù)進(jìn)行觀看和瀏覽，在具體操作中，對(duì)硬件參數(shù)及性能的優(yōu)化配置，讓學(xué)生可虛擬操作計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的拆卸安裝等操作。學(xué)生在操作過程中如果與到計(jì)算機(jī)硬件組裝中的常見問題或故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出解決問題的方法，學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)提示對(duì)錯(cuò)誤位置快速做出判斷，并按照系統(tǒng)提示繼續(xù)進(jìn)行操作。

(二)設(shè)計(jì)原則

實(shí)用性是計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的首要原則，要能夠確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有效的利用，對(duì)系統(tǒng)的安全、逼真、易用、共享、交互及擴(kuò)展等性能要充分進(jìn)行考慮。安全性指的是對(duì)用戶操作系統(tǒng)的權(quán)限進(jìn)行控制，并對(duì)數(shù)據(jù)增加備份的功能，避免學(xué)生操作過程中誤操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失；逼真性指的是系統(tǒng)在操作過程中與實(shí)際操作非常相似，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件可以借助3D技術(shù)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以融入到虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中進(jìn)行操作；易用性是為方便學(xué)生對(duì)系統(tǒng)容易了解，且便于學(xué)生操作，能夠讓學(xué)生依據(jù)教材逐漸對(duì)系統(tǒng)熟練操作；共享性指的是師生之間、學(xué)生之間在學(xué)習(xí)的過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)信息的傳輸與交流，彼此可對(duì)信息進(jìn)行共享，可通過遠(yuǎn)程方式使學(xué)生之間進(jìn)行交流，方便教師進(jìn)行指導(dǎo)；交互性是指用戶與系統(tǒng)之間通過各種傳輸裝置，如鍵盤、鼠標(biāo)等進(jìn)行交互，提高了人機(jī)交流的效果，同時(shí)可借助觸摸屏、手柄等與設(shè)備進(jìn)行和諧的交互；擴(kuò)展性是指，該系統(tǒng)中的硬件模型隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，能夠方便的加入更多新的硬件元素，借助系統(tǒng)擴(kuò)展性能，學(xué)生能夠?qū)Ω嘈碌募夹g(shù)有所了解，在計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展中學(xué)習(xí)更多的前沿技術(shù)。

(三)運(yùn)行環(huán)境搭建

采用Quest 3D技術(shù)作為本文設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)工具，建模采用Sketchup軟件與3D MAX軟件，采用MySql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

二、計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用C/S架構(gòu)，包含系統(tǒng)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、用戶和共享網(wǎng)絡(luò)，共享網(wǎng)絡(luò)將這幾部分連接在一起。首先，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在服務(wù)器端借助Quest 3D軟件完成，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶操作數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的目的；通過Quest Viewer，用戶在客戶端對(duì)硬件組裝虛擬應(yīng)用程序進(jìn)行執(zhí)行，從而對(duì)計(jì)算機(jī)硬件組裝的三維模擬瀏覽、演示及操作執(zhí)行完成；對(duì)于共享網(wǎng)絡(luò)而言，有兩種選擇，一種是可應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)，另一種是可構(gòu)建機(jī)房局域網(wǎng)。此外，系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)庫的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，具有更新功能，對(duì)參數(shù)、型號(hào)等虛擬硬件進(jìn)行更新。

(二)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行流程設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要依據(jù)的是計(jì)算機(jī)硬件組裝教材的具體內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的實(shí)際需求進(jìn)行分析，進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)及性能測(cè)試、虛擬硬件模型設(shè)計(jì)及動(dòng)畫制作，完成系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)。需要注意的是，在對(duì)需求進(jìn)行分析的過程中，要將教學(xué)大綱及學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)結(jié)合在內(nèi)，先對(duì)系統(tǒng)的功能模塊詳細(xì)確定，對(duì)系統(tǒng)各種功能與權(quán)限合理的進(jìn)行劃分；在設(shè)計(jì)相關(guān)硬件的接口、模型及參數(shù)的時(shí)候，對(duì)3D Warehouse等模型庫內(nèi)已經(jīng)存儲(chǔ)的現(xiàn)成硬件模型直接進(jìn)行調(diào)用，減少了不必要的系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，有效的提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率；在對(duì)一些現(xiàn)有模型進(jìn)行修改的設(shè)計(jì)或需要細(xì)致處理的模型設(shè)計(jì)中，可以使用Sketchup工具來完成，具有較好的操作便捷性，此外，對(duì)模型也可以采用3D MAX軟件重新制作，再使用Deep exploration軟件對(duì)制作好的初始模型進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化處理，使模型的參數(shù)、精度與現(xiàn)實(shí)硬件產(chǎn)品更加的統(tǒng)一；利用Quest 3D軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)，建立人機(jī)交互硬件組裝場(chǎng)景，對(duì)人與系統(tǒng)的交互功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與完成。所有流程設(shè)計(jì)完成以后，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行綜合測(cè)試，測(cè)試中對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)與完善。

(三)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

按照計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能與架構(gòu)進(jìn)行分析，可以將系統(tǒng)模塊劃分為多個(gè)子模塊，包含理論知識(shí)、技能訓(xùn)練與系統(tǒng)管理幾個(gè)部分。首先，在線管硬件理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中，該模塊借助圖片、文字等說明形式為學(xué)生提供了大量的硬件知識(shí)，通過對(duì)該模塊的操作，學(xué)生從客戶端對(duì)任意硬件模型從多個(gè)角度進(jìn)行瀏覽，在模型既定位置，鼠標(biāo)移動(dòng)到該位置后，會(huì)將該部分硬件的信息參數(shù)顯示出來，并匹配相應(yīng)的文字說明。該模塊的主要功能在提高學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)習(xí)水平，對(duì)計(jì)算機(jī)模型加強(qiáng)瀏覽。其次，技能訓(xùn)練模塊，在該模塊中，更重要的是將人機(jī)互動(dòng)的模式體現(xiàn)了出來，系統(tǒng)中包含有圖片、視頻等元素，學(xué)生可在該模塊中實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)硬件的組裝與匹配等，并且系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作情況將最優(yōu)的選擇和匹配結(jié)果給出來，讓學(xué)生進(jìn)行查看。最后，系統(tǒng)管理模塊，管理模塊主要的作用就是對(duì)系統(tǒng)各構(gòu)成部分進(jìn)行有效的管理，針對(duì)的是系統(tǒng)的安全運(yùn)行、用戶操作及系統(tǒng)功能進(jìn)行管理，管理人員對(duì)登陸系統(tǒng)的用戶可進(jìn)行增加或刪除等措施，及時(shí)對(duì)硬件模型進(jìn)行更新，對(duì)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)可以進(jìn)行備份，并且具有監(jiān)控的功能，確保的系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

三、計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(一)交互界面的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)交互界面中，系統(tǒng)以導(dǎo)航欄的方式能夠讓用戶對(duì)系統(tǒng)菜單內(nèi)的各種功能快速熟悉，在系統(tǒng)界面的頂部設(shè)計(jì)快捷菜單，顯示模式采用隱形樹形結(jié)構(gòu)，主界面頂部顯示一級(jí)分類，二級(jí)分類隱藏在一級(jí)分類中，三級(jí)分類隱藏在二級(jí)分類中，將一級(jí)分類用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，即可將二級(jí)分類菜單拉出，如果二級(jí)分類中標(biāo)有“◢”符號(hào)，則表明該項(xiàng)中包含三級(jí)分類，對(duì)該符號(hào)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一次，即可將三級(jí)分類中的項(xiàng)目拉出。用戶用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各項(xiàng)功能時(shí)，主畫面區(qū)顯示硬件3S圖像，通過鼠標(biāo)、鍵盤對(duì)主畫面區(qū)顯示的3D硬件圖可進(jìn)行放大或縮小、翻轉(zhuǎn)、移動(dòng)等操作，學(xué)生可對(duì)硬件的細(xì)節(jié)部分清楚的查看，并可通過視頻的形式進(jìn)行觀看硬件組裝中遇到的一些問題，提高學(xué)習(xí)的效果。

(二)主功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中，用戶登錄模塊的功能非常重要，該模塊主要采用Quest 3D中的DBValue、DBQuery等連接信道，與數(shù)據(jù)庫內(nèi)用戶信息進(jìn)行匹配和確認(rèn)后才能進(jìn)入到系統(tǒng)中；然后，在操作界面中，動(dòng)畫試驗(yàn)功能則是在虛擬環(huán)境下系統(tǒng)可以采用動(dòng)畫的形式將學(xué)生對(duì)硬件的操作與組裝情況進(jìn)行觀察，該功能的實(shí)現(xiàn)需要調(diào)用Quest 3D中的信道來實(shí)現(xiàn)；對(duì)硬件組裝用戶在進(jìn)行虛擬練習(xí)的功能中主要通過Quest 3D中的set value、expression value及userinput節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)；如果遇到新硬件，系統(tǒng)可將該硬件的參數(shù)、圖片添加到系統(tǒng)中，然后將該硬件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的模型數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

(三)故障排除與交互實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中，學(xué)生在計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中具體操作的過程中，如果存在誤操作，系統(tǒng)會(huì)彈出錯(cuò)誤提示，如：學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件組裝完成以后，進(jìn)行模擬開機(jī)的時(shí)候，彈出開機(jī)錯(cuò)誤，顯示聲卡錯(cuò)誤、顯卡錯(cuò)誤或內(nèi)存條錯(cuò)誤等信息。該功能也采用樹形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并且將相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)加入其中，可幫助學(xué)生快速識(shí)別故障位置，任一節(jié)點(diǎn)如果安裝不正確，計(jì)算機(jī)虛擬開機(jī)則無法完成，并彈出提示框讓學(xué)生對(duì)故障進(jìn)行查找。

四、結(jié)語

在計(jì)算機(jī)組裝學(xué)習(xí)中，以虛擬的形式將計(jì)算機(jī)硬件組裝實(shí)驗(yàn)提供給學(xué)生，可降低高校計(jì)算機(jī)硬件投入的成本，同時(shí)也能夠降低學(xué)生操作的風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也能得到提升。在對(duì)計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究中，本文主要應(yīng)用了各種數(shù)據(jù)庫等軟件，與教材內(nèi)容結(jié)合，構(gòu)建計(jì)算機(jī)硬件實(shí)體3D模型，通過虛擬環(huán)境的建立，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)硬件組裝中的實(shí)際操作能力得到提高，對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)意義深遠(yuǎn)。

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