基于MATLAB的遠程課件設(shè)計

蘭銅杰

（桂林師范高等?？茖W(xué)校網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，廣西 桂林 541001）

基于MATLAB的遠程課件設(shè)計

蘭銅杰

（桂林師范高等?？茖W(xué)校網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，廣西 桂林 541001）

以國際上流行的MATLAB為平臺，對MATLAB的客戶-服務(wù)的運行模式進行研究。在對MATLAB Web Server及Apache Web Server進行學(xué)習(xí)、安裝及配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合編寫M-files文件與html模板文檔（包括輸入輸出模板），完成了一個具有函數(shù)作圖功能的多媒體課件，合理地將MATLAB的核心技術(shù)Web Server和M-files編碼運用于網(wǎng)絡(luò)編程（html語言）中，通過交互式動態(tài)網(wǎng)頁成功實現(xiàn)了對多種曲面的造型生成。

MATLAB Web Server；Apache；遠程課件

一、概述

MATLAB廣泛應(yīng)用于自動控制、數(shù)學(xué)計算、信號分析、計算機技術(shù)、圖像信號處理、財務(wù)分析、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理和雷達工程等各行各業(yè)。［1］目前，利用MATLAB的Web開發(fā)的遠程課件技術(shù)尚在初始階段，在教學(xué)活動中的實際運用相當(dāng)貧乏。MATLAB不僅擁有強大的繪圖功能，更具備優(yōu)越的Web功能，既可以制作豐富的多媒體課件，又可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠程的交互控制?？梢姡肕ATLAB來制作遠程課件將更為方便、有效、可行。

二、Web設(shè)計

（一）基本原理

基于MATLAB的遠程課件工作原理如圖1所示。

圖1 MATLAB Web Server工作原理

由圖可知，瀏覽器用戶通過html頁面訪問httpd服務(wù)器，申請訪問matweb代理服務(wù)器，該請求重新定向到matlabserver進行處理，最后傳送至MATLAB。MATLAB根據(jù)參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的M-files函數(shù)，［2］生成圖片或計算結(jié)果，圖片直接可通過httpd服務(wù)返回，而數(shù)據(jù)將以“原路”返回，圖片及數(shù)據(jù)都以html頁面形式顯示。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)基于MATLAB的遠程課件控制技術(shù)的主要程序。分為以下三點：

1．Web的開發(fā)。這是該項技術(shù)的關(guān)鍵所在。對MATLAB Web Server的配置及對httpd的配置是完成Web開發(fā)應(yīng)用的必需條件。由于開發(fā)該項目所需人員及硬件資源相對簡易，這里選用了簡單模式，即一臺計算機安裝MATLAB Web Server與Apache Web Server。因此，在技術(shù)上相對復(fù)雜模式要求低一些。

2．M-files編碼。這是該項技術(shù)的難點。要表現(xiàn)豐富的課件內(nèi)容，又要能實現(xiàn)對的輸入輸出調(diào)用，就必須對MATLAB語言和命令函數(shù)有一定的掌握，才能正確編寫MATLAB Web Server程序的M文件。另外，還必須了解對M-files編輯器的使用。

3．Html模板。要實現(xiàn)人機交互，除了掌握MATLAB語言，還必須有一定的html基本知識，否則無法寫出輸入輸出模板文件。

三、基于MATLAB 的遠程課件設(shè)計

（一）MATLAB Web Server的安裝制作基于MATLAB的遠程課件，首先必須構(gòu)建MATLAB Web Server及網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)器（這里使用Apache Web Server），然后才能編寫有關(guān)課件功能內(nèi)容的M-file文件及有關(guān)課件界面的html模板。所以，下面將先對MATLAB Web Server與Apache Web Server的安裝及配置進行說明，這些程序都是課件編程的必需條件。

MATLAB的安裝十分簡單，在此不需詳細介紹。安裝完成后，必須對MATLAB Web Server進行配置，系統(tǒng)要提供WWW服務(wù)，就必須搭建一個httpd服務(wù)器。本文中使用的是Apache Web Server，它是一個開放源代碼的軟件，代碼精簡高效，配置更為方便靈活，是世界上用量最大的httpd服務(wù)器。

（二）Apache Web Server的配置

1.安裝與配置Apache

安裝過程中，需要設(shè)置服務(wù)器信息，程序會提示輸入主機的域名、主機名和管理員的E-mail，域名可使用計算機IP替代，而主機名同樣填入自己的計算機IP。下一步，選擇完全安裝，通常安裝在默認目錄C：Program Files。實際上，它還會在下面建立一個子目錄Apache。為了避免路徑名過長，建議將安裝目錄改為E：。

安裝Apache之后，一個名為“Apache/1.3.2（Win32）”的服務(wù)已經(jīng)在系統(tǒng)服務(wù)列表中。

在目錄E：Apachehtdocs找到index.html.en文件，更改為index.html，其中E：Apachehtdocs即WWW服務(wù)的根目錄，index.html為默認首頁，在IE瀏覽器中鍵入：http：//localhost，瀏覽器就會出現(xiàn)Apache的測試界面。如果結(jié)果不正常，說明安裝過程出現(xiàn)了問題，需要重新安裝。

安裝完成之后，還應(yīng)該對Apache進行一系列的設(shè)置，如各種模板的添加、端口號修改、目錄屬性的設(shè)置、IP訪問限制等，以增強其安全性。這些設(shè)置基本上是通過修改這個文件實現(xiàn)：

E：Apacheconfhttpd.conf

2.設(shè)置執(zhí)行CGI權(quán)限

MATLAB Web Server的工作由CGI程序完成，［3］為了在Apache服務(wù)中調(diào)用CGI，需要設(shè)置cgi-bin的特定權(quán)限，首先在httpd.conf文件中找到如下代碼：

關(guān)鍵是把第三行代碼改為：Options ExecCGI，然后就能在E：Apachecgi-bin目錄下運行cgi程序。

3.設(shè)置icons目錄

MATLAB Web服務(wù)將會生成圖像，必須建一個icons目錄來保存。同時，課件生成的運算圖像也存儲在此目錄。在Apache服務(wù)中，icons被別名alias的方式映射到E：/Apache/icons/，執(zhí)行代碼同樣在httpd.conf文件中：Alias/icons/"E：/Apache/icons/"，隨后有該目錄的權(quán)限設(shè)置。

根據(jù)MATLAB Web服務(wù)使用指南的推薦寫法，將icons映射到web的根目錄，就是上文提到的E：Apachehtdocs，Apache的配置文件路徑已用“/”分隔為子目錄。

在原代碼前寫入“#”將其注釋，在末行增加新的別名映射Alias/icons/"E：/Apache/htdocs/"

程序訪問http：//192.168.1.8/icons/course.jpg時，實際上是在訪問：http：//192.168.1.8/htdocs/course.jpg

配置文件httpd.conf修改之后，必須重新啟動Apache才能生效。

（三）配置MATLAB Web Server

1.系統(tǒng)配置文件

系統(tǒng)配置文件的內(nèi)容只有兩個字符：-m 1

此參數(shù)允許在同一時間的MATLAB應(yīng)用程序運行。默認為1，這個數(shù)值越大，服務(wù)器承受的負載就越大。

2.應(yīng)用程序信息

Web Server的配置文件為：%MATLAB% oolbox w ebserverwsdemos目錄下的matweb.conf

Web Server的CGI程序為：%MATLAB% oolbox webserverwsdemos目錄下的matweb.exe

將matweb.conf與matweb.exe復(fù)制到E：Apachecgibin。為了能夠運行演示程序，將wsdemos目錄下的其他文件全部復(fù)制到E：Apachehtdocs目錄。然后對matweb. conf進行修改，根據(jù)本文的技術(shù)要求，部分配置如下：

到這里，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問MATLAB Web Server的演示程序，以便檢驗制作步驟的正確性。

（四）運行MATLAB Web Server的演示程序

打開瀏覽器，在地址欄上輸入服務(wù)器的地址，回車后，會看到MATLAB Web Server演示程序的頁面。如圖2所示。

圖2 MATLAB Web Server的演示程序

以第二個鏈接為例，單擊Peaks Plot，進入Peaks Plot Generator頁面，單擊Generator Plot按鈕，頁面效果如圖3所示。

必須注意，運行MATLAB Web Server演示程序，是測試MATLAB Web Server與Apache Web Server的配置是否正確、連接是否正常的必須步驟。這是完成整個Web的開發(fā)及實現(xiàn)基于MATLAB的遠程課件制作技術(shù)的第一個重要程序。

（五）課件編程

1.概述

當(dāng)MATLAB Web Server演示程序運行成功時，便意味著可以真正開始進行遠程課件的開發(fā)。課件功能的實現(xiàn)是對MATLAB Web Server進行編程，而課件的界面則是對html編碼進行設(shè)計。

它們分別是html輸入頁面模板、html輸出頁面模板、MATLAB應(yīng)用程序模板和調(diào)試用的MATLAB應(yīng)用程序模板。

2.編寫課件界面

課件的輸入界面，通過HTML（超文本標(biāo)記語言）來實現(xiàn)。主要是兩個功能，第一個是通過HTML形式接收瀏覽器用戶的數(shù)據(jù)輸入；第二個是設(shè)置專門的標(biāo)志，用戶請求重新定向到MATLAB Web服務(wù)代理，實現(xiàn)方法與普通的CGI程序調(diào)用方法相同。這里加入了一些頁面格式控制代碼，如頁面的語言編碼、頁面題頭，還有字體控制等。下面是主要代碼（文件名：courseware1.html）。

圖3 MATLAB Web Server的演示程序：PeaksPlot

<！—添加MATLAB應(yīng)用程序的輸入變量，變量名為func。其中value值可以根據(jù)需要自己定義-->

3.MATLAB應(yīng)用的設(shè)置

MATLAB Web應(yīng)用的設(shè)置，實際上是設(shè)置ATLAB Web的服務(wù)代理，每增加一個MATLAB Web應(yīng)用需要在配置文件matweb.conf中添加。上面的HTML表單中，命名M文件的值為

courseware，故在matweb.conf中添加以下代碼：

其中mlserver=192.168.1.8指向MATLAB Web服務(wù)器的IP地址，而MATLAB的工作目錄在下面一行設(shè)置。

4.課件功能的開發(fā)

對MATLAB應(yīng)用程序開發(fā)，實現(xiàn)多媒體課件功能，主要包括三個方面：

（1）接收html表單的輸入數(shù)據(jù)；

（2）調(diào)用MATLAB內(nèi)置科學(xué)計算或繪制的各種功能；

（3）計算結(jié)果和所生成圖像輸出到HTML頁面，將結(jié)果返回用戶。

帶有圖形輸出應(yīng)用的M文件一般要進行下述幾步工作：

設(shè)置路徑－>清除過時圖形文件－>獲取輸入－>分析計算－>保存圖形到文件－>把圖形文件設(shè)置為輸出html文檔模板文件的一個圖像元素的連接。

實現(xiàn)的主要代碼如下（應(yīng)用函數(shù)名為：courseware.m）：

5.課件輸出界面的開發(fā)

前面介紹的課件功能程序中，結(jié)果的輸出部分調(diào)用了課件結(jié)果輸出的html模板courseware2.html，下面是該文件的關(guān)鍵代碼，標(biāo)記“$......$”的部分中包含了變量值，在MATLAB程序中通過htmlrep函數(shù)，將輸出結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)變量值進行更換。

6.測試運行

在瀏覽器地址欄中輸入：http：//192.168.1.15/course ware1.html，回車確定后可得顯示效果，如圖4所示。用戶在函數(shù)式空白處填寫任意XY函數(shù)式如-x-y，然后點擊“提交”按鈕，便可得到該函數(shù)式的三維圖形，并于頁面下方顯示。如圖5所示。

下面改變輸入的XY函數(shù)式，分別填入：-x^3-y^2和x^2*exp（-x^2-y^2），依次進行計算繪圖。

具體得到的圖形分別如圖6、圖7所示。

圖4 課件演示

圖5 演示效果一

圖6 演示效果二

圖7 演示效果三

演示結(jié)果顯示，基于MATLAB的遠程課件測試運行成功。

四、結(jié)語

MATLAB的Web開發(fā)是一項可持續(xù)發(fā)展的研究技術(shù)，現(xiàn)在的課題只是其應(yīng)用的一個部分而已。該技術(shù)在制作上存在著一定程度的缺陷，所以在此提出一些改進的必要討論。該課件提供多種輸入方式，允許用戶根據(jù)需要編輯函數(shù)式。編輯函數(shù)式的規(guī)則，是關(guān)于XY乘除加減初等或高等函數(shù)表達式。對于輸入一些坐標(biāo)定位類多數(shù)據(jù)，課件不能接受并會出現(xiàn)錯誤。這是一個需要改進的最大之處。改進之后，該課件便具備更優(yōu)秀的多種作圖功能，其不僅可以運用于教學(xué)活動中，也可以在工程繪圖中發(fā)揮必要作用。

［1］張志涌.精通MATLAB6.5版［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［2］阮沈勇，王永利，桑群芳.MATLAB程序設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［3］何強，何英.MATLAB擴展編程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

Design of Remote Courseware Based on MATLAB

Lan Tongjie

（Network Center of Guilin Normal College，Guilin，Guangxi 541001，China）

This paper takes popular international MATLAB as a platform，and conducts the research to the MATLAB customer-service movement pattern.In carrying on the study，the installment and the disposition of MATLAB Web Server and Apache Web Server，the author compiles the M-files document and the html template documents，completes a multimedia courseware with the function of mapping，reasonably applies the main core technology of MATLAB，the CGI procedure and the M-files code，to the network programming（the html language）so as to realize many kinds of curved surface modeling through the interactive dynamic homepage.

MATLAB Web Server；Apache；remote courseware

TP393

A

1001-7070（2016）05-0137-05

（責(zé)任編輯：楊建香）

2016-07-03

蘭銅杰（1982-），男，廣西馬山人，桂林師范高等?？茖W(xué)校網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心助理工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)工程。