關于虛擬計算機硬件實驗平臺開發(fā)之思考

耿立偉

摘要：計算機虛擬現(xiàn)實技術主要是指通過計算機技術，對現(xiàn)實中的一些實驗或者操作進行仿真處理，使現(xiàn)實中的一些難度大或成本高的操作或者實驗通過虛擬計算機實驗平臺來完成。本文通過虛擬計算機硬件實驗平臺的概述，具體探討虛擬計算機硬件實驗平臺的構建，從而分析虛擬計算機硬件實驗平臺的應用。

關鍵詞：計算機硬件；虛擬現(xiàn)實技術；虛擬仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0210-02

隨著計算機技術的快速發(fā)展，計算機虛擬仿真技術在各領域得到了廣泛的應用。計算機虛擬現(xiàn)實技術主要是指通過計算機技術，對現(xiàn)實中的一些實驗或者操作進行仿真處理，使現(xiàn)實中的一些難度大或成本高的操作或者實驗通過虛擬計算機實驗平臺來完成。如對計算機硬件的測試、開發(fā)以及相關知識學習等等，通過虛擬技術，能有效地將計算機硬件的相關功能、特性以及實驗測試直觀地展現(xiàn)在人們面前，從而有效提升計算機硬件的實驗和操作效率。

1 虛擬計算機硬件實驗平臺概述

虛擬計算機技術又稱為計算機虛擬現(xiàn)實技術和計算機虛擬仿真技術，主要通過計算機技術，將一些難度大或者成本高的操作和實驗利用現(xiàn)代科技置于計算機中進行完成。從而制造出一些直觀的集視覺、聽覺以及觸覺的虛擬環(huán)境，讓用戶身臨其境地進行感受與操作。虛擬計算機硬件實驗平臺，主要是對對計算機硬件的測試、開發(fā)以及相關知識學習等等，通過虛擬技術，能有效地將計算機硬件的相關功能、特性以及實驗測試直觀地展現(xiàn)在人們面前，從而有效提升計算機硬件的實驗和操作效率。通過虛擬計算機硬件實驗平臺，將計算機中一些復雜的在現(xiàn)實環(huán)境中不能直觀操作或者操作繁復的過程置于虛擬環(huán)境進行操作，并實現(xiàn)現(xiàn)實仿真的效果。

2 虛擬計算機硬件實驗平臺的構建

虛擬計算機硬件實驗平臺的構建首先必須構建一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬顯示系統(tǒng)主要包括以下一個方面，具體如下圖1所示：

2.1 虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺

虛擬計算機硬件實驗平臺的構建，離不開虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺，計算機硬件開發(fā)平臺具有一套高性能的圖象生成和處理系統(tǒng)。硬件虛擬開發(fā)平臺是整個虛擬實驗平臺的核心。其主要負責整個VR場景的開發(fā)、運算、生成，是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最基本的物理平臺，同時連接和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的其他各個子系統(tǒng)的工作和運轉，與他們共同組成一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

2.2 虛擬仿真交互系統(tǒng)

多自由度實時交互是虛擬現(xiàn)實技術最本質(zhì)的特征和要求之一，也是虛擬現(xiàn)實技術的精髓，離開實時交互，虛擬現(xiàn)實應用將失去其存在的價值和意義，這也是虛擬現(xiàn)實技術與三維動畫和多媒體應用的最根本的區(qū)別。在虛擬現(xiàn)實交互應用中通常會借助于一些面向特定應用的特殊虛擬外設，它們主要是6自由度虛擬交互系統(tǒng)，比如：力或觸覺反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器或6自由度空間鼠標、操縱桿等等。

2.3 虛擬三維顯示系統(tǒng)

在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中，通常有多種顯示系統(tǒng)或設備，比如：大屏幕監(jiān)視器、頭盔顯示器、立體顯示器和虛擬三維投影顯示系統(tǒng)，而虛擬三維投影顯示系統(tǒng)則是目前應用最為廣泛的系統(tǒng)，因為虛擬現(xiàn)實技術要求應用系統(tǒng)具備沉浸性，而在這些所有的顯示系統(tǒng)或設備中，虛擬三維投影顯示系統(tǒng)是最能滿足這項功能要求的系統(tǒng)，因此，該種系統(tǒng)也最受廣大專業(yè)仿真用戶的歡迎。虛擬三維投影顯示系統(tǒng)是目前國際上普遍采用的虛擬現(xiàn)實和視景仿真實現(xiàn)手段和方式，也是一種最典型、最實用、最高級別的投入型虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)。這些高度逼真三維顯示系統(tǒng)的高度臨場感和高度參與性最終使參與者真正實現(xiàn)與虛擬空間的信息交流與現(xiàn)實構想。

3 虛擬計算機硬件實驗平臺的應用

3.1 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件教學中的應用

在計算機硬件相關的教學中，可以通過計算機硬件實驗平臺，將硬件的一些特性、功能、組裝過程等等各種內(nèi)容設計成各種圖形、動畫、聲音等信息，從而將這些信息在多媒體等工具中進行展現(xiàn)，讓學生們在直觀的畫面下對計算機硬件進行認識和學習。計算機硬件虛擬實驗平臺對于計算機硬件教學有著很大的作用，主要體現(xiàn)在共享性、交互性、表現(xiàn)性等方面。共享性主要是指在制作好的計算機硬件教學課件可以進行多元的傳遞和共享，交互性主要是指在課堂上能促使學生進行現(xiàn)場互動，讓學生們在計算機硬件知識學習的過程中，身臨其境地對硬件相關功能、特性以及組裝過程進行全面的了解和操作。表現(xiàn)性主要是指在硬件教學過程中，通過虛擬計算機平臺，將計算機硬件及其構件以及組裝過程直觀地展現(xiàn)在學生面前，讓學生產(chǎn)生即時的想象性和沉浸感，能有效提升學生學習計算機硬件的積極性。在計算機硬件教學中，虛擬計算機實驗平臺主要應用在三維課件的制作、硬件組裝的實踐操作、虛擬實驗室等方面。

3.2 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件設計和組裝中的應用

計算機硬件虛擬實驗平臺在計算機硬件的設計和組裝中應用是比較常見的，計算機的各硬件在開發(fā)設計中不可能重復地進行現(xiàn)實實驗操作，這樣的話將浪費大量的成本，而通過虛擬計算機硬件實驗平臺，將計算機硬件在計算機中進行展示、設計和測試，從而大大降低計算機硬件開發(fā)設計的成本。比如計算機硬件的組裝，其操作性以及直觀性非常強，組裝過程中所涉及的計算機硬件非常多，并且計算機一些部件的更新速度比較快，而且相應的設備跟進有點滯后性，所以對計算機進行操作實驗往往存在著一定的難度。因此，通過計算機硬件虛擬仿真技術，將計算機各硬件在相關系統(tǒng)或者軟件中進行仿真模擬，以構建一個虛擬計算機硬件實驗平臺，如利用VRML技術，使用戶通過人機界面，對計算機各硬件在虛擬環(huán)境中展開組裝操作。

其實，虛擬計算機硬件實驗平臺對于計算機硬件的設計和組裝主要體現(xiàn)在以下幾個方面，首先體現(xiàn)在對計算機硬件及其各部件的直觀瀏覽上，通過虛擬仿真平臺，讓用戶直觀的觀看和了解計算機各硬件及部件。其次，體現(xiàn)在計算機各硬件及其部件的組裝過程的演示上，通過計算機組裝的演示，讓應用者能清楚地了解整個組裝過程，對整個組裝過程有一個整體的把握。最后，對各硬件的功能和特性及其效果進行監(jiān)測。通過虛擬計算機硬件實驗平臺，對計算機各硬件的功能和特性在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行實驗，這對于新開發(fā)和設計出來的硬件性能檢測有著巨大的幫助作用。

3.3 虛擬計算機硬件實驗平臺在計算機硬件維護中的應用

計算機技術并不是一層不變的，而是不斷發(fā)展的。新技術的出現(xiàn)勢必會產(chǎn)生計算機硬件設備性能的改變，這一定程度上也促使了計算機硬件維護方法的改變。因此，用戶在計算機使用過程中，隨著計算機技術的不斷更新，其也需要不斷增進計算機硬件的維護常識和技能。比如在計算機各硬件設備出現(xiàn)一些故障時，用戶應該形成一種維護常識。同時，用戶應該對計算機的各硬件及應用狀況等知識進行一定的了解，用戶應該根據(jù)硬件設備的技術更新，而實時地改進其維護方法和知識。而針對這些知識的獲得，通過虛擬計算機硬件實驗平臺是最有效的方法。

綜上所述，虛擬計算機硬件實驗平臺開發(fā)將計算機中一些復雜的在現(xiàn)實環(huán)境中不能直觀操作或者操作繁復的過程置于虛擬環(huán)境進行操作，并實現(xiàn)現(xiàn)實仿真的效果。其在計算機硬件教學、計算機硬件設計和組裝、計算機硬件維護中得到更為廣泛的應用。

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