虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計的方法研究

廖曉娟

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，重慶 402160）

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國高校計算機教學(xué)采用理論與實踐分離的教學(xué)模式，受教學(xué)成本影響，很多學(xué)校忽略了實踐教學(xué)，計算機教學(xué)主要以理論為主。然而理論教學(xué)存在一定的弊端，一方面，學(xué)生的實踐能力得不到培養(yǎng)，另一方面，學(xué)生學(xué)到的理論知識得不到驗證，很難總結(jié)自己的學(xué)習成果，容易讓學(xué)生喪失學(xué)習的興趣。尤其是對于計算機教學(xué)來說，學(xué)生的實踐能力尤為重要，需要引起各方的重視。虛擬計算機硬件實驗平臺建設(shè)解決了教學(xué)成本的問題，能夠給學(xué)生提供另一種學(xué)習模式，拓寬學(xué)生的視野，對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)有著重要的作用。另外，學(xué)生不再受時間、地點的限制，可以通過虛擬實驗平臺隨時進行學(xué)習。這有助于提高學(xué)生的學(xué)習效率，對于計算機教學(xué)來說也更有針對性。

1 虛擬實驗平臺概念

虛擬實驗平臺又稱為計算機虛擬仿真技術(shù)，是通過現(xiàn)代化計算機技術(shù)實現(xiàn)的虛擬平臺，利用仿真技術(shù)還原實踐環(huán)境，提供視覺、聽覺效果，能夠讓學(xué)生有更深刻的體驗。學(xué)生能夠在虛擬平臺中感受實驗過程，通過觸摸進行相關(guān)實驗操作，仿佛身在其中。虛擬計算機硬件實驗平臺是對計算機硬件進行測試、開發(fā)與應(yīng)用的重要平臺，能夠體現(xiàn)出計算機技術(shù)的重要性，給人們學(xué)習的機會。虛擬計算機硬件實驗平臺通過高新技術(shù)，提高了計算機教學(xué)的效率，降低計算機教學(xué)的成本，將一些操作復(fù)雜的計算機實驗部分體現(xiàn)在虛擬平臺上，從而簡化了計算機教學(xué)，提高了學(xué)生的積極性，提升了學(xué)生的學(xué)習效率[1]。虛擬實驗平臺主要應(yīng)用的就是計算機仿真技術(shù)，通過仿真還原實現(xiàn)模擬過程。

2 虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計

2.1 虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺設(shè)計

虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺是虛擬計算機硬件實驗平臺的基礎(chǔ)，是虛擬實驗進行的重要保證，因此，要在虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計前期，進行虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺設(shè)計，做好準備工作。虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺是對虛擬計算機硬件實驗場景中的數(shù)據(jù)、圖像等進行分析、重組、展現(xiàn)的基礎(chǔ)平臺，只有擁有虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺，才能夠?qū)⑺鑸鼍斑M行充分還原。虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺是聯(lián)系其他各子系統(tǒng)的關(guān)鍵，能夠提高系統(tǒng)之間的溝通效率，加強系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，有利于提高計算機硬件實驗平臺的數(shù)據(jù)處理效率，保證系統(tǒng)發(fā)揮最大效益。

2.2 虛擬仿真交互系統(tǒng)設(shè)計

為了能夠更好地對實景實驗進行還原，虛擬計算機硬件實驗平臺需要對各種要素進行展現(xiàn)，這個過程中就出現(xiàn)了仿真交互作用，虛擬仿真交互系統(tǒng)就是為了能夠保證在同一時間將不同要素進行完全展現(xiàn)。在計算機實驗中，需要學(xué)生完全參與進來，虛擬計算機硬件實驗平臺既需要具有圖像、聲音等的還原功能，又要能夠?qū)W(xué)生的聲音、動作進行捕捉，這與簡單的二維空間還原不同，需要考慮到多方因素的相互影響，為此，在構(gòu)建虛擬計算機硬件實驗平臺前，需要完善虛擬仿真交互系統(tǒng)的內(nèi)容，減少各要素之間的干擾，將實景信息更好、更完整地進行還原[2]。

2.3 虛擬三維現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計

虛擬三維現(xiàn)實系統(tǒng)是目前還原程度最高的系統(tǒng)，通過三維還原能夠?qū)υ瓐鼍斑M行全面的分析、數(shù)據(jù)運算，結(jié)合物質(zhì)的特征進行充分展現(xiàn)。除此之外，虛擬現(xiàn)實三維系統(tǒng)是對仿真交互系統(tǒng)應(yīng)用最好的系統(tǒng)，能夠展示各種要素。另外，虛擬三維現(xiàn)實系統(tǒng)對高新設(shè)備的應(yīng)用比較廣，包括立體顯示器、大屏幕監(jiān)控設(shè)備等，應(yīng)用這些設(shè)備能夠起到更好的作用，提升還原的效果。通過虛擬三維現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計，能夠提高虛擬計算機硬件實驗平臺的還原程度，提升學(xué)生的參與感，提高學(xué)生的操作效率[3]。

3 虛擬計算機硬件實驗平臺開發(fā)

3.1 主要模塊設(shè)計

虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺是虛擬計算機硬件實驗平臺的基礎(chǔ)平臺，要最先構(gòu)建完成。虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺是對圖片進行生成及處理的關(guān)鍵平臺，且性能較好，能夠通過獲得信息進行數(shù)據(jù)運算，還原完整的虛擬現(xiàn)實場景，由此可見虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺在虛擬現(xiàn)實中的重要作用。除此之外，由于虛擬計算機硬件實驗平臺對交互作用的需求，因此，需要觸覺反映終端及定位追蹤等設(shè)備的支持。在基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施準備完成后，通過實驗?zāi)K和展示模塊進行檢測，改變實驗數(shù)據(jù)及行為，觀察展示情況的變化是否滿足客觀需求。在發(fā)現(xiàn)位置錯誤時，對模型進行調(diào)整，提高模塊功能的準確性及完整性。

3.2 模型構(gòu)建

模型構(gòu)建是虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，需要通過SKetchUp進行操作。要先了解實驗設(shè)計的需求，并根據(jù)需求將設(shè)備及材料簡單繪畫出來，之后進行硬件需求的繪畫。再將設(shè)備及材料的實際大小進行測量、分析、對比，導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，完成實景采集。也可以通過設(shè)備掃描的方式，提高數(shù)據(jù)的準確性，有利于確保后期工作的有效性。此過程最主要的部分就是實現(xiàn)各要素的交互。首先，需要對不同要素進行單獨系統(tǒng)維護，并檢查每個系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，在各個系統(tǒng)做好調(diào)試之后，通過主板插槽的方式，實現(xiàn)獨立建模；其次，通過交互仿真技術(shù)，實現(xiàn)各要素的結(jié)合、交互[4]。

3.3 模型優(yōu)化

為了提高虛擬計算機硬件實驗平臺的效果，提升學(xué)生的學(xué)習效率，需要在實驗的過程中對實驗?zāi)Ｐ瓦M行不斷的優(yōu)化，優(yōu)化是全過程的，包括模型設(shè)計階段和模型使用階段，需要將過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行展現(xiàn)、解決，從而不斷完善模型系統(tǒng)。首先，線圖的繪畫方面，一般會采取“近實遠虛”的方式，滿足一般人的觀察習慣，對于近處的景象進行細致的描述、遠處的景象進行大概勾勒，能夠突出重點，卻又不缺少整體畫面。其次，對顏色進行優(yōu)化，顏色在場景還原過程中是十分重要的，正確的顏色運用能夠提高場景還原的真實性，有利于給學(xué)生更加深刻的感受。在顏色渲染方面，也是重點突出近處的景象，減少對遠處景象的上色，尤其是減少遠景的深色體現(xiàn)，避免讓人抓不到重點[5]。為了提高系統(tǒng)的處理效率，可以通過紋理映射、紋理壓縮等技術(shù)，減少應(yīng)用空間和加載時間，提升處理效率。

3.4 模型動態(tài)導(dǎo)入

模型動態(tài)導(dǎo)入是虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計的關(guān)鍵步驟，現(xiàn)在的計算機實驗中，動態(tài)操作是必須的功能。在虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計中，一般通過Quest 3D的方式實現(xiàn)，具體的操作流程如下。

首先，將設(shè)置好的計算機硬件模型導(dǎo)入Quest 3D系統(tǒng)中，使之處于存儲狀態(tài)。

其次，將導(dǎo)入的模型按照Lua的方式打開，完成基本數(shù)據(jù)加載，將信息調(diào)整為硬件信道組，從而使該腳本能夠為更多的用戶提供更多的信道。

在模型動態(tài)導(dǎo)入之后，用戶能夠根據(jù)自己的需求進行不同的調(diào)試，選擇不同的信道，能夠起到保護信息安全的作用，同時加強了與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，提高了信息流動的效率。在與數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)時，需要進行用戶信息登記，保護賬戶名稱及密碼，從而起到保護信息安全的作用。

4 結(jié)語

技術(shù)的發(fā)展和教育改革的要求，人們對計算機實驗的要求越來越高，通過虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計，能夠滿足教學(xué)的需求，節(jié)約教學(xué)成本，同時，能夠提高教學(xué)效率，提高學(xué)生學(xué)習的積極性。為了能夠更好地完成虛擬計算機硬件實驗平臺設(shè)計，文章圍繞主要模塊設(shè)計、模型構(gòu)建、模型優(yōu)化、模型動態(tài)導(dǎo)入等幾個過程進行講解，希望能夠提高虛擬計算機硬件實驗平臺的應(yīng)用范圍，提升學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。