虚拟实验室系统的设计方案.docx

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1、虚拟实验室系统的设计方案1.系统概述虚拟实验室系统是一种运用虚拟现实技术模拟实物实验的计算机软件，它采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境，提供可操作的虚拟实验仪器，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集、分析远程操作的系统。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。使学生利用互联网通过接近真实的人机交互界面完成虚拟实验。它主要具有如下特点：（1）虚拟实验室具有开放性、直观性。利用虚拟实验室，通过网络能实现远程异地为学习者实时或跨地域地提供图文、音像并茂且丰富多彩的人机界面，配合先进

2、的传感测试技术，利用计算机的模拟功能、动画效果实现缓慢过程的快速化或快事过程的缓慢化，并把误操作后可能产生的报废或爆炸情况模拟地显示出来，对有毒有害、污染环境和破坏性实验，也可在虚拟实验室内完成，实现经济效益和社会效益的双赢。（2）虚拟实验室更新快捷，易于扩充维护，操作方便。当今社会一方面是科学技术的飞速发展，新技术，新设备，新工艺不断涌现，加快了仪器设备的更新换代；另一方面高等教育经费与日益扩大的招生规模相比相对不足，难以大量购买高、新、尖仪器设备，教学多只能演示，难以满足实验教学科研的需要。而虚拟实验室可随时开放，反复实践，满足学生的求知欲，提高动手能力。（3）虚拟实验室可降低经费成本，提

3、高教学科研效益。虚拟实验室的建立能有效降低耐用品的消耗量，避免设备的重复购置，提高教学科研效益。虚拟实验室操作方便，不受实验条件的影响，没有实验时间的限制，灵活方便可移植，充分实现资源共享。2 .系统组成虚拟实验室的建设是一个系统工程,它包括建立虚拟仪器系统、数据分析系统、计算机网络系统、虚拟实验室管理系统等。远程实验用户通过PC机登录进人Interne3利用Web浏览器访问虚拟实验室站点,通虚拟实验过虚拟实验室管理系统进人虚拟实验室,选择相应的实验项目后进人虚拟仪器控制台。通过虚拟仪器控制面板发出实验操作指令、输入实验参数,虚拟仪器向物理仪器传输操作指令及实验参数,物理仪器接收指令和参数后执

4、行操作,完成相应的实验内容最后将实验所获得的数据通过虚拟仪器、计算机网络返回到远程实验用户，用户既可以自行分析处理这些数据，也可将数据直接交给虚拟实验室的数据处理系统进行分析处理。3 .系统功能设计在学校基地智慧化校园建设中，由于未来的教学任务涉及众多的实训和职业技能认证，所以对于虚拟实验室的建设还是很有必要的。在智慧化校园的虚拟实验室建设过程中，可以按学科分类来进行功能模块设计，针对具体的业务应用可以涉及以下几个方面，1 .网络服务。用户通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。2 .仿真实验。采用计算机仿真技术

5、来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。在业务呈现上可以涉及以下几个方面，1）三维的立体环境虚拟实验环境是利用计算机建立的三维的模拟实验场景。在三维实验场景中能够从不同的视角观察一个实验对象。并且能够事先设置多个焦点视角，用户可以直接在这些视角之间做切换。2）可视化的实验对象每一个实验对象都由可视化的三维物体来代表，对象是实际物体的仿真。交互通过这些可视化的实验对象来完成。实验对象的设计有效地突出实验目标及相关场景的详细描绘，对于实验目标以外的场景以抽象描绘为主。3）可视化交互虚拟实验对象同用户之间可以通过点击或者拖曳操作进行交互。34 .数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务。维护虚拟实验系统的数据信息及用户的相关权限，为仿真实验提供支持。虚拟实验室增强并扩展了传统的实验教学功能，以前所未有的方式将学生与实验仪器联系起来，为学生提供了一种崭新的实验方式，在使用虚拟实验室的过程中，如果能把模拟的与真实的相比较，加强学习者之间的相互合作，并注重激发学习者的兴趣，促使其进行探究，那必将产生巨大的教育价值。