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基于云计算的三维虚拟学习环境的设计与应用

万方数据

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4)平台服务

平台服务层对应PaaS平台即服务,它是提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给用户,用户可以在云平台的基础架构上开发程序并通过互联网和其服务器传给其他用户,如C,oogle发布的Lively平台就提供开发三维虚拟社区的服务。PaaS能够提供应用软件开发、数据库、服务器平台、中间件、硬件资源、统一认证服务、计费服务、数据存储等,这些服务既可以直接面向用户,也可以通过一组Opt.API提供给用户。

5)云联邦服务平台

云联邦服务平台用于实现跨云的服务集成,可以将不同地区和学校的三维虚拟学习环境集成在一起。它以OpenAPI方式对外提供抽象化的应用服务,将不同的三维虚拟学习环境本地系统、云计算的应用服务以及第三方公共服务集成起来,以统一服务接口方式提供给各用户,以统一的界面和操作方式为用户提供服务。

6)应用服务

应用服务对应SaaS软件即服务,通过互联网提供软件应用的模式,服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上,用户无需购买、构建和维护基础设施和应用程序软件,只需根据自己实际需求定购应用软件服务即可。该平台直接面向终端提供最终的应用服务,这类服务包括三维虚拟学习环境中的虚拟实验室的创建、实体的创建和场景漫游等服务。

4基于云计算的三维虚拟学习环境的设计与实现4.1仿真原型的设计{云计算平台)

根据上述提出的三维虚拟学习环境的体系结构,设计了一个仿真原型即云计算平台,如图3所示。通过该平台可以构建高性能和交互能力好的三维虚拟学习环境。

圈3仿真原塑

其中,服务器主要包括登陆服务器、空间服务器、模拟器、场景文件服务器、文件服务器、数据库服务器和Web服务器等,分别分布在存储和应用节点中。机群系统中的服务器安装RedHat9.0LintLx操作系统,并行环境使用MPICH2.0来实现。Tomcat作为免费的、开矗、,5的JSP/Servlet容器和web服务器,部署在各个节点和-主服务器、应用及存储节点中,选择使用Tomcat,因为它使用方便,且完全免费开源,利于自行修改,再加上它拥有一流的进程保护机制,十分适合模型系统的开发。同时在安装Tomcat之前,每个节点上需安装JDK(Java运行环境),这不仅是由于云端机群的实现需要用到Java,也是由于Tomcat的运行同样需要Java的支持。

最左边的是云客户端,用户通过嵌入JSP和JAVA等插件的IE浏览器与原型进行交互,系统中方法服务打包、功能和业务逻辑主要靠中间件技术来实现。下面介绍一下该仿真原型的操作流程。

首先当用户进行操作时,云客户端将进行判断,不同类型的操作将以不同方式提交给主服务器进行处理。当用户在进行登录、注册、用户管理以及业务订制时,主服务器则将根据请求的种类,将这些信息与数据库中信息进行比对、录入或取出,并返回用户所要的信息。其次,当用户进行业务应用时,由于并非简单操作,所以主服务器会根据各节点状况进行负载均衡,把最适于用户应用的应用节点和计算节点分配给用户,使用户的操作达到最高效率。下面通过上面设计的仿真原型即云计算平台来具体介绍三维虚拟学习环境的功能设计与实现。

4.2三维虚拟学习环境的功能设计

三维虚拟学习环境的概念很广泛,可以由文字、图形、图像、声音、视频等多媒体形式提供(如电子课件唧、教程教案文档、教学案例视频、MP3语音资源等),也可以由能提供实时交互的三维实体对象的方式呈现(如虚拟实验、模型演示、虚拟校园等)。而本文讨论的三维虚拟学习环境主要提供以下功能:

1)用户的注册与登录

用户通过唯一的账号进行注册,同时要给出用户在学习环境中的昵称、性别,并选择喜欢的虚拟形象作为化身。系统验证通过后,接收用户成为合法用户。注册成功后,通过登录页面,即可登录进入三维虚拟学习环境进行学习。

2)三维虚拟场景的选择

学习者登录后可根据爱好选择虚拟学习场景。如虚拟教室模拟真实课堂教学,由教师组织学习者开展教学,可以实现Pfrr在线播放和实时语音讲解等。

3)虚拟化身漫游场景

学习者通过鼠标或键盘控制自己的行为,飞行、行走或传送到其他虚拟场景中。如进出虚拟教室、专题讨论区、在线课堂以及退出系统等。

4)在线交流

师生之间、同学之间和教师同行之间提供一对一、一对多、多对多的实时交互,以文字或语音的形式来交流思想和观点,可以实时交流、发表个人日志、日志留言、社区公告、用户喊话等。

5)个人资料的维护

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通过个人资料库来维护自己的个人资料,包括基本资料的修改更新,修改账户密码,替换虚拟化身等。

4.3三维虚拟学习环境的实现

利用云计算平台构建三维虚拟学习环境主要通过中间件或云服务平台提供的业务和服务来完成。

基于云计算的中间件系统并不是一个完善的过程,只能提供部分的方法和服务,其他的部分需要进行二次开发,鉴于此,三维虚拟学习环境的开发与应用方式实行“双轨制”,即将面向对象的开发方法和原型化开发方法有机的结合起来,当功能需求可由现有的中间件系统实现时,就直接提取和表示用户需求,当功能需求不能由现有中间件系统实现时,通过二次开发实现新的需求。

三维虚拟学习环境的大部分功能可由基于云计算的中间件系统完成。首先,向云服务平台申请和注册帐户和相应的业务和服务,创建虚拟教室、虚拟实验室和专题讨论区等虚拟场景,然后在相应的虚拟场景中创建三维模型,再利用外表设计模块设计三维模型的外表,可以对虚拟化身的外表和纹理进行设计,它将直接关系到所建模型的视觉效果和逼真程度。利用动作或行为模块添加各种行为使其能在各场景中漫游。最后用户可以通过嵌有JSP和JAVA等插件的IE浏览器来使用三维虚拟学习环境进行学习。

5实验仿真与结果分析

整个原型系统安装了Linux操作系统,利用MPICH2.0来实现并行处理,选择Tomcat作为JSP/Servlet容器和web服务器。笔者通过使用嵌入JSP和JAVA等插件的IE浏览器与原型系统进行交互建立了三维虚拟学习环境,并对上述构建的原型系统进行了分析和测试,图4显示了三维虚拟学习环境仿真结果的局部图像(虚拟教室)。结果表明,三维虚拟学习环境的场景渲染速度明显提高,虚拟化身漫游时,场景显示连贯,实体运动顺畅。

一318一图4虚拟教室效果图

该仿真实验验证了新的平台架构模式云计算与三维虚

拟学习环境的结合是完全可信和有效的,能满足虚拟仿真的

实时性和准确性要求,能明显提高图形的处理效率和渲染速

度,同时也能提高三维虚拟学习环境的开发效率,对于各企

事业单位三维虚拟学习环境的建设有积极的借鉴意义,因

此,基于云计算的三维虚拟学习环境的建设有很好的推广性

和实用性。

6结束语

云计算是当前一个热门的研究领域。不但要从原理和

方法上研究云计算,而且还应该从具体的实际应用开始,逐

步拓宽。本文提出了基于云计算的三维虚拟学习环境的体

系结构,研究和构建了三维虚拟学习环境,满足了虚拟环境

仿真实时性、稳定性和准确性的要求,能较好的解决场景渲

染带来的性能问题。下一步,笔者将继续完善和拓宽原型系

统,以更好的适应三维虚拟学习环境的处理要求。

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[作者简介1

俞华锋(1979一),男(汉族),浙江东阳人,讲师,硕

上研究生,主要研究领域为计算机仿真和软件设计。万方数据

基于云计算的三维虚拟学习环境的设计与应用

作者:俞华锋, YU Hua-feng

作者单位:浙江经济职业技术学院信息系,浙江,杭州,310018

刊名:

计算机仿真

英文刊名:COMPUTER SIMULATION

年,卷(期):2010,27(9)

被引用次数:1次

参考文献(8条)

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引证文献(1条)

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本文链接:https://www.doczj.com/doc/5110102922.html,/Periodical_jsjfz201009080.aspx

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