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基于VRML技术的虚拟物理实验

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基于VRML技术的物理虚拟实验室的设计

基于VRML技术的物理虚拟实验室的设计

基于VRML技术的物理虚拟实验室的设计
苏学军;唐建华;李文;张纪磊
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2009(026)009
【摘要】介绍了基于VRML技术构建物理虚拟实验室的设计方案和实现方法,记述了利用VRML技术和3Dmax技术进行物理虚拟实验的开发流程及注意问题.【总页数】4页(P67-69,100)
【作者】苏学军;唐建华;李文;张纪磊
【作者单位】海军航空工程学院,基础部,山东,烟台,264001;海军航空工程学院,基础部,山东,烟台,264001;烟台国际机场集团有限公司,山东,烟台,264001;海军航空工程学院,基础部,山东,烟台,264001
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;G642.423
【相关文献】
1.基于VRML技术的虚拟实验室的设计与实现 [J], 崔贯勋;刘加伶;王勇;张异;张自平;倪伟
2.基于VRML虚拟实验室的研究与设计 [J], 马利;姚文月
3.基于VRML的教学型虚拟实验室设计探讨 [J], 汪航;刘良超
4.基于VRML的虚拟实验室研究与设计 [J], 胡广
5.基于VRML的交互式虚拟实验室设计与实现 [J], 郭卫刚;高永;王允良
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基于VRML的虚拟实验教学系统的研究与实现

基于VRML的虚拟实验教学系统的研究与实现
境 。 谓 ＶＲ技 术 ， 以 计 算 机 技 术 为 主 ， 所 是 综
２ ３ 虚 拟实 验 教 学 系统 的开 发方 法 构建虚拟 实验教 学系统有 多种 方法 ， 但 它 们 的 基 本 思 想 应 该 是 一 致 的 ， 用 软 即 件 方 法 来 模 拟 硬 件 设 备 的 功 能 。目 前 国 内
并 记 录 实 验 结 果 。 数 据 库 。 虚 拟 实 验 系 ③ 为 统提供相关的数据服务 。 （ ） 拟 场 景 的 建 立 。 计 ＶＲＭ Ｌ虚 拟 ３ 虚 设
合 运 用三 维 图 形 技 术 、 算机 模 拟 与 仿 真 、 计 传 感 技 术 、 示 技 术 、 工 智 能 等 多 种 信 息 显 人
（ ） 能 模 块 设 计 。 论 建 设 哪 个 学 科 ２功 无 的 虚 拟 实 验 系 统 ， 功 能拟现 实技术简介
虚拟 现 实 技 术 这 一 名 词 是 由 美 国ＶＰＬ 公 司 创 建 人 拉 尼 尔 （ａｇ ｎ ａ ｉｒ在 ２ 世 纪 Ｊ ｒ ｏ Ｌ ｎ ｅ ） ０ ８ 年 代 初 提 出 的 ， 称 灵 境 技 术 或 人 工 环 ０ 也
直到正确为止。
模 拟 出 实 验 的 过 程 和 结 果 。 虚 拟 实 验 室 在
中 ， 生 能 够 在 计 算 机 建 立 的 三 维 的 模 拟 学 实 验 场 景 中 从 不 同 的 视 角 观 察 一 个 实 验 对 象 ， 过 鼠 标 的 选 择 或 者 拖 曳 操 作 便 可 以 通 进 行 虚 拟 的 实 验 。 拟 实 验 教 学 开 创 了 全 虚 新 的 学 习 场 景 ， 学 生 全 身 心 地 投 入 到 学 使 习 环 境 中 去 ， 大 提 高 了 学 生 的 学 习 兴 趣 大 和 感 知 水平 ， 利 于 学生 操 作 技 能 的提 高 。 有

基于VRML的网络课虚拟实验的研究与实现

基于VRML的网络课虚拟实验的研究与实现

错误 ， 改 减 小 文 件 ， 加 交 互 。建 模 过 程 如 图 １ 修 添
所示。
以通过 鼠标 对实验设 备模型旋 转、 多角度观 祟 ， 能够进 行配置 ， 在虚拟 实验环境 下完成 实验 ， 从而使 用户对于
（） １ 几何建模 。对象 的几何 建模是 生成高 质量虚
拟设备 的先决 条件 ， 它是 用来描述 对象 内部 固有 的几
使 用 Ｖ ＭＬ Ｒ 建立 虚拟设备模 型有 三种方法 ：Ｒ Ｖ ＭＬ
文本编辑器、Ｒ 可视化编辑器 、 ＶＭＬ 专业三维建模软件 ，
它们各 有优劣之处 ， 以在实 际建模过程 中根据 实际 所 情况 ， 结合使 用三种 建模 方法 。 由于路 由器 的各种接
口情况 比较 复杂 ， 例如 Ｒ４ 、Ｓ３ 、 纤接 Ｅ等 的接 Ｊ５ Ｒ２ ２ 光 ｌ
Ｐ ｃｃｌｘｅｅｃ ｒ ｔａ Ｅｐｄｎｅ实践经 验 １ ５ ａｉ ０
维普资讯
计 算 机 系 统 应 用
２０ 年 第 ３ 期 ０７
何性 质的抽象模 型 ， 因此 场景 中对 象模型 的组织结构
起着关键性的作用。所以首先根据路 由器各部分模块
机 网络课程 ， 但又未开 发出有 ３ Ｄ虚拟 场景 ， 交互 性较 好 的计 算机 网络 虚拟 实验 的实际情况 ， 本文拟 对这方
面进行研究。
也是很重要的一步 。逼真 的虚拟设备模 型是虚拟实验 效果的保障。由虚拟设 备能够 组成虚拟设 备库 ， 从而
为 了适应 网络 实 验 教学 的需 要 ， 选 择 以 Ｖ ＭＬ 我 Ｒ
的 ， Ｒ ２ ２接 口的内部插槽是塑料材质 ， 如 Ｓ３ 外部包 裹一 层金属材质。调整 Ｖ ＭＬ Ｍａｅｉｌ 点能够 对各 接 Ｒ 的 ｔｒ 节 ａ

基于VR的初中物理虚拟实验室设计

基于VR的初中物理虚拟实验室设计

基于VR的初中物理虚拟实验室设计作者：***来源：《中国教育技术装备》2020年第09期摘要使用3ds Max软件和VRP编辑器设计具有VR特性的虚拟物理实验室，介绍此虚拟物理实验室的功能，以初中物理的兩个经典实验为例，经过测试，能够达到物理实验的效果。

关键词 VR技术;3ds Max;VRP编辑器;初中物理;实验教学;物理实验室;虚拟实验室中图分类号：G633.7 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2020）09-0029-031 前言自20世纪末虚拟仿真实验的概念被首次提出后，国内外研究者对其进行了不断探索。

随着计算机技术和网络技术的发展，人们利用计算机软件构建模型，使用相关虚拟现实编辑器创建虚拟实验系统。

传统物理实验室有着成本昂贵、设备受限等缺点，使用虚拟实验室可降低初中物理实验的成本，不受实验空间、时间的限制。

利用虚拟现实技术构建的虚拟实验室，对初中物理实验教学有很好的促进效果[1]。

2 VR技术、虚拟实验概述与发展VR技术1）VR技术概述。

VR（Virtual Reality，虚拟现实）技术是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，给使用者提供关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境，可以及时、不受限制地观察三维空间内的事物[2]。

VR技术已经成为信息技术领域继多媒体技术、网络技术之后被广泛开发与应用的热点。

利用VR技术所实现的虚拟空间能够给人置身在真实环境的感觉，并且使用者能够在虚拟环境中实现与此空间的交互。

在虚拟环境中，使用者能够具有自己的视觉角度，环境能够根据使用者视点的变化迅速作出改变[3]。

虚拟现实系统具有身临其境的虚拟环境以及实时交互等突出的特点，使得它不仅在某些尖端领域、特殊行业（如军事、航天等）被广泛应用，而且在医疗、教育、培训、娱乐、工业设计、生产制造、信息管理、商业贸易、建筑等领域也有相应的发展，理论研究和应用实践使得虚拟现实技术更加趋于完善，发展也更加迅速。

基于VRML的虚拟实验系统设计

基于VRML的虚拟实验系统设计

中 图分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ３
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ １ （０ ０） — ２ ０ ０ １０ — ３ １２ １ ０ ０ ２ — ２ ９
０ 引 言
间 ， 少 文件 体 积 。 减
随 着 网 络 技术 和 虚 拟 现 实 技 术 的迅 猛 发 展 和 普 及 ， 程 教 育 得 远 ２２ 自动 演 示 功 能 实 现 自动 演 示 功 能 主 要 用来 演 示 实 验 的全 ． 到 了强 大 的 技 术支 持 ， 网络 虚 拟 实 验 实 现 了 对传 统 实验 的有 力 补 过程 ， 帮助 用 户 了解 实验 。 使 以 例如 ， 系统 中的 一个 基 本 实 验就 是 通 本 允 ， 现 了其 时 间 上 的拓 展 和 空 间 上 的 延 伸 。 目前 的虚 拟 实 验 多 为 过 电源 开 关 的开 、 实 合控 制 灯 泡 的 亮 灭 。 自动 演 示 功 能 可利 用 预 定 义 二 维演 示 实 验 ， 实验 真 实 感 、 在 交互 性 和 教学 效 果 等 方 面 与 真 实 实 动 画来 实 现 ， 主 要 涉及 下 面 的 几个 功 能 节 点 。 这 验 相 差 甚 远 。 Ｒ （ ｉｕ ｌ ｅｌｙＭｏｅｉ ａｇ ａｅ是 开 放 的 、 Ｖ ＭＬ Ｖｒ ａ Ｒ ａ ｔ ｔ ｉ ｄｌ ｇＬ ｎｕ ｇ ） ｎ 可 ① 传 感 器 Ｓｎｏ。 传 感器 是虚 拟 场 景 中 的动 作感 知器 ， 用 它 ｅｓｒ 利 扩 展 的 、 业标 准 的虚 拟 现 实描 述 语 言 ， 能够 在 Ｗｅ 创 建 可 导 来 感 知 场 景 中 各种 物 体 的动 作 。 工 它 ｂ上 本例 中可 以为 电源 开 关 添加 感 知 鼠 航 的、 链 接 的 三 维虚 拟 现 实空 间 ， 使 用 户 与 场 景 进行 实 时交 互 ， 标 单 击 动作 的接 触 传 感器 Ｔ ｕｈ ｅ ｓｒ 自动 时 间控 制 的时 间 传 感 超 并 ｏｃ Ｓｎｏ 和 感 知和 操作 虚 拟 对 象 ，因 而 能 够 提 供 更 佳 的 性 能 和 更 好 的 教学 效 器 Ｔｍｅｅｓｒ 插 补 器 Ｉｔ ｐｌｔ 。插 补器 是实 现 动 画 效果 必 不 ｉ Ｓｎｏ。② ｎ ｒｏａ ｒ ｅ ｏ 果。 可少 的节 点 ， 给 出 了动 画 过程 中各 个 时 刻 变 化 量 的参 数 值 。 电源 它 １ 虚 拟 现 实 与 Ｖ ＭＬ Ｒ 开 关 的开 合和 电流 表 指 针 的转 动都 是旋 转运 动 ， 以 为 它们 添 加括 可 虚 拟 现 实 （ ｉｕ ｌ ｅｌｙ 是 一 项 综 合 集 成 人— — 机 界 面 交 互 补 器 Ｏ ｉ ｔ ｉ ｌｔｒｏ ｔｒ Ｖｒ ａ Ｒ ａｉ ） ｔ ｔ ｒ ｎａ ｏ ｎｅ ｌ ｏ，而 灯 泡 亮 度 的 变 化 要 由颜 色 插 补 器 ｅ ｔｎ ｐ ａ 技术 ，它利用计算机生成具 有表面色彩的立体 图形模拟现 实环境 ， Ｃ ｌ ｌｔ ｐｌｔ 来实现。（）Ｏ Ｔ ｏｏ ｎｅ ｏａ ｒ ｒ ｒ ｏ ￣Ｒ Ｕ Ｅ命令。Ｒ Ｕ Ｅ命令根据动画响 ＯＴ 通 过 多 种传 感 设 备 使 用 户 融入 到 该 环 境 中 ， 与 该 环 境 中 的 对 象 进 应 的顺 序 将 各 传 感 器 、 补 器 、 并 插 以及 要 控 制 的节 点 串连 起 来 共 同 实 行 自然 的 、 时 的交 互 ， 而 使 用 户 产 生 一 种 沉 浸 在 虚 拟 环 境 中 的 现 一 个效 果。 实 从 真实感觉。 ２３使 用 ＪｖＳｒ ｔ ． ａａ ｃ ｐ 实现 交 互 功 能 交 互 功 能 要 求 系 统 根 据 用 ｉ Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ作 为一 种 与 互 联 网结 合 ， 用来 描 述 三 维 交 互 世 界 的程 序 户 对 场 景 中不 同节 点 的操 作 做 出不 同 的 响应 ， 这就 不 能通 过 预 定 义 语 言 ， 应 用 于 创 建虚 拟 现 实 的 对 象 、 象和 展 示 模 型 等 。 Ｒ Ｌ的 的方 式 来 实现 ， 必 须 采用 更复 杂 的 程 序 代码 进行 处理 。 Ｖ Ｍ 可 景 Ｖ Ｍ 而 Ｒ Ｌ中 工 作 原 理 是 用 文 本 信 息描 述 三 维 场 景 ， Ｉｔ ｎｔ 在 ｎｅ ｅ 网上 传 输 ， 本 地 常用 的脚 本语 言 是 ＪｖＳｒ 。 此 外 ， 于 一 些 需 要 与 网页 进 行 信 息 ｒ 在 ａａｃｉ ｐ 对 机上由 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ浏 览 器 解 释 生成 三 维 场 景 ， 释 生成 的标 准 规 范 即 是 传 递 的场 景 ，还 可 以利 用 网 页 中 的 Ｊｖ ｐ ｌｔ 实 现 更 为 复 杂 的 解 ａａＡ ｐｅ 来 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ规 范 ， 把 复 杂 的 处理 任 务 交 给本 地 机 从 而 减 轻 了网 路 的 负 控 制 功 能ｏ Ｊｖ Ａ （ ｘ ｒａ Ａ ｔｏ ｎ ｔｆｃ ， 而 ａａＥ ＩＥ ｔ ｎｌ ｕｈｒ ｇＩ ｅ ａｅ 外部 创 作 接 口 ） ｅ ｉ ｎｒ 是 荷。 增强 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ场 景 与 外 部 环境 通信 联 系 和 融 合 能 力 的 一 个 高层 次 的 ２． 验 系 统 的设 计 与 实 现 实 Ｊｖ ａａ类包 ， 它使 得 外 部 的 Ｊｖ ｐ ｌ 程 序 可 以 利 用 Ｖ Ｍ ａａＡ ｐｅ ｔ Ｒ Ｌ的 事件 ２１虚 拟 场 景 的 建 立 Ｖ ＭＬ语 言 本 身 可 以进 行 三 维 建 模 ， ． Ｒ 但 模 型 访 问和 控 制 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ场景 中的 节 点 。 是 它 的标 记语 言 特 性使 得 建 立 三 维 虚 拟 场 景 比较 麻 烦 ， 其 是对 一 尤 本例 中采 用 ＪｖＳｒ ｔ 本 的形 式 进 行 代码 编程 来 判 断 电源开 ａａｃｉ 脚 ｐ 些 庞 大 、 杂 、 求 精细 逼真 的场 景 。一种 比较 通 用 的 方法 是 用 ３ 关 开 、合 状 态 并 确 定 其转 向动 画 。最 后 脚 本代 码 要 用 Ｒ Ｕ Ｅ命令 复 要 Ｄ ＯＴ Ｍａ ｘ这 样 的 三 维 建 模 软 件 来 建 立 静 态 虚 拟 场 景 ， 然 后 再 导 入 到 与 相 关传 感 器 、 补 器 、 节 点 串连 起 来 ， 插 和 形成 一 条 动 画 通 路 。其 动 画 效 果如 图所 示 。 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ编辑 器 中添 加动 态效 果 和 交 互控 制 。 但是 ， 一般 建模 软 件 建 立 的 场 景 文 件 都 很 大 ， 对 网络 传 输 是 这 不 利 的 ， 须 进行 场 景 优 化 。 通 常我 们 可 以采 用 以下 几 种 方 法进 行 必 优化。

基于VRML的交互式虚拟实验室设计与实现

基于VRML的交互式虚拟实验室设计与实现

基于VRML的交互式虚拟实验室设计与实现VRML（虚拟现实建模语言）是一种用于描述交互式3D图形和虚拟现实世界的编程语言。

基于VRML的虚拟实验室是一种利用虚拟现实技术模拟实验室实验环境的系统，通过VRML可以实现虚拟实验室的设计和实现。

本文将介绍基于VRML的交互式虚拟实验室的设计和实现方法。

一、虚拟实验室的概念和应用虚拟实验室是一种利用虚拟现实技术搭建的模拟实验环境，可以实现实验室实验的模拟和展示。

虚拟实验室可以广泛应用于教育、训练、科研等领域，为学生和研究人员提供一个安全、方便、实时的实验环境。

虚拟实验室可以大大提高实验效率和降低实验成本，是21世纪教育和科研的重要工具。

二、基于VRML的虚拟实验室设计1.需求分析：首先需要明确虚拟实验室的功能和特点，确定虚拟实验室的实验项目和内容。

对虚拟实验室的用户进行分析，了解用户的需求和使用习惯。

2.场景设计：根据实验项目和内容设计虚拟实验室的场景，包括实验设备、实验器材、实验内容等。

虚拟实验室的场景应该栩栩如生，能够给用户带来身临其境的感觉。

3.交互设计：设计虚拟实验室的交互方式，包括用户界面设计、操作方式等。

用户可以通过交互方式在虚拟实验室中进行实验操作，并获得实时反馈和结果。

4.功能实现：使用VRML语言编写虚拟实验室的代码，实现虚拟实验室的功能和交互效果。

代码应该简洁、高效，能够实现虚拟实验室的各种功能。

5.测试优化：对虚拟实验室进行测试和优化，确保虚拟实验室的稳定性和性能。

根据用户的反馈意见对虚拟实验室进行优化改进，提高用户体验。

三、基于VRML的虚拟实验室实现1.环境搭建：搭建VRML编程环境，选择适合的开发工具和软件。

常用的VRML开发工具包括Blender、Unity等。

2.模型建立：设计并建立虚拟实验室的模型，包括实验设备、实验器材、实验场景等。

模型应该细致入微，能够反映实验的真实性。

3.功能实现：使用VRML语言编写虚拟实验室的代码，实现虚拟实验室的各种交互功能。

基于VRML的虚拟实验的研究与设计


Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＶＲＭ Ｌ
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｙｉ ｎ ｇ
（ Ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｍｅ ｉｃ ｄ ｉ ｎ ｅ ， Ｓ ｈ ｎｇ ａ ｈ ｉ ａ ２ ０ １ ２ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
其 境 的真实 感 。用户 可对 实验 过程进 行操 作控 制 ， 具有 操作 性交 互性 强 的优点 。研 究表 明基 于 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ的虚 拟实 验 有很 强
的应用 前景 ， 为 远程 教育 的 网上 实验 提供 条 件 。 关键 词 ： 虚 拟实 验 ； 数 字 电路实 验 ； 虚 拟 现实 建模语 言
王 瑛
（ 上海 中 医药大 学 现教 中心 ， 上海２ ０ １ ２ ０ ３ ）
摘 要： 基于 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ技术 ， 结 合虚 拟实 验 的开发 环境 、 现状 特点 以及 发展 前景 ， 研究 虚 拟实 验 制作 所用 到 的技 术 ， 设 计制 作
仿 真性 高 的虚拟 试验 。本 研究 分析 了虚 拟实 验 的功能 特性 拟 实验 ， 利用 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ的 脚 步程 序仿 真 了 ７ ４ Ｌ Ｓ Ｏ ４芯片逻 辑功 能测 试 的全过 程 。该虚 拟实 验交 互 界 面 的真 实感 强 ， 提 供 的三 维 虚 拟环 境 具 有亲 临
中 图分类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ３ — ６ ２ ９ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ２ ３ ９ － ０ ４

基于VRML技术的虚拟实验室构建


、
Ｖ Ｒ ＭＬ技术概述
型节点 、编组节点 、传感器节点 、脚本 机交互环境 ，对用户的实验过程做 出及 节点等 。节点包括域和事件 ，各种信息 可以在 节点之间通过路 由传递 。
与 ＨＴ ＭＬ类似 ，Ｖ ＲＭＬ的解释 执 行和演示是通过浏览器来完成的 ，浏览 器 接受 特定 文件 格 式 的用 户输 入 以及
２ ． Ｖ Ｒ ＭＬ组成部分
在 语法 上 ， Ｖ Ｒ／ Ｖ Ｉ Ｌ以 节 点 （ Ｎｏ ｄ ｅ ）
只需 要在 终端 显 示器 上 点击 和拖 动 鼠 包 括 ＨＴ ＭＬ 、Ｏｐ ｅ ｎ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ 、面 向对 象 ，记录实验结果。 虚 拟实 验 室 具有 传统 实 验室 无 法
Ｖ ＲＭＬ具 有强 大 的 网络 功 能 ，它 能够创建三维造 型 ， 实现多媒体制作 ， 可 以利用感知传感器节 点来感受 用户及造
却存在着 困难 。许 多实验只能通过观看 ｙ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ， 经 过 发 展 ，１ ９ ９ ５年 Ｖ ＲＭＬ １ ． ０ 实验环 节 ，这 不可避 免地造成 了理论 与 本进行 重大改进 的基 础上推出了 ２ ． ０ 版 实践 脱节 ，影响学 生对 所学理论 知识 的 本 ， 其 中添加 了场景 交互 、 多媒体 支持 、
远程教育 的广泛兴起 ，使得校园 的围墙
逐渐消失 ，学生对教师面对面授课 的依
维模型 、 渲染 以及提供交互操作 的跨平 Ｖ ＲＭＬ文 件 并生 成场 景 图 ，场 景 图除
台 、开放式 、解释性文本语言 。它本身
了包括节点和路 由图外 ，还包括处理事
的定义就具有对三维实体真实显示 的能 件 、读取编辑路 由图及触发节 点改变 的
⑩Ｉ 探 索 ． ｎ 删 。

基于VRML的实验室演示功能的实现

本科生毕业论文论文题目基于VRML的实验室演示功能实现学生姓名万世发学号专业名称物理学论文提交日期2010年4 月7 日申请学位级别理学学士学位论文评审等级指导教师姓名倪永勤职称教授工作单位玉溪师范学院学位授予单位玉溪师范学院玉溪师范学院物理系二○一○年四月基于VRML的实验室演示功能的实现万世发（玉溪师范学院物理系2006级物理学本科1班云南玉溪653100 ）指导教师：倪永勤摘要：本论文利用VRML Pad创建虚拟物理实验室进而实现了物理演示功能实现。

关键词:虚拟现实; VRML;演示实验1.引言1.1.虚拟现实概念及VRLM特征1.1.1. 虚拟现实的概念虚拟现实(VR-virtual Reality)是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual word)的计算机系统。

它通常是指用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设备来实现的一种三维现实，人们可以通过这些设施以自然的技能向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们感受到三维的视觉、听觉及触觉等感官刺激。

它创建一个既酷似客观环境又超越客观时空，既能沉浸在其中又能驾驭其上的和谐的人机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操纵的空间。

它的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，能够达到或部分达到这样目标的系统就统称为虚拟现实系统[2]。

虚拟现实技术是一门直接来自于应用的、涉及众多学科的、新的实用技术，是集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体的综合集成技术。

VRML ( virtual reality modeling language)虚拟现实建模语言是一种三维造型和渲染的图形描述语言，通过创建一个虚拟场景以达到现实中的效果。

它是第二代Web程序设计语言，可以在网页上实现三维动画效果及基于三维对象用户的交互，特别是可以改变当前网络与用户交互的局限性，使得人机交互更加方便、灵活，使虚拟世界的真实性、交互性和动态性得到充分的体现。

基于VRML技术的虚拟实验研究的论文

基于VRML技术的虚拟实验研究的论文论文关键词：虚拟实现vrml 虚拟现实技术论文摘要：虚拟实验的出现引起了实验领域的一场新的革命．本文借助于虚拟现实技术。

分析虚拟实验室的实现模式及体系结构，并根据虚拟实验过程研究了主要功能的实现．本文为虚拟实验方面的研究提供了一定的参考借鉴．虚拟实验技术是基于一定技术进行的实验，是信息时代发展的产物，是人类的实验技术和研究能力进入一个新发展阶段的标志．学生通过虚拟实验，可以对实验的思想和方法、仪器的结构及原理的理解取得较好的效果，达到培养能力、学习技能、深化知识的目的．1 虚拟实验的设计1．1 虚拟实验室的实现模式虚拟实验室的建立，使得处于不同位置的学习者可以同时对一个实验项目进行实验工作．web为虚拟实验室的实现提供了一种基础平台，基于web的b／s构建模式是实现虚拟实验室的一种基本模式．完善的虚拟实验室包含下面几个重要的组成部分：第一，能处理大量模拟操作数据的服务器(女口超级计算机中心高性能的计算机系统)；第二，用于存储模拟数据初始条件和边界条件以及实验结果数据的数据库系统；第三，连接于网络的科学实验仪器及合作工具等；第四，实验处理软件，每一个虚拟实验系统都是基于专业的仿真软件系统的，它们用于数据处理、分析、存储并使这几个过程可视化．这几个部分的紧密结合就组成了一个虚拟实验室．1．2 虚拟实验的体系结构虚拟实验根据参与感知交互方式的不同，主要分为三类：桌面虚拟现实系统、座舱式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统后两类虚拟实验系统需要昂贵的设备，创建一个虚拟现实系统的花费是相当巨大的，无论是从软件还是从硬件，普通的用户都无法承担．因此在目前阶段还不可能大规模应用，其仅仅运用在军事和航空航天等方面囝i本文研究的虚拟实验系统属于第一类，即桌面虚拟现实系统．和用软件编程方法在输出设备(如显示器)上输出逼真的具有虚拟现实系统特征的三维场景．网络虚拟实验平台采用的是vrml-java同步协调技术．总体的设计思想如下：(1)系统结构为3层b／s结构，由客户端、网络服务器和数据库服务器组成．b／s结构简化了客户端软件，只须安装web 浏览器作为客户端的运行平台，采用该结构实现的共享虚拟环境比较稳定和健壮，可扩展性较好．系统版本的升级及维护均在web服务器端进行的，用户需要访问时才动态下载，这就保证了用户每次使用的都是最新版本．(2)客户端与服务器端的通信采用基于tcp//p 协议的．1ava socket通信技术，java对网络通信提供了强有力的支待，其中java．net包中的inetaddress 、url、socket 等类对tcp／ip 协议提供了良好的支持．独立运行的服务器应用程序主线程负责监听客户端的连接请求，连接上后生成另外一个线程与客户端通过‘iep／ip进行通信．在服务器上建立一个共享对象的数据库上面有所有变动对象的当前信息．当一个新用户连接进来的时候，他的信息将写入该共享对象数据库中，同时通过该数据库读取共享对象的信息，并将这些信息在本地机器上的vrml世界中表现出来．(3)服务器与数据库的通信技术是基于jdbc．(4)vrml与java间的通信是基于sai．综上所述，系统采用web、vrml、sai、java、jdbc、sql等主要开发技术．虚拟单元作为实验的主体，提供不同的设定参数，以java applet形式运行，并通过vrml脚本编程接口sai与java进行通信翻．1．3 虚拟实验的功能层次结构虚拟实验系统遵循模块化设计的原则，采取类iso协议的分层技术，无论是什么课程的虚拟实验系统，最终的程序遵循以下的层次结构：上层是实验接口层；中间是web服务接口、仿真服务接口以及中间件等．下层是后台服务程序．(1)用户实验接口的主要功能：作为虚拟实验室客户端模块的一部分，主要完成“所见即所得”功能，给用户提供一个良好的界面(实验环境)．同时引导用户了解、熟悉、掌握虚拟实验软件的基本使用方法；收集用户设置的实验参数和数据；检查用户的实验环境是否配置正确．提供与web服务接口的相关函数．另外，还要完成实验结果的采集、处理、优化和显示，可以包括各种数据的图形化、图表、动画显示及打印输出．具备简单的智能分析功能，给用户提供方便的处理接口．(2)web服务接口的主要功能：负责管理虚拟实验系统的一般web服务请求，负责接受虚拟实验原始数据，向客户端发送虚拟实验结果．负责通知消息的发布，统计网络状态信息，调整用户权限等．(3)服务接口的主要功能：负责调度后台虚拟服务程序，接收上层接口传递的实验数据，记录用户的实验过程．(4)a0间件模块的主要功能：为仿真后台程序和仿真服务接口模块提供通用的接口，向下负责发送调度指令和接收结果，向上负责接收调度指令和发送结果．(5)服务程序的主要功能：第三方服务程序，提供相应的服务．[2 虚拟实验的实现2．1 虚拟实验的运行环境本系统的服务器试验运行环境为：windowsnt、ms iis、jdk1．2．2、corona sai包，客户端的试验环境为：windowsnt、ie6．0、corona vrml client．在服务器端用iis建立。

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基于VRML技术的虚拟物理实验
【摘要】首先介绍了基于VRML技术构建虚拟物理实验的选用，其次阐述了利用VRML虚拟实验的构成，再次是介绍了VRML虚拟实验的制作，最后说明了VRML虚拟实验的优势。

【关键词】VRML 3Dmax 虚拟模型虚拟物理实验
基于Web的网上虚拟实验室可以很好的解决场地不足、仪器不够、辅导教员缺乏等问题，利用互联网实验交互式实验教学是实验教学改革与发展的重要方向，为培养高素质人才创造了十分有利的条件[1]。

我们针对物理实验范围大、人员多、场地有限、辅导教员工作量大等特点，构建虚拟物理实验室，使学员可以方便地进行实验预习，既提高了学员对物理实验的学习兴趣，又培养了学员的自主学习能力、创新意识和动手能力，收到了很好的实验教学效果。

1 VRML虚拟实验室的选用
虚拟实验包括两类，一种是演示型的实验，针对实验现象进行有关演示，实验者相当于充当观众的角色；还有一种是操作型的实验，实验者要亲自参与，实验者相当于充当演员的角色，要亲自实践、参与实验。

有多种方法可以进行演示型实验，例如，可以用Flash、Author ware软件进行演示，这种类型交互性差，效果不佳[2]。

操作型试验的制作难度要更大一些，但也更有意义，教学演示与交互式是基于Web的操作型虚拟实验的核心，须让客户在不同的终端平台上得到完全一样的效果，且取得较好的逼真的仿真效果和三维立体感。

Flash、Author ware等虚拟技术可以用于制作虚拟实验，但经过研究、对比，我们发现VRML 更能实现虚拟实验[3]。

VRML是以虚拟现实为特征的3DWeb技术的核心，是一种描述交互式三维对象的文件格式，它允许描述一个现有的或虚拟的景物并将它放入三维环境中，通过Internet共享3D实体和场景。

VRML同HTML一样，同样是一种ASCII 语言，也支持超链接，只是HTML不支持立体声音文本和三维图像显示。

随着国际互联网的普及，VRML技术将成为今后网络多媒体发展方向的主流。

VRML 作为一种ISO国际标准将得到越来越广泛的发展[4]。

真正的动态交互图形渲染是实时的，这种实时性导致了虚拟场景中的人机动态交互性。

用VRML语言生成的场景却具有变量特征。

因此，不仅能感受虚拟环境，还能通过自己的行为影响虚拟环境。

因此VRML是制作虚拟实验室的不二选择。

2 VRML虚拟实验室的构成
虚拟实验室建设按照突出重点、特色、效能的原则，将虚拟实验室分为：实验课程、实验设备、虚拟实验、实验预约等几个重要模块。

（1）实验课程。

主要描述实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、实验内容、实验提示、注意事项等信息。

同时在网页内建立了虚拟实验、仪器的超级链接，便于学员自主学习。

（2）实验设备。

如示波器、万用表、光具座、分光计、望远镜及各类实验箱和控制对象。

详细介绍相关设备的功能以及操作方法。

学员做实验前或做实验过程中可以随时熟悉实验仪器设备，提高实验效果。

（3）虚拟实验。

利用VRML技术开发设计一些典型的虚拟实验，学员在网络上预习、熟悉实验内容、学习试验方法，再到实验室实际动手实践实验，起到良好的效果。

（4）实验预约。

学员根据自己的实际情况结合实验室开放时间，在网上预约实验项目，这样就打破了全班学员必须在规定时间内作同样内容的实验的教学理念，科学地利用实验室资源，有利于调动学员的学习积极性，提高实验教学质量。

3 VRML虚拟实验室的制作
3.1 系统构架
基于Web的虚拟实验系统的基本结构如（图1）所示。

其中，Web的服务器是Server部分，用来存放虚拟实验系统所需要的用户资料数据、VRML脚本数据和翻译分析系统等数据。

交互系统，就是通过论坛来交流经验，搭建学员与教员自由交流的平台，与此同时它还能够收集学员完成的汇编语言程序、实验报告、实验数据等，这样实验教员可以直接获取学员学习情况的第一手资料并及时给出反馈，帮助学员解决学习上困难。

3.2 模型建立
用VRML语言制作虚拟模型有两种方法。

一是编写源代码、生成文本文件、转化生成以.wrl为拓展名的网页文件，但此方法源代码过于复杂，文件占空间比较大。

另一种方法是通过辅助建模软件，先建三维物体，再在虚拟世界中进行组合，这一方法文件占空间相对小。

构建虚拟实验平台时，我们通常采用第二种方法。

先在三维CAD设计软件中建立各种三维物体，再将这些物体以.wrl格式导入VRML程序中，确定它们在虚拟世界中的位置关系，从而完成虚拟实验的构建[3]。

具体说，分以下三个步骤实现。

（1）构建虚拟模型。

对简单形体，直接创建三维模型；对可剖分实p（1）借助3DstudioMax、SolidworkS、Pro/ENGINEER等三维设计软件准确构造虚拟模型。

（2）进行格式转换，生成以.wrl为后缀的VRML文件。

（3）修改.wrl文件形成动态效果，建立事件路由形成控制流，然后根据设计要求加入动画、声音、光学性质、传感性能等。

（4）自定义按钮传感器和位置插入器进行实验现象的演示[3]。

4 VRML虚拟实验室的优势
基于网络的虚拟实验作为一种新的实验类型具有突出的优势：
（1）打破了传统实验对时空的限制。

随着网上教学的开展和日益普及，网上实验的要求亦愈来愈迫切，网上虚拟实验室建成后，学员和教员都可以自由地随时通过互联网进入虚拟实验平台，操作仪器，进行各种实验。

（2）实现了实验组数无限扩展和实验设备的“零”维护。

上网的计算机无需添加其他硬件设备和做专门的维护工作，就可以通过网上虚拟实验教学系统任意选择实验项目进行实验操作，为实验顺利实施提供方便。

（3）实现了实验教学的一体化。

网上虚拟实验平台除能进行实验外，在教学上还能够同时满足实验预习环节、教员讲授环节、实验数据检验与分析环节、教学考核与教学评价环节、实验中的相互交流与讨论环节等。

整个实验教学的过程均可在网上实现。

这种类型实验内容新颖、应用性较强，传统实验室往往无法及时实现。

（4）易于开设新型实验项目。

比如开设反映新技术、新成果的发展应用以及其他新型实验室网上虚拟实验平台。

参考文献：
[1]王晶琳，焦伟.虚拟现实技术与应用[J].实验室技术与管理，2003，20（21）：58-61.
[2]赵宏等.基于VRML工程学虚拟实验平台的设计[J].第一届中国图学大户暨第十届华东六省一市工程图学学术年会，2007：115-117.
[3]基于VRML技术的物理虚拟实验室的设计[J].实验技术与管理，2009：26-29.
[4]段新显.虚拟现实基础与VRML编程[M].北京：高等教育出版社，2005：16-18.。