杜 領(lǐng)

(樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系， 四川 樂山 614000)

0 引 言

依據(jù)局域網(wǎng)開發(fā)高效、實(shí)用、快捷的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，是高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及實(shí)驗(yàn)技術(shù)革新的必然選擇?；赬3D技術(shù)，以低成本方式建立虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室，可擴(kuò)大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)訓(xùn)的范圍，尤其是通過網(wǎng)絡(luò)“云平臺(tái)”，應(yīng)用X3D SAI指定的抽象服務(wù)集[1]，其中重點(diǎn)利用X3D SAI為所有腳本語言提供的內(nèi)部和外部交互一致功能，可解決編程模型、數(shù)據(jù)反饋、功能交換等問題，從而改善網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的交互性能。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思想

虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室，采用X3D方案構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、反饋應(yīng)對(duì)系統(tǒng)，主要方案是為了實(shí)現(xiàn)高校實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)開發(fā)。它整合高校實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)應(yīng)用程序的資源，是運(yùn)用高校局域網(wǎng)組件來設(shè)計(jì)、開發(fā)的。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)[2]的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)多層分布式的應(yīng)用模型和安全模型，能夠全方位對(duì)數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)進(jìn)行控制。

X3D數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室首先是一個(gè)多層分布式的應(yīng)用模型。在X3D環(huán)境中，無論哪一個(gè)應(yīng)用組件安裝在什么地方，還是那一層用戶層調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，都是動(dòng)態(tài)調(diào)度來處理的。

監(jiān)控系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)是X3D技術(shù)應(yīng)用的中間層。和Web層不同的是，虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件處理系統(tǒng)，需要高校的相關(guān)管理密鑰來訪問高校信息系統(tǒng)。

反饋應(yīng)對(duì)系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室反饋應(yīng)對(duì)系統(tǒng)包括查詢有限(Lookup Services)和安全(Security)兩個(gè)方面。系統(tǒng)資源都只能由高校實(shí)驗(yàn)室授權(quán)的終端進(jìn)行訪問。

1.2 系統(tǒng)體系

設(shè)計(jì)基于圖像的Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和基于模型的Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高?！霸破脚_(tái)”網(wǎng)絡(luò)多元系統(tǒng)，完成局域網(wǎng)綜合布線實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[3]。系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵是要把握5個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室提供的內(nèi)容、給網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室提供動(dòng)力的實(shí)踐教學(xué)引擎、交流活動(dòng)的協(xié)調(diào)、資源數(shù)據(jù)的倉儲(chǔ)、無縫隙的Web信息和交流的連接。

內(nèi)容：匯集規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)成果目錄信息，搜索和過濾內(nèi)容，會(huì)員概況，報(bào)告交流活動(dòng)。

實(shí)踐教學(xué)：實(shí)踐教學(xué)信息，交流，反饋，實(shí)踐教學(xué)職能。

互動(dòng)：教學(xué)成果協(xié)同設(shè)計(jì)。

社區(qū)：聊天，討論，共享工作空間，實(shí)踐教學(xué)郵件，手機(jī)短信。

集成：與后端系統(tǒng)、交流合作伙伴系統(tǒng)、其它網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室集成。

1.3 運(yùn)行藍(lán)圖

X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)站開發(fā)完成后的具體部署，與實(shí)際的硬件運(yùn)行環(huán)境結(jié)合比較緊密。對(duì)于物理部署的初步設(shè)計(jì)如圖1所示。該圖展示了即將完成的X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)站的運(yùn)行藍(lán)圖。

圖1 X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站運(yùn)行架構(gòu)

1.4 系統(tǒng)模塊

圖2 虛擬實(shí)驗(yàn)室服務(wù)模型

X3D綜合布線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室計(jì)算平臺(tái)最重要的一種表現(xiàn)形式。自Amazon推出實(shí)驗(yàn)室計(jì)算平臺(tái)EC2后，共享資源和存儲(chǔ)資源平臺(tái)的核心目標(biāo)即按用戶定制需求，提供對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)類型、CPU頻率、核心數(shù)據(jù)和硬盤空間的虛擬機(jī)[4]。虛擬現(xiàn)實(shí)的X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室通過虛擬機(jī)來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)。從虛擬現(xiàn)實(shí)的X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部運(yùn)行關(guān)系看，一般包括實(shí)驗(yàn)室資源、實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)、實(shí)驗(yàn)室計(jì)算三大模塊，具體如圖2所示。

從圖2可以看到，虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室服務(wù)流程是在實(shí)驗(yàn)室資源、實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)、實(shí)驗(yàn)室計(jì)算3個(gè)中交互實(shí)現(xiàn)的。

在實(shí)驗(yàn)室管理中，主響應(yīng)需要連接調(diào)度服務(wù)器，通過元數(shù)據(jù)和監(jiān)控服務(wù)器指令與實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)代理服務(wù)器進(jìn)行交互；如果資源和需求響應(yīng)，就即時(shí)轉(zhuǎn)接使實(shí)驗(yàn)計(jì)算給出應(yīng)答和完善，不需要人工干預(yù)。

系統(tǒng)例圖參照某高校X3D實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)站的體例，展示了X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)平臺(tái)面向用戶的接口。即用戶使用系統(tǒng)所涉及的功能定位，明確整個(gè)系統(tǒng)的功能。

系統(tǒng)例圖的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)有2個(gè)角色，一個(gè)是系統(tǒng)管理員，一個(gè)是普通的注冊(cè)用戶。系統(tǒng)管理員也具備普通用戶的權(quán)限。一個(gè)普通用戶如果通過高校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)站瀏覽教學(xué)成果，能夠使用的功能有以下幾種：用戶注冊(cè)、登入、注銷、信息交流、信息查詢、反饋教學(xué)成果。管理員還能具有審核教學(xué)成果、進(jìn)行用戶管理以及系統(tǒng)管理等權(quán)限。

用戶登入、注銷：還未注冊(cè)的是新用戶是不能登入系統(tǒng)的，需要填寫信息注冊(cè)完成后才能登入，在驗(yàn)證身份合格后，方可進(jìn)入系統(tǒng)的主頁面。

在線反饋：在線反饋就是通過在網(wǎng)頁上輸入計(jì)算機(jī)賬號(hào)、密碼等完成計(jì)算機(jī)即時(shí)反饋。完成這步操作的前提是用戶反饋了網(wǎng)上的教學(xué)成果，并且統(tǒng)計(jì)了所有的教學(xué)成果。

信息交流：網(wǎng)站用戶之間的交流方式很多，可以通過短消息、郵件、論壇、網(wǎng)站公告、教學(xué)成果排行等等。通過這些方式，用戶能掌握自身教學(xué)成果的情況，能知道自身教學(xué)成果的優(yōu)缺點(diǎn)，能交流使用同種教學(xué)成果的使用經(jīng)驗(yàn)等等。

信息查詢：網(wǎng)站用戶能夠快速查詢到的信息種類有符合要求的教學(xué)成果信息、不同教學(xué)成果的業(yè)績排行情況、教師信息，這些信息為網(wǎng)站用戶反饋教學(xué)成果提供了可靠的市場信息。

2 虛擬網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室綜合功能實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

交流數(shù)據(jù)庫顯示的信息如下：提交日期，數(shù)據(jù)庫實(shí)踐信息的名稱及其標(biāo)號(hào)，數(shù)據(jù)庫數(shù)量，數(shù)據(jù)庫提供方的名稱、地址、聯(lián)系電話、聯(lián)系人、傳真、計(jì)算機(jī)賬號(hào)等。有了這些信息，就能通過實(shí)踐教學(xué)郵件、傳真、電話等方式進(jìn)行聯(lián)系，通過網(wǎng)上反饋、留言或郵件發(fā)送等方式完成交換，確定送達(dá)后，給數(shù)據(jù)庫方發(fā)送信息，同時(shí)通過傳真、電話、電郵等方式通知對(duì)方。

2.2 交 互

用戶在查看各種應(yīng)用機(jī)會(huì)的同時(shí)，能進(jìn)入信息收集流程和實(shí)踐教學(xué)業(yè)績流程，也能進(jìn)入虛擬實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室，發(fā)布教學(xué)成果信息，進(jìn)行招、投標(biāo)。

交互實(shí)現(xiàn)的程序代碼(服務(wù)器端程序代碼)：

Signature signature=Signature.getInstance(“MD5WithRSA”);

signature.initVerify(mPublicKey);

signature.update(dataToBeSigned);

boolean authorized=false;

try{

authorized = signature.verify(signatureBytes);

}

catch (SignatureException se) {

//In case the signature is padded incorrectly

//this can happen if the client is using the wrong key.

}

outputToClient.writeBoolean(authorized); //將驗(yàn)證結(jié)果返回給客戶端

……

交互界面的框架如圖3所示。

圖3 交互界面的框架

3 結(jié) 語

在研究網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)模式及虛擬網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)用X3D及相關(guān)技術(shù)，開發(fā)出一套完整的具有3D交互模式的虛擬網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)虛擬網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作。系統(tǒng)功能包括在虛擬場景中演示工具、組裝設(shè)備、使用和模擬室內(nèi)外布線場景，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與虛擬工具、設(shè)備的交互操作等。

為了讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中獲得與真實(shí)工作場景相似的學(xué)習(xí)效果，必須賦予虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)很強(qiáng)的交互性能。X3D通過節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維描述，在節(jié)點(diǎn)間創(chuàng)建通道(ROUTE)，通過發(fā)送一個(gè)事件，使一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)又由域和事件構(gòu)成，域定義節(jié)點(diǎn)的屬性，事件定義用戶與場景之間的交互，使虛擬世界更具動(dòng)感。采用X3D技術(shù)框架構(gòu)建的X3D網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)解決方案，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于系統(tǒng)平臺(tái)的分布式應(yīng)用，具有高度的可移植性、標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)采用各種標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，具有高度的開放性、互聯(lián)性和可擴(kuò)充性，實(shí)施方便快捷。

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