與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有靈活、高效、開放以及用戶自定義等優(yōu)勢，具有非常好的應(yīng)用前景。因此，本文就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了簡要概述，并就網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)意義、設(shè)計(jì)思想、體系結(jié)構(gòu)及基本功能等進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】交互性 虛擬實(shí)驗(yàn)室 仿真

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠有效提高實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的靈活度和高效性，促進(jìn)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。一些具有較強(qiáng)實(shí)踐要求的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)非常重要，但是因?qū)嶒?yàn)設(shè)備難以操作、設(shè)備缺乏以及實(shí)驗(yàn)條件限制等原因，會導(dǎo)致很多教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法正常開設(shè)，學(xué)生缺乏實(shí)踐機(jī)會，影響學(xué)習(xí)效果，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入應(yīng)用，能夠使學(xué)生獲得接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，融合了多源信息的交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真技術(shù)，使用戶可以體驗(yàn)虛擬的世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在專用設(shè)備的配合下，能夠給用戶帶來觸覺、視覺以及聽覺等感官的模擬，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動，達(dá)到沉浸性以及交互性，從而給用戶帶來身臨其境的感覺。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，即在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中創(chuàng)設(shè)一個(gè)具有可視化的三維環(huán)境，每一種實(shí)驗(yàn)對象用一個(gè)可視的三維模型代表，然后通過鍵盤、鼠標(biāo)或者可穿戴設(shè)備，對實(shí)驗(yàn)對象、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及過程等進(jìn)行模擬和仿真，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下相同的效果。

2 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的作用

（1）能夠減少設(shè)備的使用，有效緩解資金不足的現(xiàn)狀，避免大型儀器設(shè)備的購買和添置等，充分發(fā)揮現(xiàn)有儀器設(shè)備的作用，節(jié)約科研成本；

（2）能夠降低操作所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，能夠有效避免安全問題，降低操作風(fēng)險(xiǎn)，使學(xué)生能夠放心操作，且不會對因有害氣體而對人體造成傷害；

（3）能夠打破以往實(shí)驗(yàn)過程中的時(shí)間和空間限制，有助于在實(shí)驗(yàn)中獲得更深刻的體驗(yàn)感受，增加對實(shí)驗(yàn)的理解。

3 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)方法

在運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)掌握科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，明確實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，從而對其進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基本功能設(shè)計(jì)，方法如下：

3.1 基本設(shè)計(jì)思想

從學(xué)科的具體教學(xué)需要出發(fā)，建立教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的虛擬環(huán)境，然后在各種設(shè)備或儀器的配合下，對相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行仿真，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

從目前的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用情況來看，主要在擴(kuò)充性和交互性等方面存在較多的問題，所以本文就該問題，提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)思想，具體為：該系統(tǒng)運(yùn)用Internet進(jìn)行開發(fā)，選擇使用SQL Server數(shù)據(jù)庫，C/S分布式模型，對于系統(tǒng)的編程則使用Java語言，客戶服務(wù)器的通信功能應(yīng)用TCP/IP協(xié)議。另外，本文中虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，在單機(jī)操作的基礎(chǔ)上，增加協(xié)同技術(shù)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享的效果，減少用戶之間的訪問沖突，使資源能夠得到充分利用。

3.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)，如元器件及設(shè)備等。其總體結(jié)構(gòu)主要包括服務(wù)器端和客戶端。服務(wù)器端主要包括Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，客戶端主要包括虛擬實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行環(huán)境，如運(yùn)行模塊和操作平臺等?；贑/S的結(jié)構(gòu)模型是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要框架，服務(wù)器端負(fù)責(zé)完成客戶的應(yīng)用功能。虛擬實(shí)驗(yàn)室的具體工作流程為：客戶端發(fā)出HTTP請求，通過HTTP服務(wù)協(xié)議Web服務(wù)器將相應(yīng)的軟件傳送至用戶的瀏覽器，并生成相應(yīng)的通信接口和虛擬平臺，在與數(shù)據(jù)庫連接后，將用戶所需資料傳送給用戶，從而發(fā)揮其作用。在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)注意如果虛擬實(shí)驗(yàn)室有較強(qiáng)的交互性，應(yīng)從用戶的具體需求出發(fā)，對其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.3 虛擬實(shí)驗(yàn)室功能設(shè)計(jì)

功能是進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的主要目的，所以在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，主要由大量虛擬的儀器和設(shè)備模型構(gòu)成實(shí)驗(yàn)對象，并通過這些模型來模擬具體的交互過程，從而達(dá)到增加學(xué)生與環(huán)境交互效果的目的；

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠給學(xué)生適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)指導(dǎo)，從而使得學(xué)生能夠在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，對具體的實(shí)驗(yàn)操作有充分的了解，如實(shí)驗(yàn)步驟、內(nèi)容、以及注意事項(xiàng)等內(nèi)容，建立文本式的指導(dǎo)書，方便學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行瀏覽，還可以采用動畫或視頻演示的方式，方便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的具體過程；

（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理內(nèi)容應(yīng)包括對信息資料的管理、服務(wù)器的管理和數(shù)據(jù)庫管理；

（4）學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)操作后，應(yīng)按照統(tǒng)一的格式要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并提交到指定數(shù)據(jù)庫或交給指導(dǎo)老師；

（5）交流與答疑，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)給學(xué)生與老師提供交流的平臺，可以采用延時(shí)通信如BBS和即時(shí)通信如廣播等方式來實(shí)現(xiàn)，能夠方便學(xué)生之間的交流與討論，同時(shí)還可以方便教師給予學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí)過程中存在的疑問，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中來，能夠給學(xué)生提供一個(gè)具有交互性和真實(shí)性的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足學(xué)生的求知欲和好奇心，使學(xué)生能夠獲得更為真實(shí)的體驗(yàn)，從而提高學(xué)生的積極性，而且有助于學(xué)生更好地掌握教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的質(zhì)量。

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作者簡介

周剛偉（1979-），男，河南省寶豐縣人。工程碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)。

作者單位

平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省平頂山市 467001