虚拟仿真实验课程解析

系统功能模块虚拟仿真实验平台主要提供了三类功能：信息服务功能，通知公告、课程介绍、课程相关信息等；课程学习功能，通过传统文本，PPT课件及在线测试等方式进行学习；仿真学习功能，通过平台上独立的实验模块完成实验学习。下面从前台和后台分析课程平台各子系统的功能前台功能（1）用户登录：课程平台用户通过个人注册的账号和密码（内部用户通过分配的账号）登录到系统，系统将检测用户的账号，并给予对网站进行操作的相应权限。（2）用户注册和修改：外部用户将个人的信息存储到课程平台数据库中，成为正式用户。用户信息发生变动可自行登录修改注册信息。（3）浏览与学习：用户成为正式用户后，便可以进行学习，包括简单的浏览、在线测试做题，以及模拟仿真实验操作。

系统将根据用户的操作给出相应的评价

后台功能通过数据库系统将前台和后台系统有机连接，后台系统可对前台系统中的信息进行管理。（1）信息管理：管理员对平台中的文章及资源进行修改及更新操作。（2）用户管理：对注册用户及内部用户信息进行管理。（3）题库管理：对现有题库进行管理，包括添加、修改、删除。（4）系统管理：对课程主体模块进行设置，添加或删除菜单选项。（5）虚拟实验管理：对实验模块进行管理，包括添加、删除。数据库的设计与实现对于一个系统来说，数据库的设计与实现非常重要。本系统主要涉及的表有用户表、文章目录表、文章表、题库表、虚拟实验表；在本系统中，比较有特色的设计是文章目录表和虚拟实验表。文章目录表对于一个好文章系统设计来说，需要实现的功能为：（1）实现无限级分类。（2）实现无限级链接导航。（3）实现逐级分类下各条信息的查询，包括最多浏览量、最多评论量、最新信息。（4）随意转移子分类到任何级别而不用修改分类下的信息表。（5）使用最少的参数得到所要的信息，URL参数最好只有一个。（6）不管多少级，只有一个ASPX文件实现类列表和各种方式的信息调用。在本课程平台系统中，采用树形的结构来构造目录系统，通过root、depth、parent、left、right字段来设定文章所在的层次和对应的父目录和子目录。虚拟实验表主要字段包括验名称、实验介绍、所对应的链接。通过链接的方式来完成实验的。

虚拟实验开发实现

系统建设流程大致分为三个阶段，即收集整理资料、建立三维实体模型、系统集成与功能开发。虚拟实验详细创建流程如图一所示。收集整理资料收集各种实验设备的照片及图纸，进行分类，并用Photoshop进行预处理，包括调节自动对比度、裁剪等来达到实验的需求。图片可以采用单张图片的方式，也可采用多通道的方式存储。三维实体建模本系统使用三维建模软件3DMAX进行建模、渲染、烘焙，然后使用VR-Platform(VR～Plat-form，三维互动仿真平台是由深圳中视典数字科技有限公司独立开发的三维虚拟现实平台软件)制作交互。课程实验中主要场景模型是实验设备、实验器材作为各种碰撞障碍物，具体模型参数的设置是在考虑物体物理属性，所以建模过程相对简单。一些模型可以通过AUTOCAD图纸导入后转为三维模型方式；高级三维建模通常方法是建立基础模型，如长方体、平面、圆柱体等，之后经过对其加线、改线、添加修改器等一系列操作后，方可得到所需模型。模型建立完成后再进行相应的材质贴图、添加灯光操作。进行较大型VR场景制作时，后期通常会对VR场景进行分批烘焙，分批导出操作，这时就需要对部分已烘焙的静态模型进行导出。系统集成与功能开发在Max里完成以上操作后，就可以将场景导入VRP中进行交互功能设计了。VRP中进行漫游交互的制作。VRP具有人性化、易操作、所见即所得；高真实感、实时画质；高教渲染引擎和良好的硬件兼容性；高精度碰撞检测算法；丰富的特效；功能强大的实时材质编辑器；强大的界面编辑、独立运行功能。系统优化影响基于VRP的虚拟现实系统最终运行速度的三个因素为：VR场景模型的总面数量、VR场景模型的总个数和VR场景模型的总贴图量。因此对系统的优化主要从这三个方面进行。（1）场景模型的总面数：通过做简模、删除无用的面的方法来减少总面数。（2）VR场景模型总个数：将相同材质的物体进行合并，加快场景的加载时间和运行速度。（3）VR场景模型的总贴图量：尽可能利用已有的贴图减少贴图量，将烘焙好的场景导入VRP编辑器之前将所有烘焙后的贴图进行贴图格式压缩。

结束语

本文以多媒体计算机技术、网络技术、虚拟现实技术相结合，针对目前的实验环境提出了一套较为合理的网络虚拟仿真实验平台的技术解决方案，细致地介绍了构建虚拟课程仿真平台的实现过程，通过3DMAX建模技术及VRP交互互动，将实验平台做成更加逼真生动的3D效果。虚拟仿真实验能让学生自己决定每一个使用操作步骤，能够根据学生的操作作出实时的反应和判断，能够让学生进行拆卸安装以及故障诊断排除，实现真正自由式的人机互动，使学生更具身临其境的感觉，大大提高学习效率。

作者：周成纲 单位：浙江邮电职业技术学院