维普资讯 http://www.cqvip.com 辱ｆ敌又汇 ２００８．０１ （下旬刊） 虚拟雾劈室的教 应用研 口朱韶平 长沙４１０２０５） （湖南财经高等专科学校摘要论文首先探讨了虚拟实验室在远程教学系统中应用的必要性和科学性，重点阐述了运用虚拟技术构建虚拟实验 室，最后以构建虚拟电子实验室为实例对虚拟实验室的教学应用进行了验证性研究。 关键词虚拟技术虚拟实验室远程教学 中图分类号：Ｇ７１２ 文献标识码：Ａ 引言 由于信息技术的飞速发展，信息设备种类众多、价格昂贵且更 新换代频繁；目前绝大多数高校信息类等专业的实践教学共同面临 的严峻问题是实验室设备相对落后、短缺，给教学带来了很大的困 难。随着计算机网络技术的不断发展，使得以网络技术为支撑的远 程教育得到迅速发展，并取得了重大成就，推动了教学改革进程。运 用虚拟技术、网络技术、多媒体技术组建的虚拟实验室【１，２】是一种 基于网络的实验教学、技术交流、共同研究协同工作的平台，其在教 学领域的应用和发展丰富了现有教育体系中教与学的表现形式，最 大限度地丰富了我国的高等教育资源，尤其解决了高校信息类专业 实践教学设备落后、资源短缺等问题。 １．关键技术 １．１虚拟现实 虚拟现实（、，Ｒ，Ｖｉｒｔｕａｌ？Ｒｅａｌｉｔｙ）］：￣术【３，４］，就是利用计算机、传感设 备生成一个逼真的、可与环境交互体验的三维虚拟环境的新技术，综 合了计算机图形学、图像处理和模式识别、传感信号处理、智能网络 等技术，将计算机获得的数字化信息变为人能感受到的具有各种表 现形式的 崖信息。虚拟现实是模拟环境、视景系统和仿真系统三者 的有机结合。虚拟现实系统由人类操作者、人机接口和计算机三部分 组成。它具有沉浸性、交叠胜、构想性，其系统组成如图１。 １．２虚拟现实建模语言（ＶＰ，／ＶＩＬ） 虚拟现实技术的关键是建模，建模采用虚拟现实建模语言 （ＶＲＭＬ）。ＶＲＭＬ［Ｓ］是在Ｉｎｔｅｍｅｔ上建立３Ｄ多媒体和共享虚拟世界 的一个开放标准。它的基本特征：分布式处理方式、三维交互功能、 与平台无关性和多媒体集成等。ＶＲＭＬ被设计成使用于分布式处理 环境中，内建了支持多个分布式文件的多种对象和机制，包括内联 式嵌入其他ＶＲＭＬ文件，通过超链接指向其他文件和采用已制订 的针对其他文件格式的Ｉｎｔｅｍｅｔ和ＩＳＯ标准等。利用层次性文件的 包含关系可以创建任意大的虚拟现实环境。每个ＶＲＭＬ文件，都定 义了一个基于时间的三维空间，它包含了可通过多种机制动态修改 的视听觉对象。ＶＲＭＬ定义了几种传感器节点类型，它们能够决策 用户和虚拟环境中几何造型交互动作（如按动开关），用户在虚拟 环境中的行为以及时间推移。传感器提供的这些信息通过由ＶＲＭＬ 定义的整个事件体系产生视觉或听觉效果，给用户造成和虚拟环境 的交互体验。 ＶＲＭＬ的访问方式是基于客户／服务器模式，其中服务器提供 ＶＲＭＬ文件及支持资源（图像、视频、声音等）。客户端通过网络下 载希望访问的文件，并通过本地平台上的ＶＲＭＬ浏览器交互式地 访问该文件描述的虚拟环境。由于浏览器是本地平台提供的，从而 实现了平台无关性。 ２．虚拟实验室的功能和构成 ２．１虚拟实验室的功能 网络虚拟实验具有教育、辅助设计、协同实验和研究等功能，组 件一般包含实验虚拟原型、应用程序特定的信息数据库、网络设备、 虚拟软件（模拟、数据分析、可视化软件）等应用模块。网络虚拟实 验［５，６】就是利用多媒体计算机技术与网络技术，在ＷＥＢ中创建出 一个可视化的环境。对于实践教学来说，应具有以下特点：操作简 单。通过浏览器访问的形式可以远程管理、实验和维护，点击ＵＲＬ 文章编号：１ ６７２～７８９４（２００８）０１—０３７—０１ 链接就可以完成客户端的自动下载、安装、升级和进入系统等一系 列操作；实验仪器可自由操作；图形界面友好，通过控制仪器对被测 试量进行采集、分析、判断、显示、存储及数据生成；学生可以选择实 验内容，设计方案、进行实验。 ２．２虚拟实验室系统的构成 虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验 的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象 以及实验信息资源等。虚拟实验室融合了远程多媒体教学和远程互 动操作的特点，通过计算机、控制软件、传感器和信号采集、硬件接 １：３模块等构成，完成对被测信号的采集、传送、显示输出结果；软件 是完成大部分实验过程的核心，目前软件开发采用有面向对象的编 程技术和图形化编程技术的专业软件，如ＮＩ公司的ＬａｂＶＩＥＷ， ＬａｂＷｉｎｄｏｗｄＣＶＩ或者ＨＰ公司的ＶＥＥ等。编译型图形化编程语言 ＬａｂＶＩＥＷ提供了直观的图形化开发环境，能够实现仿真、数据采 集、仪器控制、测量分析以及数据显示等功能。 根据所完成的功能不同，系统软件分为仪器驱动层、应用程序 层和系统操作层３个层次。仪器驱动层初始化设备，设置工作状态、 工作方式和参数；应用程序层采集并处理数据；系统操作层提供操 作界面，用户通过操作界面上的开关和按钮来操作各种信息设备和 仪器。基于Ｉｎｔｅｍｅｔ的虚拟实验室系统框图如图２。 ３虚拟实验室在实验教学中的应用 虚拟现实技术有着独特的技术特色，它以较低的成本获得一定 程度的虚拟现实体验，它在立体空问的展示，立体物体的展示，展品 的介绍，虚拟空间的营造与构建，虚拟场景的构造等方面有着作独 特的优势。 虚拟电子实验室在电子、信息专业实验教学中的应用：利用数 据采集和仪器控制技术组建虚拟实验室，利用专用软件（ＬａｂＶｉｅｗ 等）设计所需要的虚拟仪器，并利用现有的互联网技术，使虚拟实 验室加入Ｉｎｔｅｍｅｔ。用户无需安装应用软件，只需配置网络浏览器， 开发的ＬａｂＶｉｅｗ虚拟仪器软件开发平台以及数据采集和仪器控制 硬件分别位于远程的ｗｗｗ服务器和仪器控制服务器，由用户登 录到远程实验室进行相应的实验内容。 ４．结束语 随着计算机网络技术的发展，远程网络虚拟实验室融合了网络 技术、虚拟技术、多媒体技术，支持远程协作，具有成本低、效率高、 功能齐、真实感强、可交互等特点，是今后实验教学研究的一种新型 模式。它在网络教育、教学领域有着十分广泛的应用前景。而且由于 不需要特殊的硬件和附属设备，也使其在网络教育、教学领域中的 应用成为可能。 参考文献： 【１］粱宇涛虚拟现实技术及其在实验教学中 『２１邱进冬等基于Ｗｅｂ的虚拟现实的开发与应用口ｌ计算机应用研究２ｏ０聃 ｆ３１郑丽伟，冯秀芳．基于Ａｇｅｎｔ与ＶＲＭＬ三维拟境系统中虚拟人的实现． 计算机应用研究．２００４（４）． 【４】石教英．虚拟现实技术及实用算法【Ｍ】．北京：科学出版社．２００２． ｆ５］Ｅｘｔｅｍａｌ Ａｕｔｈｏｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ．Ｔｈｅ ＶＲＭＬ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ ｆＥＢ／ＯＬ１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｒｒｒｄ．ｏｒｇ／ｗｏｒｋｉｎｇｇｒｏｕｐｓ／ｖｒｍｌ—ｅａｌ，１９８８． ３７
