基于DVR技术的虚拟实验系统的研究与实现

摘要

实验一直都是与教学息息相关的重要活动之一。它可以使学生更好地感受、理解知识的产生和发展过程，让枯燥的理论知识变得形象，易于理解。实验教学的教学内容、教学模式、教学方法迫切需要革新与完善。这些使得虚拟实验在教学中的应用从理论研究走向了实际应用。虚拟实验不仅能够极大程度地降低实验成本，还能够保证众多学生在不受时间和空间限制的情况下共享实验资源，是实验教学有益的辅助手段。
　　 分布式虚拟现实（Distributed Virtual Reallity，简称DVR）又称网络虚拟现实（Networked Virtual Reality，简称NVR）是VR技术和网络技术相结合的产物，它建立在先进的网络平台基础之上。DVR技术的目标是建立一个可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理位置的多台计算机及其用户，可以不受其各自的时空限制，在一个共享虚拟环境中实时交互、协同工作，共同完成某一复杂产品的设计、制造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别适合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事件的仿真。所以，采用DVR技术的虚拟实验系统可以很好的实现异地多个学习者协作地完成实验操作。
　　 组网实验涉及到交换机、路由器、集线器等大量设备，这些设备有的也比较昂贵，而且设备的型号各异、结构复杂、功能也很强大，一个人做一两次实验难以很好的掌握。另外组网实验中所涉及的设备也在不断推陈出新，不断更新这些设备对于学校来说势必是一笔很大的开销。因此本文认为在网上搭建组网实验的虚拟实验学习系统是必然的解决之道。
　　 本文首先介绍了虚拟现实、DVR技术以及虚拟实验相关基础知识，之后探讨了虚拟实验平台的开发工具给出了本文对于开发工具的选择，然后讨论了虚拟实验系统实现设计的主要问题，并进行了基于DVR技术的虚拟实验系统的设计与实现，着重探讨了模型间交互行为的实现技术，最后提出总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1．1 课题背景、研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文要做的工作和论文结构

1．3．1 论文所做的工作

1．3．2 论文结构

2 相关技术介绍

2．1 分布式虚拟现实技术概述

2．1．1 分布式虚拟现实技术定义

2．1．2 分布式虚拟现实的主要特征

2．1．3 分布式虚拟现实系统的分类

2．1．4 分布式虚拟现实系统的国内外发展

2．2 分布式虚拟现实系统的关键技术

2．2．1 虚拟现实系统模型

2．2．2 分布式虚拟现实系统参考模型

2．2．3 分布式虚拟现实系统的数据模型

2．2．4 分布式虚拟现实系统中协同空间的概念

2．3 虚拟实验概念介绍

2．3．1 虚拟实验定义

2．3．2 虚拟实验的分类

2．3．3 虚拟实验的理论基础

2．3．4 虚拟实验的技术基础

3 虚拟实验系统平台的主要开发工具

3．1 虚拟现实技术简介

3．1．1 VRML

3.1.2 Viewpoint

3．1．3 Cult3D

3．1．4 Shockwave3D

3．1．5 B3D

3．1．6 Java3D

3．1．7 Virtools．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

3．2 虚拟实验系统平台的主要开发工具

3．2．1 三维建模工具——3ds Max简介

3．2．2 交互行为实现工具——Virtools

4 虚拟实验系统的实现研究

4．1 协作学习模式在虚拟实验系统的应用研究

4．1．1 协作学习模式

4．1．2 协作实验模式

4．2 虚拟实验系统的设计原则

4．3 虚拟实验系统实现涉及的主要问题

4．3．1 通信(Communication)模型问题

4．3．2 一致性(Consistency)问题

4．3．3 实时(RealTime)问题

4．3．4 可扩展性(Scalability)问题

5 计算机网络虚拟实验系统的设计

5．1 计算机网络课程概述

5．2 计算机网络虚拟实验概述

5．2．1 简单组网实验的实验目的和实验要求

5．2．2 简单组网实验所需的实验设备

5．2．3 简单组网实验的实验内容

5．2．4 计算机网络组网实验的特点

5．2．5 计算机网络组网实验的设计目标

5．3 计算机网络组网虚拟实验的系统结构设计

5．4 计算机网络组网虚拟实验系统的开发步骤

5．4．1 三维建模

5．4．2 模型间交互行为的实现

5．4．3 虚拟实验的发布

5．5 基于DVR技术的组网虚拟实验步骤

6 总结和展望

6．1 本文工作总结

6．2 存在问题及未来工作展望

6．3 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间公开发表的论文