综合性与设计性实验NVL的构建方法研究

摘要

近年来，虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术的发展正在向实用性迈进，向人们展示了广阔的应用前景，由VR构建的虚拟实验室(Virtual Laboratory，VL)也不断的投入使用，并呈现出强劲的发展势头。目前所谓的网络虚拟实验室(Network Virtual Laboratory，NVL)软件多停留在单流程、简单模拟的层面上，尚未立足于数学模型的基础之上，通过抽象出各物体内在关系、利用参数调节来控制虚拟实验进程的优秀作品尚不多见，特别是综合性与设计性化学实验NVL的研究还鲜有报道，这也正是本课题的研究背景。 本文在深入研究VL理论、一般性构建方法及其开发技术的基础上，提出了综合性与设计性实验NVL的构建模式，确定了其开发路线和实现方法。 综合性化学实验涉及较深层次的理论，具有仪器设备多、数据处理难度大及数据的多重交换、实时信息反馈等显著特点，因此综合性化学实验VL的构建是一个相对复杂的过程。若采用传统的流程式(基于内部数据传递)的构建模式构建综合性化学实验NVL，所完成的软件相当庞大，这不太适合目前条件下的网络运行；复杂的程序设计、多变量及数据关系、也使得修改、扩充变得相对困难，另外，当构建其它的综合性化学实验VL时，内部数据传递的方法不利于“仪器”及“实验室”的共享，缺乏开放性。本文首次采用基于外部数据传递和共享的构建模式来构建综合性化学实验NVL。此构建模式不但加快了网络运行速度，而且非常有效地解决了程序的通用性问题，十分方便后续的修改、扩充及共享。为综合性实验VL的设计与实现方法开辟出一条有效的实现途径。实现外部数据的传递和共享成了本文在构建过程中的重点和难点。 本文在设计性实验理论研究的基础上，针对设计性实验的特点，首次采用Flash技术构建了一套设计性实验VL。学生可以根据自己的设计进行离子的鉴定，同时教师管理面板的加入成为设计性实验VL的一大亮点，这使得教师可以根据教学需要进行不同的组成设定，改变了离子组成的固定化和软件的封闭性。不但方便学生的训练还可以作为教师考核学生的工具，实现了软件的开放性和灵活性。 本文所构建的综合性与设计性实验NVL完整地展现了实验的操作过程，可按真实仪器的操作过程进行各种模拟操作，场景逼真，操作简便，可在网络上运行，基本能够满足仪器培训和实验教学等方面的需要。所开发的综合性化学实验VL己在国内几所高校投入使用，并在第十届全国多媒体教育软件大赛中获奖，这说明我们所做的工作己得到专家的认可，具备应用前景，同时为以后VL的开发做出了理论与实践的有益探索。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1虚拟现实技术及其发展

1.1.1虚拟现实技术

1.1.2虚拟现实系统

1.1.3虚拟现实技术的发展趋势

1.1.4虚拟现实技术在教育领域的应用

1.2虚拟实验室及其发展现状

1.2.1虚拟实验室的含义及分类

1.2.2虚拟实验室的作用

1.2.3虚拟实验室的发展

1.3构建综合性与设计性化学实验虚拟实验室的必要性和必然性

1.3.1综合性与设计性化学实验的特点

1.3.2构建综合性与设计性化学实验虚拟实验室的必要性和必然性

1.4小结

2虚拟实验室的实现技术讨论

2.1虚拟实验室的实现模式

2.2虚拟实验室的实现技术对比

2.3 Flash技术

2.3.1 Flash技术简介

2.3.2 ActionScript的发展

2.4小结

3综合性与设计性化学实验网络虚拟实验室的开发准备

3.1综合性与设计性化学实验网络虚拟实验室的需求分析

3.1.1开发前提及面向对象分析

3.1.2综合性与设计性化学实验的特点

3.1.3综合性与设计性化学实验教学的现状及需求

3.1.4综合性与设计性化学实验网络虚拟实验室的定位

3.1.5实现模式和开发技术的选择

3.2实现环境的准备

3.2.1开发技术支持系统

3.2.2测试技术支持系统

3.2.3应用技术支持系统

3.3小结

4基于Flash技术构建综合性化学实验虚拟实验室

4.1两种构建模式的比较

4.1.1基于内部数据传递的构建模式

4.1.2基于外部数据传递的构建模式

4.1.3基于外部数据传递构建模式的实现方法

4.2综合性化学实验虚拟实验室的实现方法

4.3数据处理及模拟结果讨论

4.4虚拟实验室的场景设计

4.4.1场景的设计

4.4.2其它场景的设计

4.5虚拟实验室的功能设计

4.5.1主功能的设计

4.5.2辅助功能的设计

4.6实验仪器的功能实现

4.7小结

5基于Flash技术构建设计性化学实验虚拟实验室

5.1设计性实验的构建理论

5.2设计性实验虚拟实验室的实现方法

5.2.1多个试剂及多个浓度的的实现方法

5.2.2试管重复使用的实现

5.2.3未知试液阳离子组成的实现

5.2.4虚拟实验室中实验过程的实现

5.3设计性实验虚拟实验室的功能设计

5.3.1主功能的设计

5.3.2辅助功能的设计

5.4场景的设计

5.5元素及其化合物性质实验虚拟实验室

5.6小结

6综合性与设计性化学实验网络虚拟实验室的测试与评价

6.1测试

6.1.1传播

6.1.2应用

6.2评价

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢