机械学科网络虚拟实验的实现方法研究

论文摘要

网络虚拟实验对于高校实验教学具有重大意义和应用价值。当前计算机技术、虚拟现实技术和网络技术的快速发展,为建立逼真的三维实验设备及环境、实现复杂的实验交互功能、远程访问实验教学资源提供了必要条件。本文以机械学科的课程实验为对象,研究了虚拟实验的实现方法,构建了虚拟实验系统。该方法采用VRML(虚拟现实建模语言)描述机械学科虚拟实验的设备和场景,利用VC程序实现用户与虚拟实验设备及场景的交互和控制。主要研究成果包括:第一、提出了机械学科网络虚拟实验的系统框架。该系统利用VC开发ActiveX实验控件,将VRML描述的实验场景嵌入其中,通过VC与VRML的数据通信,实现虚拟实验功能。第二、针对机械学科虚拟实验对机构建模和设备仿真的需求,对VRML的造型功能进行了扩展,提出了构建机械学科典型零件和机构的建模方法;利用VRML中的坐标系嵌套、多层传感器结构和脚本路由机制,建立起了复杂机构设备的运动仿真模型。第三、针对VRML控制功能的不足,采用VC程序对VRML场景进行辅助控制,提高了虚拟实验场景的交互性和可控性。编程实现了实验数据的生成和管理,满足了实验数据的拟真性;用软件实现了虚拟设备的核心功能,完善了虚拟实验的功能系统。最后,选取“互换性与技术测量”的课程实验为对象,利用本文提出的方法构建了该课程的网络虚拟实验,实现了课程实验的功能。本文采用VC和VRML相结合的方法构建机械学科网络虚拟实验,可以很好地还原实际实验场景,交互性强,能够比较全面地演绎实际实验的功能,在高校实验教学资源共享和远程教育方面有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 机械学科网络虚拟实验系统设计
• 2.1 机械学科网络虚拟实验的需求分析
• 2.2 机械学科网络虚拟实验的系统框架
• 2.3 本章小结
• 3 机械学科网络虚拟实验的建模仿真
• 3.1 利用VRML 进行机构的造型建模
• 3.2 利用VRML 实现机构仿真和交互
• 3.3 本章小结
• 4 VC 环境下虚拟实验控制及功能的扩展
• 4.1 VRML 控制功能的扩展
• 4.2 对实验场景中传感器的控制
• 4.3 复杂运动控制的实现
• 4.4 实验数据的访问和处理
• 4.5 虚拟仪器仪表控件的设计
• 4.6 虚拟设备软件功能的实现
• 4.7 本章小结
• 5 “互换性与技术测量”课程网络虚拟实验的设计与实现
• 5.1 “互换性与技术测量”网络虚拟实验的系统开发
• 5.2 “互换性与技术测量”网络虚拟实验的功能测试
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 齿轮轴造型的VRML 编程代码
• 附录 2 攻读学位期间发表学术论文目录