本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法，其特征在于，包括：步驟一、用戶采集或制作虛擬實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)中包括顯示數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)對虛擬實驗構(gòu)件建模；步驟二、將所有虛擬實驗構(gòu)件模型保存到虛擬構(gòu)件庫中；步驟三、根據(jù)用戶的需要，從虛擬構(gòu)件庫中挑選出所需的虛擬實驗構(gòu)件模型，并利用這些虛擬實驗構(gòu)件模型進(jìn)行實驗場景搭建；步驟四、設(shè)置實驗場景的運行參數(shù)，并運行實驗場景，將運行實驗場景產(chǎn)生的邏輯信息發(fā)送至計算模塊，并動態(tài)展示計算結(jié)果。本發(fā)明專利技術(shù)所述的方法提高了虛擬教學(xué)實驗的開放性，用戶可根據(jù)需求增加虛擬實驗構(gòu)件，設(shè)置實驗場景的運行參數(shù)進(jìn)行虛擬實驗。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實和計算機(jī)輔助教學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展不方法。
技術(shù)介紹
虛擬現(xiàn)實以計算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實環(huán)境在視、聽、觸感等感官方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對應(yīng)真實環(huán)境的感受和體驗。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越多的應(yīng)用在教育領(lǐng)域，其中，虛擬實驗教學(xué)環(huán)境是一個典型代表。虛擬實驗教學(xué)環(huán)境可以為廣大的學(xué)生和其他興趣者提供一個進(jìn)行虛擬實驗的環(huán)境。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相t匕，虛擬實驗教學(xué)具有三大優(yōu)勢無地點約束、安全、低成本。無地點約束，即進(jìn)行虛擬實驗 不需要實驗室等固定場所，不受地點的限制，任何有計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的地方都可以進(jìn)行虛擬實驗。安全，即進(jìn)行虛擬實驗過程中實驗人員不接觸高壓、有毒化學(xué)物質(zhì)等危險環(huán)境。低成本，即進(jìn)行虛擬實驗不需要購買昂貴的實驗設(shè)備。虛擬實驗教學(xué)環(huán)境作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充，已經(jīng)成為加強(qiáng)實踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，不僅能很好地解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的諸多問題、遠(yuǎn)程教育中實驗教學(xué)無法實施的問題，有效地改善實驗教學(xué)資源嚴(yán)重短缺和分布不均的現(xiàn)狀，而且能充分考慮新世紀(jì)人才培養(yǎng)模式的需要，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和綜合素質(zhì)，具有良好的社會效益。虛擬實驗教學(xué)環(huán)境能夠滿足廣大高校教學(xué)工作對實驗資源的迫切需求，為國家、社會和學(xué)校節(jié)省大量教育資金投入，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。并且，我國目前共有普通高等學(xué)校和成人高等學(xué)校1000多所，大部分學(xué)校教育資源十分短缺，虛擬實驗教學(xué)環(huán)境及其可視化設(shè)計在大中小學(xué)各級各類學(xué)校、成人教育、遠(yuǎn)程教育及職業(yè)培訓(xùn)中的廣泛應(yīng)用，不但可以節(jié)省大量的教育資金投入，而且具有巨大的潛在市場。目前國內(nèi)外在虛擬實驗教學(xué)環(huán)境的研究和應(yīng)用方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是除NI公司的虛擬儀器開發(fā)軟件外，成熟的商業(yè)平臺并不多，基本上沒有通用的開發(fā)平臺。2001年臺灣師范大學(xué)的曾煥雯等人設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于專家系統(tǒng)的交互式虛擬實驗室，但該系統(tǒng)只適用于電機(jī)實驗。2009年福建師范大學(xué)的江輝仙等人整合各類地理學(xué)中地形資源構(gòu)建了一個地理地形學(xué)虛擬實驗教學(xué)環(huán)境。2010年鄭州大學(xué)的張艷麗等人開發(fā)了一套化學(xué)實驗的虛擬實驗教學(xué)平臺。2011年上海交通大學(xué)的范秀芳等人設(shè)計并實現(xiàn)了一套方便學(xué)生理解機(jī)械運動的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)前的虛擬實驗教學(xué)環(huán)境大都是針對某一特殊學(xué)科甚至某些特殊實驗設(shè)計并開發(fā)的，暫無一個多學(xué)科通用的虛擬實驗平臺和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。每開發(fā)一個虛擬實驗都要重新設(shè)計并編碼實現(xiàn)，導(dǎo)致虛擬實驗的開發(fā)成本很大，虛擬實驗的可重用性。2002年英國諾丁漢大學(xué)的Joanna K. Crosier等人研究了整合中學(xué)實驗教學(xué)中虛擬環(huán)境需要解決的若干關(guān)鍵問題。然而，他們的目標(biāo)只是整合中學(xué)課程中的虛擬實驗，與大學(xué)課程中的實驗相比，這些實驗相對簡單，沒有復(fù)雜的實驗原理和精細(xì)的實驗儀器。當(dāng)前的虛擬實驗教學(xué)環(huán)境大都以單個實驗為最小單位進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)，不能進(jìn)行實驗構(gòu)件的重用，限制了虛擬實驗教學(xué)場景的開發(fā)效率。為了能夠統(tǒng)一整合現(xiàn)有虛擬實驗，提高虛擬實驗開發(fā)效率，我國已經(jīng)對虛擬實驗教學(xué)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。該套標(biāo)準(zhǔn)描述了虛擬實驗教學(xué)環(huán)境中的實驗構(gòu)件、實驗場景、實驗結(jié)果等的具體概念，并制定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式規(guī)范。但現(xiàn)有虛擬實驗都是封閉式的，開發(fā)者設(shè)計的虛擬實驗構(gòu)件是有限的，用戶只能在現(xiàn)有的虛擬實驗構(gòu)件庫中選擇虛擬實驗構(gòu)件進(jìn)行實驗，若想要增加其他實驗構(gòu)件只能等待軟件開發(fā)者的設(shè)計，增大了虛擬實驗構(gòu)件的開發(fā)成本。且現(xiàn)有虛擬實驗只針對某一特定實驗，虛擬實驗構(gòu)件的參數(shù)數(shù)據(jù)和實驗場景的運行參數(shù)都是特定的，不能進(jìn)行不同參數(shù)狀態(tài)的虛擬實驗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)設(shè)計開發(fā)了一種開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示 方法，目的在于改變現(xiàn)有虛擬實驗教學(xué)的局限性，使用戶可根據(jù)需求增加虛擬實驗構(gòu)件，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，提高虛擬實驗教學(xué)的開放性，降低虛擬實驗的開發(fā)成本。本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案為，包括以下步驟步驟一、用戶采集或制作虛擬實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)中包括顯示數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)對虛擬實驗構(gòu)件建模；步驟二、將所有虛擬實驗構(gòu)件模型保存到虛擬構(gòu)件庫中；步驟三、根據(jù)用戶的需要，從虛擬構(gòu)件庫中挑選出所需的虛擬實驗構(gòu)件模型，并利用這些虛擬實驗構(gòu)件模型進(jìn)行實驗場景搭建；步驟四、設(shè)置實驗場景的運行參數(shù)，并運行實驗場景，將運行實驗場景產(chǎn)生的邏輯信息發(fā)送至計算模塊，并動態(tài)展示計算結(jié)果。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，所述虛擬實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)包括圖像數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)為顯示數(shù)據(jù)為照片的數(shù)據(jù)，而圖形數(shù)據(jù)為顯示數(shù)據(jù)為制圖的數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，所述每一虛擬實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)均包括相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，所述圖像數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過虛實融合方法，并結(jié)合其中的顯示數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，對虛擬實驗構(gòu)件進(jìn)行建模。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，所述步驟三中的實驗場景搭建包括虛擬實驗構(gòu)件模型位置調(diào)整、大小縮放、角度旋轉(zhuǎn)、虛擬實驗構(gòu)件模型屬性設(shè)置和虛擬實驗構(gòu)件模型之間的連接關(guān)系設(shè)置。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，所述步驟三中，虛擬實驗構(gòu)件模型位置調(diào)整包括從所需的虛擬實驗構(gòu)件模型的列表中將虛擬實驗構(gòu)件模型拖放到實驗場景中，若發(fā)生虛擬實驗構(gòu)件模型之間的重疊，則通過將剛剛移來的虛擬實驗構(gòu)件模型向周邊自動移位或退回到移出位的方式自動消除重疊現(xiàn)象。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，判斷移來的虛擬實驗構(gòu)件模型與實驗場景中其它虛擬實驗構(gòu)件模型發(fā)生重疊的步驟為(I)從虛擬實驗構(gòu)件模型的顯示數(shù)據(jù)信息中提取出虛擬實驗構(gòu)件模型的包圍盒，先求出每個圖形和圖像元素的包圍盒，然后通過對這些包圍盒求并得到虛擬實驗構(gòu)件模型的包圍盒；(2)判斷所增加或編輯虛擬實驗構(gòu)件模型的包圍盒是否與場景中已有虛擬實驗構(gòu)件模型的包圍盒相交，如果相交發(fā)生重疊，否則未發(fā)生重疊。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，虛擬實驗構(gòu)件模型的包圍盒是包圍虛擬實驗構(gòu)件模型的最小矩形，它可以根據(jù)構(gòu)成虛擬實驗構(gòu)件模型的圖像和圖形元素計算出來。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，建立虛擬實驗構(gòu)件模型之間的連接關(guān)系的步驟為(I)先后點擊虛擬實驗構(gòu)件模型的兩個接口 ；(2)判斷是否滿足約束關(guān)系，如果所選接口類型不匹配，則輸出接口類型不匹配信息并退出，否則執(zhí)行步驟(3)；(3)建立虛擬實驗構(gòu)件模型之間的連接關(guān)系，并可視化為連線，輸出建立連接關(guān)系成功。優(yōu)選的是，所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法中，當(dāng)用戶在實驗構(gòu)件屬性列表中設(shè)置或修改屬性值時，先判斷輸入的屬性值是否合法，如果合法則接受新屬性值，否則拒絕接受輸入，并輸出錯誤提示信息。本專利技術(shù)所述的開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法具有以下有益效果用戶可以根據(jù)自己的需求增加虛擬實驗構(gòu)件模型，進(jìn)行虛擬實驗，而不需要通過軟件升級得到所需的虛擬實驗構(gòu)件模型，提高了虛擬教學(xué)實驗的開放性，同時降低了虛擬教學(xué)實驗的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種開放式虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與展示方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、用戶采集或制作虛擬實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)中包括顯示數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)對虛擬實驗構(gòu)件建模；步驟二、將所有虛擬實驗構(gòu)件模型保存到虛擬構(gòu)件庫中；步驟三、根據(jù)用戶的需要，從虛擬構(gòu)件庫中挑選出所需的虛擬實驗構(gòu)件模型，并利用這些虛擬實驗構(gòu)件模型進(jìn)行實驗場景搭建；步驟四、設(shè)置實驗場景的運行參數(shù)，并運行實驗場景，將運行實驗場景產(chǎn)生的邏輯信息發(fā)送至計算模塊，并動態(tài)展示計算結(jié)果。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳小武，趙沁平，賈國棟，李發(fā)明，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。