基于虚拟现实技术的机械类网络教学平台研究

发布时间：2016-07-19 21:24

第 1 章 绪论

近年来在互联网上，国家精品课程资源网络慢慢地步入了人们的视线，国家精品课程资源网是由中国成人教育协会主办，由高等教育电子出版社承办的面向终身学习领域的重要服务平台，其主要任务是：结合现代化信息技术和网络技术，研究制定国家精品课程共享信息技术标准与规范，并开设了课程、学习、资源三个频道，提供两万余门课程、百万条学习资源，为各个年龄、层次人群提供了一个极为方便的在学习平台[18]。 伴随着国家精品课程资源网的兴起，全国范围内涌现出很多优秀的网络精品课程，但是极大多数都是基于在线Word文档、PowerPoint文档、Flash动画、图片和视频等形式构建的，只是简单的将老式教学模式直接搬到网页上，只有很少一部分高校通过VR技术构建网络学习平台。

......

第 2 章 虚拟现实网络平台的关键技术

2.1 虚拟现实技术方法

虚拟现实是经过各个领域实验室在相当长时间研制后萌生出来的一种数字信息化技术，并不是凭空创造出来的[23]。显示器、计算机系统和图形、光纤及三维跟踪等技术迅速发展的同时也带动了虚拟现实技术的发展。当各方面技术达到其各自的最高性能标准后，基于这些技术手段的虚拟现实系统便自然而然的出现了。它既可以创建虚拟世界，又可以体验虚拟世界，有人也将其叫做“灵境”或“幻真”等。所谓“虚拟现实”，是用计算机图形技术创建一个集视觉、听觉、触觉为一体的逼真虚拟世界。虚拟现实技术不仅涵盖了人工智能、图像处理、智能接口、传感器技术、多线程处理以及网络等信息技术分支领域知识，还涉及到了其他学科，如：数学、物理、地理等学科领域[24]。 用另一种方式理解，虚拟现实技术为使用者提供了更为先进的接口方法。使用者可以利用先进的传感设备对虚拟场景中的物体模型进行360度的全方位观察与操控，达到了与虚拟环境直接进行自然交互的目的，给使用者提供了自然而直观的浏览体验。通常，一个典型的虚拟现实系统由计算机、输入设备、输出设备、虚拟现实软件、虚拟世界等部分组成，并具有以下三个重要特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和思想性（Imagination）[25]。

2.2 三维建模技术

寻找一种快速并且可以精确描述并表现物体固有属性的建模方法是人们探索事物本身、运行规律的根本方法。无论在哪个领域，以三维建模方法来描述整个世界并对其进行研究，总是不断备受关注的话题[28]。随着数字化设备以及软件技术的不断更新成熟，基于计算机的三维建模技术日异月新，在经历过基于几何的手动建模方法后发展到如今的包括基于图像的建模、绘制与三维扫描仪等多种方法的三维建模技术。涉及到的建模对象已经发展到了对复杂的人体面部、肢体、发丝以及流体等进行模拟，已不再是简单的几何造型了. CAD技术是一种基于计算机强大的图形处理能力和计算能力的辅助工程技术，在生产实践中可以辅助工程技术人员完成产品的分析和设计工作。CAD技术问世于上世纪50年代，目前已广泛应用于机械、建筑、能源、交通、航天航空以及化工电子等领域[29]。

第 3 章 基于 X3D 的虚拟装配............ 18

3.1 UG 三维建模............. 18 
3.2 零部件运动轨迹确定及 VRML 文件制作............ 23 
3.3 X3D 虚拟环境零件装配.......... 31
第 4 章 机械类网络虚拟教学平台的整体构建........... 39
4.1 网络虚拟平台的资源整合................. 40 
4.2 WEB 服务器构建............. 40
第 5 章 结论......... 49

第 4 章 机械类网络虚拟教学平台的整体构建

4.1 网络虚拟平台的资源整合 

（1）虚拟现实资源整合 虚拟现实资源主要包括机械零件的三维虚拟零件图，以及在文章第三章所介绍的机械结构虚拟拆装图、工作原理图以及运动仿真图等等。需要对这些虚拟零件图进行分类编排，为平台后续的整合做准备。（2）非虚拟现实资源整合 非虚拟现实资源主要由电子教案、解题指导、典型例题、视频库、常见问题解答等功能模块构成，其主要是由视频素材，音频素材，以及图片和文档文件等相关资源文件整合而成。例如：通过PowerPoint制作pps电子教案、解题指导和典型类题，在生产实习中录制视频构建视频库等等。

4.2 Web 服务器构建 

Web服务器具有存储功能，并且能够在使用者浏览信息的基础上运行脚本和程序。如果要在Web上提供信息资讯，只要建立一张请求表单，它就会要求用户输入相关信息读者完成填表之后提交表单，表单就会被发送到服务器上的某一特定程序，由它负责处理此请求，并用电子邮件发一份信息咨询给读者，具有这些功能的程序被称为网关脚本或程序。在Web上，，我们所见到的大部分表单和搜索引擎上都是用了此种技术[50]。建立一个工作级Web服务器，需要一块性能较好的CPU，并根据需要配置相应的内存（如16GB或者32GB）和大容量的SATA硬盘（如5TB或者8TB），这种级别的服务器维护管理比较简单，功能性好，可以为中小型企业提供服务，也能够用于学校的多媒体教室和校园网等建设中。
.......

第 5 章 结论 

基于虚拟现实技术的网络教学平台是对传统教学模式的挑战，也是随着信息技术发展并逐渐成熟的必然产物。论文基于交互性、沉浸感，制作和使用方便的虚拟现实技术，将机械类相关专业知识资源整合实现整体平台的搭建。提高使用者对零件模型的感知程度，具有直观、灵活、方便的特点，真正给用户一个虚拟与现实一致的操作体验，最终实现人和模型在三维立体场景中的动态交互和感知交流。本论文的主要研究有以下几点：（1）对构建网络虚拟平台的方法、X3D虚拟现实技术的工作原理、开发环境和其关键开发节点进行了分析对比，确定了本文搭建网络教学平台的X3D虚拟现实关键技术和总体方案。（2）基于X3D虚拟过程的要求对零部件进行参数化建模和模拟装配，利用UG草图模块确定部件的详细运动轨迹，通过CATIA对零件模型进行设定和优化并生成X3D语言可识别的VRML文件，有效防止运动部件偏离其正确运动轨迹，保证合理配置运动机构中每一个部件的启动、停止时间以及具体的运动轨迹和旋转角度。

...........

参考文献（略）

本文编号：73674