论虚拟实验技术及其在实验教学中的应用
作者:佚名; 更新时间:2014-12-05
论文关键词:虚拟实验技术;实验教学;应用
论文摘要:随着虚拟实验技术的飞速发展和普遍应用,利用虚拟实验技术进行实验教学已成为一种趋势。本文从分析虚拟实验技术的理论基础出发,阐述了虚拟实验技术的分类,论述了它在实验教学中的重要意义,并对虚拟实验技术在实验教学中的应用进行了探索。
目前随着高等教育的发展和招生人数的扩大,高校的实验教学面临着巨大的压力。由于经费有限,实验室的硬件跟不上,仪器设备陈旧老化且数量不足,影响了正常实验教学的开展,进而影响了实验教学质量。随着多媒体技术和网络技术的发展,网络教学逐渐成为正常教学的补充。通过网络建立虚拟实验教学系统和网上虚拟实验室而开展虚拟实验,运用计算机在网络中模拟一些实验现象,达到“身临其境”的效果,具有十分重要的意义。
1 虚拟实验技术的理论基础
虚拟实验技术起源于20世纪末,是依托“虚拟现实”(Virtual Realitv,英文缩写VR)技术而产生和发展的一种实验模式。当时国内外一些远程教育机构曾采用过各种方法来解决实验的近距离性与教学手段的远距离性的矛盾。在进行的各种方法中,有的仅适合少数或简单实验的情况,有的由于与理论教学不相衔接而导致效果不佳。直到20世纪90年代崛起的虚拟实验才给远程实验教学带来了希望。它使实验教学完全远程化,从根本上解决目前的实验教学与远程教育模式不相适应的状况。虚拟实验技术是利用软件和硬件的结合,取代传统的常规实验仪器设备,在计算机或计算机网络上进行模拟、仿真各种实验的技术。
2 虚拟实验技术的分类
2.1 沉浸虚拟现实技术
沉浸虚拟现实运用计算机、多媒体与仿真技术等现代科学技术,营造与客观世界高度类似的虚拟环境,使人具有一种身临其境的感觉。虚拟现实模式在现实世界数据建模的基础上,采用三维图形来表现虚拟世界。通过头盔式显示器或立体眼镜等专用辅助设备观察建模的三维物体,以获得在平面显示器上无法得到的物体“深度”距离信息,并通过观察不同的图像,信捷职称论文写作发表网,产生观察视差。通过深度和观察视差,达到身临其境的效果。
2.2 基于静态图像的虚拟技术
基于静态图像的虚拟技术是将多个不同距离和不同方位的静态图像按照相互关系有机地连接起来,在视觉上形成整个空间的整体认识。在观察时。可以任意转动,也可以改变视点。由于这些静态图像是相互连接的,所以,只要静态图像足够精细,连接得紧密正确,就可以获得空间的感觉,实现对一个物体或空间进行全景观察。运用基于静态图像技术,可以根据真实世界影像采用计算机生成图像的方式来建立三维模型。对图像的分辨率、质量、复杂度、真实性的要求都不是很高,不需要特殊的专用设备,在普通微机上即可体验虚拟实验环境,操纵虚拟的物体。
2.3 实验环境与虚拟实验平台集成技术
实验环境和虚拟实验平台集成模式是一种真实与虚拟结合的模式,运用计算机技术、控制技术、数据库技术与网络技术等,架构支持真实实验环境的虚拟实验平台。虚拟实验平台提供操作、控制、分析、观察和实验一设置和选择,的虚拟环境,并对真实的实验环境实施控制。例如,电路试验可以在虚拟环境中构建各种电路,并用虚拟的仪表如电流表、电压表、示波器等来测量各个结点上的信号,或动态地测试电路的性能。
2.4 基于网络的虚拟技术
基于网络的虚拟实验模式依托网络来构建虚拟实验环境,即分布式虚拟现实环境。在分布式虚拟现实环境中,多个实验者可通过网络同时参加一个虚拟空间,对同一虚拟实验进行观察和操作,以达到协同工作的目的。
论文摘要:随着虚拟实验技术的飞速发展和普遍应用,利用虚拟实验技术进行实验教学已成为一种趋势。本文从分析虚拟实验技术的理论基础出发,阐述了虚拟实验技术的分类,论述了它在实验教学中的重要意义,并对虚拟实验技术在实验教学中的应用进行了探索。
目前随着高等教育的发展和招生人数的扩大,高校的实验教学面临着巨大的压力。由于经费有限,实验室的硬件跟不上,仪器设备陈旧老化且数量不足,影响了正常实验教学的开展,进而影响了实验教学质量。随着多媒体技术和网络技术的发展,网络教学逐渐成为正常教学的补充。通过网络建立虚拟实验教学系统和网上虚拟实验室而开展虚拟实验,运用计算机在网络中模拟一些实验现象,达到“身临其境”的效果,具有十分重要的意义。
1 虚拟实验技术的理论基础
虚拟实验技术起源于20世纪末,是依托“虚拟现实”(Virtual Realitv,英文缩写VR)技术而产生和发展的一种实验模式。当时国内外一些远程教育机构曾采用过各种方法来解决实验的近距离性与教学手段的远距离性的矛盾。在进行的各种方法中,有的仅适合少数或简单实验的情况,有的由于与理论教学不相衔接而导致效果不佳。直到20世纪90年代崛起的虚拟实验才给远程实验教学带来了希望。它使实验教学完全远程化,从根本上解决目前的实验教学与远程教育模式不相适应的状况。虚拟实验技术是利用软件和硬件的结合,取代传统的常规实验仪器设备,在计算机或计算机网络上进行模拟、仿真各种实验的技术。
2 虚拟实验技术的分类
2.1 沉浸虚拟现实技术
沉浸虚拟现实运用计算机、多媒体与仿真技术等现代科学技术,营造与客观世界高度类似的虚拟环境,使人具有一种身临其境的感觉。虚拟现实模式在现实世界数据建模的基础上,采用三维图形来表现虚拟世界。通过头盔式显示器或立体眼镜等专用辅助设备观察建模的三维物体,以获得在平面显示器上无法得到的物体“深度”距离信息,并通过观察不同的图像,信捷职称论文写作发表网,产生观察视差。通过深度和观察视差,达到身临其境的效果。
2.2 基于静态图像的虚拟技术
基于静态图像的虚拟技术是将多个不同距离和不同方位的静态图像按照相互关系有机地连接起来,在视觉上形成整个空间的整体认识。在观察时。可以任意转动,也可以改变视点。由于这些静态图像是相互连接的,所以,只要静态图像足够精细,连接得紧密正确,就可以获得空间的感觉,实现对一个物体或空间进行全景观察。运用基于静态图像技术,可以根据真实世界影像采用计算机生成图像的方式来建立三维模型。对图像的分辨率、质量、复杂度、真实性的要求都不是很高,不需要特殊的专用设备,在普通微机上即可体验虚拟实验环境,操纵虚拟的物体。
2.3 实验环境与虚拟实验平台集成技术
实验环境和虚拟实验平台集成模式是一种真实与虚拟结合的模式,运用计算机技术、控制技术、数据库技术与网络技术等,架构支持真实实验环境的虚拟实验平台。虚拟实验平台提供操作、控制、分析、观察和实验一设置和选择,的虚拟环境,并对真实的实验环境实施控制。例如,电路试验可以在虚拟环境中构建各种电路,并用虚拟的仪表如电流表、电压表、示波器等来测量各个结点上的信号,或动态地测试电路的性能。
2.4 基于网络的虚拟技术
基于网络的虚拟实验模式依托网络来构建虚拟实验环境,即分布式虚拟现实环境。在分布式虚拟现实环境中,多个实验者可通过网络同时参加一个虚拟空间,对同一虚拟实验进行观察和操作,以达到协同工作的目的。
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