基于3D和Virtools的虚拟实验室的设计与实现

摘要

随着我国步入信息社会，企业对人才的创新能力、实践能力有了更高的要求。然而，作为培养具有创新能力和实践能力的人才基地，高校实验室教学面临着诸多的限制因素，严重影响了实验教学质量和科研水平的提高。因此，实验教学方式的变革势在必行。以信息技术为依托的新的实验教学方式——虚拟实验室的出现，为目前实验教学中实验设备和实验场所的不足以及不能满足学生实验个性化需求等问题的解决提供了更好的方式。因此，构建虚拟实验室对于改善现有实验教学状况有很重要的意义。
　　通过对常用三维建模工具和常用虚拟现实平台的讨论、分析，Maya、Lightwave3D更适合影视动画方面的建模，3ds Max适合于室内设计和游戏，相对于 Virtual Reality Platform和VRML，Virtools开发难度低，更容易为非计算机专业人员使用。因此，本课题利用3ds Max建模工具实现虚拟实验室的三维建模，利用Virtools虚拟现实平台实现三维模型的交互设计。最后，在windows环境下搭建虚拟实验室平台，提供了虚拟实验室系统中的实验操作模块。
　　实验操作模块主要提供了视角切换、实验说明、自动演示、手动实验四大功能模块。视角切换模块提供四个观察视角，可以从顶视图、右视图、前视图、透视图四个角度观察实验场景、实验仪器和实验过程。通过实验说明模块用户可以方便地查看实验原理、实验步骤等。通过自动演示模块和手动实验模块，用户既可以观看整个实验过程又可以亲自动手实践。利用二氧化碳制取实验的实验操作模块验证了论文提出的利用三维建模技术和虚拟现实技术构建虚拟实验室的方法的可行性。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究与应用现状

1.3 论文研究内容

1.4 论文组织结构

2 关键技术和相关工具

2.1 三维建模技术

2.2 常用三维建模工具

2.3 虚拟现实技术

2.4 常用虚拟现实平台

2.5 本章小结

3 基于3D和Virtools的虚拟实验室的构建方法

3.1 虚拟实验室的构建

3.2 模型的建立及相关图片制作

3.3 导入Virtools

3.4 模型交互

3.5 发布

3.6 本章小结

4虚拟实验室系统的设计

4.1 虚拟实验室系统的功能设计

4.2 实验操作模块的开发流程

4.3 本章小结

5虚拟实验室系统的实现

5.1 实验操作模块的操作流程

5.2 实验操作模块的建模

5.3 实验操作模块的交互

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献