基于EON Studio的三维虚拟实验探讨

1、基于的三维虚拟实验探讨叶步伟（徐州师范大学信息传播学院，江苏徐州）摘要：虚拟实验是虚拟现实的一种应用方式，是传统实验的辅助手段，可以弥补传统实验的不足，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，它必将对教育教学产生重大影响。采用文献研究法和实验研究发，探讨一种基于的虚拟实验方法。介绍了虚拟现实以及虚拟实验的相关知识，推荐一种三维虚拟实验开发工具，提出虚拟实验的开发要遵循界面友好、良好的导航功能、最佳反馈效果以及以实为本、虚实结合的原则，介绍基于

2、的虚拟实验开发流程，并基于和开发出摄像机的虚拟实验。关键词：虚拟现实；虚拟实验；一、虚拟现实以及虚拟实验介绍虚拟现实（）技术，又称灵境技术，它的起源可以追溯到世纪年代，但在年代后期得到迅速发展。对于虚拟现实的概念，可以从广义和狭义两个方面进行理解。根据“虚拟现实术语工作组”提交的的标准草案中的解释，虚拟现实是指用于创建人造世界的计算机系统，在这个世界里，使用者有沉浸于其中的感觉，能在其内漫游并能操纵其内的物体。从狭义上来看，虚拟现实中的“虚拟”，指的是计算机技术所创造的环境，这个环境是对人所处的自然真实环境的空间特性及时间特性的一种扩展。虚拟现实技术与多媒体技术、网络技术是世纪三大最具发展潜力

3、的计算机应用技术，作为利用计算机生成的虚拟环境进行交互和仿真的一种手段，人们将虚拟现实看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。虚拟实验系统是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及与其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理设备为工具，采用“面向对象”思想创建的，能够实时操作的，非实在的实验空间，在此环境中，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目埋。虚拟实验系统能够有效地创建学习情境、支持合作、方便交流、促进知识表达和应用，是一个非常优良的建构主义学习环境，有着巨大的教育应用潜能。它不但可以模拟真实实验，还可以做出真实实验无法实现的内容。在现代教学中，实验教学占有相

4、当重要的地位，它是培养学生创新意识和能力的重要手段，是学生获取知识、参与实践、提高技能的必须环节，实验环节对加深学生对理论知识的理解、探究理论知识的实用性等方面的作用是无可替代的。近年来，伴随着教育教学改革的不断深化，实验教学改革取得了一定的进展，但由于各方面的因素，实验教学中还存在着不少令人担忧的问题，如：实验室硬件建设的资金投入相对不足，导致实验器材短缺，学生操作仪器的时间很短：仪器设备更新率低，实验教学内容陈旧，无法激起学生实验的积极性；对于一些昂贵的实验器材，由于学生缺乏甚至是没有操作经验，实验室管理人员不敢放手让学生使用：实验室开放时间受限，实验者不能随时进行实验操作。所有这些问题都

5、对传统的实验做出了很大的挑战，在传统实验接受考验的同时，我们应该另辟蹊径，开创出能够弥补传统实验不足的方法。三维虚拟实验以其沉浸性、交互性和想象性为我们提供了一个值得考虑的思路，计算机技术、网络技术以及近年来迅速发展的虚拟现实技术，为虚拟实验的开发和应用提供了可能。随着虚拟实验开发工具的日益简单化、智能化、人性化及多功能化，相信计算机三维虚拟实验肯定会更上一层楼。二、虚拟实验开发工具一一印介绍关于虚拟现实软件的蚶坏问题向来都处于争论之中，相信这种争论也会一直下去，目前市面上总共有多种虚拟现实开发软件，国内的虚拟实验开发具在近几年也得到了快速的发展，如中视典公司的还有今年刚刚发布的等软件都具有非

6、常强大的功能。软件的好坏本身就是相对的，关键是看人们如何使用它，将它发挥到极致。因此开发者更应该从自身的角度和所处的行业特点来选择适合自己的软件。是美国公司开发的软件，它是一种依据图形使用者接口来研授实时多媒体应用程序的工具，它主要应用在电子商务营销数字学习教育训练与建筑空间等领域。这套工具强调易学易用、表现逼真以及整合性强、制作的档案很小。另外，它还可轻易结合及立体眼镜，让学校、研究单位可以箍台设计教育训练资源。有超过多个预先设定好的节点，大大节省了实旌方案的时间并且具有高度灵活性与实用性，利用支持的、脚本功能节点能够轻易实现我们想要的功能。能够兼容大部份的虚拙现实外围设备，例如数据手套、位

7、置跟踪器等，可以让使用者融入到虚拟场景中井与对象或人物互动，提升虚拟实验的真实感。它的整合性非常强可与多数的、多媒体软件整合。不管是桌面型、沉浸型还是分布式的虚拟实验系统都可以应用。其构成原理如图所示：芦踪系统赣“算接三、虚拟实验的开发原则网络虚拟实验室实现的基础是多媒体计算机技术、网络技术与仪器技术的结合。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室的智能化特征，无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虐地随时进虚拟实验室操作仪器，不但为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。开发虚拟实驻应当遵循以下原则：界面友好原则开发的虚拟实验软

8、件除了具备强大的实用功能外还应当尽可能地为学生们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境，让学生们乐意在虚拟的世界中漫游、学习知识，达到良好的学习效果。友好的人机界面应该至少具备如下几个特征：（）操作简单；（）界面美观，操作舒适：（）响应及时；）提示功能良好的导航功能目前有许多虚拟实验软件虽然花了桓太的功夫，但效果不是很明显，并不是因为实验的毒甲一零星一黔功能不齐全，而是因为在虚拟实验的设计上有所欠缺，学习者在进行虚拟实验的过程当中容易迷失方向，导致丧失实验兴趣。因此，一个好的虚拟实验软件应该具备精确的导航功能，能够让实验者很快找到想要的东西，随时随地都能够知道自己所处的位置，随时随地能够回到想

9、要的地方，不至于在虚拟世界中迷航。、最佳反馈效果原则。虚拟实验的反馈直接影响到学生的接受和理解，如果虚拟实验软件能在积极的人机交互活动中真正达到因人而异的教学，那么它决不能只简单地告诉学生是或不是，而要说明原因，提出建议。良好的反馈可以鼓励学生的学习积极性，增强学生自信心，纠正学生错误和巩固所学的知识和技能，还可以鼓励学生去“发现”某种规律。糟糕的反馈可能增加学生焦虑，使学生感到枯燥无味，甚至引起学生对某些概念的误解悔。因此，我们要高度重视虚拟实验反馈的设计。以实为本，虚实结合虚拟实验是实验教学的辅助手段，决不能取代实际实验操作哺。对于那些不适合做成虚拟实验的实验，比如像、等基于软件操作的实验

10、课程，不宜用三维虚拟实验的形式，对于此类实验在三维虚拟实验中应该大胆的放弃，不能舍本求末。四、利用开发虚拟实验的大致流程利用开发三维虚拟实验大致需要以下过程，如图所示：图主要经历以下步骤：研发阶段。包括虚拟实验需求分析、整体的实验规划和三维模型的制作等几个部分，其中，三维模型的制作主要有两种方法：一种是通过编写源代码，生成文本文件，再转化生成木为扩展名的网页文件。但这种方法由于源代码函数过于复杂，文件较大，不易掌握，较难运用。第二种方法是通过辅助建模软件建立三维物体，如、等等，或者由应用软件如、等制作。导入模型。将制作的模型导入到当中来，支持的格式非常多，能够导入木、术、木等多达种格式的文件，

11、不用考虑文件的兼容问题。另外，我们还可以用这个插件将中制作的模型、材质贴图和动画等直接导入到中进行再次开发，大大节省了时间，提高了效率。编辑节点，设置行为。文件导入后，并不具有交互的特性，需要按照虚拟实验的要求进行节点、元件的添加和编辑、属性的修改、脚本的编写以及逻辑关系的设定等操作，达到我们想要的目的。虚拟实验的测试、反馈与评价。首次开发出来的虚拟实验肯定会有种种问题，可以通过老师、学生的试用得出这套辅助教育软件的不足，为虚拟实验的改进做准备。虚拟实验软件的修改。根据上一步骤的结论，对软件进行修改。集成发布。程序档案可阻与其它支持微软组件的工具进行互动（如、等等）。另外，有一个非常好的优点，

12、它古有个重新设计的网站发布精灵的程序文档可阻经由网络或封包展示，让使用者可将程序档案轻易发布在网站上，免去了许多的麻烦。五、利用开发的虚拟实验实例根据以上的原则和步骤，笔者开发了一个摄像机的虚拟实验这个三维的虚拟实验能够实现以下功能实现。的虚拟漫游：实现摄像机的变焦功能：具有提示功能。当鼠标放到摄像机上时，能够提示相应部件的名称；能够实现摄悼机的装拆：实现摄像机的摄录功能以及回放功能。（一）摄像机的建模建模阶段婴注意以）点：摄像机每个部件都要进行独立的英文命名否则导入到后名称会变成一篇乱码。命名的另一个女处是便与在后期的虚拟实验的制作牛进行物什的辨认。在中建模好的摄像机如翻所示：。！。，！，一

13、（）将摄像机导中可咀先输出成的格式，再导入到中，也可“用插什进行模型的导出。建议用后一种方法，因为这样可咀节省大量的时问并便丁后期的编辑。（三）进行节点的添加和交互的设定这是非常关键的一步，虚拟实验的功能几乎都在这一部实现。中交互的设定主要依靠路由、脚本编写和域的连接来实现。图与图是本实验的部分路由设定：夏二卜一三誊。兰誊量，二魏一蓄石一目本虚拟实验中部分域的连接如下：目单击鼠标，触发脚本节点通过脚本触发摄像机的展示模式实现虚拟装拆记录摄像机的路径为我们提供了脚本节点，使软件具有高度的灵活性，通过脚本的编写，我们可以方便的得到想要得到的效果。咀下的脚车是关于本宴验基于的部分代码，实现的功能是在摄像机展示模式与记录模式之间的切换。】（五）文件的打包发布虚拟实验制作好后，将它进行打包发布文件的发布有两种方法一种是发布成自带的格式。还可以将它发布成网页的形式，这样就可以在任何只要装了浏览器的电脑上进行虚拟实验操作。圈与图是扉终的虚拟实验形式。图目总结虚拟现实技术在教育领域的应用和发展，丰富了现有教育体系中教与学的表现形式”。三维虚拟实验在一定程度上缓解了传统实验的缺陷，是传统实验个报好的辅助方式，对教学效果的提高具有非常大的作阐，虚拟实验的出现，必将对教育教学产生重大的影响。但是井不是所有的实验都可以做成