虚拟现实作业

1、虚拟现实在在电子信息息科学与技技术专业上上的应用 电气气与电子工工程学院科学技术的的发展提高高了人与信信息之间接接口的能力力，及人对对信息处理理的理解能能力，人们们不仅要求求以打印输输出、屏幕幕显示这样样的方式观观察信息处处理的结果果，而且希希望能通过过人的视觉觉、听觉、触觉，以以及形体、手势或口口令参与到到信息处理理的环境中中去，获得得身临其境境的体验88 这种信信息处理方方法不再是是建立在一一个单维的的数字化的的信息空间间上，而是是建立在一一个多维化化的信息空空间中，一一个定性和和定量相结结合、感性性认识和理理性认识相相结合的综综合集成环环境中， 虚拟现实技技术将是支支撑这个多多维信息空空

2、间的关键键技术. 虚拟拟现实是指指利用计算算机和一系系列传感辅辅助设施来来实现的使使人能有置置身于真正正现实世界界中的感觉觉的环境，是是一个看似似真实的模模拟环境。 通过传感感设备，用用户根据自自身的感觉觉，使用人人的自然技技能考察和和操作虚拟拟世界中的的物体，获获得相应看看似真实的的体验.具体含义义为：（11）虚拟现现实是一种种基于计算算机图形学学的多视点点、实时动动态的三维维环境，这这个环境可可以是现实实世界的真真实再现，也也可以是超超越现实的的虚构世界界；（2）操作者者可以通过过人的视、听、触等等多种感官官，直接以以人的自然然技能和思思维方式与与所投入的的环境交互互；（3）在操作作过程中

3、，人人是以一种种实时数据据源的形式式沉浸在虚虚拟环境中中的行为主主体，而不不仅仅是窗窗口外部的的观察者.由此可见见，虚拟现现实的出现现为人们提提供了一种种全新的人人机交互方方式. 虚拟现实是是在计算机机图形学、图像处理理与模式识识别、智能能接口技术术、人工智智能技术、多传感技技术、语音音处理与音音响技术、网络技术术、并行处处理技术和和高性能计计算机系统统等信息技技术的基础础上发展起起来，是这这些技更高高层次的集集成和渗透透.虚拟现实实技术的应应用前景非非常广阔，它它开始于军军事领域的的需求，目目前，遍及及到商业、医疗、工工程设计、娱乐、教教育和通信信等诸多领领域.当然虚拟现现实在电子子信息科学

4、学技术方面面也有很多多应用：一在教学学方面。1.电工电电子网络虚虚拟实验室室系统的构构建。电工电子网网络虚拟实实验室系统统之构建，由由于虚拟技技术与基于于网络的远远程遥控技技术的发展展，使以虚虚拟实境电电工电子实实验技术取取代传统的的硬件实验验室用于实实验教学成成为可能，对对基于校园园网的虚拟拟电工电子子实验所涉涉及的一些些关键技术术进行了讨讨论。实验教学作作为高校教教学过程的的重要环节节，对于深深化学生对对所学知识识的理解和和掌握，培培养学生分分析问题和和解决问题题的能力具具有重要作作用。但是是，无论采采用传统的的硬件实验验方式，还还是把EDA软件件引入电工工电子实验验教学，都都有其明显显的

5、弊端：前者主要要依靠硬件件设备，投投资大、效效率低、运运行成本高高，又受课课时安排的的制约，教教学效果受受限；后者者虽可在一一定程度上上缓解硬件件实验教学学模式面临临的困难，但但目前著名名的EDAA软件均来来自国外，并并非专为我我国大专院院校的实验验教学而设设计，因而而针对性不不强无法法取代硬件件实验模式式，只能作作为传统实实验教学的的辅助手段段。因此进行基于于校园网的的虚拟电工工电子实验验相关技术术的研究。开发符合合我国大专专院校实验验教学特点点并能取代代传统硬件件实验的网网络虚拟电电工电子实实验教学平平台，具有有重要意义义。真实性。一一是元件的的真实性，系系统所提供供的电子元元件均由实实物

6、扫描而而成，市面面上能买到到什么元件件，系统就就“提供”什么元件件；二是电电路的真实实性用户户在客户端端搭建了什什么电路，服服务器就“指挥”硬件设备备搭建什么么电路，用用户搭建的的每一个电电路，都是是有真实电电路与之对对应的：三三是仪器的的真实性，系系统采用NNIfNaationnal IInstrrumennts)公公司的虚拟拟仪器直接接与服务器器相连并并从服务器器中获得所所需的电路路参数进行行分析处理理，用户在在哪个位置置放置了仪仪表，服务务器就控制制虚拟仪器器对哪部分分进行测量量，客户得得到的结果果，都是仪仪器测出的的实际结果果(这与Ediison等等软件采取取公式计算算的方式有有本质区

7、别别。经济性性。系统仅仅需一套硬硬件设备，其其余均以软软件实现，因因而大大节节省了成本本。先进性性。系统依托计计算机网络络，以虚拟拟现实为主主要技术手手段，实现现了实验方方式的重大大变革，是是先进教学学理念与先先进实验技技术的集中中体现。实实用性。系系统专为大大专院校电电工电子实实验而设计计，兼具硬硬件真实实实验与EDDA软件辅辅助模拟实实验的优点点涵盖电电路、模拟拟电子技术术、数字电电路、高频频电子线路路课程等全全部实验内内容，够实实现自动接接线、自动动测量实验验数据、自自动实例演演示、自动动生成电路路原理图等等多种功能能，并可反反复操作，元元件无损坏坏，使用不不限时。具具有与实验验教学要求

8、求相适应的的辅助功能能，如自主主学习和预预习功能、实验指导导和演示功功能、实验验报告提交交和评阅功功能、考核核和评价功功能、实验验资料检索索功能。电工电子网网络虚拟实实验室的系系统结构网络实验验室的物理理拓扑结构构如图l所示，它它由客户端端、服务器器端和控制制器端三部部分组成。用户无论论在何时何何地只要使使自己的计计算机联人人Inteemet就可以通通过浏览器器访问网络络实验室服服务器。和和用户直接接打交道的的是客户端端，多个客客户端可以以同时登录录到服务器器上，同时时进行不同同的实验。服务器和所所有的实验验控制端同同处于实验验室的高速速局域网中中，每一个个实验控制制端在正常常情况下登登录到服

9、务务器上，即即可随时进进行实验。如果控制制器端需要要维护、修修改或更换换时，可以以随时从服服务器上注注销。因此此，控制器器端的地位位对于服务务器而言，也也就是一种种客户端，所所以，可以以把网络实实验室系统统的物理拓拓扑结构称称之为双CCS(CllienttServver，即即客户端月艮务器器)结构。构建虚拟实实验的网络络系统主要要涉及到以以下方面的的技术问题题：(1)数据据共享。需需开发与各各虚拟实验验相关的智智能检索系系统信息数数据库，制制定数据库库格式与检检索系统协协议来实现现各数据库库系统的连连接。为使使学生利用用远程软件件处理本地地数据需需开多维数数据处理软软件和标准准化规则，建建立共

10、享操操作系统。(2)远程程设备控制制。目前，诸诸如示波器器、频谱仪仪等许多仪仪器设备具具备GPIIB接口，这这些智能化化仪器可以以通过计算算机网络连连接为虚拟拟仪器系统统；另一方方面，DCCS、FCS等计计算机控制制实验室都都具备完善善的计算机机测控网络络系统，具具有自身的的组态控制制方式，并并且是可进进行的远程程控制的。因此，需需要进行远远程设备驱驱动登录控控制软件协协议与接口口设计以便便将这些设设备组建为为网络虚拟拟实验室，包包括：用于于控制与数数据采集的的远程图形形用户界面面GUI、由由GUI驱动动的远程客客户程序、安全接口口与安全控控制协议、开放的本本地务程序序开发等。虚拟实验验室作为

11、一一个仪器设设备和数据据等资源的的交互共享享以及可交交互控制平平台，通过过设计一个个管理平台台对所有用用户实现统统一用户管管理，包括括对用户数数据信息操操作管理、虚拟实验验室内的虚虚拟仪器进进行的虚拟拟设备层管管理等从从而形成具具备集成数数据、存储储器、因特特网访问、报表生成成工具和其其它应用的的虚拟工作作平台。系系统设计中中容许那些些能够访问问客户端全全部源的用用户通过LLAN与整整个系统进进行联接访访问，并可可通过下载载的客户端端程序对实实验室系统统中的各种种电工电子子仿真应用用程序进行行访问。4 软件系系统的实现现方法与技技术41 交互界界面和应用用环境的设设计知识的的获取依赖赖于具体的

12、的情境。真真实、生动动、形象、主题突出出的情景环环境对学生生来说是具具有强大吸吸引力的因此教学学软件的交交互界面和和应用环境境的设计好好坏将直接接影响到学学生的学习习效果。对对此我们根根据实际情情况采用了了VRMLL技术设计计 VRMML是一种种三维场景景的描述语语言它的基基本原理是是用文本信信息描述三三维场景，在在Inteernett网上传输输，在本地地机上由VVRML的的浏览器解解释生成三三维场景，解解释生成的的标准规范范即是VRRML规范范。用VRRML实现现与Intterneet虚拟现现实交互渲渲染了一个个真实的实实验环境，使使得学生身身临其境，如如同在现实实情形之中中，大大提提高了学

13、生生的学习兴兴趣和积极极性。42 实验背背景知识的的实现实验验原理、目目的、内容容讲解以及及实验器材材和实验过过程的描述述，均采用用了多媒体体技术，在在开发设计计中使用了了包括文本本、图形、图像、动动画、视频频、音频等等多媒体制制作技术，经经精心制作作使软件件界面清晰晰、美观，更更能充分地地展示内容容。同时将将一些典型型实验的操操作过程拍拍摄成视频频信号，经经过剪辑、优化和效效果处理并采用同同步流媒体体技术发布布，使用户户可以随时时在线学习习。43 仿真实实验的构建建对于模拟拟电路的仿仿真采用电电路仿真程程序SPIICE的3F5版作为仿仿真内核，并并对SPIICE进行行改造，通通过Acttiv

14、exx技术将电电路仿真有有机地融合合到多媒体体环境之中中。通过VVC编程，将将逼真的元元器件所构构成的实际际电路，转转换成SPPICE修修改后的输输入模块能能识别的信信息，送人人SPICEE进行分析析计算，仿仿真后的结结果再送人人虚拟的电电子仪器进进行显示，可可以使SPPICE识识别在多媒媒体环境中中搭接的立立体电路，达达到与真实实实验相近近的效果。对于数字字电路仿真真则一方方面对常用用数字逻辑辑芯片建立立相应的逻逻辑运算模模型软件包包用于对对其逻辑功功能的仿真真；另一方方面是对实实验平台和和操作进行行仿真，通通过选调提提供的各型型号芯片和和任意搭接接连线，实实现各类数数字电路的的搭接。系系统

15、将根据据面包板上上元件之间间的连接关关系，通过过运算程序序模块实现现数字电路路的逻辑运运算并通通过发光二二极管、数数码管等给给出逼真的的显示。5 高校电电工电子网网络虚拟实实验教学的的实践51 实实行“虚实并存存与优化整整合”的原则虚虚拟实验尽尽管有诸多多优点，但但毕竟是“虚拟”的，学生生实验时接接触的仅仅仅是大小有有限的计算算机屏幕在真实实实验中通过过对故障的的产生、分分析及排除除等培养学学生能力的的情景在虚虚拟实验中中是不可能能完全做到到的。因此此虚拟实验验只能是实实物实验的的一种补充充、完善和和扩展，而而不能完全全替代实物物实验两两者只能相相辅相成。我们在运运用中采用用了“虚实并存存，优

16、化整整合”的原则，具具体包含两两方面内容容：一是适适量进行虚虚实项目上上的交替对理论性性较强的验验证性实验验以观察实实验现象为为主，采集集数据较困困难的实验验、受实验验设备和生生均实验资资源限制的的实验、学学生容易出出错、对仪仪器损坏严严重的实验验等采用网网上虚拟实实验，而对对实用性较较强、设计计性实验一一定要最终终采用实物物实验；二二是适时进进行实验内内容上的虚虚实交替，即即在一个实实验项目内内，根据实实际内容进进行虚实交交替，优势势互补。52 构构建网络虚虚拟电工电电子实验的的基本要求求(1)认真真规划教学学过程。课课件使用的的操作步骤骤，是多媒媒体课堂教教学的重要要组成部分分。教师要要根

17、据本节节课的实际际教学需要要合理分分配课件的的使用时间间，理清思思路，使课课件真正起起到化难为为易、化繁繁为简、寓寓教为乐的的作用，一一切以服务务教学为出出发点。(2)充分分利用各种种媒体手段段，使教学学过程丰富富多彩。多多媒体教室室除了有多多媒体计算算机、投影影仪外，还还有实物展展示台以及及各种视频频、音频设设备等。综综合应用这这些设备能使课堂堂教学手段段丰富多彩彩。2.基于XX3 D的的虚拟现实实技术在集集成电路教教学中的应应用。虚拟现实技技术应用于于集成电路路教学领域域的优势目目前大多数数院校都建建立了校园园网，基于于Web的虚虚拟现实技技术在集成成电路课程程的网络教教学方面，相相户便可

18、以以做各种各各样的实验验，获得模模拟真实实实验的体验验，从而丰丰富感性认认识，加深深对教学内内容的理解解。 避免了真真实操作带带来的各种种危险集成成电路实验验涉及毒性性、安全问问题，部分分实验学生生无法直接接参与以获获得感性认认识。利用用虚拟现实实技术，则则可以放心心地去做各各种危险II生大的实实验，避免免了由于学学生的误操操作而造成成的安全事事故。 打破了时时间与空间间的限制利利用虚拟现现实技术，可可以打破空空间的限制制。利用虚虚拟现实技技术，学生生还可以观观察到部分分因为反应应速度过慢慢而造成时时间浪费的的实验现象象。对于传传统的教学学手段，有有着不可替替代的优势势。 能弥补教教学条件的的

19、不足利用用虚拟现实实技术，可可以弥补传传统教学中中因为实验验仪器、实实验场地、教学经费费等原因而而造成应该该开设的教教学实验无无法进行等等方面的不不足。 应用X33D创建集成电电路反应机机理虚拟仿仿真环境的的方法与步步骤31 X33D标准可可扩展3DD(exttensiible 3D，X3D)是由Webb3D联盟盟于19998年底提提出的。XX3D是互互联网3DD图形国际际通用软件件标准，定定义了如何何在网络多多媒体中整整合基于网网络传播的的交互三维维内容_44 J，它它是VRMML的继承承。VRMML是原来来的网络33D图形的的ISO标准准(ISOOIEC 147772) jj。X3D规范范

20、使用可扩扩展标记语语言(exxtensiblle maarkupp lannguagge，XML)，体现了了对VRMML几何造造型和实体体行为的描描述能力，缩缩写成X33D就是为为了突出新新规范中VVRML与与XML集成成 。X3D文件件结构包含含文件头、主程序概概貌；在主主程序概貌貌中包括头头文档、场场景等 。在场景景中利用基基本几何造造型节点、复杂节点点、组节点点、文理节节点、效果果节点及动动态感知节节点等创建建虚拟现实实三维立体体场X3DD定义了一一系列用来来生成和修修饰三维形形体的对象象，这些对对象成为节节点，节点点是X3DD的基本元元素和核心心。因此，在分分布式多人人协作的虚虚拟仿真

21、实实验方面的的应用是下下一步研究究的重点。目前，虚虚拟现实技技术不仅应应用于各学学科的仿真真实验等领领域，而且且也广泛应应用于虚拟拟教学环境境(平台)、虚拟手手术环境、虚拟战场场环境的构构建等领域域，极大地地提高了工工作效率。相信随着着多媒体技技术、网络络技术的推推陈出新以以及计算机机硬件技术术的持续发发展，必将将推动虚拟拟现实技术术的不断前前进。正如其它新新兴科学技技术一样，虚虚拟现实技技术也是许许多相关学学科领域交交叉、集成成的产物它它的研究内内容涉及到到人工智能能、计算机机科学、电电子学、传传感器、计计算机图形形学、智能能控制、心心理学等。我们必须须清醒地认认识到，虽虽然这个领领域的技术

22、术潜力是巨巨大的，应应用前景也也是很广阔阔的，但仍仍存在着许许多尚未解解决的理论论问题和尚尚未克服的的技术障碍碍。客观而论，目目前虚拟现现实技术所所取得的成成就，绝大大部分还仅仅仅限于扩扩展了计算算机的接口口能力，仅仅仅是刚刚刚开始涉及及到人的感感知系统和和肌肉系统统与计算机机的结合作作用问题，还还根本未涉涉及“人在在实践中得得到的感觉觉信息是怎怎样在人的的大脑中存存储和加工工处理成为为人对客观观世界的认认识”这一一重要过程程。只有当当真正开始始涉及并找找到对这些些问题的技技术实现途途径时，人人和信息处处理系统间间的隔阂才才有可能被被彻底的克克服了。我我们期待这这有朝一日日，虚拟现现实系统成成

23、为一种对对多维信息息处理的强强大系统，成成为人进行行思维和创创造的助手手和对人们们已有的概概念进行深深化和获取取新概念的的有力工具具。二.在科技技开发上虚拟现实可可缩短开发发周期，减减少费用。例如inntel公公司19998年初便便利用虚拟拟现实技术术，在设计计某两种新新型车上取取得突破，首首次使设计计的芯片直接从从计算机屏屏幕投入生生产线，也也就是说完完全省略了了中间的试试生产。 由于利用了了卓越的虚虚拟现实技技术，使iintell避免了11500项项设计差错错，节约了了8个月的的开发时间间和80000万美元元费用。利利用虚拟现现实技术还还可以进行行cpu性性能试验，不不必使用真真的cpuu

24、便可显示示出不同条条件下的测测试后果。在虚拟现现实技术已已经和理论论分析、 HYPERLINK /view/29710.htm 科科学实验一一起，成为为人类探索索客观世界界规律的三三大手段。用它来设设计新材料料，可以预预先了解改改变成分对对材料性能能的影响。在材料还还没有制造造出来之前前便知道用用这种材料料制造出来来的零件在在不同受力力情况下是是如何损坏坏的。虚拟现现实常被用用于推销电电子产品。例如电子子设计项目目投标时，把把设计的方方案用虚拟拟现实技术术表现出来来，便可把把业主带入入未来的电电子产品里里参观，如如电子产品品外观，产产品特效，都都可以感同同身受。它它同样可用用于旅游景景点以及功

25、功能众多、用途多样样的商品推推销。因为为用虚拟现现实技术展展现这类商商品的魅力力，比单用用文字或图图片宣传更更加有吸引引力。三在芯片片制造方面的的应用在制造产品品时需要用用虚拟现实实技术对设设计产品进进行预期应应用。虚拟现实技技术在制造造业中的应应用有以下下几个方面面。 (11) 在实实际生产前前,无消耗资资源情况下下,进行虚拟拟加工。在在虚拟制造造环境中,工程技术术人员可以以直接对设设计出的产产品进行虚虚拟加工。在实际的的制造系统统中,经过CADD/ CAAM的零件件,在正式加加工之前,一般要进进行试切,传统的试试切是采用用塑模、蜡蜡模或木模模在专用设设备上进行行的。这不不但浪费人人力物力,

26、而且还延延长了生产产周期,增加了产产品开发成成本,降低了生生产效率,极大影响响了系统的的性能。如如果采用仿仿真加工来来代替实际际的试切工工作,可以大大大降低产品品制造成本本,增加产品品的竞争力力。(2) 针针对实际过过程在虚拟拟环境中建建模。虚拟拟现实技术术通过模型型代替实际际产品、过过程和活动动,在计算机机上预演实实际制造过过程,模拟和预预测制造系系统可能存存在的问题题,从而提高高总体效益益。该虚拟拟模型包含含关于产品品、过程、生产系统统的各种信信息。可分分为产品建建模、过程程建模和生生产系统建建模。产品品模型是作作为实际产产品在计算算机上的表表示和信息息的载体,借助过程程模型, 可以对对产

27、品模型型的信息进进行精确评评价,对产品行行为进行仿仿真。生产产系统模型型表达了系系统的能力力和性能,因此根据据生产系统统能评估产产品的可制制造性,同时生产产系统模型型描述系统统的动态行行为。所以以根据要求求的特征和和系统状态态能预测生生产周期、库存水平平、投放市市场的时间间等。(3) 可可靠地预测测成本、风风险和进度度、大大提提高决策水水平。生产产方案的实实施往往涉涉及到大量量资金投入入,风险很大大,稍有不慎慎就会给企企业带来巨巨大的经济济损失。在在虚拟制造造环境中可可以进行各各项试验,检查产品品各方面的的技术性能能,确立合理理的进度表表等。这样样可以减少少新产品开开发的投资资,缩短开发发周期,对难以预预测、持续续变化的市市场需求做做出快速响响应。企业业决策者还还可直观地地评判各种种生产方案案的优缺点点,做出最优优决策,从而缩短短生产周期期,提高可生生产性。(4) 加加快企业人人才培养。虚拟现实实技术的沉沉浸性和交