机械工程虚拟实验室建设中的模型重建

机械工程虚拟实验室建设中的模型重建

周志伟赵吉斌吴逸飞王朝华

（北京印刷学院机电工程学院，中国 北京 102600）

【摘要】机械工程实验室器材种类多，体积庞大，占地较大，且使用频率少、周期长，学员做实验受到一定的限制。为了解决机械工程专业学员与实验器材接触时间短，无法满足课程需求等问题，对实验室现有部分器材进行实体建模，绘制出各个构件的三维模型，并通过软件的渲染得到与实验室现有的物理器材一致的虚拟器材；再通过网络技术实现网络展示，为虚拟器材的使用与实验的开展提供一个平台。

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关键词 虚拟实验室；建模；平台；架构；网络

Model Reconstruction of Mechanical Engineering Virtual Laboratory Construction

ZHOU Zhi-weiZHAO Ji-binWU Yi-feiWANG Zhao-hua

(School of Mechanical And Electrical Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China)

【Abstract】Mechanical engineering laboratory equipment have many types and huge in size, covers a large area and are used less frequently, with long cycle, students had limited in doing experiment. In order to solve the problem that mechanical engineering students have less opportunities to the laboratory equipment and the laboratory condition is unable to satisfy the course requirements of the course and so on, we make models for the part of the equipment and mapped out each member of the three-dimensional models in order that the virtual equipment are consistent to real equipment by the rendering software. Means while showing through network technology provides a platform for virtual use of equipment and experiments.

【Key words】Virtual laboratory; Modeling; Platform; Network

0引言

高等院校一直主推实验教学用来巩固教学效果和提高学员的动手能力。实验室建设在高校发展中占很重要的作用。近年来各大高校的扩招让许多高校的实验室资源变得短缺。在就业竞争压力那么大的今天，许多企业要求学员的动手实践能力。要想提高毕业生的竞争力和高校的综合实力，实验室的建设是高等教育中相当重要的一个环节。

但是高校的实验室建设面临许多难题，不仅高昂的建设经费难以落实，实验场地不足也是一个问题。一套好的机械工程实验器材往往造价不菲，后期的保养维修还要花费更多的经费，许多高校只能望而却步。机械工程实验器材往往总类繁多，占地面积大，不具备好的扩展性和移动性。并且不合理的课程安排使得这些机器使用频率少，学员与实验器材接触时间短，使用有许多限制，根本无法满足课程许多也不能够得到真正的锻炼。

随着网络科技和建模软件的发展，虚拟实验室的建设可以有效地解决上述问题。1989年美国弗吉尼亚大学威廉.沃尔夫（WiliamWolf）教授提出虚拟实验室的概念。它至力于构建技术信息化、网络化的集成环境，在这个环境里用户可以使用虚拟环境中的信息、数据和仪器设备[1]。

1机械工程虚拟实验室建设中的模型重建可能存在的难题

1.1技术问题

基于网页的虚拟实验室本质上是一种先进的计算机用户接口，涉及的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维模型生成技术和应用系统开发技术等。采用执行代码技术可以较好地解决三维场景信息量大与网络宽带低之间的矛盾。

1.2人员问题

除了保证虚拟实验室的日常系统维护与管理，还需要一些专家学者的参与。专业人士的在线交流辅导无疑是虚拟实验室的一大亮点。

2机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的建设

机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的网页平台主要由会员登陆与注册管理系统、首页、实验室概括、模型展示模块和后台管理系统组成。

2.1会员登陆与注册系统

收集学员的基本信息，姓名、学号、年级、班级等。记录学员的学习情况和进度。规定学员对于网站的权限，只能访问网页的内容，不可以修改学习记录及网页管理员发布的信息。

2.2首页

体现网页的主题和具有的功能。让学员很直观的了解虚拟实验室的框架和主要内容。作为新闻、实验通知和实验室所获得荣誉的信息发布页让学员第一时间了解实验室的情况。

2.3实验室概括

包括实验室简介、管理制度、实验指导书、实验室的位置和实验仪器三维展示等内容。学员可以在实验开始前通过虚拟实验平台了解实验室的情况、实验步骤和实验器材的细节，有助于学员更快速地掌握实验。

2.4模型展示模块

学员可以全视角地看到实验仪器的外观和结构，学员还可以看到模型的渲染图片和运动仿真视频。

2.5后台管理系统

后台管理系统的权限只对管理员开放。管理员可以发布信息、查看学员的学习情况。

3机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的特征

和其他信息发布类网站不同，基于网页的虚拟实验室可以有效地解决高校实验室建设中的资金不足、实验器材匮乏、学员与实验器材接触少等问题。

机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的特征主要包括[2]：

（１）机械工程虚拟实验室建设中的模型重建具有资源共享性。通过网页平台建立的虚拟实验室不仅可以为本校的学员提供教学资源还可以为其他的院校提供同样的教育资源。院校之间可以通过虚拟实验室这个平台实现交流、分享、学习和技术之间的互通有无。任何一所高校的资源都是有限的，只有通过教学资源的共享才能实现最大的共赢。

（2）机械工程虚拟实验室建设中的模型重建具有交互性。通过访问虚拟实验室的网络平台，学员可以知道实验课程的通知、实验课程的内容、实验过程的操作步骤和实验仪器的模型展示等有助于高效完成实验的信息。甚至学员可以在虚拟实验室网络平台上完成实验的所有内容。虚拟实验室的功能使学员可以和网络平台实现很好的交互。

（３）虚拟实验室建设中的模型重建具有仿真性。虚拟实验室网络平台通过实验器材展示，学员可以很直观地全视角地看到实验器材的的外观、结构和内部细节。学员还可以将模型下载，用相关的专业建模打开，进行模型的研究以达到熟悉建模软件的目的。

4机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的管理与维护

机械工程虚拟实验室是基于网页平台搭建的，网络安全、信息添加、后台管理等需要有专门的人员来管理与维护。管理与维护的内容主要包括[3]：

（1）网络安全方面要抵御黑客的恶意攻击，保证学员的信息安全，防止出现网站无法访问的情况。

（2）信息添加方面要及时更新虚拟实验室的信息，保证学员在第一时间获得关于实验室的最新消息。对于新到的仪器设备要尽快做好录入工作。

（3）后台管理方面需要了解学员的登入登出情况，掌握学员的学习进度以便制定更加合理的教学计划。同时保证后台的上传文件、编辑文章、发布信息的功能能够正常运行。

5机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的意义

机械工程虚拟实验室给学员提供了良好的交互性的虚拟实验室环境。学员可以不受时间地点的限制访问虚拟实验室进行实验。机械工程虚拟实验室的意义主要包括[4]：

（1）突破了时间和地点的限制。虚拟实验室平台是基于网页的虚拟环境，学员可以随时随地访问，进行相关的实验学习，实验将不局限于有型的实验室教学。学员可以就自己感兴趣的项目多加了解，适用于个性化教育的理念。

（2）节约建设经费。机械工程虚拟实验室的设备都是“虚拟”的，学员可以自定义设备的功能。设备可以多次循环使用，无需投入高昂的维修费用。虚拟设备不占用空间无需担心存放空间不足的问题。

（3）改变了实验教育观念和教学手段。虚拟实验的创造的交互环境，鼓励学员自主设计、自主探索。学员通过自身与网页的交互获得实验的技能，具体形象地了解实验的相关知识，大大提高了学员掌握实验操作的能力。

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参考文献

［1］舒炎泰,薛飞.Internet上的虚拟实验室[J].电子科技导报,1998,2:15.

［2］张义刚.基于Web技术的网络虚拟实验室系统关键技术研究[D].2006,5.

［3］袁永昌,周振军.基于网络的虚拟实验室的设计和构建[J].实验室科学,2005,6.

［4］吴俊杰.虚拟实验室在高校中的应用探讨[J].计算机工程应用技术,212,1.

［责任编辑：汤静］