簡(jiǎn)析基于web 的虛擬實(shí)驗平臺的設計論文
實(shí)驗是機械課程中必不可少的一部分，學(xué)生可以通過(guò)機械實(shí)驗操作更好的更深入理解所學(xué)的機械結構與機械理論，但當前受成本及空間的限制，很多高校的機械實(shí)驗體系并不是特別完善，且當前的實(shí)驗模式，多停留在實(shí)體模型操作階段，其實(shí)驗只能在實(shí)驗室里進(jìn)行，受空間及成本約束較大。而虛擬實(shí)驗平臺則不同，虛擬實(shí)驗平臺不受空間時(shí)間的限制，且其機械模型不需要維護與定期更換，大大降低了成本。因此，基于當前機械實(shí)驗現狀提出了虛擬實(shí)驗平臺的設計與開(kāi)發(fā)方案。
1 國內外虛擬實(shí)驗平臺現狀與分析
當前，國內外虛擬實(shí)驗平臺的搭建還是比較成功的，例如英國開(kāi)放的大學(xué)開(kāi)發(fā)的科學(xué)實(shí)驗室已基本能夠在線(xiàn)實(shí)現實(shí)體實(shí)驗室的所有功能，學(xué)生可以從網(wǎng)站上下載虛擬模擬儀器軟件進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)驗，也可以借助遙控儀器進(jìn)行遠程控制實(shí)驗。相對于國外，國內這方面的研究起步較晚，但也有不少成功的案例，例如北京航空航天大學(xué)的機械與控制工程虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心、吉林大學(xué)的機械虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心、華中科技大學(xué)的機械學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心等等�？傊�，當前虛擬實(shí)驗室技術(shù)雖然取得了一定的成果，但自身的實(shí)驗環(huán)境受一定時(shí)間和空間的限制，不能時(shí)時(shí)的提供給學(xué)生一個(gè)自主設計和分析的實(shí)驗環(huán)境。
2 虛擬實(shí)驗平臺的總體方案設計
2.1 虛擬實(shí)驗平臺的技術(shù)研究路線(xiàn)
2.1.1 以機械設計基礎實(shí)驗為開(kāi)發(fā)對象，分析其實(shí)驗內容及過(guò)程，采用統一建模語(yǔ)言UML 對平臺進(jìn)行業(yè)務(wù)流程分析，完成需求分析報告。
2.1.2 根據需求分析報告，對實(shí)驗平臺進(jìn)行概念設計(數據層)、業(yè)務(wù)邏輯層設計(各種被封裝的Web 實(shí)例) 和物理設計(功能設計)，進(jìn)而完成三層分布式體系結構設計和功能設計。
2.1.3 確定使用Visual Studio2015 設計開(kāi)發(fā)Web 程序，利用SQL Server2008 完成數據庫的開(kāi)發(fā)，選定Pro/Engineer、3D MAX、Unity3D等軟件進(jìn)行3D 模型的構建。
2.1.4 完成平臺詳細方案設計，包括虛擬實(shí)驗、實(shí)驗教學(xué)及平臺管理三大模塊。進(jìn)行開(kāi)放式虛擬實(shí)驗平臺的程序設計和數據庫開(kāi)發(fā)。
2.1.5 進(jìn)行虛擬實(shí)驗3D 模型的構建，利用Pro/Engineer、3D MAX、Unity3D 建立起所需要各部分機械零件模型。
2.1.6 完成實(shí)驗平臺各功能模塊的集成與測試，將Web 程序和3D 建模相結合，實(shí)現開(kāi)放式虛擬實(shí)驗平臺的機械虛擬仿真實(shí)驗功能。
2.1.7 完善并優(yōu)化開(kāi)放式虛擬實(shí)驗平臺，網(wǎng)上試運行。
2.2 虛擬實(shí)驗平臺的功能結構
基于虛擬現實(shí)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、Web 技術(shù)開(kāi)發(fā)一套功能完備、通用性強的適合Web 環(huán)境的開(kāi)放式虛擬實(shí)驗教學(xué)平臺，主要包括在線(xiàn)虛擬實(shí)驗、實(shí)驗教學(xué)管理及平臺管理維護三大功能，平臺的具體功能為在線(xiàn)虛擬實(shí)驗、在線(xiàn)作業(yè)、實(shí)驗報告的智能批改、在線(xiàn)交流討論和成績(jì)管理等，其中在線(xiàn)虛擬實(shí)驗重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了減速器拆裝實(shí)驗、常用機構和通用件認知實(shí)驗等。
3 虛擬實(shí)驗平臺的實(shí)現
本虛擬實(shí)驗平臺采用的開(kāi)發(fā)工具為Microsoft Visual Studio2015 和SQL Server 2008, 同時(shí)利用ASP.NET 技術(shù)和C#.NET 網(wǎng)頁(yè)編程語(yǔ)言，并結合ADO.NET 數據庫訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)完成了系統的開(kāi)發(fā)。本系統包含三個(gè)角色管理員、教師和學(xué)生，他們分別具有不同的操作權限。當登錄本系統后，管理員具有最高權限，可在其界面添加、修改、刪除用戶(hù);教師可通過(guò)在線(xiàn)頁(yè)面查詢(xún)實(shí)驗的開(kāi)放情況，并可以根據自己的課程情況開(kāi)放或關(guān)閉實(shí)驗;學(xué)生可通過(guò)在線(xiàn)系統預約、進(jìn)行實(shí)驗，并且可以在查詢(xún)界面查詢(xún)自己的實(shí)驗成績(jì)�，F已完全實(shí)現零件認知虛擬實(shí)驗和減速器拆裝虛擬實(shí)驗，零件認知實(shí)驗界面。減速器拆裝實(shí)驗界面，本平臺的減速器為一級減速器，其主要構件為箱蓋、箱座、齒輪軸、齒輪、軸承等零件和螺栓。學(xué)生可通過(guò)拖動(dòng)左側零件庫中的零件進(jìn)行減速器的安裝，在裝配完成后，可進(jìn)行減速器的拆除實(shí)驗。同時(shí)學(xué)生可通過(guò)工具欄進(jìn)行減速器零件參數的`測繪。
對于虛擬實(shí)驗，采用的開(kāi)發(fā)工具為CREO3.0 與Unity3D，其中，各種機械零件的建模均采用CREO3.0 軟件進(jìn)行建模，同時(shí)減速器的組裝也是使用CREO3.0 進(jìn)行裝配，利用CREO3.0 導出obj 文件，直接使用obj 文件將模型導入Uniyt3D 中，其虛擬實(shí)驗操作界面等部分均是采用Unity3d 技，對于模型按鈕的控制以及旋轉移動(dòng)，則使用的是Unity3D 中的腳本功能。
4結束語(yǔ)
基于web 的虛擬實(shí)驗平臺的開(kāi)發(fā)與實(shí)現，不僅大大降低了實(shí)驗室建設的成本，并且節約了時(shí)間、空間和材料。同時(shí)使學(xué)生可以不受時(shí)間空間的限制，隨時(shí)隨地的進(jìn)行機械實(shí)驗，吸引了學(xué)生的學(xué)習興趣，同時(shí)該平臺也是教師得力的教學(xué)工具。
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