【摘要】：隨著虛擬實驗技術的不斷成熟,虛擬實驗室在教育領域的應用價值也越來越高,它一方面可以輔助學校的科研工作,另一方面在實驗教學中也具有交互性,可展示性,使學生易理解,具有趣味性,易維護等優(yōu)點。虛擬實驗室相對于傳統的實驗室,最大的特點在于它是與真實的實驗環(huán)境相分離的,與此同時又給實驗操作員一個身臨其境的實驗平臺,操作員可以在實驗室中隨心所欲的創(chuàng)建各種實驗,同時又不會給生產環(huán)境帶來風險。因此,建立一套廣泛應用的虛擬實驗室已被很多高校列入計劃當中。其中,虛擬儀器及虛擬儀表的設計,作為執(zhí)行實驗的部件,用于展現一個完整的實驗,而界面作為人機交互的門面,操作員通過界面上的文字描述及儀器列表可以輕松地選擇儀器進行組裝實驗,達到虛擬教學的目的。本文采用游戲開發(fā)引擎Delta3D搭建整個虛擬實驗系統,其中QT作為一個開源的GUI庫與Delta3D的API進行整合,使用QT來進行儀器相關的二級界面的開發(fā),同時使用3DS MAX模型制作軟件來進行三維儀器的設計,osg Gauge是OSG的一個擴展類庫,主要功能就是設計二維的虛擬儀表盤,本文將osg Gauge底層代碼重新封裝,把它變?yōu)镈elta3D中的dtGauge模塊,這樣就可以設計三維虛擬儀器上的儀表盤。之后,設計一系列的通用模板代碼,使用者只需要改變模型或者使用不同的貼圖,就可以得到功能類似的虛擬儀器,將模板代碼導出,即可變成一套儀器開發(fā)庫。本文設計了一系列的模型和貼圖來測試其功能,包括電流表、電壓表、萬用表、汽車儀表盤,以及實驗中用到的其它模型。最后,本文利用開發(fā)完成的儀器編程實現了一個虛擬實驗并進行演示,利用本虛擬實驗系統,可以進行擴展,只需要根據需求進行相關的模型設計即可編程實現。作為課堂教學的補充,本系統提供給學生更多的是對物理實驗的認知感,普及基礎教育并且激發(fā)學生的學習興趣。同時也解決了許多實際問題:一些中小學實驗經費不足,實驗設備質量不高、數量不足等問題。
[Abstract]:With the development of virtual experiment technology, the application value of virtual laboratory in the field of education is more and more high. On the one hand, it can assist the scientific research work of the school, on the other hand, it can also be interactive and demonstrable in experimental teaching. Make students easy to understand, interesting, easy to maintain and other advantages. Compared with the traditional laboratory, virtual laboratory is characterized by its separation from the real experimental environment, and at the same time, it gives the experimental operator an immersive experimental platform. Operators can create experiments in the lab as they wish without putting the production environment at risk. Therefore, the establishment of a set of widely used virtual laboratories has been included in many colleges and universities. Among them, the design of virtual instrument and virtual instrument, as part of the experiment, is used to show a complete experiment, and the interface is used as the facade of human-computer interaction. The operator can easily select the instrument to assemble experiment through the text description and instrument list on the interface to achieve the purpose of virtual teaching. In this paper, the game development engine Delta3D is used to build the whole virtual experiment system, in which QT is integrated with Delta3D API as an open source GUI library, and QT is used to develop the secondary interface related to the instrument. At the same time, the design of 3D instrument using 3DS MAX model making software is an extended class library of OSG. The main function is to design two-dimensional virtual instrument panel. This paper reencapsulates the bottom code of osg Gauge and turns it into dtGauge module in Delta3D. In this way, the instrument panel on the three-dimensional virtual instrument can be designed. After designing a series of general template codes, users need only change the model or use different maps to get virtual instruments with similar functions. The template code can be exported to a set of instrument development libraries. In this paper, a series of models and maps are designed to test their functions, including ammeter, voltmeter, multimeter, vehicle dashboard, and other models used in the experiment. Finally, a virtual experiment is realized and demonstrated by the instrument programming. The virtual experiment system can be extended and can be programmed only by designing the relevant model according to the requirement. As a supplement to classroom teaching, this system provides students with more cognitive sense of physics experiments, popularizes basic education and arouses students' interest in learning. At the same time, many practical problems have been solved, such as insufficient experimental funds, low quality and insufficient quantity of experimental equipment in some primary and secondary schools.
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：G424;TP391.9

【參考文獻】

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4 胡麗娜;;淺談高中物理教學中多媒體技術的運用[J];新課程研究(基礎教育);2010年03期

5 孫倩;;基于3DS MAX的三維建模及其在Virtools環(huán)境中的應用[J];中國科技信息;2008年12期

6 胡珊;于光;周明秀;譚良;楊春;;基于3D和VIRTOOLS技術的物理虛擬實驗室架構設計[J];計算機工程與設計;2008年01期

7 黃慕雄;高校教學型虛擬實驗室建設的現狀與建議[J];電化教育研究;2005年09期

8 檀鵬,張樹楊;虛擬現實開發(fā)平臺系統的研究及實現[J];徐州師范大學學報(自然科學版);2005年02期

9 郝欣;以用戶為中心的DCS操作員站人機界面設計[J];東北電力技術;2005年05期

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3 繆琦;多域單點登錄系統的設計與實現[D];北京郵電大學;2007年

4 張翱e，

本文編號：2175714