【摘要】：由于傳統(tǒng)實驗受空間、時間、實驗硬件條件和學(xué)生安全等諸多因素的影響,傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式很難滿足實驗教學(xué)和學(xué)生自主實驗的要求。結(jié)合理化(物理和化學(xué))實驗訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的需求分析和實驗教學(xué)要求以及VR(Virtual Reality)中虛實結(jié)合的思想,依據(jù)視覺上要有真實性,關(guān)鍵過程和機理要呈現(xiàn),操作訓(xùn)練要突出的設(shè)計理念和開放性、高交互性、智能性和嚴謹性的設(shè)計原則,實現(xiàn)了集實驗教學(xué)、自主訓(xùn)練和智能測評功能于一體的實驗訓(xùn)練仿真系統(tǒng)。本文通過對虛擬實驗室架構(gòu)的研究、分析和VR系統(tǒng)的形式化描述提出針對理化實驗中基于建模技術(shù)的現(xiàn)實目標抽象過程:通過采用層次化結(jié)構(gòu)幾何建模方法和面向?qū)ο蠛徒M件技術(shù)的物理特性建模方法,完成現(xiàn)實實驗部件的外形和物理特性的抽象;按照真實實驗中部件的功能關(guān)系和操作規(guī)范,采用基于建立關(guān)系規(guī)則庫的方法,抽象出虛擬部件關(guān)系建立和解除的模型,完成現(xiàn)實部件間邏輯關(guān)系的映射;依據(jù)現(xiàn)實實驗的過程和原理,采用基于建立知識庫和數(shù)學(xué)建模的方法,構(gòu)建出物體反應(yīng)過程和物體相互作用等過程模型,完成實驗原理和過程的真實呈現(xiàn)。本文在虛擬實驗設(shè)計中,首先結(jié)合真實實驗規(guī)律和操作要點設(shè)計實驗情景動作腳本的編寫要求和規(guī)范,它是目標抽象所用方法的依據(jù)。然后,按照現(xiàn)實目標抽象過程,采用建模和渲染軟件分別對理化實驗中常用部件進行外形建模和渲染;根據(jù)理化實驗中部件的邏輯功能關(guān)系,設(shè)計控制虛擬部件相互作用條件的部件關(guān)系模型;理化實驗中涉及過程模型眾多,設(shè)計了可以根據(jù)預(yù)置化學(xué)方程式信息自動推斷和進行化學(xué)計算的化學(xué)反應(yīng)過程模型,捕獲用戶實驗動作并能做出智能分析的動作測評模型和實現(xiàn)平臺化學(xué)方程式書寫和測評的模型。
[Abstract]:Because the traditional experiment is influenced by many factors, such as space, time, hardware condition and student safety, the traditional experimental teaching method is difficult to meet the requirements of experimental teaching and students' independent experiment. Combining the requirement analysis of physical and chemical experiment training simulation system and the requirement of experiment teaching and the idea of combining reality and reality in VR (Virtual Reality), according to the visual reality, the key process and mechanism should be presented. The operation training should emphasize the design principle of opening, high interactivity, intelligence and preciseness, and realize the experiment training simulation system which integrates the function of experiment teaching, independent training and intelligent evaluation. Based on the research of virtual laboratory architecture, Based on the analysis and formal description of VR system, the abstract process of realistic object based on modeling technology in physical and chemical experiments is proposed: by adopting hierarchical structure geometric modeling method and physical characteristic modeling method based on object oriented and component technology. The abstract of the shape and physical characteristics of the real experimental parts is completed. According to the functional relationship and operation specification of components in real experiments, the model of virtual component relationship establishment and resolution is abstracted by using the method of establishing relation rule base, and the mapping of logic relation between real parts is completed. According to the process and principle of the real experiment, the process model of the reaction process and the interaction of the object is constructed by using the method of building the knowledge base and the mathematical modeling, and the real presentation of the experiment principle and process is completed. In the virtual experiment design, the author first designs the writing requirements and specifications of the experimental scene action script, which is the basis of the method of objective abstraction. Then, according to the abstract process of realistic object, modeling and rendering software are used to model and render the common parts in physical and chemical experiments. According to the logical functional relationship of components in physical and chemical experiments, a component relation model is designed to control the interaction conditions of virtual components. There are many process models involved in physical and chemical experiments. A chemical reaction process model which can be automatically inferred and calculated according to the information of preset chemical equations is designed. The action evaluation model which captures the user's experimental action and can make intelligent analysis and the model that realizes the writing and evaluation of the chemical equation of the platform.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.9

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本文編號：2408546