基于3D和Virtools技術(shù)的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葉勇

摘 要：物理模擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)3D及Virtools技術(shù)的深入理解，從不同的方面注重對(duì)這些技術(shù)實(shí)際作用效果的綜合評(píng)估，確保最終設(shè)計(jì)得到的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室使用中能夠達(dá)到預(yù)期的效果。基于此，該文將對(duì)基于3D和Virtools技術(shù)的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行必要的探討，以便為相關(guān)的研究工作開(kāi)展提供可靠的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3D Virtools技術(shù) 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室 參考依據(jù) 設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0120-02

結(jié)合物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的具體要求，合理運(yùn)用3D及Virtools技術(shù)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)方案的不斷優(yōu)化，有利于完善物理虛擬實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期使用中的服務(wù)功能，最大限度地滿足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)的各種要求。文中通過(guò)對(duì)3D和Virtools技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的闡述，客觀地說(shuō)明了靈活運(yùn)用這些技術(shù)對(duì)于物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的重要性。

1 基于3D和Virtools技術(shù)的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1.1 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)確定

基于3D和Virtools技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)C/S或B/S架構(gòu)的合理運(yùn)用。物理虛擬實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)主要是由服務(wù)器端與客戶端組成。其中，結(jié)合Virtools技術(shù)的優(yōu)勢(shì)選擇可靠的插件方式，有利于完善物理實(shí)驗(yàn)室客戶端的服務(wù)功能。當(dāng)采用直接瀏覽的方式時(shí)，選擇的是可靠的C/S結(jié)構(gòu)。而服務(wù)器端為物理模擬實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)行提供了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，確保了各種實(shí)驗(yàn)儀器及運(yùn)行程序的正常使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)室參考模型設(shè)計(jì)分析

結(jié)合物理模擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際作用，可知其包含了許多不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)。在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室參考模型的過(guò)程中，需要明確這些方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）將每個(gè)實(shí)驗(yàn)看做一個(gè)智能實(shí)驗(yàn)室模塊，實(shí)驗(yàn)室使用中應(yīng)及時(shí)地激活這些模塊；（2）從實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)組裝、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理等方面完善實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)功能；（3）運(yùn)用Virtools技術(shù)的多個(gè)場(chǎng)景統(tǒng)一管理技術(shù)的作用，優(yōu)化物理虛擬實(shí)驗(yàn)室使用中的資源配置。虛擬實(shí)驗(yàn)室模型如圖1所示。

1.3 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室模塊功能分析

在物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要合理地設(shè)置儀器的編輯模塊、實(shí)驗(yàn)組裝及控制模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊。其中，儀器編輯模塊中儀器模型構(gòu)建的過(guò)程中，由于Virtools本身沒(méi)有建模的功能，所以一般建模方法是采用建模軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如，3DMAX或Maya等。用3DMAX制作三維器件后以NMO格式保存文件（導(dǎo)出NMO格式文件需要安裝相應(yīng)的Max Exporter（插件），然后在Virtools中導(dǎo)入所生成的NMO文件，從而產(chǎn)生了實(shí)驗(yàn)儀器的原始檔，確保了儀器的逼真性；在設(shè)置實(shí)驗(yàn)組裝及控制模塊時(shí)，需要在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支持下獲取3D實(shí)驗(yàn)儀器，結(jié)合組成規(guī)則、組成流程、注意事項(xiàng)等進(jìn)行正確的組裝，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)組裝的合理科學(xué)性。同時(shí)，當(dāng)獲得3D虛擬實(shí)驗(yàn)室后，應(yīng)明確其中的控制要點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置時(shí)應(yīng)運(yùn)用Virtools Sever，便于各種數(shù)據(jù)的有效處理。

1.4 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

構(gòu)建可靠的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，應(yīng)從這些方面入手：（1）結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求、物理數(shù)據(jù)分析等，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)功能；（2）加強(qiáng)VEDA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法的合理運(yùn)用；（3）確保物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，合理設(shè)置數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)功能，增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)的適用性，并通過(guò)對(duì)不同字段結(jié)構(gòu)表的設(shè)置，提升數(shù)據(jù)彈性管理水平。

2 基于3D和Virtools技術(shù)的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)對(duì)3D和Virtools技術(shù)合理運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的有效構(gòu)建。為了使實(shí)驗(yàn)室能夠處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，需要從這些方面入手：（1）運(yùn)用3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)臺(tái)、窗簾、植物等不同組成部分的建模，并在三維模型的作用下進(jìn)行模擬分析；（2）建立可靠的仿真系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真測(cè)試；（3）結(jié)合3D和Virtools技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)操作模塊的交互，確保其中的視角交互、實(shí)驗(yàn)儀器交互、信息提示交互等可以達(dá)到物理虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)基于3D和Virtools技術(shù)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的有效分析，為現(xiàn)代化物理虛擬實(shí)驗(yàn)室服務(wù)水平的提升帶來(lái)了重要的保障作用，一定程度上增強(qiáng)了這種實(shí)驗(yàn)室的適用性。因此，未來(lái)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的過(guò)程中，需要加強(qiáng)3D和Virtools技術(shù)的合理運(yùn)用，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)方案的同時(shí)豐富具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容，逐漸擴(kuò)大物理虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際應(yīng)用范圍。

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