基于3D和Virtools技術的物理虛擬實驗室的設計與實現

葉勇

摘 要：物理模擬實驗室設計的過程中，需要加強對3D及Virtools技術的深入理解，從不同的方面注重對這些技術實際作用效果的綜合評估，確保最終設計得到的物理虛擬實驗室使用中能夠達到預期的效果。基于此，該文將對基于3D和Virtools技術的物理虛擬實驗室的設計與實現進行必要的探討，以便為相關的研究工作開展提供可靠的參考依據。

關鍵詞：3D Virtools技術 物理虛擬實驗室 參考依據 設計

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0120-02

結合物理虛擬實驗室設計的具體要求，合理運用3D及Virtools技術，明確設計目標，加強對設計方案的不斷優化，有利于完善物理虛擬實驗室長期使用中的服務功能，最大限度地滿足實際生產活動的各種要求。文中通過對3D和Virtools技術相關內容的闡述，客觀地說明了靈活運用這些技術對于物理虛擬實驗室設計與實現的重要性。

1 基于3D和Virtools技術的物理虛擬實驗室的設計要點分析

1.1 物理虛擬實驗室架構確定

基于3D和Virtools技術實現物理虛擬實驗室設計目標時，應加強C/S或B/S架構的合理運用。物理虛擬實驗室架構主要是由服務器端與客戶端組成。其中，結合Virtools技術的優勢選擇可靠的插件方式，有利于完善物理實驗室客戶端的服務功能。當采用直接瀏覽的方式時，選擇的是可靠的C/S結構。而服務器端為物理模擬實驗室的正常運行提供了良好的實驗平臺，確保了各種實驗儀器及運行程序的正常使用。

1.2 實驗室參考模型設計分析

結合物理模擬實驗室的實際作用，可知其包含了許多不同類型的實驗。在構建實驗室參考模型的過程中，需要明確這些方面的設計要點：（1）將每個實驗看做一個智能實驗室模塊，實驗室使用中應及時地激活這些模塊；（2）從實驗介紹、實驗組裝、實驗設置、數據處理等方面完善實驗室的服務功能；（3）運用Virtools技術的多個場景統一管理技術的作用，優化物理虛擬實驗室使用中的資源配置。虛擬實驗室模型如圖1所示。

1.3 物理虛擬實驗室模塊功能分析

在物理虛擬實驗室設計的過程中，需要合理地設置儀器的編輯模塊、實驗組裝及控制模塊、實驗數據處理模塊。其中，儀器編輯模塊中儀器模型構建的過程中，由于Virtools本身沒有建模的功能，所以一般建模方法是采用建模軟件來實現，如，3DMAX或Maya等。用3DMAX制作三維器件后以NMO格式保存文件（導出NMO格式文件需要安裝相應的Max Exporter（插件），然后在Virtools中導入所生成的NMO文件，從而產生了實驗儀器的原始檔，確保了儀器的逼真性；在設置實驗組裝及控制模塊時，需要在實驗平臺的支持下獲取3D實驗儀器，結合組成規則、組成流程、注意事項等進行正確的組裝，結合實驗數據庫的優勢，增強實驗組裝的合理科學性。同時，當獲得3D虛擬實驗室后，應明確其中的控制要點；實驗數據處理模塊設置時應運用Virtools Sever，便于各種數據的有效處理。

1.4 物理虛擬實驗室數據庫的構建

構建可靠的物理虛擬實驗室數據庫的過程中，應從這些方面入手：（1）結合物理實驗報告分析、實驗標準要求、物理數據分析等，優化數據庫的服務功能；（2）加強VEDA實驗數據分析方法的合理運用；（3）確保物理實驗數據的完整性，合理設置數據分類存儲功能，增強數據庫的適用性，并通過對不同字段結構表的設置，提升數據彈性管理水平。

2 基于3D和Virtools技術的物理虛擬實驗室的實現

通過對3D和Virtools技術合理運用，實現物理虛擬實驗室的有效構建。為了使實驗室能夠處于穩定的工作狀態，需要從這些方面入手：（1）運用3D技術實現對物理虛擬實驗室實驗臺、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行模擬分析；（2）建立可靠的仿真系統，對實驗數據及實驗內容進行仿真測試；（3）結合3D和Virtools技術的作用，實現物理虛擬實驗室實驗操作模塊的交互，確保其中的視角交互、實驗儀器交互、信息提示交互等可以達到物理虛擬實驗室建設的具體要求。

3 結語

通過對基于3D和Virtools技術物理虛擬實驗室設計與實現內容的有效分析，為現代化物理虛擬實驗室服務水平的提升帶來了重要的保障作用，一定程度上增強了這種實驗室的適用性。因此，未來物理虛擬實驗室設計工作開展的過程中，需要加強3D和Virtools技術的合理運用，優化實驗室設計方案的同時豐富具體的設計內容，逐漸擴大物理虛擬實驗室的實際應用范圍。

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