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虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR),是出现于20世纪80年代末的一种计算机领域的最新技术,它以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化并与使用者相互作用的三维世界,在视、听、触、摸等感知行为的逼真体验中,使参与者可以获得直接参与以及探索虚拟对象在所处的环境中的作用与变化的感受。虚拟现实技术已在娱乐、医疗、工程和建筑、教育和培训、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用,是21世纪广泛应用的一种新技术。 在教育领域,虚拟现实技术也具有广泛的作用和影响,为学生提供生动、逼真的学习环境,使学生成为虚拟学习环境的一名参与者,这对调动学生的学习积极性,突破教学的重点、难点,培养学生的技能都将起到积极的作用。在教学改革中,实践环节成为学生(尤其是理工科类学生)深刻理解理论知识的一个重要方面,成为教学中不可缺少的重要组成部分。目前许多高校实验室存在教学设备陈旧、教育资金不足,难以满足日益增长的学生的需求和跟上科学技术日新月异发展步伐等问题,随着微型计算机的性能迅速增强,虚拟现实技术的迅速发展,在教学、科普教育和技术研究领域中应用虚拟实验室成为可能。如何在网络上创建虚拟实验室,使学生在网上远程操作实验,成为一个重要的研究课题。 所谓虚拟实验室,是指利用虚拟现实技术实现的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。本文阐述了虚拟实验室研制的重要意义,分析了虚拟实验室的特点和应具备的主要功能,介绍了运用虚拟现实技术建立网络虚拟实验室的关键技术和设计原则,提出了基于Web的虚拟实验室模型、体系结构、实现方案。说明了实现虚拟实验室必须解决的三个关键问题:虚拟实验环境的建立和元器件的建模、虚拟实验的操作及实验现象的演示、虚拟实验中交互功能的实现。 本文对实现虚拟实验系统的工具如Java、F1ash、VRML、Active X、QTVR等的特点进行了分析,指出它们适合设计虚拟实验的原因,比较了它们之间的优缺点;讨论了如何利用VRML和ASP实现网上三维人机交互技术。通过分析,本文得出在远程教育中建立虚拟实验室是必要的而且可行的结论,同时对如何将虚拟现实技术引入到虚拟实验室中,如何用VRML、ASP、EDA设计《计算机组成原理》网络虚拟实验系统提出了解决方案。最后,对全文进行了总结,指出了进一步努力的方向,对结合虚拟现实技术的网上教育的发展趋势进行了展望。