nobook虚拟实验室下载(基于WEBGL的虚拟实验室开发)

1虚拟实验室的概念1989年，美国的威廉沃尔夫教授提出了虚拟实验室的概念，用来描述具有计算机网络的虚拟实验室环境。所谓虚拟实验室是一种能够在虚拟现实技术下进行虚拟实验操作的实验系统，它包括实验仪器设备、实验对图像、实验室环境以及相关的实验信息资源。它不仅可以是真实实验室的体现，还可以通过虚拟概念形成。2虚拟实验室的基本特征虚拟实验室应具备一些基本特征[2]:(1)与现实的一致性(或现实的延伸)；(2)互动性强；(3)实施的信息反馈；(4)多人合作的功能；(5)具有一定的智能特征。近年来，个人计算机的性能得到了迅速提高，在很大程度上满足了虚拟实验室的要求。在现实世界中困难或费时、费力和费钱的对实验，可以通过计算机建立能客观反映现实世界规律的虚拟仪器来代替。虚拟实验室的建立可以使实验者在计算机上进行虚拟实验和虚拟预测分析，操作实验仪器，观察动态过程，还可以改变实验条件和数据，总结变化规律。虚拟实验室中三维空间的创造让实验者感觉自己就在那里。是一个3D绘图标准，它允许JavaScript和OpenGL ES 2.0相结合。通过添加OpenGL ES 2.0的JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，使网络开发人员可以借助系统显卡在浏览器中更流畅地显示3D场景和模型，并创建复杂的导航和数据可视化。WebGL技术标准避免了为网页开发特殊渲染插件的麻烦，并且可以用来创建具有复杂3D结构的网页，甚至可以用来设计3D网络游戏。WebGL完美地解决了现有网络交互3D动画的两个问题：第一，它通过超文本标记语言脚本本身实现了网络交互3D动画的制作，不需要任何浏览器插件的支持；其次，它利用底层图形硬件的加速功能来渲染图形，这是通过统一的、标准的、跨平台的OpenGL接口来实现的[3]。虚拟实验室平台的设计该虚拟实验室是基于WebGL标准的虚拟实验教学平台，在国内还是一种新的尝试。过去，由Web3D开发的应用程序必须在运行时安装插件和专有的客户端软件，但这个虚拟实验系统可以直接访问WebGL支持的浏览器，并且具有较高的3D效果、较强的沉浸感、良好的实验场景，以及体验和学习相关的实验操作[4]。4.1实验系统平台架构图该虚拟实训室是基于网络教学语言技术开发的平台。学生在操作过程中需要使用JS库。它可以直接调用JS库来完成图形和图像处理。GLGE库：GLGE是一个封装WebGL的JavaScript库，可以降低使用WebGL的难度。他提供了一个本地浏览器的JavaScript应用编程接口，可以直接访问，允许应用程序被2D/3D硬件加速，而无需下载任何插件。WebGLU库：WebGLU是WebGL和GLU的组合，提供封装，将相机放置在场景中或者提供简单的几何元素。这两个库的调用可以完成很多功能，如相机控制、模型建模、场景构建、光线碰撞、线条绘制、阴影投影、场景边界检测、界面结构和实现等。Ajax引擎：Ajax不是一种编程语言，而是一种用于创建更好、更快、更具交互性的网络应用程序的技术。通过Ajax引擎，这个虚拟实验室中的JavaScript可以使用XMLHttpRequest对映像直接与服务器通信。这样，JavaScript可以在不重新加载页面的情况下与网络服务器交换数据，这样网页就可以从服务器请求少量信息，而不是整个页面。

并且可以使互联网应用程序更小、更快、更友好[5]。4.2虚拟实验过程的设计前一次虚拟实验的操作模式和步骤如下：第一步是操作者点击鼠标或键盘进入“进入”虚拟实验室，下一步是“来到”指定的操作平台，根据实验内容用鼠标或键盘点击、拖动和添加虚拟组件来完成实验，最后一步是获得实验结果并对实验进行总结。然而，在完成了刚才的步骤之后，这个测试系统仍然有一些不是“虚拟”的部分。根据刚才总结的要点，去培训现场对培训设备进行操作和验证。虚拟实验室和实训室连接在一起，类似于综合工作室的模式[6]。4.3建立虚拟实验室所需的场景和设备建立一个名为level.xml的XML文件，用于建立虚拟实验室所需的场景和资源。4.3.1定义网格(1)建立1*1*1像素立方体和36个定点矩阵。

-1.000000，1.000000，0.000000，

1.000000，1.000000，0.000000，

1.000000，1.000000，1.000000。

(2)建立法线(3)建立紫外线。4.3.2定义材质(1)建立材质贴图(2)建立2)紫外线模型(4.3.3定义相机)建立相机需要调整位置和旋转来实现3D视图效果。4.3.4定义场景(1)建立主场景的名称。(2)建立主摄像机(3)在由环境颜色4.3.5对象(1)定义的场景中建立实体对图像模型。(2)定义场景中实体对图像的材质。(3)定义实体对图像在场景中的位置。(4)定义场景中的实体对图像缩放。(5)定义场景中实体对图像的旋转。近年来，人工智能、网络技术、模糊控制等技术发展迅速，为解决这些问题开辟了许多新的途径。三维虚拟实验室为学生提供了新的实验方法，将学生与实验仪器联系起来，在增强和拓展实验教学功能方面发挥了作用[7]，这对改革传统教学方法，提高教学质量，共享对教育资源具有前所未有的意义