慕课环境下虚拟实验室建设研究

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1、慕课环境下虚拟实验室建设研究摘要：三维虚拟实验系统营造高度真实的学习情境，“慕课”的兴起为虚拟实验教学提供了技术支持，使其具有实验资源共享和异地协作的特点。“慕课”环境下虚拟实验系统，支持多用户同时在线操作，在一定程度上改善了传统实验资源匮乏的弊端。通过使用虚拟仪器、模拟装置实现远程实践教学过程，形成知识、学习和实践环节一体化的教育新体系。Abstract：Thevirtualexperimentsystemofthreedimensionscreatesahighlyauthenticlearningenvironment.Theriseof’’MOOC

2、"providestechnicalsupportforvirtualexperimentteaching,whichmakesithasthecharacteristicsofexperimentresourcesharingandcooperationindifferentplaces.Inthecourseof"MOOC"，thevirtuallaboratorysystem,whichsupportsmulti-usersimultaneousonlineoperation，improvestheshortcomingsoftraditionale

3、xperimentalresourcestoacertainextent.Throughusingthevirtualinstrument，theremotepracticeteachingprocessisrealizedtoformtheneweducationsystemwhichtakestheknowledge,learningandpracticeasamacrocosm.关键词：MOOC；虚拟实验室；三维场景建模Keywords：MOOC；virtuallaboratory；3Dscenesmode中图分类号：G640文献标识码：A文章编号：

4、1006-4311(2017)09-0191-030引言近几年来随着科技的迅猛发展，传统实验教学模式己经不能满足当前需要，而虚拟实验技术的成熟发展成为一种强有力的教学辅助手段。它既解决了传统实验模式下实验资源不足的约束，共享教学资源，节约了教育成本，又能使学生可以不受地域空间和时间限制进行课程实验，更直观、方便的进行信息展示及交互。将虚拟现实技术引入实践教学环节己成为一种必然改革趋势，有利于培养学生的实践能力和创造能力，加快学生对知识的掌握与理解。1虚拟现实技术研究虚拟现实技术(VirtualReality,简称VR)是通过计算机集成技术模拟虚拟三维空间，

5、提供一个实时虚拟环境，具有“沉浸”、“交互”和“构想”3个基本特征［1］。虚拟世界里存在众多的对象，层次结构较为繁杂，通过对捕获的各类现实数据建模，以三维可视化和虚拟现实场景呈现。1.1三维环境建模三维建模需要利用获取的数据对整个系统涉及到的所有场景进行建模［2］。数据采集阶段在CAD绘制对象的标准图纸的基础上进行物体建模，之后导入3DMAX，采用这种方式降低对复杂物体建模的时候产生的误差，不仅可以提高建模的效率，而且可以达到既精确并且效果好的目的。虚拟场景的模型建立好之后，就要进行物理建模，包括模型的形状、材质、纹理、运动等。1.2实时渲染技术对虚拟现实

6、的场景和模型渲染的精细程度决定了虚拟现实场景的真实感的大小，虚拟场景呈现的帧率直接影响了用户体验，要做到虚拟场景和模型渲染程度尽量高的情况下做到用户浏览无卡顿，场景刷新帧率应该高于20帧/秒。1.3碰撞检测碰撞检测技术是在场景当中的物体上增加碰撞体，防止出现人物穿墙而过，增加真实感。可以检测两个物体之间的碰撞，也可以检测特定碰撞器之间的碰撞，甚至可以使用光线投射预先检测碰撞。常用的碰撞检测策略包括基本碰撞检测、触发器碰撞检测、光线投射等。冃前，虚拟现实技术己广泛应用在航空模拟、军事训练、游戏娱乐、教育等领域。利用虚拟现实技术建立虚拟实验室，提供网络实验教学

7、一体化管理功能，实现虚拟仪器及实验操作流程演示，使学生在互联网上完成相关实验，虚拟实验改善了传统实验由于条件的限制而导致的结果偏差。虚拟实验以其良好灵活的交互性以及对硬件资源要求的简易性等优点倍受网络实验教学的青睐，教师可构建有学生广泛参与的、随时更新的专业动态资源库，实现异地资源共享，还可以实现在线交流、考核测评等教学活动。2基于慕课的虚拟实验教学改革慕课教育理念是把优质教育资源通过网络在线的式低成本地展现。慕课教育具有规模性、开放性、在线性、参与自主性等特点［3］。借助网络教学平台，将实践教学内容、考核等环节从实验室解放出来，从而最大程度的降低教学投入

8、、提高教学质量。实践教学网络化改革的建设也促进了“慕课”平台建设的