仿真虚拟实验室架构理论和实现方法的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文仿真虚拟实验室的架构理论与实现方法研究姓名：吴超申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：刘志广20040613摘要计算机和互联网技术的飞速发展深刻地改变了人们的生活，在现实之外，形成了一个虚拟环境，并且与现实世界相互作用。作为虚拟环境的一部分，虚拟实验室(VL)对科学研究、教育培训等领域产生了目益重要的影响。对于VL的研究已经出现快速发展的趋势。其中，仿真虚拟实验室(E—vL)更是以其出色的性价比正在成为VL研究中的热点。针对E吖L的理论研究的不足，本论文对现有的E．vL理论进行了扩展与补充，以新的

2、理论为指导，完成了“有机化学仿真虚拟实验室”(有机化学E—VL)的研制与开发工作。并且从开发与应用方面对新理论进行了全面的验证，证实了所提出的新理论对E—vL的建立具有更有效的指导意义。本论文根据UNESC0对VL的定义，提出了新的VL分类方法。提取E—vL子类作为研究对象，在考察了大量的E-vL实例的基础上，结合前人的研究成果，对E—vL的架构理论从运行机制的角度进行了全新的表述，制定了E—vL模式的分类标准，归纳出了E—vL的四种实现模式(P—w、S’J、P和S模式)。在新的架构理论指导下，以大学基础有机化学实验为对象，

3、结合四种实现模式，使用FIash技术开发了“有机化学E．vL”(包含7个模块155个“虚拟单元”)。并且对于E—VL模式的发展作了预测和探索，得出E．VL的未来模式——I模式的结构。在“有机化学E—VL”的实现过程中，以“蒸馏虚拟实验”为重点，分别进行了在Actionscriptl和Acdons州pt2技术下的实现研究。以前者为技术手段实现了s模式虚拟实验，并得到了S模式向I模式过渡的一般方法；以后者为技术手段，首次在化学类E—vL中，采用了类与组件技术，为建立“二次开发型”VL开辟了有效途径。本论文从理论的高度对E—VL进

4、行了研究，得出了新的结论。以其指导建立的有机化学B．vL分别在“第七届全国多媒体教育软件大奖赛”和“Pirem矾TEIⅢETionalMultimediaAward2003”获奖，说明所做工作已经得到专家的认可，具备应用前景。同时也为以后的E．vL开发做出了理论与实践的有益探索。关键词：虚拟实验室，仿真，FIash，Actionscript，有机化学仿真虚拟实验室的架构理论与实现方法研究1．引言计算机和互联网技术的飞速发展深刻地改变了人们的生活。根据计算机工业年鉴统计预测，世界互联网用户2004年将达到9．45亿(中国有95

5、80万)；2005年将达到11亿：2006年将达到12．8亿。Ill截至2004年1月，我国上网用户总人数已达到7950万。【2】事实上，快速发展的数字技术、网络技术、多媒体技术，如：互联网、电子邮件、视频会议等等，已经重新定义了我们的生活、学习和工作环境【3】，即，在现实之外，形成了一个虚拟的(非物质的)环境，并且与现实进行互相作用，影响现实世界。作为虚拟环境中的一部分，虚拟实验室是现实中科学技术领域的镜像反映。虚拟实验室已经对科学研究、教育培训等领域产生了越来越重要的影响。因此对于虚拟实验室的研究已经形成了一种新的趋势。

6、‘¨1LL虫n：2004年5月23日，使用google进行“虚拟实验室”搜索，有63，600项符合要求的查询结果；“virtuallaboratory”，有1，790，000项符合要求；“virtuallab”，有2，620，000项符合要求；2003年10可以查到的相关论文约有25篇，2004年4月可查到的相关论文已经超过100篇。近年来，美国国家科学基金(NSF)已经开始资助多个虚拟实验室研究项目。最多的投资达到4亿美元，比较少的也有一两百万美元。【¨12]1．1虚拟实验室的基本概念虚拟实验室以其自身的特点影响着科学技术

7、领域，是对于传统科学技术领域的补充。虚拟实验室广泛地用于科技的各个领域，在研究、教学、培训中起着不可替代的作用。因此确定虚拟实验室的内涵，细分虚拟实验室的作用领域，才能更有效地研究虚拟实验室。1．1．1虚拟实验室的定义联合国教科文组织(UNESCO)采用已被广泛接受的虚拟实验室的定义(VirtualLaboratory，简称VL)【4】：为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息通讯技术产生并发布结果的电子工作室。1．1．2虚拟实验室的理论分析由于虚拟实验室是近年来才迅速发展的科技领域，目前还缺少成熟的理论(后

8、文将对现有理论进行扩展，详情见第二部分)；下面将现有理论【5J作以总结，简要地加以说明。虚拟实验室由虚拟实验组成。虚拟实验可以用以下公式表示：E(V)=M+m(1-1)即，Experiment(Virtual)=Materials+method(1-2)上面的公式基于这一思想(见图1—1)