基于SolidWokes的虛擬實(shí)驗(yàn)室畢業(yè)論文.doc

目錄1引言.22虛擬實(shí)驗(yàn)室.22.1虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念.32.2虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn).32.3虛擬實(shí)驗(yàn)室主要具有下述主要功能:.32.4虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在教學(xué)中的要點(diǎn)問(wèn)題.42.5虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在教學(xué)中的意義.53關(guān)于SolidWorkers.64虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立.64.1螺紋連接和螺紋旋傳動(dòng).64.1.1螺紋的簡(jiǎn)介.64.1.2螺紋的畫(huà)法.74.2鍵、花鍵、無(wú)鍵連接和銷連接.94.2.1鍵的簡(jiǎn)介.94.2.2鍵的畫(huà)法.104.3滑動(dòng)軸承.124.3.1滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介.124.3.2滑動(dòng)軸承的畫(huà)法.124.4滾動(dòng)軸承.134.4.1滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)介.134.4.2滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)實(shí)例.135虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)形式.185.1虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立.185.2虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)形式.196虛擬實(shí)驗(yàn)室的前景展望.197結(jié)束語(yǔ).20致謝.20參考文獻(xiàn).201引言許多研究工作表明，使用豐富的教學(xué)方法和教學(xué)手段對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有非常重要的意義。利用計(jì)算機(jī)教學(xué)是當(dāng)今和未來(lái)各層次教育發(fā)展的一個(gè)重要方面，在高等教育中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)還遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮計(jì)算機(jī)這一現(xiàn)代化高科技設(shè)備的作用。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)對(duì)理工科來(lái)說(shuō)，除利用文字、聲音和圖像等多媒體功能外，還應(yīng)該利用計(jì)算機(jī)模擬和仿真各種實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的新的人機(jī)接口技術(shù)，它有三個(gè)重要的特征高度的沉浸感、可信度和交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)是讓使用者盡可能地相信自己真的處在計(jì)算機(jī)所生成的環(huán)境中，而不是一個(gè)外部的觀察者。在一個(gè)理想的虛擬環(huán)境中，使用者根本無(wú)法確定他們面對(duì)的計(jì)算機(jī)所仿真的環(huán)境還是面對(duì)的一個(gè)真實(shí)世界15。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中取得的效果。目前，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代信息化社會(huì)的到來(lái)正一步步推動(dòng)高等學(xué)校教育改革，學(xué)生對(duì)教師的依賴性減少，課堂教學(xué)受到挑戰(zhàn)，在網(wǎng)絡(luò)上建立電子教室、電子黑板，學(xué)生在網(wǎng)上虛擬大學(xué)學(xué)習(xí)的新型教育模式已悄然而致。在遠(yuǎn)程教學(xué)模式中特別需要建立和應(yīng)用基于飛網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是多數(shù)工程類課程和應(yīng)用類課程的重要一環(huán)，缺少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手的機(jī)會(huì)，課程的教學(xué)效果將大打折扣。一個(gè)好的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)尤其是乃刃網(wǎng)上運(yùn)行的系統(tǒng)則是人們快速、廉價(jià)地獲取各種知識(shí)和技能的重要場(chǎng)所。從目前國(guó)際和國(guó)外所建立的虛擬實(shí)驗(yàn)室來(lái)看，大部分虛擬實(shí)驗(yàn)室都停留在演示階段，還達(dá)不到驗(yàn)證學(xué)生的設(shè)計(jì)思想正確性的效果。而那種成熟的完全可以有高度沉浸感的虛擬實(shí)驗(yàn)室卻是一個(gè)必然的趨勢(shì)。替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的虛擬實(shí)驗(yàn)室卻幾乎沒(méi)有。然而建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的條件正在日漸完善。完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立指日可待。2虛擬實(shí)驗(yàn)室隨著教育信息化的不斷進(jìn)步，虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的好助手。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多高等院校及科研機(jī)構(gòu)紛紛提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念，利用圖形、語(yǔ)音、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種技術(shù)，用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠身臨其境地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，給用戶一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)交流、共同研究的平臺(tái)。2.1虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念所謂的虛擬實(shí)驗(yàn)室就是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，將虛擬儀器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析，遠(yuǎn)程操作的一個(gè)系統(tǒng)16。而虛擬實(shí)驗(yàn)，就是按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，建立虛擬的工程實(shí)驗(yàn)環(huán)境，運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)儀器儀表和設(shè)備，對(duì)建立起來(lái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，構(gòu)成新型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。一些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，如物理實(shí)驗(yàn)、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等，都可以采用虛擬的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用和發(fā)展，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的補(bǔ)充和完善。2.2虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬實(shí)驗(yàn)室具有它的許多優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，歸納起來(lái)有下面幾個(gè)：1仿真性理想的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使實(shí)驗(yàn)者難以分辨真假的程度（例如可視場(chǎng)景應(yīng)隨著視點(diǎn)的變化而變化），甚至比真的還“真”（如實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)實(shí)更逼真的照明和音響效果）。2開(kāi)放性虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)涵的開(kāi)放性，使操作器具更加廣泛、信息的內(nèi)容更加豐富、實(shí)驗(yàn)形式更加多樣，實(shí)驗(yàn)環(huán)境呈立體地與人的多維器官相互作用。虛擬實(shí)驗(yàn)室外延的開(kāi)放性，使它通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)覆蓋全民化，實(shí)驗(yàn)者不分性別、國(guó)別、種族、貧富等差異，實(shí)驗(yàn)操作不分時(shí)間、空間、條件、形式、數(shù)量等的限制，人人獲得自由通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之權(quán)利，人們期望已久的“實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源共享”的“全球?qū)嶒?yàn)室”理想有望真正實(shí)現(xiàn)。3超時(shí)空性虛擬實(shí)驗(yàn)室具有超時(shí)空的特點(diǎn)，它能夠?qū)⑦^(guò)去世界、現(xiàn)在世界、未來(lái)世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界、幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨(dú)呈現(xiàn)或進(jìn)行有機(jī)組合，并可隨時(shí)隨地提供給實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4可操作性可操作性是虛擬實(shí)驗(yàn)室可在教育或其它領(lǐng)域?qū)嶋H運(yùn)用的必備特性，對(duì)于教育來(lái)說(shuō)，它使學(xué)生得以在其中學(xué)習(xí)需要實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)課程，也使遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)可能真正實(shí)現(xiàn)17。2.3虛擬實(shí)驗(yàn)室主要具有下述主要功能:（1）教育功能讓學(xué)生通過(guò)使用虛擬或真實(shí)儀器、裝置或系統(tǒng)的模擬裝置來(lái)熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，掌握相關(guān)技術(shù)；能滿足不同知識(shí)背景學(xué)生的要求，根據(jù)其能力、實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)等調(diào)整資源模塊(如設(shè)備、組件、儀器、生成器、數(shù)據(jù)采集板等)，保證學(xué)生在單獨(dú)使用模擬環(huán)境時(shí)能進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作。（2）輔助設(shè)計(jì)功能例如現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，是運(yùn)用EDA(ElectronicDesignAutoma2tion)，在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在EDA平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)、下載、綜合、仿真，然后在實(shí)際條件下進(jìn)行測(cè)試。EDA模擬軟件將儀器、儀表、模擬器件、數(shù)字器件等直觀地反映在計(jì)算機(jī)屏幕上，可靈活地改變電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，反復(fù)觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，并動(dòng)態(tài)顯示電路的波形。（3）協(xié)同實(shí)驗(yàn)和研究功能。虛擬實(shí)驗(yàn)室利用當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)施，使參與試驗(yàn)的人員在遠(yuǎn)程相互合作，進(jìn)行試驗(yàn)研究，為分布在世界各地的研究人員提供共同從事一個(gè)項(xiàng)目的分布式問(wèn)題解決環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究可以用于許多方面，例如世界范圍的大的科學(xué)研究課題，大型和復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造等。2.4虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在教學(xué)中的要點(diǎn)問(wèn)題（1）網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的軟件系統(tǒng)應(yīng)易于維護(hù)并具備擴(kuò)展性在軟件設(shè)計(jì)上要采用跨平臺(tái)的組件原則，以便于維護(hù)和管理。圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等采用標(biāo)準(zhǔn)格式，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序必須采用跨平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，這樣才能保證網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的不斷發(fā)展和完善。（2）網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)保證安全性與可靠性要求系統(tǒng)全天候安全穩(wěn)定運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)管理員應(yīng)定期對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全維護(hù)，對(duì)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行備份。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室則可在同一臺(tái)微機(jī)上虛擬出數(shù)十種儀器來(lái),實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)間明顯縮短,空間占用也相對(duì)濃縮,而且人機(jī)空間占比大幅度地偏向人的一方,將會(huì)有更多的學(xué)生能使用實(shí)驗(yàn)室,更重要也更實(shí)際地是建設(shè)的資金成本大幅下降。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室還可供多種學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)共同使用,多室合一提高了使用效率。因此可以說(shuō)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)型解決了最大的成本難題。（3）虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)注重交互性。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室在技術(shù)上為人機(jī)間、師生間、學(xué)生間的順暢交互提供了可能。因此為了可以更全面正地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能，虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)必須注重在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中增強(qiáng)交互性。教學(xué)人員需要從根本上利用好虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)質(zhì)性作用，要培養(yǎng)以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)綜合運(yùn)用知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（4）虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)注重科學(xué)