【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-軟件工程

碩士學(xué)位論文 （專業(yè)學(xué)位） 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 所在院系：軟件學(xué)院 職業(yè)類別：工程碩士 專業(yè)領(lǐng)域：軟件工程 指導(dǎo)教師： 副指導(dǎo)教師： 二一四年三 月 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) A in 2010 基于 人力資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 陳世軍 同濟(jì)大學(xué) 2014 F N 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 同濟(jì)大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘要 隨著快速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等，己經(jīng)重新定義了我們的生活、學(xué)習(xí)和工作環(huán)境，在現(xiàn)實(shí)之外，形成了一個(gè)虛擬環(huán)境，并且與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行互相作用，影響現(xiàn)實(shí)世界。但是目前在虛擬實(shí)驗(yàn)軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)上，存在著協(xié)作化教學(xué)環(huán)境欠缺、交互界面與實(shí)際實(shí)驗(yàn)差別較大等問(wèn)題，這在一定的程度上影響了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。 基于此，本項(xiàng)目結(jié)合電子技術(shù)的特性和具 體的教學(xué)特點(diǎn)，運(yùn)用仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò) 術(shù)、 術(shù)，并輔以必要的網(wǎng)絡(luò)分析法等電路分析方法， 構(gòu)建實(shí)時(shí)交互的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 項(xiàng)目涵蓋了電路分析課程、模擬電子線路、高頻電子線路、數(shù)字電子線路等四個(gè)電學(xué)模塊，涉及了相關(guān)電路模塊的特征電路實(shí)驗(yàn)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，采用 術(shù)進(jìn)行文件的存儲(chǔ)，保存了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)交互界面描述。運(yùn)用 術(shù)，構(gòu)建了協(xié)作性學(xué)習(xí)環(huán)境，即在該項(xiàng)目中設(shè)置了求助大廳和聊天窗口的功能，使得用戶可以與其他在線用戶形成互助的網(wǎng) 絡(luò)操作者可將疑問(wèn)上交至服務(wù)器，其他在線操作者可在登錄后在求助大廳發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后對(duì)疑問(wèn)行解答，并可進(jìn)行在線演示操作，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的協(xié)作化學(xué)習(xí)。在對(duì)于復(fù)雜電路模型，采用網(wǎng)絡(luò)分析法，對(duì)電路內(nèi)部原理進(jìn)行必要的分析，將邏輯相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)化為可用編程邏輯實(shí)現(xiàn)的模塊化電路模型，建立抽象的數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)電路的真實(shí)性德模擬，保證了虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的準(zhǔn)確性。 通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，對(duì)于電基礎(chǔ)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的模式，滿足電子技術(shù)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，實(shí)現(xiàn)了從輔助教學(xué)、自主實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的網(wǎng)上提交 與批閱的全程操作與管理，能滿足網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的突破與創(chuàng)新。通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生能夠通過(guò)虛擬的操作界面實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作相類似的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)電路邏輯實(shí)現(xiàn)等過(guò)程，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加具有針對(duì)性，將會(huì)大大的提高學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果。 關(guān)鍵詞 ： 擬實(shí)驗(yàn)； 作化學(xué)習(xí)；網(wǎng)絡(luò)分析法 I of in a in of a a to a on is of of of of IR by as so on of In is to is to in up to of to a to be in be on In on is be as to of to of of of to II to of of so be in to to 濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 目錄 錄 第 1 章 概述 . 1 題背景 . 1 題意義 . 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 目主要研究?jī)?nèi)容 . 4 文章節(jié)安排 . 5 第 2 章 相關(guān) 技術(shù) 介紹 . 6 術(shù)現(xiàn)狀分析 . 6 臺(tái)技術(shù)上劃分 . 6 臺(tái)技術(shù)上劃分 . 6 術(shù)概述 . 7 據(jù)存儲(chǔ) . 9 第 3 章 需求分析 . 13 統(tǒng)需求概述 . 13 驗(yàn)課程內(nèi)容需求分析 . 14 統(tǒng)架構(gòu)需求分析 . 15 統(tǒng)功能需求分析 . 16 功能性需求分析 . 17 統(tǒng)的性能需求 . 17 作可用性 . 17 統(tǒng)的可擴(kuò)充性及可維護(hù)性 . 17 全性需求 . 18 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 19 統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) . 19 統(tǒng)功能設(shè)計(jì) . 20 擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能設(shè)計(jì) . 20 擬實(shí)驗(yàn)器件功能設(shè)計(jì) . 22 擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì) . 22 路分析實(shí)驗(yàn)?zāi)K . 22 擬電子線路實(shí)驗(yàn)?zāi)K . 23 頻電子線路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) . 24 擬實(shí)驗(yàn)協(xié)作化流程設(shè)計(jì) . 25 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 目錄 V 第 5 章 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) . 27 統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn) . 27 統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) . 27 擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)現(xiàn) . 28 擬實(shí)驗(yàn)器件功能實(shí)現(xiàn) . 31 統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn) . 35 作化學(xué)習(xí)流程的實(shí)現(xiàn) . 38 作過(guò)程的 件存儲(chǔ) . 38 作化流程的實(shí)現(xiàn) . 39 第 6 章 總結(jié)與展望 . 42 結(jié) . 42 望 . 43 參考文獻(xiàn) . 45 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成 果 . 47 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了一批又一批的新技術(shù)、新理念與新成果。在此背景下，虛擬實(shí)驗(yàn)室 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種基于 擬仿真技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。虛擬實(shí)驗(yàn)室是將現(xiàn)有的各種實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化和虛擬化，虛擬實(shí)驗(yàn)室由虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、虛擬實(shí)驗(yàn)器材庫(kù)、虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)等組成。虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)類似，可供操作者自己動(dòng)手配置、連接、調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)并呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 電子線路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的要求十分高，不僅要擁有相應(yīng)的設(shè)備，而且要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期更換和養(yǎng)護(hù)，資金的需求十分龐大。因此，在學(xué)校的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室來(lái)預(yù)習(xí)、回顧和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提高在實(shí)際 實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手能力與解決問(wèn)題的能力；教師利用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)器材庫(kù)中的器材自由搭建合理的實(shí)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)案例，作為在課堂上教學(xué)呈現(xiàn)或者作為輔助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)。利用虛擬實(shí)驗(yàn)室老師可以輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，也可以幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)達(dá)到良好的溝通與提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?題背景 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展深刻地改變著人們的生活。事實(shí)上，快速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等，己經(jīng)重新定義了我們的生活、學(xué)習(xí)和工作環(huán)境，在現(xiàn)實(shí)之外，形成了一個(gè)虛擬的 (非物質(zhì)的 )環(huán)境，并且與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行互相作用，影響現(xiàn)實(shí)世界。作為虛擬環(huán) 境中的一部分，虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)實(shí)中科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的鏡像反映。虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)對(duì)科學(xué)研究、教育培訓(xùn)等領(lǐng)域產(chǎn)生了越來(lái)越重要的影響。因此對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究己經(jīng)形成了一種新的趨勢(shì) 1。 目前，國(guó)內(nèi)各高校對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，大都存在著實(shí)驗(yàn)形式、內(nèi)容、要求與實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)的保障相對(duì)滯后的矛盾，實(shí)驗(yàn)保障條件的限制在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展和學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，開(kāi)發(fā)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室可以緩解實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不足等問(wèn)題，為進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力培養(yǎng)的力度，同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)客觀條件的 依賴都有積極的促進(jìn)作用 2。基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)類型，具有比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更為靈活多樣的表現(xiàn)形式，在提高學(xué)生素質(zhì)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)手段創(chuàng)新發(fā)展等方面將發(fā)揮重要的作用，必將有力地推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的深刻變革，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向 3 4。 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 在虛擬技術(shù)發(fā)展的前提下，結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的特性和具體的教學(xué)特點(diǎn)，運(yùn)用仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建可驗(yàn)證性數(shù)字電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滿足數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，集實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告于一體，實(shí)現(xiàn)了從輔助教學(xué)、 自主實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的網(wǎng)上提交與批閱的全程操作與管理，能滿足網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的突破與創(chuàng)新。通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生能夠通過(guò)虛擬的操作界面實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作相類似的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)電路邏輯實(shí)現(xiàn)等過(guò)程，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加具有針對(duì)性，將會(huì)大大的提高學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果。 題意義 虛擬實(shí)驗(yàn)室是建立在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)之上的。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型是建立在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程、學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程、實(shí)踐過(guò)程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本規(guī)律之上的一種教學(xué)模型。該模型由使用者實(shí)驗(yàn)界面呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)情景 設(shè)置、實(shí)驗(yàn)過(guò)程模擬與仿真、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)與評(píng)價(jià)等部分組成。它可以遷移學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，由傳統(tǒng)的課堂教學(xué)遷移到網(wǎng)絡(luò)和電腦教學(xué)以及更加好的高科技手段教學(xué)。這樣就使得學(xué)習(xí)向多樣化發(fā)展，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與認(rèn)知能力，在了解知識(shí)的前提下提高學(xué)生自我獲取知識(shí)的方法與手段 5。 虛擬實(shí)驗(yàn)本身實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與儀器技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)這些技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的體現(xiàn)可以很好地輔助課堂教學(xué)。尤其是在完成具體實(shí)驗(yàn)的時(shí)候因?yàn)槠鞑陌嘿F或者實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)等問(wèn)題，以及現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中不可以完成具體操作的時(shí)候，虛擬實(shí)驗(yàn)就 可以展現(xiàn)其完美的特性，為課堂教學(xué)提供服務(wù)。對(duì)于工程類課程和應(yīng)用類課程如果缺少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手機(jī)會(huì)，課程的教學(xué)效果將大打折扣。虛擬實(shí)驗(yàn)則為它們提供了快速、廉價(jià)的獲取各種知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的途徑。 利用虛擬實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展探究式教學(xué)，對(duì)于學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及對(duì)知識(shí)地掌握都有很大幫助。虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該具備的最基本特征有，與現(xiàn)實(shí)的一致性 (或現(xiàn)實(shí)的延伸 )、高度交互性、實(shí)施的信息反饋性。因此在虛擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)生能夠得到親自動(dòng)手操作的體驗(yàn)，并能夠得到操作的及時(shí)反饋，這樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)是網(wǎng)絡(luò)課程中的文字、音頻、視頻無(wú)法給予的。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí) 者提供前所未有的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬實(shí)驗(yàn)從 1989年弗吉尼亞大學(xué)最早的提出，發(fā)展至今，演變出很多技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室綜合運(yùn)用了虛擬儀器、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)第 1 章 引言 3 實(shí)時(shí)控制等多種技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)者營(yíng)造虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)者的指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端的實(shí)際設(shè)備或者仿真對(duì)象，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以圖表、動(dòng)畫等形式反饋給用戶，以達(dá)到與在普通實(shí)驗(yàn)室中相同的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)者可以在計(jì)算機(jī)終端自由地瀏覽、學(xué)習(xí)有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)手段上劃分，可以從后臺(tái)技術(shù)或者是前臺(tái)技術(shù)作為劃分依據(jù) 6 7。 1）國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀。 麻省理工學(xué)院的微電子實(shí)驗(yàn)室 (一個(gè)在線設(shè)備檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，與 1998年投入教學(xué)應(yīng)用測(cè)試。新版本的虛擬系統(tǒng)包括 作為系統(tǒng)性控制器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的計(jì)算機(jī)， 個(gè)外界設(shè)備 8。驗(yàn)室，由美國(guó) 要用于探索和開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用。美國(guó)密西根大學(xué)的虛擬工程 /科學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)能夠提供以下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：邏輯電路實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)散過(guò)程實(shí)驗(yàn)、石油勘探實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人手臂控制實(shí)驗(yàn)、橋梁設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、管道傳熱實(shí)驗(yàn)、樹(shù)木測(cè)量實(shí)驗(yàn)、聲音傳播實(shí)驗(yàn)、熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、概率分布實(shí)驗(yàn) 9 10。 國(guó)內(nèi)很多高校致力于虛擬實(shí)驗(yàn)的研究，盡管起步晚，但發(fā)展很快。已有部分高校初步建立了虛擬實(shí)驗(yàn)。中國(guó)科技大學(xué)研制的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件 “幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平臺(tái) ”是全國(guó)第一套真正意義上的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件 。清華大學(xué)構(gòu)建了工程力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)利用實(shí)際試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)了良好的實(shí)驗(yàn)交互，并將結(jié)果放到網(wǎng)上公開(kāi)展示 11。上海交通大學(xué)國(guó)家工科物理教學(xué)基地物理實(shí)驗(yàn)中心的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)室是正在建立和完善的面向大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。四川大學(xué)基于虛擬儀器的思想研制出了 “航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀 ”，將 8臺(tái)集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng) 12。 2）目前電子類虛擬實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀 以上是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究，而該項(xiàng)目涉獵的范圍為電子線路方面，注力與電學(xué)的研究。目前，對(duì)于電子電路類虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi) 發(fā)上，主要采用以下幾種技術(shù)手段： 1）基于 采用 計(jì)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)箱操作界面，以豐富的多媒體交互手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路及電路分析實(shí)驗(yàn)?zāi)M連線操作等過(guò)程。此類虛擬實(shí)驗(yàn)軟件良好的模擬了數(shù)字電路及電路分析實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，但由于局限于數(shù)據(jù)處理方面的問(wèn)題，此類模擬軟件對(duì)于模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果上存在一定的不足，缺乏良好的擴(kuò)展性和應(yīng)用性 13。 2）基于第三方的電子設(shè)計(jì)類軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 通過(guò)對(duì)于第三方電子設(shè)計(jì)類軟件的設(shè)計(jì)，如 子工作平臺(tái)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）， ，通過(guò)開(kāi)發(fā)或設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，模擬數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以準(zhǔn)確的反應(yīng)數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及在理論上展示數(shù)字電子技術(shù)的輸出結(jié)果，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪M數(shù)字電路及電路分析實(shí)驗(yàn)理論設(shè)計(jì)。但是，由于此類第三方軟件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)，在操作過(guò)程上和操作界面上與實(shí)際的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)存在著一定的差異，缺乏實(shí)際操作的真實(shí)感受，影響虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果 14 15 16。 目主要研究?jī)?nèi)容 該項(xiàng)目基于 術(shù)， 并結(jié)合 術(shù)，并輔以必要的網(wǎng)絡(luò)分析法，編寫了該虛擬實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)系統(tǒng)。對(duì)于該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路，分以下幾點(diǎn)分別闡述： （ 1）項(xiàng)目的涵蓋內(nèi)容。該項(xiàng)目涵蓋了電路分析課程、模擬電子線路、高頻電子線路、數(shù)字電子線路等四個(gè)電學(xué)模塊，涉及了相關(guān)電路模塊的特征電路實(shí)驗(yàn)，涉及范圍廣，內(nèi)容實(shí)施多樣，知識(shí)點(diǎn)全面，使電子線路的相關(guān)課程的學(xué)習(xí)具有目的性和針對(duì)性，適用于電子類專業(yè)的大學(xué)生和電子線路愛(ài)好者。 （ 2）可視化界面。使用 件作為編寫平臺(tái)， 置的可視化組件加快應(yīng)用開(kāi)發(fā)的速度。另外， 供的擴(kuò)展功能，可以定制個(gè)性化的界面，為電路線路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)增添了趣味性和生動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 （ 3）文件的存儲(chǔ)。采用 術(shù)進(jìn)行文件的存儲(chǔ)，保存了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。將軟件實(shí)驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)以 式保存起來(lái)。這樣做主要是為了方便保存數(shù)據(jù)和交流討論，以創(chuàng)造合作、交流的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得電子線路的學(xué)習(xí)更加具有針對(duì)性和目的性，這樣的幫助才更有意義。 （ 4）協(xié)作化學(xué)習(xí)環(huán)境。運(yùn)用 建了協(xié)作性學(xué)習(xí)環(huán)境，即在該項(xiàng)目中設(shè)置了求助大廳和聊天窗口的功能，使得用戶可以與其他在線用戶形成互助的網(wǎng)絡(luò)操作者可將疑問(wèn) 上交至服務(wù)器，其他在線操作者可在登錄后在求助大廳發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后對(duì)疑問(wèn)行解答，并可進(jìn)行在線演示操作，讓協(xié)作性環(huán)境更加生動(dòng)具體。 （ 5）網(wǎng)絡(luò)分析法的應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜電路模型，采用網(wǎng)絡(luò)分析法，對(duì)電路內(nèi)部原理進(jìn)行必要的分析，將邏輯相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)化為可用編程邏輯實(shí)現(xiàn)的模塊化電路模型，建立抽象的數(shù)學(xué)關(guān)系，如負(fù)反饋放大電路等電路模型，從而實(shí)現(xiàn)虛擬操作。實(shí)現(xiàn)了對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)電路的真實(shí)性德模擬，保證了虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的準(zhǔn)確性。 第 1 章 引言 5 文章節(jié)安排 針對(duì)以上對(duì)于當(dāng)前項(xiàng)目相關(guān)背景的分析以及項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)，本文在軟 件工程理論以及相關(guān)技術(shù)知識(shí)體系的指導(dǎo)下，以服務(wù)的形式，對(duì)于電子商務(wù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行抽象化處理，構(gòu)建服務(wù)模塊，并對(duì)于服務(wù)模塊進(jìn)行組合和流程控制，建立粗粒度的視頻電子商務(wù)業(yè)務(wù)模板，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電子商務(wù)業(yè)務(wù)流程。在論文內(nèi)容上，主要包含以下幾個(gè)部分： 第一部分，首先論述了當(dāng)前基于移動(dòng)終端的視頻業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r，并闡述了目前移動(dòng)業(yè)務(wù)架構(gòu)以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上，分析了本項(xiàng)目的選題意義和開(kāi)發(fā)的必要性，并進(jìn)一步介紹了項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容以及本論文的主要結(jié)構(gòu)。 第二部分，在第一章的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，結(jié)合軟件工程技 術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程中所需要應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行必要的闡述和分析，并闡述了各項(xiàng)技術(shù)結(jié)合的優(yōu)缺點(diǎn)，為項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供了一定的技術(shù)背景。 第三部分，在前面兩章分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)需要以及技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和方案的設(shè)計(jì)，包括需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和技術(shù)分析等部分，通過(guò)這部分內(nèi)容使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理。 第四部分，在對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)，特別是針對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)關(guān)系的設(shè)計(jì)，建立必要的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)操作的表征，并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)系 ，并在 的基礎(chǔ)上進(jìn) 一步的設(shè)計(jì)詳細(xì)的數(shù)據(jù)表，建立完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 第五部分，在前面分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中所要求的各個(gè)功能，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)于在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，闡述關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)方法和手段，并對(duì)于系統(tǒng)的測(cè)試、調(diào)試等方面相關(guān)進(jìn)行了一定的敘述。 第六部分，對(duì)于前面五個(gè)部分進(jìn)行必要的總結(jié)，并分析了項(xiàng)目目前存在的問(wèn)題和需要進(jìn)一步改進(jìn)的方法。 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 第 2 章 相關(guān) 技術(shù) 介紹 虛擬實(shí)驗(yàn)從 1989 年弗吉尼亞大學(xué)最早的提出，發(fā)展至今，演變出很多技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室綜合運(yùn)用了虛擬儀器、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng) 絡(luò)和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制等多種技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)者營(yíng)造虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)者的指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端的實(shí)際設(shè)備或者仿真對(duì)象，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以圖表、動(dòng)畫等形式反饋給用戶，以達(dá)到與在普通實(shí)驗(yàn)室中相同的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)者可以在計(jì)算機(jī)終端自由地瀏覽、學(xué)習(xí)有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)手段上劃分，可以從后臺(tái)技術(shù)或者是前臺(tái)技術(shù)作為劃分依據(jù)。 術(shù)現(xiàn)狀分析 目前，各個(gè)教學(xué)部門根據(jù)自身的教學(xué)需求，開(kāi)發(fā)了符合教學(xué)需求的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件。對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件從后臺(tái)技術(shù)和前臺(tái)技術(shù)上，可以做如下的劃分： 臺(tái)技術(shù)上劃分 （ 1）利用 造的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 供了便利的設(shè)備訪問(wèn)能力和強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制能力，尤其是對(duì)虛擬儀器技術(shù)的強(qiáng)大支持，使得僅使用 可以構(gòu)建一個(gè)完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。它提供的界面功能強(qiáng)大，外觀接近真實(shí)儀器、儀表，不但可以開(kāi)發(fā)各種虛擬實(shí)驗(yàn)，而且還可以作為訓(xùn)練學(xué)生掌握儀器、儀表的有力輔助工具，因而成為虛擬實(shí)驗(yàn)室中設(shè)備訪問(wèn)的首選標(biāo)準(zhǔn) 17。 （ 2）利用 造的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 有強(qiáng)大的仿真和計(jì)算能力，一直是控制領(lǐng)域里最為重要的工具之一，自然也被廣泛地用于虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)， 尤其是對(duì)于控制類實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā) 18。 （ 3）自行編程 (C/C+， )實(shí)現(xiàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 由于自行開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以最大程度地適應(yīng)設(shè)備的性能，靈活定制實(shí)驗(yàn)的功能，因而該類型占據(jù)大多數(shù) 19。當(dāng)然，在自行實(shí)現(xiàn)相同功能時(shí)，難度也是最大的。 臺(tái)技術(shù)上劃分 （ 1）利用 造的系統(tǒng) 由于 面向?qū)ο?、面向網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)，使得該方案成為目前各第 2 章 相關(guān)技術(shù)介紹 7 個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的首選， 僅提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)用戶界面的圖形功能，而且具有較強(qiáng)的邏輯處理能力。 （ 2）利用組件 (術(shù)構(gòu)造的系統(tǒng) 組件技術(shù)將單個(gè)的應(yīng)用程序分隔成多個(gè)獨(dú)立的模塊，開(kāi)發(fā)者可以隨著技術(shù)的發(fā)展用新的組件取代己有的組件，使系統(tǒng)不斷趨于完善。目前最為常用的組件技術(shù)規(guī)范有 類。該方案提供了良好的代碼重用性和平臺(tái)無(wú)關(guān)性，適合開(kāi)發(fā)復(fù)雜的系統(tǒng)。 （ 3）基于 其他多媒體手段的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 通過(guò)多媒體技術(shù)手段，采用 術(shù)或者其他多 媒體技術(shù)手段，設(shè)計(jì)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)箱操作界面，以動(dòng)畫和交互手段，實(shí)現(xiàn)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)連線操作過(guò)程。此類虛擬實(shí)驗(yàn)軟件可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的操作特點(diǎn)，但由于局限于數(shù)據(jù)處理方面的問(wèn)題，此類模擬軟件對(duì)于模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果上存在一定的不足，缺乏良好的擴(kuò)展性和應(yīng)用性 20。 （ 4）使用非瀏覽器中運(yùn)行的客戶端軟件 該方案不通過(guò)瀏覽器，直接使用 P 技術(shù)與服務(wù)器相連，直接使用 服務(wù)器相連的。 術(shù)概述 2004 年， 司發(fā)布了 術(shù)，這是 展過(guò)程中的重大事件，標(biāo)志著 大規(guī)模普及邁出了第一步。此后， 由于各種不為人知的原因， 司后來(lái)被大名鼎鼎的 司收購(gòu)。有關(guān) 基本概念， 方的定義如下： “術(shù)可以在企業(yè)內(nèi)部或在 創(chuàng)建并交付豐富 用程序（ 堪稱最完整、最強(qiáng)大的 發(fā)解決方案。它使企業(yè)能夠創(chuàng)建個(gè)性化的豐富多媒體應(yīng)用程序，極大地提高用戶的體驗(yàn)，徹底革新人與 交互關(guān)系。 ” 司于 2006 年發(fā)布了 前最新版本是 2008 年 2 月發(fā)布的術(shù)進(jìn)一步迎合 發(fā)展趨勢(shì)以及市場(chǎng) 和用戶的需求，其大大超越了它的上一版本。尤其是新增的技術(shù)特性更是錦上添花，例如全面支持 增的高級(jí) 件、增加提高性能和縮減 文件體積的特性、增強(qiáng)與后臺(tái)服務(wù)器交互等。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展過(guò)程， 術(shù)已經(jīng)成為目前最完整、功能最強(qiáng)大的 發(fā)解決方案 21。 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于實(shí)時(shí)交互的電基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 目前，已經(jīng)有多家著名企業(yè)使用 術(shù)實(shí)施應(yīng)用開(kāi)發(fā)，例如 ，其所構(gòu)建的應(yīng)用范圍包括富媒體應(yīng)用程序、電子商 務(wù)、數(shù)據(jù)可視化、 在線產(chǎn)品定制等。這些復(fù)雜的應(yīng)用與 術(shù)所具有的豐富技術(shù)特性有著密切聯(lián)系。究竟最新版的 有哪些主要的技術(shù)特性呢？ 可創(chuàng)建跨平臺(tái)跨瀏覽器的 用程序，并為其提供豐富的用戶體驗(yàn) 用程序運(yùn)行在 ，而該播放器在 98%以上的計(jì)算機(jī)中都已經(jīng)安裝，這為創(chuàng)建跨平臺(tái)跨瀏覽器的應(yīng)用程序奠定了堅(jiān) 實(shí)基礎(chǔ)。使用 用程序，這樣可以吸引更多用戶，提高效率和滿意度 22。 1）支持 用開(kāi)發(fā) 持 用程序開(kāi)發(fā)。 一個(gè)跨平臺(tái)的運(yùn)行時(shí)。 夠使得開(kāi)發(fā)人員利用現(xiàn) 有的 發(fā)技能（包括 勢(shì)，建立和配置跨平臺(tái)的桌面 用。 行了全面支持，其內(nèi)置新的 時(shí) 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)創(chuàng)建 用程序進(jìn)行了優(yōu)化。 支持與 協(xié)同工作 將 合應(yīng)用能夠 實(shí)現(xiàn)流暢統(tǒng)一的工作流程。例如，使用 夠創(chuàng)建為 接受的資源，接著利用 可輕松導(dǎo)入這些資源，并使之成為 戶界面的構(gòu)成部分。 2）提供高級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù) 開(kāi)發(fā)人員利用開(kāi)源 夠輕松的將 用程序與后臺(tái)分布式數(shù)據(jù)和 務(wù)器之間連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的交互應(yīng)用。 3）支持開(kāi)源 司已經(jīng)宣布對(duì) 源。這樣，任何人都能夠免費(fèi)使用，并且對(duì)開(kāi)源框架進(jìn)行擴(kuò)展和 改進(jìn)，從而滿足自身需要。這是 一步走向普及，對(duì)抗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的重要措施 24。 4）有效提高開(kāi)發(fā)人員生產(chǎn)效率 為了提高開(kāi)發(fā)人員生產(chǎn)效率， 置了很多應(yīng)用程序組件，這些組件能夠幫助開(kāi)發(fā)人員快速構(gòu)建規(guī)范豐富的用戶界面，例如文本類控件、數(shù)據(jù)和圖表組件、各種容器等。另一方面， 為開(kāi)發(fā)、調(diào)試、部署應(yīng)用程序提供了強(qiáng)大支持。 就目前而言， 術(shù)是構(gòu)建 最佳解決方案。無(wú)論國(guó)外國(guó)內(nèi)，多數(shù)組織