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1實(shí)驗(yàn)室信息化管理設(shè)計(jì)方案

1.1功能設(shè)計(jì)

（1）實(shí)驗(yàn)信息管理。

實(shí)驗(yàn)信息管理主要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度、實(shí)驗(yàn)室通知以及實(shí)驗(yàn)室辦公文件等信息的集中管理。

（2）實(shí)驗(yàn)課程管理。

實(shí)驗(yàn)課程管理是指面向不同的老師、不同的開(kāi)設(shè)班級(jí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行編排，以完成實(shí)驗(yàn)課程的統(tǒng)一集中管理，做到實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間、教室不沖突。

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的重要資源，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一進(jìn)行信息登記和管理，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理。

（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理主要包括實(shí)驗(yàn)課程的準(zhǔn)備，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻的保存，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子化及成績(jī)?cè)u(píng)定，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)。

1.2模式設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用了C/S模式和B/S模式相結(jié)合的設(shè)計(jì)模式。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在WEB環(huán)境下運(yùn)行，客戶端與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間采用B/S模式，從而避免了客戶端專用程序的開(kāi)發(fā)；而數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器之間采用C/S模式，適宜滿足應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之間的大批量數(shù)據(jù)訪問(wèn)和調(diào)用，從而提高了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的靈活性。另一方面，由于數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在專用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，而應(yīng)用程序服務(wù)器和客戶端只負(fù)責(zé)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，這樣在一定程度上也提高了數(shù)據(jù)的安全性，后期維護(hù)也更加趨于合理。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用方法

要將傳統(tǒng)的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)演變?yōu)榛谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)，必須要完成三維建模、虛擬場(chǎng)景重建以及動(dòng)作響應(yīng)設(shè)定等一系列設(shè)置，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化和虛擬化。目前三維建模主要依賴SolidWorks三維軟件完成，而虛擬場(chǎng)景的重新構(gòu)建，在很大程度上依賴于LabView等圖形化編程軟件的使用。要實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用，因?yàn)樵谔摂M實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，離不開(kāi)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)訪問(wèn)，因此如何快速訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)成為虛擬技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前應(yīng)用在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，主要是依賴于數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)方式。對(duì)于底層傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)自身的屬性進(jìn)行分類，從而將數(shù)據(jù)自動(dòng)劃分到不同的數(shù)據(jù)類中。在同一數(shù)據(jù)類中，按照所定義的關(guān)鍵字對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。采用分類的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)方式，能夠極大地提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的效率。

2.2機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)的虛擬化設(shè)計(jì)應(yīng)用

本研究課題以具體的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)為例探討虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)主要完成傳感器檢測(cè)、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、電機(jī)控制等一系列任務(wù)。針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，虛擬化和信息化可以按照如下步驟實(shí)施：

（1）三維建模。

借助于SolidWorks三維軟件對(duì)傳感器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)碼管、CPU控制器、步進(jìn)電機(jī)等進(jìn)行三維建模，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的萬(wàn)用表、示波器等其他實(shí)驗(yàn)儀器也要建模，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的真實(shí)性。

（2）場(chǎng)景重建。

利用LabView圖形化編程軟件，將上述三維模型進(jìn)行空間布局設(shè)置，構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)室完全一致的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

（3）界面接口設(shè)計(jì)。

僅僅有圖形化場(chǎng)景是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須借助LabView圖形化編程軟件對(duì)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如數(shù)據(jù)采集卡的接口應(yīng)當(dāng)與傳感器的輸出接口保持相同的電平規(guī)格；再比如，CPU控制器的輸出脈沖應(yīng)當(dāng)跟步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流保持相同電平規(guī)格，以確保電機(jī)能夠被驅(qū)動(dòng)。

（4）虛擬動(dòng)作響應(yīng)。

設(shè)計(jì)了界面接口，就能夠利用VRML工具對(duì)虛擬動(dòng)作響應(yīng)進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)設(shè)定使虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠智能地感知到操作者的意圖，從而順利完成虛擬實(shí)驗(yàn)。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的快速訪問(wèn)。

在機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)中，需要保存的數(shù)據(jù)有傳感器采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集卡的采集頻率、CPU控制器的輸出脈沖規(guī)格以及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)按照其自身屬性可以劃分為采集數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)三大類，將上述的數(shù)據(jù)自動(dòng)地劃分到這三大類中。當(dāng)虛擬動(dòng)作響應(yīng)需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)查詢上述相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，可以首先按照數(shù)據(jù)所在的大類進(jìn)行查詢，這樣有助于提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)訪問(wèn)的快速性和準(zhǔn)確性。

3結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將現(xiàn)實(shí)中的情景進(jìn)行虛擬化并重現(xiàn)的技術(shù)，在三維場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)中有著重要的應(yīng)用。本研究課題將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合，探討了實(shí)驗(yàn)室的信息化及虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，結(jié)合具體的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)給出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

作者：曹劍文 單位：武漢紡織大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室