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1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）运用多媒体技术建立过程装备与控制工程专业虚拟实验室的研究摘 要本文主要介绍了如何运用多媒体技术建立过程装备与控制工程专业的虚拟实验室。虚拟实验是利用电脑模拟产生一个虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。与传统实验相比，虚拟实验具有诸多明显优势，如：安全性，可重复性，经济性，超时空性等。因此，国内外很多教育研究机构竞相发展虚拟现实技术以弥补传统实验在时间和空间上的不足。由于教育经费、实验室硬件、技术支持等方面因素的限制，本文主要介绍通过相对易于实现的Flash技术来实现虚拟实验。
2、Flash的独特优势在于其面向性广，易于操作，容量较小，便于网络传输以及有较好的交互性。过程装备与控制工程虚拟实验室主要包括以下几个实验：内压薄壁容器的应力测定，压力容器内压爆破实验，压力容器外压失稳实验，超声波探伤实验，声发射检测实验。关键词：虚拟技术；实验室；Flash；交互1东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractThis thesis focuses on the introduction of how to establish virtual laboratory within the major of Process Equipment and Control Engin
3、eering with multi-media technology. Virtual lab is a make-believe world imitatively generated by the computer, providing its users with the imitation of visual sense, sense of hearing and sense of touch. Being personally on the scene and without limitation, the users are capable of promptly observin
4、g the three-dimensional space with the help of virtual lab. Compared with traditional laboratory, virtual lab possesses such outstanding merits as security, repeatability, econcmization and the transcendence of time and space. Therefore, many research institutes at home or abroad vie for the develop
5、ment of virtual lab technology in hopes of compensating for the temporal and spatial drawback of traditional lab.Owing to the financial, hardware and technique restriction, this thesis dissusses the realization of virtual experiment by ways of using Flash technique, considering its relatively easy a
6、pplication and other distinctive advantages as wide usage, simple manipulation, small capacity, convenient on-line transmission and super interactivity.Several experiments are included in the virtual lab of Process Equipment and Control Engineering. They are stress measurement of thin internal press
7、ure container, Internal pressure burst experiment of Pressure Vessels, external pressure Instability experiment of Pressure Vessels, Ultrasonic Testing experiment, AE testing experiment. Key words: virtual technique; laboratory; Flash; interact36目 录第1章 概述1第2章 虚拟实验室简介32.1虚拟实验室32.2虚拟实验室的特点42.3虚拟实验室的国内
8、外研究现状62.4虚拟实验室对教学实践的意义9第3章 实验系统软件简介113.1 Adobe Flash CS4 Professional简介113.2 Flash工具箱介绍123.3时间轴的组成133.4 ActionScript 脚本语言15第4章 实验简介174.1内压薄壁容器的应力测定174.2压力容器内压爆破实验204.3压力容器外压失稳实验234.4超声波检测实验264.5声发射测试实验30结论34参考文献35致 谢36第1章 概 述虚拟实验与传统实验相比具有众多突出优点：有效减少部分实验仪器购置、降低实验成本；使实验不受时间、空间的限制；实现“实物试验”难于开设的试验；可作为实际
9、实验的有效补充等。由于虚拟实验的这些优点，美、日、英等先进发达国家竞相积极发展虚拟实验。美国是虚拟技术的发源地。美国虚拟技术的研究水平基本上就代表国际虚拟技术的发展水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模虚拟知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。本文主要介绍运用Flash的技术来实现简单的虚拟实验室建设。由于Flash更易操作，投资较少，考虑到经费问题，更适于用来模拟大学实验。图1-1 虚拟实验首页Flas
10、h是目前最为流行的二维动画制作软件，它集矢量图编辑与动画创作为一体，能够将矢量图、位图、音频、动画和深一层的交互动作有机、灵活的结合在一起，以创建美观、新奇、交互性强的动态效果。Flash影片具有容量小、适于网络传输的特点，并且拥有可无限放大的高品质矢量图形、完美的声音效果以及较强的交互性能，现在随意的打开一个网页，都会发现用Flash制作的动画，从广告短片到动漫音乐，甚至整个网页的制作，几乎都可以看到Flash的身影。本文中涉及到的实验均为过程装备与控制工程的专业实验。通过这些实验可以提高同学们的动手能力，观察能力，对问题的分析总结能力。因此，做为课堂教学的重要补充，实验环节在整个大学教学中
11、占据着重要的作用。本文中的每个实验相对独立，可以从不同侧面考察同学们对不同专业知识的掌握情况。第2章 虚拟实验室简介2.1虚拟实验室2.1.1虚拟现实技术虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物1。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交
12、互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现
13、实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。2.1.2虚拟实验虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境(平台仿真)之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破
14、传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量2。随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。虚拟现实实验室包括如下几个系统：1) 虚拟现实应用开发平台包括软件平台和硬件平台2) 高性能图像生成及处理系统3) 立体式沉浸性的虚拟三维显示系统4) 虚拟现实交互系统虚拟现实数据手套、头盔等5) 集成应用控制系统2.2虚拟实验室的特
15、点与现实的实验室相比，虚拟实验室具有它的许多优势和特点，归纳起来有下面几个： 1) 仿真性 在虚拟现实技术支持下，虚拟实验室与真正的实验室同等完美，虚拟仪器与实际仪器功能相同，操作方法也一样，实验者在虚拟实验室里做实验、训练技能和汲取知识，与在现实实验室里同样方便。这是因为虚拟实验室无论对于现实的环境或是对于想象的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟实验室环境应该达到使实验者难以分辨真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），甚至比真的还“真”（如实现比现实更逼真的照明和音响效果）。2) 开放性 虚拟实验室有可能给任何实验者在任何地点任何时间里广泛地提供赖以学习、工作和研究的实验场所。事实上，虚拟实验室的内涵是广泛的，它不同于传统中的实验室概念，它当然具备可以进行类似于传统实验的环境，但它的擅长更是那种使实验者置身于实验对象之中的逼真环境。凡是实验者可以通过有关器具操作变革对象并从中汲取信息的虚拟环境，都可以归之于虚拟实验室。比如，进行飞行器技术实验时，那么虚拟实验室就是飞行器及其飞行的模拟环境；做解剖学实验，虚拟实验室可以是在虚拟医院或甚至虚拟人体中。 虚拟实验室内涵的开放性，使操作器具更加广泛、信息的内容更加丰富、实验形式更加多样，实验环境呈立体地与人的多维器官相互作用。虚拟实验室外延的开放性，使它通过远程网络覆盖全民化，实验者不分性别、国别、种族、贫富等差异
