多感知通道融合的虚拟实验可视化编辑
虚拟实验平台是借助于多媒体、仿真和虚拟现实（Virtualreality，VR）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的软硬件相结合的人机互动平台。传统虚拟实验平台以视觉感知通道为主，使得其表现单一，同时，学生只能严格按照平台的固有步骤来操作，无法满足探究式的教学要求。另一方面，对虚拟实验有着强烈需求的教师没有具体开发能力，也没有足够经费请专业公司为其开发，导致目前市场上的虚拟实验案例无法很好满足教师们的教学需求。为解决上述问题，提出了多通道融合的虚拟实验可视化编辑与体验平台，对其所涉及的核心技术与实现方法进行详细阐述。该平台可以让即使没有编程基础的老师通过简单的文本编写与可视化配置也可以开发出满足需求的多感知通道融合的虚拟实验，并能更好地支持学生在虚拟环境中进行探究式学习。论文的主要研究工作如下： （1）建立基于Petri网的虚拟实验描述模型，对虚拟实验各个组成部分进行定义和参数化描述。利用Petri网对实验步骤序列进行参数化描述。提出实验步骤的步骤式，对实验步骤序列中的复杂逻辑关系的描述，虚拟实验步骤不再一步步顺序地进行，可实现探究式实验的开发。 （2）多感知通道融合的虚拟实验可视化编辑方法的实现。通过资源导入和参数配置实现对实验场景的编辑。使用Petri网对实验步骤序列进行描述，并建立路由图和Petri网的转换关系，通过对路由图的可视化编辑实现对实验步骤序列的编辑。完成实验场景和实验步骤序列的编辑，即表示完成虚拟实验的编辑。利用XML本文语言对实验场景和实验步骤序列的编辑结果进行存储、读取和呈现。运用ASP.NET等技术建立基于B/S和C/S混合模式的虚拟实验资源库，实现虚拟实验资源的共享。 （3）虚拟实验的多感知通道呈现方法及人机交互方法的实现。将嗅觉信息和温感信息作为一种实验步骤，同样适用于Petri网的描述和路由图的编辑，从而建立嗅觉通道和温感通道信息的编辑及呈现方法。 （4）多感知通道融合的虚拟实验可视化编辑与体验原型系统的开发与实现。详细介绍了原型系统的软硬件架构。并通过三个具体的实验案例，验证可视化编辑、多感知通道效果呈现以及探究式交互体验的有效性。结果表明该系统编辑开发效率高，开发出的虚拟实验的沉浸感好并能满足探究式实验的需求。
虚拟实验平台;多通道融合;可视化编辑;Petri网;路由图
广东工业大学
硕士
机械工程
何汉武
2021
中文
TP391.9
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）