基于3D和Virtools技术的物理虚拟实验室的设计与实现

叶勇

摘 要：物理模拟实验室设计的过程中，需要加强对3D及Virtools技术的深入理解，从不同的方面注重对这些技术实际作用效果的综合评估，确保最终设计得到的物理虚拟实验室使用中能够达到预期的效果。基于此，该文将对基于3D和Virtools技术的物理虚拟实验室的设计与实现进行必要的探讨，以便为相关的研究工作开展提供可靠的参考依据。

关键词：3D Virtools技术 物理虚拟实验室 参考依据 设计

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0120-02

结合物理虚拟实验室设计的具体要求，合理运用3D及Virtools技术，明确设计目标，加强对设计方案的不断优化，有利于完善物理虚拟实验室长期使用中的服务功能，最大限度地满足实际生产活动的各种要求。文中通过对3D和Virtools技术相关内容的阐述，客观地说明了灵活运用这些技术对于物理虚拟实验室设计与实现的重要性。

1 基于3D和Virtools技术的物理虚拟实验室的设计要点分析

1.1 物理虚拟实验室架构确定

基于3D和Virtools技术实现物理虚拟实验室设计目标时，应加强C/S或B/S架构的合理运用。物理虚拟实验室架构主要是由服务器端与客户端组成。其中，结合Virtools技术的优势选择可靠的插件方式，有利于完善物理实验室客户端的服务功能。当采用直接浏览的方式时，选择的是可靠的C/S结构。而服务器端为物理模拟实验室的正常运行提供了良好的实验平台，确保了各种实验仪器及运行程序的正常使用。

1.2 实验室参考模型设计分析

结合物理模拟实验室的实际作用，可知其包含了许多不同类型的实验。在构建实验室参考模型的过程中，需要明确这些方面的设计要点：（1）将每个实验看做一个智能实验室模块，实验室使用中应及时地激活这些模块；（2）从实验介绍、实验组装、实验设置、数据处理等方面完善实验室的服务功能；（3）运用Virtools技术的多个场景统一管理技术的作用，优化物理虚拟实验室使用中的资源配置。虚拟实验室模型如图1所示。

1.3 物理虚拟实验室模块功能分析

在物理虚拟实验室设计的过程中，需要合理地设置仪器的编辑模块、实验组装及控制模块、实验数据处理模块。其中，仪器编辑模块中仪器模型构建的过程中，由于Virtools本身没有建模的功能，所以一般建模方法是采用建模软件来实现，如，3DMAX或Maya等。用3DMAX制作三维器件后以NMO格式保存文件（导出NMO格式文件需要安装相应的Max Exporter（插件），然后在Virtools中导入所生成的NMO文件，从而产生了实验仪器的原始档，确保了仪器的逼真性；在设置实验组装及控制模块时，需要在实验平台的支持下获取3D实验仪器，结合组成规则、组成流程、注意事项等进行正确的组装，结合实验数据库的优势，增强实验组装的合理科学性。同时，当获得3D虚拟实验室后，应明确其中的控制要点；实验数据处理模块设置时应运用Virtools Sever，便于各种数据的有效处理。

1.4 物理虚拟实验室数据库的构建

构建可靠的物理虚拟实验室数据库的过程中，应从这些方面入手：（1）结合物理实验报告分析、实验标准要求、物理数据分析等，优化数据库的服务功能；（2）加强VEDA实验数据分析方法的合理运用；（3）确保物理實验数据的完整性，合理设置数据分类存储功能，增强数据库的适用性，并通过对不同字段结构表的设置，提升数据弹性管理水平。

2 基于3D和Virtools技术的物理虚拟实验室的实现

通过对3D和Virtools技术合理运用，实现物理虚拟实验室的有效构建。为了使实验室能够处于稳定的工作状态，需要从这些方面入手：（1）运用3D技术实现对物理虚拟实验室实验台、窗帘、植物等不同组成部分的建模，并在三维模型的作用下进行模拟分析；（2）建立可靠的仿真系统，对实验数据及实验内容进行仿真测试；（3）结合3D和Virtools技术的作用，实现物理虚拟实验室实验操作模块的交互，确保其中的视角交互、实验仪器交互、信息提示交互等可以达到物理虚拟实验室建设的具体要求。

3 结语

通过对基于3D和Virtools技术物理虚拟实验室设计与实现内容的有效分析，为现代化物理虚拟实验室服务水平的提升带来了重要的保障作用，一定程度上增强了这种实验室的适用性。因此，未来物理虚拟实验室设计工作开展的过程中，需要加强3D和Virtools技术的合理运用，优化实验室设计方案的同时丰富具体的设计内容，逐渐扩大物理虚拟实验室的实际应用范围。

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