综合布线虚拟仿真实验室的研究与设计

田明山

摘要：虚拟仿真技术是上世纪末兴起的一门综合性信息技术，由计算机硬件、软件以及各种各样传感器构成的3D信息的人工环境--虚拟环境，用户投身到这种环境中，可与之交互、相互影响。目前，虚拟仿真技术已经在建筑、教育、医疗、军事、科学和金融可视化等方面获得了应用，并已成为本世纪最为广泛应用的一种新技术。

关键词：综合布线；虚拟仿真

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0239-02

随着计算机技术、网络技术的发展和应用，计算机网络技术人才的需求日益增大，计算机网络技术专业成为中等职业学校常见专业，在很多学校长期开设，《网络综合布线》作为其一门主干必修课程，在开设过程中一直存在设备、时间、空间、经费等问题的限制，实验实习的开展和成效有限。随着教学改革的开展、实验实习的深入开展、技能大赛的广泛参与，利用虚拟仿真技术搭建《综合布线虚拟仿真平台》解决上述问题，显得越来越迫切。

1 建设综合布线虚拟仿真实验室的目标

1）该仿真实验室的建成应该能够极大的提高学生学习兴趣，能充分发挥学生的主观能动性，在实验实习过程中极大的吸引学生的注意力，并激发学生的求知欲。

2）该仿真实验室的建成能彻底解决实际教学过程中长期存在的问题。例如：设备的严重不足、轮流实训过程中时间跨度的拉长、实训场所空间不足、实训耗材的大量浪费等。

3）为学校其他虚拟仿真实验室的建立提供可参考的依据，带动学校信息化教学的蓬勃发展。

4）该仿真实验室运行，将致力于提高学生的创新能力，激发学生的创新意识；让学生在游戏中学，特别是让那些后进生也很好地投入进来，真正的提高教学效率，提升教学水平、教学质量。

2 综合布线虚拟仿真实验室的设计要求

2.1 虚拟实训系统技术要求

1）通过虚拟现实仿真系统用户可以在虚拟的环境中了解作业过程中的知识点，查看作业中所涉及的工具，在练习模式中体验训练17个模块，掌握作业的基本技巧。在考核模式中完成整个作业流程。教师可以通过后台查看学生的成绩记录。

2）用户可以通过开始界面登录虚拟现实仿真系统。

3）进入选择界面后，用户可以选择练习模式、考核模式或者设备认知。

4）练习模式：在练习模式中，学生可以选择练习操作17种分项训练，水晶头的制作、机柜的安装、模块的端接、配线架的端接、管卡的安转、线管的制作、线槽的制作、垂直系统的安转、穿线操作、FD-BD-CD 之间的链接、永久链路的制作、测试链路的制作、光纤热熔、光纤冷接、底盒的安转、大对数的端接、TV同轴电缆的操作。当用户在训练过程中出现错误操作，系统会提醒用户。

5）考核模式：在考核模式中包括两套模拟试题。两套试题的不同在于机柜和底盒的位置不一样。在用户选用指定试题后，系统会给出一张平面图，用户会根据操作流程完成每个步骤，如果回答错误系统会记录用户的错误点，以便老师后期查看。

6）设备认知模块是会将每个流程中所涉及的工具设备都以三维模型加文字描述的形式收录进来。学员可以挑选其中的工具进行360度查看，这样方便他们课后巩固。

7）老师可以登录后台查看学生的登录记录和考核模式中反馈。

8）系统中的动作和交互会包含真实的声音和音效，以便满足用户的沉浸式体验。

2.2 虚拟仿真开发平台技术要求

1）可获取所有3D数字工厂3D素材和多种OpenGL应用程序的三维模型、并发布到投影系统中立体展示。

2）可以将正在打开的Catia、Pro＼E、Navisworks、SketchUP等設计软件快速同步到G-Magic投影系统中，直接立体展示、漫游、拆装、剖切和测量等，不需要任何格式的另存和数据转换。

3）可以导入常用三维格式数据，如fbx、obj、3ds、dae等。

4）拥有自己的数据压缩格式，可保存工程/项目文件。

5）可复制和删除模型，控制显示模式（网格实体、隐藏显示、居中显示等）。

6）支持模型设计编辑功能，可修改模型姿态、纹理、材质属性。

7）支持灯光系统，可以实时阴影渲染。

2.3 虚拟仿真头盔技术要求

1）拟现实头戴式显示器，单眼有效分辨率为 1200 x 1080 ，双眼合并分辨率为 2160 x 1200[4] 。

2）2K 分辨率大大降低了画面的颗粒感，几乎感觉不到纱门效应。并且能在佩戴眼镜的同时戴上头显。

3）画面刷新率为 90Hz。

3 本虚拟仿真实验室的优势

1）采用游戏式的场景，让学生能够身临其境地进入综合布线的场景，并十分投入地全程完成各个环节，从而获得所需知识，形成相应技能。

2）采用仿真系统和虚拟仿真头盔两种模式，解决学生批量实验实习的需求和高仿真度的场景模拟。

3）17个模块的建立，真实再现了综合布线的每一个环节，让学生了解了每个环节的内容及细节，让教学过程更灵活多样。

4 结束语

虚拟仿真实验室的建立只是个开始，如何高效的利用该实验室并服务于教学是把在我们面前更大的一个课题。随着网络技术的进一步发展，新的需求还会不断涌现，需要我们开发更多的虚拟工具和场景；同时随着VR技术的进一步发展，我们还可以将虚拟场景的沉浸度、交互性做得更好、更逼真。

参考文献：

[1] 曹海燕.计算机组成原理虚拟实验室的研究与设计[D]. 山东：山东理工大学，2008.

[2] 何文生.综合布线技术[M]. 北京： 电子工业出版社，2011.