虚拟计算机硬件实验平台设计的方法研究

廖晓娟

（重庆科创职业学院，重庆 402160）

经调查发现，目前我国高校计算机教学采用理论与实践分离的教学模式，受教学成本影响，很多学校忽略了实践教学，计算机教学主要以理论为主。然而理论教学存在一定的弊端，一方面，学生的实践能力得不到培养，另一方面，学生学到的理论知识得不到验证，很难总结自己的学习成果，容易让学生丧失学习的兴趣。尤其是对于计算机教学来说，学生的实践能力尤为重要，需要引起各方的重视。虚拟计算机硬件实验平台建设解决了教学成本的问题，能够给学生提供另一种学习模式，拓宽学生的视野，对学生实践能力的培养有着重要的作用。另外，学生不再受时间、地点的限制，可以通过虚拟实验平台随时进行学习。这有助于提高学生的学习效率，对于计算机教学来说也更有针对性。

1 虚拟实验平台概念

虚拟实验平台又称为计算机虚拟仿真技术，是通过现代化计算机技术实现的虚拟平台，利用仿真技术还原实践环境，提供视觉、听觉效果，能够让学生有更深刻的体验。学生能够在虚拟平台中感受实验过程，通过触摸进行相关实验操作，仿佛身在其中。虚拟计算机硬件实验平台是对计算机硬件进行测试、开发与应用的重要平台，能够体现出计算机技术的重要性，给人们学习的机会。虚拟计算机硬件实验平台通过高新技术，提高了计算机教学的效率，降低计算机教学的成本，将一些操作复杂的计算机实验部分体现在虚拟平台上，从而简化了计算机教学，提高了学生的积极性，提升了学生的学习效率[1]。虚拟实验平台主要应用的就是计算机仿真技术，通过仿真还原实现模拟过程。

2 虚拟计算机硬件实验平台设计

2.1 虚拟现实开发平台设计

虚拟现实开发平台是虚拟计算机硬件实验平台的基础，是虚拟实验进行的重要保证，因此，要在虚拟计算机硬件实验平台设计前期，进行虚拟现实开发平台设计，做好准备工作。虚拟现实开发平台是对虚拟计算机硬件实验场景中的数据、图像等进行分析、重组、展现的基础平台，只有拥有虚拟现实开发平台，才能够将所需场景进行充分还原。虚拟现实开发平台是联系其他各子系统的关键，能够提高系统之间的沟通效率，加强系统之间的关联性，有利于提高计算机硬件实验平台的数据处理效率，保证系统发挥最大效益。

2.2 虚拟仿真交互系统设计

为了能够更好地对实景实验进行还原，虚拟计算机硬件实验平台需要对各种要素进行展现，这个过程中就出现了仿真交互作用，虚拟仿真交互系统就是为了能够保证在同一时间将不同要素进行完全展现。在计算机实验中，需要学生完全参与进来，虚拟计算机硬件实验平台既需要具有图像、声音等的还原功能，又要能够对学生的声音、动作进行捕捉，这与简单的二维空间还原不同，需要考虑到多方因素的相互影响，为此，在构建虚拟计算机硬件实验平台前，需要完善虚拟仿真交互系统的内容，减少各要素之间的干扰，将实景信息更好、更完整地进行还原[2]。

2.3 虚拟三维现实系统设计

虚拟三维现实系统是目前还原程度最高的系统，通过三维还原能够对原场景进行全面的分析、数据运算，结合物质的特征进行充分展现。除此之外，虚拟现实三维系统是对仿真交互系统应用最好的系统，能够展示各种要素。另外，虚拟三维现实系统对高新设备的应用比较广，包括立体显示器、大屏幕监控设备等，应用这些设备能够起到更好的作用，提升还原的效果。通过虚拟三维现实系统设计，能够提高虚拟计算机硬件实验平台的还原程度，提升学生的参与感，提高学生的操作效率[3]。

3 虚拟计算机硬件实验平台开发

3.1 主要模块设计

虚拟现实开发平台是虚拟计算机硬件实验平台的基础平台，要最先构建完成。虚拟现实开发平台是对图片进行生成及处理的关键平台，且性能较好，能够通过获得信息进行数据运算，还原完整的虚拟现实场景，由此可见虚拟现实开发平台在虚拟现实中的重要作用。除此之外，由于虚拟计算机硬件实验平台对交互作用的需求，因此，需要触觉反映终端及定位追踪等设备的支持。在基础设备设施准备完成后，通过实验模块和展示模块进行检测，改变实验数据及行为，观察展示情况的变化是否满足客观需求。在发现位置错误时，对模型进行调整，提高模块功能的准确性及完整性。

3.2 模型构建

模型构建是虚拟计算机硬件实验平台设计的核心环节，需要通过SKetchUp进行操作。要先了解实验设计的需求，并根据需求将设备及材料简单绘画出来，之后进行硬件需求的绘画。再将设备及材料的实际大小进行测量、分析、对比，导入系统内部，完成实景采集。也可以通过设备扫描的方式，提高数据的准确性，有利于确保后期工作的有效性。此过程最主要的部分就是实现各要素的交互。首先，需要对不同要素进行单独系统维护，并检查每个系统中的应用情况，在各个系统做好调试之后，通过主板插槽的方式，实现独立建模；其次，通过交互仿真技术，实现各要素的结合、交互[4]。

3.3 模型优化

为了提高虚拟计算机硬件实验平台的效果，提升学生的学习效率，需要在实验的过程中对实验模型进行不断的优化，优化是全过程的，包括模型设计阶段和模型使用阶段，需要将过程中发现的问题进行展现、解决，从而不断完善模型系统。首先，线图的绘画方面，一般会采取“近实远虚”的方式，满足一般人的观察习惯，对于近处的景象进行细致的描述、远处的景象进行大概勾勒，能够突出重点，却又不缺少整体画面。其次，对颜色进行优化，颜色在场景还原过程中是十分重要的，正确的颜色运用能够提高场景还原的真实性，有利于给学生更加深刻的感受。在颜色渲染方面，也是重点突出近处的景象，减少对远处景象的上色，尤其是减少远景的深色体现，避免让人抓不到重点[5]。为了提高系统的处理效率，可以通过纹理映射、纹理压缩等技术，减少应用空间和加载时间，提升处理效率。

3.4 模型动态导入

模型动态导入是虚拟计算机硬件实验平台设计的关键步骤，现在的计算机实验中，动态操作是必须的功能。在虚拟计算机硬件实验平台设计中，一般通过Quest 3D的方式实现，具体的操作流程如下。

首先，将设置好的计算机硬件模型导入Quest 3D系统中，使之处于存储状态。

其次，将导入的模型按照Lua的方式打开，完成基本数据加载，将信息调整为硬件信道组，从而使该脚本能够为更多的用户提供更多的信道。

在模型动态导入之后，用户能够根据自己的需求进行不同的调试，选择不同的信道，能够起到保护信息安全的作用，同时加强了与数据库之间的联系，提高了信息流动的效率。在与数据库进行关联时，需要进行用户信息登记，保护账户名称及密码，从而起到保护信息安全的作用。

4 结语

技术的发展和教育改革的要求，人们对计算机实验的要求越来越高，通过虚拟计算机硬件实验平台设计，能够满足教学的需求，节约教学成本，同时，能够提高教学效率，提高学生学习的积极性。为了能够更好地完成虚拟计算机硬件实验平台设计，文章围绕主要模块设计、模型构建、模型优化、模型动态导入等几个过程进行讲解，希望能够提高虚拟计算机硬件实验平台的应用范围，提升学校的教学质量。