虚拟现实技术在化学实验教学中的应用(zhb)39

虚拟现实技术在化学实验教学中的应用内容VR技术概述1虚拟实验室的定义（1）VR在化学实验中的应用2国内外发展现状（2）作品演示（3）化学化工教育教学软件研发中心（2）1.虚拟现实（VR）技术概述VirtualRealityVR：是一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术。虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律三大手段。1.1什么是虚拟现实技术？1.2I3特性I3Immersion沉浸Imagination构想Interaction交互1.3虚拟现实技术的类别AugmentedVRDistributedVRImmersionVRDesktopVR增强虚拟显示系统分布式虚拟现实系统沉浸虚拟现实系统桌面虚拟现实系统1.4交互设备立体投影头盔跟踪器数据手套立体显示interaction1.5产生立体感的条件透视效果—几何明暗虚实变化—光线双眼的空间定位—视差1.6立体3D投影系统桌面型立体展示系统多通道环幕立体投影系统采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。2.VR应用领域领域用途医学外科手术，远程遥控手术，身体复建，虚拟超音波影像，药物合成教育虚拟天文馆，远距教学,虚拟实验室，虚拟教师艺术虚拟博物馆，音乐商业电传会议，电话网路管理，空中交通管制景观模拟建筑设计，室内设计，工业设计，地形地图科学视觉化数学、物理、化学、生物、古生物、考古、行星表面重建，虚拟风洞试验，分子结构分析军事飞行模拟，军事演习，武器操控太空太空训练，太空载具驾驶模拟机械人机械人辅助设计，机械人操作模拟，远程操控工业电脑辅助设计娱乐电脑游戏虚拟战场虚拟校园虚拟制造虚拟手术虚拟游戏虚拟培训主要应用方面分子设计化工实训虚拟实验室3.VR在化学中的应用3.1虚拟实验室的作用与效果实验教学模式的多样化——虚拟+实际实验教学资源的网络化——趋势与超前实验教学内容的趣味化——引导与培养优势资源的共享——现实与国情效果：学习兴趣增加预习效果明显提高提高实验室和仪器的利用率深化实验教学改革3.2虚拟实验室的定义联合国科教文组织采用已被广泛接受的虚拟实验室的定义（virtuallaboratory,VL）：“为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息通讯技术产生并发布结果的电子工作室。”3.3化学化工教育教学软件研发中心1999年由大连理工大学刘志广教授创建的化学软件研究中心。承担多项国家及省部级课题；所开发的VL涉及化学、化工、食品和模具等多个专业。被国内有近百所高校采用；几年来analab所研制的软件在全国多媒体教育软件大奖赛中获得了一等奖三项、四等奖两项，并获得其他各种奖十多项；04年在意大利获得了PirelliInternationalAward奖。教学经验+专业技术+奉献精神开发的校级多实验中心开放式教学网络预约管理平台；大型公用仪器网络开放预约管理平台等，在多所高校推广使用。发展过程Cult3DVRMLVBVirtoolsFLASH•三维显示技术的搭建•VR技术的应用•CSFOLE的结合•场景化•角色代理•语音识别3.4国内外仿真VL的发展现状主要依托大学开发,目前公司也逐渐加入。(1)国内仿真VL的发展现状国内仿真VL的现状问题:资金投入不够(与国外相比)缺乏专业人才(既精通教学,又熟悉多媒体技术)已有软件缺乏教学策略设计好作品少国内仿真VL的现状金华科公司的仿真化学实验室面向高中化学教学，由使用者（教师）制定实验内容、过程，然后生成实验文件，再由实验者（学生）进行实验模拟。支持数据库，定制实验，数据处理强；其他辅助功能（3d分子浏览器等）能够满足对于实验的支持和扩充。不能模拟真实场景，2d界面，不适于网上传播。国内仿真VL的现状大连理工研制的“仿真化学实验室”1.VB技术开发的单机版2.Flash技术开发的网络版初期：非场景化，高交互，功能不够完善。矢量动画技术，软件体积小，速度快，适用于网络3.场景式情感交流网络虚拟实验室发展方向之一：情感交流环境协调；听到声，看到人；信息实时反馈。5.基于虚拟现实技术的真正Web_3D场景虚拟实验室发展方向：Web_3D（2）国外仿真VL的现状1.ModelScience的Chemlab1994年就推出了第一版单机版比较成熟完善，影响大。可以进行多种实验的模拟：酸碱滴定、沉淀、反应动力学、比重测量等等。2d界面。由独立公司开发运作。国外仿真VL的现状2.卡内基梅隆大学的IrYdium项目1997年立项，美国国家自然基金等单位资助（TheNationalScienceFoundation），2002年已经开发出了教学实用的虚拟普通化学实验室。计算机实验、实验预习复习等教学活动。使用java开发，网络运行，2d界面。国外仿真VL的现状3.美国北卡罗来那大学Greenboro分校的LAAPhysics物理实验室该项目获得美国教育部资金180万美元。通过javaapplet模拟各种实验设备；虚拟教授通过数据库对学生操作的记录进行判定。2d/假3d界面国外仿真VL的现状4.HowardHughes医学院开发的Biointeractive系列软件逐步进行的方式进行实验。有完整的辅助学习体系，3d界面。国外化学仿真VL场景式；强化虚拟环境；强化情感交流；信息反馈；过程评价；智能化；协同化（3）今后的发展模式3.5作品展示CSFOLE和实验信息管理平台•开放式实验教学整体解决方案(TheCompleteSolutionForOpenLaboratoryEducation)•zLims实验信息管理系统目前有7所高校正在使用•EVL的核心地位(RichInternetApplications)RIA构架，虚拟实验与实验教学的有机结合。基本操作与仪器装置介绍实验基本操作有机化学：虚拟实验操作平台无机化学：性质实验；综合实验元素化学与元素周期表元素性质+模拟实验+实验录象+知识扩展物理化学：12个实验下一代Web-3D交互虚拟实验室虚拟显示：工程实训