(论文 页数:46 字数:24370)摘 要:本文是依托广东省教育厅教育资源建设项目 “家电实用电路虚拟实验专题学习网站”的建设任务而展开的。针对远程教学系统中电路维修实验教学薄弱这一问题，通过对现有远程虚拟实验系统实现方法的比较，运用QTVR的思路和方法设计实现了一个远程虚拟电路维修实验室VRiELab (Virtual Reality in electrocircuit servicing Laboratory)。VRiELab体现了三维立体感逼真、建模容易、便于网络传输、运行环境要求低等特点，其中的关键性问题包括远程虚拟实验系统三维场景的构建，远程虚拟实验系统体系结构的确立，虚拟实验的交互性研究，电路维修虚拟实验模式等。
本文共分为4个部分，第一部分对国内外虚拟实验室的研究状况作了回顾，同时介绍了电路维修虚拟实验室的开发背景。第二部分重点介绍了远程虚拟电路维修实验室的设计目标。并对现有的虚拟现实技术在三维场景的逼真度、系统资源要求、用户交互能力、平台适应性与技术的可实施性等方面进行详细的分析比较，确定了基于QTVR的远程虚拟电路维修实验室的系统框架，并给出了系统的课程结构设计。第三部分给出了基于QTVR技术的远程虚拟电路维修实验室的具体设计以及开发方法与实现思路，详细讨论了环视QTVR的生成过程，包括QTVR开发系统的硬件和软件部分、QTVR的生成步骤与交互过程，然后，给出了两个实例的实现过程。分别是虚拟仪器示波器与DVD机器的维修，提出了虚拟电路维修的预设故障点与全无故障两种方案，详细分析了虚拟仪器的基本功能与DVD机的维修方案、维修功能。最后是继续开发基于QTVR的虚拟实验室的一些建议。
本论文在QTVR技术引入电路维修虚拟实验方面做了有益的探索与尝试，但是现在还只是完成了部分的实验内容，同时在交互性与仿真程度方面都还需要进一步探索，随着相关技术的不断发展，该实验室系统还需要不断的完善和发展。

关键词：虚拟实验,电路维修,QTVR

ABSTRACT
This paper designs and realizes a Virtual Reality in Electrocircuit Servicing Laboratory System(VRiELab), on the basis of the “Website in Virtual Experiment on Household Appliances Practical Circuit”, the research project for Guangdong educational resource development of Guangdong Provincial Department of Education. It discusses the functions and approaches of the System, and presents the software architecture and realization techniques by taking DVD and oscillograph as instances. We find that it is efficient, economical, and realizable to build the VRiELab with the QTVR technique by means of analyzing the advantages and disadvantages of some existing virtual laboratory systems. This VRiELab has the characteristics of three-dimensional reality, easy modeling etc.
This paper summarizes the development of VRiELab. It includes four parts. Chapter 1 introduces the virtual laboratory development at home and abroad and the background of the Virtual experiment. The aim of the VRiELab is stated in detail in Chapter 2, which gives the frame of VRiELab based on QTVR, analyzing the advantages and disadvantages of three-dimensional reality, easy modeling, user alternation and flat adaptability. Chapter 3 presents the structure of the VRiELab, as well as many details about the experimental operation, and it gives the software architecture and implementation techniques taking DVD and oscillograph as instances. Some key questions are discussed in this chapter: the building process of the sweep QTVR, the software architecture and the communication implementation. Some suggestions for further development of the VRiELab are put forwards in Chapter 4.

Key Words: virtual experiment; virtual electrocircuit servicing; QTVR





目 录
第1章 绪论 1
1.1远程虚拟实验室概述 1
1.2 远程虚拟实验室的国内外研究现状 4
1.3课题的来源及本文的主要工作 5
第2章 远程虚拟电路维修实验室的设计目标 7
2.1 远程虚拟电路维修实验室设计目标 7
2.2 系统软件平台的选择 8
2.3 远程虚拟电路维修实验室的系统框架 11
2.4 实验课程结构设计 13
2.5 本章小结 14
第3章 基于QTVR的远程虚拟电路实验室的实现 14
3.1 QTVR开发平台 14
3.2 环视QTVR的生成过程 18
3.3 实现环境 22
3.4 应用实例一----虚拟仪器 24
3.5 应用实例二----DVD机的维修 27
3.6 应用实例三----微波炉的维修 32
3.7 本章小结 35
第4章 结论与分析 37
4.1全文总结 37
4.2 进一步工作展望 38
参考文献 40
致 谢 41
附录1 虚拟仪器系列建模图像（部分） 42

第1章 绪论
本章首先对远程虚拟实验室进行综合阐述，并对相关领域文献进行总结评述，然后介绍了远程虚拟实验室在国内外研究现状，及其在国内的发展前景，最后简要说明了本文要开展的工作。
1.1远程虚拟实验室概述
实验教学是工科教学一个必不可少的组成部分，是提高学生创造性的一个最为有效的手段。为了提高学生的实践能力，要求工科教学必需进行实验教学。在科研中，实验更为重要，所有的理论，推导，最终都要经过实践的检验。可以说缺少了实验的支持，工科领域的科研活动就无法进行。然而实验系统是一个资源高度密集的系统，这包含下各方面[1][2]：
1.实验设备需要大量资金的投入。
2.实验体系的建立和维护，需要大量的人力成本投入。
3.实验教学需要大量的教师资源。
随着我国高等教育体制的深化改革以及招生规模扩大方针实施以来，学生规模急剧膨胀的普通高等院校普遍陷入了实验教学的困境。此外，由于继续教育，远程教育等多种教育模式的提出，与通常教学模式相比，在该模式下，学生与教师的互动通常不是直接完成的，而是一种异步教学。这对实验教学提出了更高的要求，要求实验教学可以在任意地点，任意时间完成。因此长期以来国内外学者对实验教学进行了广泛的研究与探索。虚拟实验室就是在这种状况下应运而生。从实际意义上来说，在高等工程教育中采用虚拟实验室，可以从根本上解决实验与实习经费严重短缺问题，以及迅速膨胀的学生规模与实验基础设施和实验开出规模滞后发展的严重比例失调问题。同时，利用虚拟仪器技术与计算机网络相结合还可以实现对仪器设备的远程、分布式控制，在教育、科研等领域中具有广阔的发展空间和应用前景，是实验教学的一个新的发展方向。