物理學專業(yè)畢業(yè)論文-基于vrml的實驗室演示功能的實現(xiàn)

1、<p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　論 文 題 目 基于VRML的實驗室演示功能實現(xiàn) </p><p>　　學 生 姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱 物 理

2、 學 </p><p>　　論文提交日期 2010年 4 月7 日 </p><p>　　申請學位級別 理學學士學位 </p><p>　　論文評審等級 </p><p>　　指導教師姓名

3、 </p><p>　　職 稱 教授 </p><p>　　工 作 單 位 </p><p>　　學位授予單位 </p><p><b>　　物理系</b></p>

4、<p><b>　　二○一○年四月</b></p><p>　　基于VRML的實驗室演示功能的實現(xiàn)</p><p>　　摘要： 本論文利用VRMLPad創(chuàng)建虛擬物理實驗室進而實現(xiàn)了物理演示功能實現(xiàn)。</p><p>　　關鍵詞:虛擬現(xiàn)實; VRML;演示實驗 </p><p><b>　　1.引言

5、</b></p><p>　　1.1.虛擬現(xiàn)實概念及VRLM特征</p><p>　　1.1.1. 虛擬現(xiàn)實的概念</p><p>　　虛擬現(xiàn)實(VR-virtual Reality)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界(Virtual word)的計算機系統(tǒng)。它通常是指用立體眼鏡和傳感手套等一系列傳感輔助設備來實現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實，人們可以通過這些設施以自然的技

6、能向計算機送入各種動作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設施使人們感受到三維的視覺、聽覺及觸覺等感官刺激。它創(chuàng)建一個既酷似客觀環(huán)境又超越客觀時空，既能沉浸在其中又能駕馭其上的和諧的人機環(huán)境，也就是一個由多維信息所構(gòu)成的可操縱的空間。它的目標就是真實的體驗和方便自然的人機交互，能夠達到或部分達到這樣目標的系統(tǒng)就統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[2]。虛擬現(xiàn)實技術是一門直接來自于應用的、涉及眾多學科的、新的實用技術，是集先進的計算機技術、傳感與測量技術、仿

7、真技術、微電子技術等為一體的綜合集成技術。</p><p>　　VRML ( virtual reality modeling language)虛擬現(xiàn)實建模語言是一種三維造型和渲染的圖形描述語言，通過創(chuàng)建一個虛擬場景以達到現(xiàn)實中的效果。它是第二代Web程序設計語言，可以在網(wǎng)頁上實現(xiàn)三維動畫效果及基于三維對象用戶的交互，特別是可以改變當前網(wǎng)絡與用戶交互的局限性，使得人機交互更加方便、靈活，使虛擬世界的真實性、交互

8、性和動態(tài)性得到充分的體現(xiàn)。</p><p>　　1.1.2.虛擬現(xiàn)實的基本特征</p><p>　?。?)沉浸感是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應該達到使用戶難以分辨真假的程度(例如可視場景應隨著視點的變化而變化)，甚至超越真實，如實現(xiàn)比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果等。</p><p>　　(2)交互性是指用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和

9、從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如，用戶可以用手直接抓取虛擬環(huán)境中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺物體的重量，場景中被抓的物體也立刻隨著手的移動而移動。</p><p>　　(3)想象力是指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。</p><p>　　1.2.虛擬現(xiàn)實在教學中的作用及應用</p>

10、<p>　　1.2.1.虛擬現(xiàn)實在教學中的作用</p><p>　　(1) 彌補教學條件的不足。在教學中，往往會因為實驗設備、實驗場地、教學經(jīng)費等方面的原因，而使一些應該開設的教學實驗無法進行。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，學生足不出戶便可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學內(nèi)容的理解。</p><p>　　(2)避免真實實驗或操

11、作所帶來的各種危險。以往對于危險的或?qū)θ梭w健康有危害的實驗，一般采用電視錄像的方式來取代實驗，學生無法直接參與實驗，獲得感性認識。學生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實驗。</p><p>　　(3)徹底打破空間、時間的限制。利用虛擬現(xiàn)實技術，可以徹底打破空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內(nèi)部進行觀察。虛擬技術還可以突破時間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀

12、察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學生觀察。</p><p>　　(4)可以虛擬人物形象。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設一個人性化的學習環(huán)境，使學生能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。</p><p>　　1.2.2. 虛擬現(xiàn)實在教學中的應用</p><p>　　虛擬現(xiàn)實在教學中的應用主要有以下二個

13、方面。</p><p>　　(1)知識學習。知識學習是指學生利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)學習各種知識。它的應用有兩個方面:一是再現(xiàn)實際生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程，為學生提供生動、逼真的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。虛擬現(xiàn)實在知識學習中的另一個應用是，使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便學生對抽象概念的理解。</p><p>　　(2)探索學習。虛擬現(xiàn)實技術可以對學生學習

14、過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設所產(chǎn)生的結(jié)果或效果，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。</p><p>　　通過資料查閱可知，國外的虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在很多領域有著廣泛的應用，帶來了可觀的經(jīng)濟價值和社會價值。國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實技術的研究與開發(fā)尚處于初級階段，有很多的領域及技術有待我們?nèi)ラ_發(fā)和研究。通過相關的資料可知，VRML技術在物理教學上的應用有其獨

15、特的優(yōu)勢，它可以使抽象的概念和理論直觀化形象化， VRML創(chuàng)建的動態(tài)環(huán)境直觀性強，形象逼真，易于學生學習掌握。基于以上原因，在本論文的選題上，重點選取典型和具有代表性的演示實驗來研究。在物理教學的演示實驗中，有很多實驗可以由VRML 來實現(xiàn)，有些簡單的演示實驗(如拋物運動)比較容易實現(xiàn)，而類似于分子的布朗運動等物理現(xiàn)象的演示實驗，需要投入較多的時間和精力，由于本論文研究的時間關系，綜合考慮多方面因素，選取本論文的主要研究內(nèi)容包括以下2個

16、方面:借助于VRML語言構(gòu)建實驗室的三維場景的描述;借助于VRML語言建立動態(tài)仿真物理三維場景，完成實驗的三維演示演示。</p><p>　　1.3.1.VRML文件的具體使用條件</p><p>　　瀏覽VRML文件的環(huán)境條件：硬件上,無需其他的設備，目前的PC機完全可以滿足要求；軟件上，只需要安裝VRML瀏覽器插件，目前最流行的兩種VRML瀏覽器插件是Parallel Graphics

17、公司的Cortona瀏覽器插件和blaxxun公司的blaxxun Contact瀏覽器插件，另外還有一款常見的瀏覽器插件Cosmo player，如果使用的瀏覽器是Netscape 4.0以上的瀏覽器，則不用再裝Cosmo player，因為它已經(jīng)內(nèi)置了Cosmo player2.0瀏覽器插件。</p><p>　　Cortona瀏覽器插件也稱為Cortvrml插件，網(wǎng)絡上稱之為蝴蝶瀏覽器，現(xiàn)在流行的主要有4.

18、1版本和5.0版本，二者在使用和視覺效果上無明顯區(qū)別，不同的一點在于5.0版本的具有一個藍色徽標。</p><p>　　在對VRML文件進行瀏覽的過程中，會因所用計算機安裝的操作系統(tǒng)不同而決定使用的瀏覽器插件也不同： Cortvrml 插件,適用于Windows XP系統(tǒng)； Cosmo player 插件，適用于Windows 98/2000/2003系統(tǒng)。 </p><p>　　1.3.

19、2.VRML文件的編輯方法</p><p>　　1.用文本編輯器，如記事本直接編寫VRML文件；保存時，保存類型選擇所有文件，保存文件名稱后綴擴展名改為.wrl；</p><p>　　2.用轉(zhuǎn)換工具從3DMAX、AUTODESK 3DVIZ、White Dune、分子模型編輯器等轉(zhuǎn)換。在設計中我使用編輯器來進行建模，模型創(chuàng)建好后直接輸出.wrl格式的文件。，在使用解釋器進行瀏覽時，在對其進

20、行旋轉(zhuǎn)、縮放、平移時，會因刷新頻率的原因而導致效果不明顯，甚至出現(xiàn)模糊現(xiàn)象。</p><p>　　1.4.用于創(chuàng)建基于VRML虛擬現(xiàn)實的可行性分析</p><p>　　VRML是一種有著強大發(fā)展?jié)摿Φ奶摂M現(xiàn)實建模語言，它尤其適合創(chuàng)建桌面虛擬現(xiàn)實。VRML創(chuàng)建的活動場景具有沉浸性、交互性和多感知性等一般虛擬現(xiàn)實場景的特征。首先，學習者通過VRML瀏覽器進入VRML場景后，憑借簡單的二維鼠標，

21、只要選擇VRML瀏覽器上不同的瀏覽方式(如Fly、Go、Rotate等)即可實現(xiàn)在場景中6+1個自由度的漫游，即三個方向的移動和旋轉(zhuǎn)，以及和其它三維空間的超鏈接。因而學習者完全可以根據(jù)個人的意志選擇場景中不同的視點方向和位置。雖然沒有頭戴式顯示器所帶來的完全沉浸的感覺，但學習者在場景中自由遨游，能體味到相當?shù)某两小Ａ硗?，通過編程控制VRML場景能實現(xiàn)一定的交互性。這種交互性可以允許學習者與場景中的3D實體進行一定的交互。 </p

22、><p>　　VRML能控制立體聲音的播放，并能對聲音的方位和強度進行控制。如雷電場景中，雷聲的強度和方位就是根據(jù)代理人的實時位置來改變的。因而通過VRML境界學習者能體味到一種近乎自然界的聲音。而將來，隨著VRML技術的進一步發(fā)展和完善，冷熱、質(zhì)感等感知信息的體現(xiàn)必將變成完全可能的事情。</p><p>　　VRML是一種實用化的虛擬現(xiàn)實建模語言。VRML文件是以擴展名.wrl或.wrz等結(jié)

23、尾的，是一種用來描述幾何形體的簡單的ASCII文本文件，VRML的編輯工具可以是任意一種文本編輯器。VRML文件不需要任何編譯，直接由瀏覽器解釋執(zhí)行，可以方便的實現(xiàn)桌面虛擬現(xiàn)實。VRML瀏覽器一般是作為Web瀏覽器的插件使用的，因而又稱為瀏覽器插件。當學習者通過Web瀏覽器請求一個VRML文件時，服務器端接收到請求，并將VRML文件代碼傳輸?shù)娇蛻舳?，客戶端瀏覽器通過VRML瀏覽插件對代碼進行解釋，將VRML語言中的信息解釋成空間中目標的

24、幾何體描述，如長方體、球體、不規(guī)則的其它三維物體等等，同時它將提供實時顯示，一秒顯示多次，這樣在學習者的計算機上就會有一個活動場景的感覺。而學習者只需用簡單的2D鼠標，通過切換不同的瀏覽方式即可遨游于整個虛擬境界，與境界中的物體進行交互。</p><p>　　VRML文件能通過包含關系(Inline節(jié)點)把不同的文件組織在一起，能實現(xiàn)和管理較大規(guī)模的場景。另外，VRML,文件具有超鏈接功能，通過Anchor節(jié)點可

25、以實現(xiàn)VRML文件與WINE文件，VRML文件與HTML文件之間的超鏈接。因而VRML文件用于Web課件中，可以實現(xiàn)課件中HTIVIL頁面與虛擬現(xiàn)實頁面的自然過渡，以及不同虛擬現(xiàn)實場景之間的隨意跳轉(zhuǎn)。與之相比，動畫文件和圖片文件因為是相互獨立的，文件之間要建立鏈接只能通過HTML的超鏈接功能。如果用于展示較大的場景和進行復雜的交互性操作，需要有較多的文件通過HTIVIL的超鏈結(jié)進行鏈接，這種鏈接將使系統(tǒng)缺乏流暢性，場景展示的實時性也會降

26、低，而且過于復雜的使用HTML的超鏈在操作時容易出現(xiàn)混亂。</p><p>　　基于以上分析，VRML是一種基于www的實用的、功能較完善的、具有強大發(fā)展?jié)摿Φ奶摂M現(xiàn)實建模語言。因為VRML具有強大的網(wǎng)絡功能，所以它尤其適合創(chuàng)建Web上的虛擬現(xiàn)實。VRML對硬件設備要求不高(僅僅用最簡單的臺式顯示器、2D鼠標、音箱就能實現(xiàn))，能為教學中的大多數(shù)學習者所接受。VRML文件設計使用簡單，能創(chuàng)建出簡單的桌面虛擬現(xiàn)實，隨

27、著它的逐步發(fā)展和完善功能必將更強大。所以用VRML創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實場景應用于教學具有相當?shù)目尚行?。選取本論文的主要研究內(nèi)容包括以下2個方面:一是借助于VRML語言構(gòu)建實驗室的三維場景的描述;二是借助于VRML語言完成演示實驗功能實現(xiàn)。。</p><p>　　2．系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)</p><p>　　2.1.1整個設計流程</p><p><b>　　程序設計思

28、路</b></p><p>　　首先：選擇要實現(xiàn)虛擬實驗室場景的工具。有以下2種方法。第一是利用3DMAX、AUTODESK 3DVIZ、White Dune等工具建立模型在轉(zhuǎn)換成VRML的形式。但其生成的文件一般很大。第二直接利用VRML代碼來實現(xiàn)。其特點是要花費時間較長。但文件叫小，我選擇第二種方法。</p><p>　　其次：重點內(nèi)容的設計——建立物理實驗模型的實現(xiàn)，物理

29、實驗是實驗室的重要組成部分，實驗能否正常運行的關鍵。</p><p>　　再次：實驗內(nèi)容的構(gòu)建。</p><p><b>　　最后：調(diào)試修改。</b></p><p>　　框架結(jié)構(gòu)如圖2.1所示： </p><p><b>　　圖2.1 設計流程</b></p><p>　　

30、（1）系統(tǒng)分析與設計</p><p>　　首先通過查閱資料，根據(jù)自己的想法并結(jié)合指導教師的指導意見進而對系統(tǒng)進行分析設計。</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)實現(xiàn)</b></p><p>　　通過代碼編寫創(chuàng)建物理實驗的演示結(jié)構(gòu)，設置交互功能。</p><p><b>　　（3）系統(tǒng)測試</b>&

31、lt;/p><p>　　通過交互功能，看是否達到預期的效果在修改相關的代碼。</p><p><b>　　2.1.2.模塊化</b></p><p>　　VRML支持代碼的模塊化，即可以將一個復雜場景中的各部分，分別做成一個個獨立的VRML文件，然后在一個主控文件中調(diào)用（內(nèi)聯(lián)）這些獨立的文件，完成場景中相應部分的創(chuàng)建[1]。VRML網(wǎng)頁代碼的模塊化

32、是指將一個比較復雜的虛擬場景，分解成一個基礎環(huán)節(jié)和若干個實際物對像?；A環(huán)境及實物對象都用一個獨立的VRML來完成。</p><p>　　制作基礎的VRML文件稱為主控文件，制作實物對象的VRML文件稱為對象文件。主控文件通常包括空間背景、地面和若干視點等。當對象文件完成了以后，可以在主控文件中調(diào)用對象文件，實現(xiàn)在基礎環(huán)境中添加實物對象。</p><p>　　2.1.4.VrmlPad創(chuàng)建

33、主控文件</p><p>　　VRML文件用層次化的場景圖來描述三維對象和世界。 首先來制作基礎的VRML主控文件即空間背景、地面、走廊、臺階和若干視點。 </p><p>　　其視點及背景部分代碼如下：</p><p>　　#VRML V2.0 utf8 #文件頭</p><p>　　Group #主編組結(jié)點</p&

34、gt;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　children</b></p><p><b>　　[</b></p><p>　　WorldInfo {</p><p>　　title "Windmill"</p&g

35、t;<p>　　info "wsf2006021126"</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Viewpoint { #視點</p><p>　　Position 0.0 1.65 35.0 #視點的位置</p><p>　　Or

36、ienttation 1.0 0.0 0.0 0.2 #瀏覽者的視線方向</p><p>　　Descryption "Entry View" #視點名稱字符串</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Viewpoint { #視點</p><p>　　po

37、sition 0.0 1.65 15.0 #視點的位置</p><p>　　orientation 1.0 0.0 0.0 0.5 #瀏覽者的視線方向</p><p>　　description "Close-up" #視點名稱字符串</p><p><b>　　}</b></p>

38、<p>　　Viewpoint { #視點 </p><p>　　position 7.05 1.65 7.05 #視點的位置</p><p>　　orientation 0.0 1.0 0.0 0.785 #瀏覽者的視線方向</p><p>　　description "Front door&

39、quot; #視點名稱字符串</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Viewpoint { #視點 </p><p>　　position 35.0 1.65 -35.0 #視點的位置</p><p>　　ori

40、entation 0.0 1.0 0.0 2.356 #瀏覽者的視線方向</p><p>　　description "Far away" #視點名稱字符串</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Viewpoint { #視

41、點 </p><p>　　position 0.0 14.43 2.0 #視點的位置</p><p>　　orientation 0.00128 0.959 0.282 3.1503 #瀏覽者的視線方向</p><p>　　description "Roof top" #視點名稱字符串 </p>

42、<p><b>　　}</b></p><p>　　Background #背景</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　skyColor [ #背景色</p><p>　　0.0 0.2 0.7,</p&

43、gt;<p>　　0.0 0.5 1.0,</p><p>　　1.0 1.0 1.0</p><p><b>　　]</b></p><p>　　skyAngle [ 1.309, 1.571 ] #天空角</p><p>　　groundColor [ #地面色&

44、lt;/p><p>　　0.1 0.10 0.0,</p><p>　　0.4 0.25 0.2,</p><p>　　0.6 0.60 0.6,</p><p><b>　　]</b></p><p>　　groundAngle [ 1.309, 1.571 ] #地面角</p>

45、<p>　　上段代碼主要是創(chuàng)建了空間背景、背景色、地面、走廊、臺階及若干個視點。其次來創(chuàng)建實驗室，其中為了提高仿真程度人走到門前，不可能穿門而入，必須先開門，所以設置門自動打開，其效果及代碼如下：</p><p><b>　　其代碼如下示:</b></p><p>　　Transform { </p><p>　　translatio

46、n 0.0 0.0 -27.0 #坐標變換</p><p>　　children [</p><p>　　DEF Left Door Transform { #</p><p>　　children Transform {</p><p>　　translation -5.0 0.0 0.0</p>&

47、lt;p>　　children DEF Door Inline { url "door.wrl" }</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEF RightDoor Transform {</p><p>　　

48、children Transform {</p><p>　　translation 5.0 0.0 0.0</p><p>　　children USE Door</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　# Pro

49、ximity sensor</p><p>　　DEF DoorSense ProximitySensor {</p><p>　　center 0.0 1.75 0.0</p><p>　　size 6.0 3.5 8.0</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

50、;　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　# Sounds</b></p><p><b>　　Sound {</b></p><p>　　source DEF OpenSound AudioClip { url &quo

51、t;Sounds/clunk2.wav" }</p><p>　　minFront 20.0 minBack 20.0</p><p>　　maxFront 60.0 maxBack 60.0</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Sound {</b><

52、;/p><p>　　source DEF CloseSound AudioClip { url "Sounds/clunk1.wav" }</p><p>　　minFront 20.0 minBack 20.0</p><p>　　maxFront 60.0 maxBack 60.0</p><p><b>　　}

53、</b></p><p>　　# Animation clocks</p><p>　　DEF OpenClock TimeSensor {</p><p>　　cycleInterval 0.5</p><p>　　loop FALSE</p><p>　　startTime 0.0</p>

54、<p>　　stopTime 1.0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEF CloseClock TimeSensor {</p><p>　　cycleInterval 0.5</p><p>　　loop FALSE</p><p>　　startTi

55、me 0.0</p><p>　　stopTime 1.0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　# Animation paths for the left and right doors</p><p>　　DEF LeftOpen PositionInterpolator {</p>

56、;<p>　　key [ 0.0, 1.0 ]</p><p>　　keyValue [ 0.0 0.0 0.0, -1.3 0.0 0.0 ]</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEF LeftClose PositionInterpolator {</p><p>　　key

57、[ 0.0, 1.0 ]</p><p>　　keyValue [ -1.3 0.0 0.0, 0.0 0.0 0.0 ]</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEF RightOpen PositionInterpolator {</p><p>　　key [ 0.0, 1.0 ]</p

58、><p>　　keyValue [ 0.0 0.0 0.0, 1.3 0.0 0.0 ]</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEF RightClose PositionInterpolator {</p><p>　　key [ 0.0, 1.0 ]</p><p>　　k

59、eyValue [ 1.3 0.0 0.0, 0.0 0.0 0.0 ]</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ROUTE DoorSense.enterTime TO Ope

60、nSound.startTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.exitTime TO OpenSound.stopTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.enterTime TO OpenClock.startTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.exitTime TO OpenClock.sto

61、pTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.exitTime TO CloseSound.startTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.enterTime TO CloseSound.stopTime</p><p>　　ROUTE DoorSense.exitTime TO CloseClock.startTime&l

62、t;/p><p>　　ROUTE DoorSense.enterTime TO CloseClock.stopTime</p><p>　　ROUTE OpenClock.fraction_changed TO LeftOpen.set_fraction</p><p>　　ROUTE OpenClock.fraction_changed TO RightOpen.se

63、t_fraction</p><p>　　ROUTE CloseClock.fraction_changed TO LeftClose.set_fraction</p><p>　　ROUTE CloseClock.fraction_changed TO RightClose.set_fraction</p><p>　　ROUTE LeftOpen.value_c

64、hanged TO LeftDoor.translation</p><p>　　ROUTE LeftClose.value_changed TO LeftDoor.translation</p><p>　　ROUTE RightOpen.value_changed TO RightDoor.translation</p><p>　　ROUTE RightClo

65、se.value_changed TO RightDoor.translation</p><p>　　2.1.5.建立物理實驗模型</p><p>　　1.X射線衍射實驗演示</p><p>　　X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生器（X射線管）、測角儀、X射線探測器、計算機控制處理系統(tǒng)等組成。X射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種。測角儀是粉末X射線衍射儀的核心部件，主要由

66、索拉光闌、發(fā)散狹縫、接收狹縫、防散射狹縫、樣品座及閃爍探測器等組成。衍射儀中常用的探測器是閃爍計數(shù)器(SC)，它是利用X射線能在某些固體物質(zhì)(磷光體)中產(chǎn)生的波長在可見光范圍內(nèi)的熒光，這種熒光再轉(zhuǎn)換為能夠測量的電流。由于輸出的電流和計數(shù)器吸收的X光子能量成正比，因此可以用來測量衍射線的強度。閃爍計數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量鉈活化的碘化鈉(NaI)單晶體。這種晶體經(jīng)X射線激發(fā)后發(fā)出藍紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來放大，發(fā)光體的藍紫色

67、光激發(fā)光電倍增管的光電面(光陰極)而發(fā)出光電子(一次電子)，光電倍增管電極由10個左右的聯(lián)極構(gòu)成，由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(fā)二次電子，經(jīng)聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級數(shù)劇增(約106倍)，最后輸出幾個毫伏的脈沖。衍射儀主要操作都由計算機控制自動完成，掃描操作完成后，衍射原始數(shù)據(jù)自動存入計算機硬盤中供數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)分析處理包括平滑點的選擇、背底扣除、自動尋峰、d值計算，衍射峰強度計算等。</p><p>　　根據(jù)

68、X射線衍射實驗的原理并參照了網(wǎng)絡上的教程完成X射線衍射儀的構(gòu)建其最后效果如下圖示.</p><p><b>　　其核心代碼如下：</b></p><p>　　DEFscript Script {</p><p>　　eventIn SFTime time1 </p><p>　　eventInSFTime time2

69、</p><p>　　field SFBool aa TRUE </p><p>　　field SFBool cc FALSE</p><p>　　eventOut SFBool bb</p><p>　　url"vrmlscript:</p><p>　　function time1(){bb=aa;}

70、</p><p>　　function time2(){bb=cc;}"</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DEFcolorscript Script {</p><p>　　eventIn SFTime time3 </p><p>　　eventInSF

71、Time time4</p><p>　　eventOut SFColor diffuseColor </p><p>　　field SFColor white .61 .61 .61</p><p>　　field SFColor red .54 0 0</p><p>　　url "vrmlscript:</p>

72、<p>　　function time3(){diffuseColor=red;}</p><p>　　function time4(){diffuseColor=white;}"</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ROUTE chuanganqi.rotation_changed TO XRay

73、.set_rotation</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate1.set_fraction </p><p>　　ROUTE rotate1.value_changed TO rotate.set_rotation</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changedTO ro

74、tate4.set_fraction</p><p>　　ROUTE rotate4.value_changed TO shangxuanniu.set_rotation</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate3.set_fraction</p><p>　　ROUTE rotate3.value_chang

75、ed TO xiaxuanniu.set_rotation</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate2.set_fraction</p><p>　　ROUTE rotate2.value_changedTO axis.set_rotation</p><p>　　ROUTE openmouse.touchT

76、ime TO script.time1</p><p>　　ROUTE script.bb_changedTO clock.set_enabled</p><p>　　ROUTE openmouse.touchTime TO clock.startTime</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate1.set_

77、fraction</p><p>　　ROUTE openmouse.touchTime TO clock.startTime</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TO rotate2.set_fraction</p><p>　　ROUTE openmouse.touchTime TO clock.startTime<

78、;/p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate3.set_fraction</p><p>　　ROUTE openmouse.touchTime TO clock.startTime</p><p>　　ROUTE clock.fraction_changed TOrotate4.set_fraction</p

79、><p>　　ROUTE openmouse.touchTime TO colorscript.time3</p><p>　　ROUTE colorscript.diffuseColor TO color.set_diffuseColor</p><p>　　ROUTE closemouse.touchTime TO script.time2</p>&

80、lt;p>　　ROUTE script.bb_changedTO clock.set_enabled</p><p>　　ROUTE closemouse.touchTime TO colorscript.time4</p><p>　　ROUTE colorscript.diffuseColor TO color.set_diffuseColor</p><p

81、>　　(2)太陽、地球、月球之間的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)</p><p>　　2.1.6.利用Anchor節(jié)點來對VRML之間的鏈接</p><p>　　利用Anchor對主控文件和對象文件進行鏈接其代碼如下：</p><p><b>　　Anchor</b></p><p><b>　　{</b><

82、;/p><p>　　Url“VRML或HTML的文件名“</p><p>　　description“狀態(tài)描述信息”</p><p><b>　　children[</b></p><p>　　#若干shape或Transform結(jié)點</p><p><b>　　]</b><

83、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.結(jié)束語</b></p><p>　　本次論文實現(xiàn)了簡單的實驗室虛擬及簡單的物理實驗模擬。通過一段時間的分析和設計，我對VMRL有了深一步的認識，實現(xiàn)一個簡易虛擬實驗室演示的功能。但是由于能力和時間限制，還存在很多的不足和缺點，首先，由于時間和能力的原因?qū)嶒?/p>

84、室的建立比較粗糙。其次，物理模型的建立和交互功能比較復雜，所以需要花費一些時間去思考，難免有不妥當?shù)牡胤?。目前，該設計對于物理虛擬實驗室實現(xiàn)還有很多可以擴展的空間，比如用simulink來控制VMRL虛擬場景等，總之，我會繼續(xù)努力學習，爭取完善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本系統(tǒng)在制作過程中得到了倪永勤老師的傾力指導和大力支持，在

85、此表示衷心的感謝！另外對同學的幫助及提供參考文獻的編著者也表示謝意！</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 汪志達,葉偉.VRML虛擬現(xiàn)實網(wǎng)頁設計[M].北京：清華大學出版社,2006.12</p><p>　　[2] 陸昌輝.使用VRML與JAVA創(chuàng)建網(wǎng)絡虛擬環(huán)境[M].北京:北京大學出版社,2003.&

86、lt;/p><p>　　[3] 劉怡，張洪定、崔欣.虛擬現(xiàn)實VRML程序設計[M].天津：南開大學出版社，2007. </p><p>　　[4] 汪興謙.VRML虛擬造型實戰(zhàn)演練[M].北京：中國水利水電出版社 2002.</p><p>　　[5] 張 肺. 杜可亮. 劉建灼. WWW上的虛擬現(xiàn)實技術—VRML技術[M]. 電子工業(yè)出版社,1998.8 </p

87、><p>　　[6] 俞方樺. VRML優(yōu)化技術[J]. 計算機應用研究, 1999.4 </p><p>　　[7] 郭建才. 虛擬現(xiàn)實技術及其在遠程教學中的應用[J]. 中國電大教育, 1999.6 </p><p>　　[8] 王 碩. 基于虛擬現(xiàn)實建模語言的模擬演示系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應用, 1999.3 </p><p>　　[9]

88、石明貴, 史紅星. 關于教育多媒體軟件的開發(fā)[J]. 中國遠程教育, 2000.1 </p><p>　　Simulation of a virtual physics experiments based on VRML</p><p>　　Shi-fa Wan</p><p>　?。―epartment of physics，Yuxi Normal Univer

89、sity，Yuxi 653100）</p><p>　　Supervisor：Yong-qin Ni</p><p>　　Abstract： In this thesis, VRMLPad create a virtual physics laboratory model provides the first person to learners feeling to realize t