三维虚拟物理实验室的界面设计与实现

【摘要】随着虚拟实验技术的日益成熟,人们认识到虚拟实验室在教育领域具有不可替代的教研价值。一方面,虚拟实验技术可以辅助高校的科研工作,另一方面,虚拟实验技术在实验教学中具有利用率高、易维护、远程教学、交互性强等诸多特点。三维虚拟物理实验室提供给物理实验操作员一个身临其境的实验平台,使得例如爆炸、强电、强腐蚀性等有一定危险性的实验可在该本台上实现,提高实验的安全性。近年来,建立适合自己需求的虚拟实验室成为许多国内外高校的重点科研计划。软件的界面是伴随着软件开发的一个重要部分,一个好的界面可以影响甚者决定一款软件的受欢迎度。美国著名的游戏开发大师比尔·沃克,曾经把游戏设计归纳为：界面+产品要素=游戏,可以看出界面设计对于软件具有重要意义。如何设计与实现一个友好的、寓教于乐的三维虚拟物理实验室软件的界面是本文的研究目的。本文采用Delta3D游戏开发引擎进行平台搭建,采用Delta3D封装的CEGUI游戏界面开发库进行界面部分的开发。CEGUI最大的优点是实现了系统的界面模块与其他功能模块的分开开发,使界面开发模块化、专业化。本文正是基于这个思想,独立开发了本虚拟实验室的界面功能。本文立足于界面设计的基本原则,结合三维虚拟物理实验室作为一个教育类游戏的主题,设计了整套虚拟实验室的界面,并编程实现。该界面具有一定的通用性,稍作修改后,可以作为其他类型的虚拟实验室的界面。文章的最后一章展示了本文设计与开发的界面,该界面具备一定的科学性和实用价值。本平台具备很强的教研意义,应用前景广泛,可以用作基础物理实验仿真,也可由实验操作员按照需求添加特殊元器件进行科学实验仿真。通过本平台,提供给用户更多的是对物理实验的认知感,普及物理实验教育。虚拟实验室的优势很好地解决了很多实际困难：高校实验经费不足,实验设备质量不高、数量有限、更新速度慢等。又由于虚拟实验室具备低成本、可远程指导、规范实验步骤等优点,故其受到国内外科研团队的热捧。
【作者】王良；
【导师】刘东峰；
【作者基本信息】广东工业大学，电子与通信工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】三维虚拟物理实验室；GUI；CEGUI；

【参考文献】
[1]郭春辉.基于物化强化的季节性重污染淮河水源水生物处理技术研究[D].济南大学,市政工程,2012,硕士.
[2]韩莹莹.Ce~(3+)，Nd~(3+)：YAG晶体中Ce~(3+)向Nd~(3+)能量传递的研究[D].吉林大学,光学,2013,硕士.
[3]华峥.半导体胶体量子点的能量转移、荧光闪烁和载流子倍增研究[D].南京大学,物理学,2014,博士.
[4]缪迪.农村商业银行农户贷款违约风险研究[D].南京农业大学,金融,2013,硕士.
[5]黄春鸿.非急性冠脉综合征的慢性肾脏病患者心肌肌钙蛋白Ⅰ的临床研究[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[6]雷令坤.企业高层管理者的信息供给策略研究[D].西北工业大学,企业管理,2004,硕士.
[7]郝大鹏.钕铁硼的电磁特性研究[D].江南大学,2011.
[8]张蓬川.神经元特异性烯醇化酶对颅脑损伤诊断和预后的研究[D].山西医科大学,神经外科,2002,硕士.
[9]王谏元.重钢三高炉自焙炭砖炉衬实践[J].四川冶金.1990(02)
[10]谭琳玲.醒脑静对A型肝性脑病大鼠肝功能、内毒素及GS、NOS表达影响的研究[D].广州医科大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[11]刘梦婷.汉语语气词呢、吗、吧、啊的功能分析及其对外汉语教学研究[D].吉林大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[12]裘愉弢.美国组合机床行业中的一种新趋势——采用“同步工程”改进组合机床自动线的设计工作[J].组合机床与自动化加工技术.1990(05)
[13]王小涛.电力变压器噪声辐射特性研究[D].合肥工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[14]唐凤琳.渗透性反应墙处理被石油烃类物质污染地下水的室内试验研究[D].兰州理工大学,环境工程,2013,硕士.
[15]廖灿.专利法中在先权问题研究[D].西南交通大学,法律,2013,硕士.
[16]刘军伟,冯焕清,周颖玥,李传富.基于主动轮廓模型的肺纹理自动提取新方法(英文)[J].自动化学报,2009,04:345-349.
[17]殷操,卢晗锋,王罡,顾勇义,黄海凤.高分子吸附树脂对VOCs的动态吸附及其穿透模型[J].浙江工业大学学报,2012,04:422-427.
[18]韩志军,王桂兰,周成虎,裴韬,汪闽,秦承志.地震序列研究现状与研究方向探讨[J].地球物理学进展,2003,01:74-78.
[19]鱼星媛.基于车车通信的超车辅助系统研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[20]邵明亮.基于小波纹理特性分析的视频烟雾检测算法研究[D].燕山大学,光学工程,2013,硕士.
[21]张谦.基于Web的数据仓库系统在生产计划管理中的应用研究[D].重庆大学,2004.
[22]吴志春.我国农村公共文化产品供给问题研究[D].吉林财经大学,财政学,2014,硕士.
[23]吴哲.大型换流变压器的电场分析与绝缘结构改进的研究[D].沈阳工业大学,电气工程,2013,硕士.
[24]魏云广.阿拉善经济开发区财政支出内部控制设计与应用研究[D].内蒙古大学,高级管理人员工商管理,2013,硕士.
[25]杜建强.信息技术在医药领域的应用[J].计算机与现代化,2005,12:17-20.
[26]王永伟.企业集团资金集中管理问题探讨[D].山东财经大学,会计（专业学位）,2013,硕士.
[27]王晓云.基于家具产品全生命周期的绿色设计研究[D].大连理工大学,美术学,2013,硕士.
[28]申梦童.甲醛和乙苯联合染毒对小鼠的神经毒性效应的研究[D].山西医科大学,劳动卫生与环境卫生学,2013,硕士.
[29]高秀丽.融合深度信息的视觉注意模型研究及其应用[D].杭州电子科技大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[30]王超.洋水仙花芽分化及盆栽技术研究[D].南京农业大学,农业推广,2012,硕士.
[31]龙梦瑶.耒阳新市古镇保护与旅游开发研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[32]李汪洋.勒克莱齐奥小说中的人道主义[D].东北师范大学,文艺学,2012,硕士.
[33]贾文飞.针刺配合正天丸治疗紧张型头痛的临床研究[D].黑龙江中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[34]孟兆民.任楼煤矿中组煤解吸动力学特性及突出预测指标研究[D].中国矿业大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[35]何祖润.农村劳动力外流对乡村治理的影响研究[D].重庆大学,行政管理,2014,硕士.
[36]熊志云.档案信息资源的整合趋势及整合措施浅议[J].档案学研究,2005,01:29-33.
[37]周萌.信息技术对政府决策影响研究[D].燕山大学,行政管理,2013,硕士.
[38]王春燕.LC房地产贷款项目评估研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[39]杨晓龙,吴秋峰,杨煜华.多代理技术及其在企业内部网中的应用[J].冶金自动化,2002,05:20-24.
[40]方瑜莹.《新周刊》封面专题的研究[D].华中科技大学,新闻与传播学,2013,硕士.
[41]张全,樊治平,潘德惠.区间数多属性决策中一种带有可能度的排序方法[J].控制与决策,1999,06:703-706+711.
[42]方鹏迪,夏陆岳,周猛飞,蔡亦军,孙小方,潘海天.基于粗糙集-动态模糊神经网络的聚氯乙烯颗粒特性软测量[J].科技通报,2013,01:114-117+146.
[43]王珊珊.中国双边FTA的利益分析及战略构想[D].东北师范大学,世界经济,2014,博士.
[44]杨晓龙.钢铁冶金计算应用系统的研究与软件开发[D].西安建筑科技大学,钢铁冶金,2013,硕士.
[45]邵霞珍.土地利用变化的社会经济驱动因子研究[D].浙江大学,2006.
[46]王任刚.论我国民事再审制度[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[47]李强.高密市柴沟镇小城镇建设中的问题与对策研究[D].山东大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[48]李妍.资产重组的若干会计问题分析[D].东北财经大学,会计学,2003,硕士.
[49]胡子腾.基于变换和计算智能的城轨列车辅助逆变器主电路故障诊断方法[D].北京交通大学,2014.
[50]靳挺,金庆超,李宁慧.生物工程专业实验教学改革探讨[J].现代农业科技,2014,02:347.