虚拟现实技术在化学实验教学中的应用(zhb)

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,A,Click to edit Master title style,*,2007.8.19,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,）,Analab.dlut.edu,1. 虚拟现实VR技术概述,Virtual Reality VR,：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？,Analab.dlut.edu,1.2 I,3,特性,I,3,Immersion,沉浸,Imagination,构想,Interaction,交互,Analab.dlut.edu,1.3,虚拟现实技术的类别,Augmented VR,Distributed,VR,Immersion VR,Desktop VR,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,Analab.dlut.edu,1.4,交互设备,立体投影,头盔,跟踪器,数据手套,立体显示,interaction,Analab.dlut.edu,1.5,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,Analab.dlut.edu,1.6,立体,3D,投影系统,桌面型立体展示系统,Analab.dlut.edu,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。,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,虚拟战场,虚拟校园,虚拟制造,虚拟手术,虚拟游戏,虚拟培训,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,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virtual laboratory, 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。 ,Analab.dlut.edu,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立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Pirelli International Award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。,Analab.dlut.edu,开展过程,Cult3D,VRML,VB,Virtools,FLASH,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,Analab.dlut.edu,3.4 国内外仿真VL的开展现状,主要依托大学开发,目前公司也逐渐参加。,(1) 国内仿真VL的开展现状,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,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。,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,3.场景式情感交流网络虚拟实验室,开展方向之一：情感交流,环境协调；听到声，看到人；信息实时反响。,Analab.dlut.edu,5.基于虚拟现实技术的真正Web_3D场景虚拟实验室,开展方向： Web_3D,Analab.dlut.edu,2国外仿真VL的现状,1. Model Science,的,Chemlab,1994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、反响动力学、比重测量等等。,2d界面。由独立公司开发运作。,Analab.dlut.edu,国外仿真,VL,的现状,2.卡内基梅隆大学的IrYdium 工程,1997年立项，美国国家自然基金等单位资助The National Science Foundation，,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，2,d,界面。,Analab.dlut.edu,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,该工程获得美国教育部资金180万美元。,通过java applet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,Analab.dlut.edu,国外仿真,VL,的现状,4. Howard Hughes,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，,3,d,界面。,Analab.dlut.edu,国外化学仿真,VL,Analab.dlut.edu,场景式；强化虚拟环境；强化情感交流；信息反响；过程评价；智能化；协同化,3今后的开展模式,Analab.dlut.edu,3.5,作品展示,Analab.dlut.edu,CSFOLE,和实验信息管理平台,开放式实验教学整体解决方案,(The Complete Solution For Open Laboratory Education),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,(Rich Internet Applications) RIA,构架，虚拟实验与实验教学的有机结合。,Analab.dlut.edu,根本操作与仪器装置介绍,实验根本操作,Analab.dlut.edu,有机化学：虚拟实验操作平台,Analab.dlut.edu,无机化学：性质实验；综合实验,Analab.dlut.edu,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,Analab.dlut.edu,物理化学：,12,个实验,Analab.dlut.edu,下一代,Web-3D,交互虚拟实验室,Analab.dlut.edu,虚拟显示：工程实训,Analab.dlut.edu,Thank You !,