一、虚拟实验室的概念

在虚拟实验室中,学生既可以在虚拟实验台上动手操作,又可自主设计实验,有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验室中,学生更易获得相关的知识,科学的指导和敏捷的反馈。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向。

虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究的重要载体。

虚拟化学实验室(简述虚拟仿真实验在化学教学中的地位和作用)

随着虚拟实验技术的成熟,人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值,它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。

创建过程

虚拟实验室的开发分为模型建立、制作交互文档、网络发布三个阶段。文章以目前国内市场占有率最高的虚拟现实软件VRP为例,进行系统讲解。

虚拟实验室的开发分为模型建立、制作交互文档、网络发布三个阶段。基于3Dmax建模需注意以下三点:第一,要有相对准确的模型数据,保证产品模型的尺寸比例协调和模型外观在视觉上的真实性。第二,对于复杂对象要考虑三维模型的层次结构,分别建模,最后把所有的模型组合。第三,使用尽量少的面数,删除冗余的几何元素,合并同类模型,降低整个模型的复杂度以优化模型、提高反应速度。建好模型之后,根据虚拟实验室动作制作模型动画。

建好模型后,进行材质编辑和设置场景灯光。材质编辑与模型优化同样重要,因为材质的使用需要与烘焙操作结合,不同类型的材质采取不同的烘焙方式。LightingMap烘焙方式只支持3DSMAX默认的Standard材质,Completemap烘焙方式支持Max大部分材质(例如符合材质、多为材质等),如果Diffuse(漫反射)通道上没有添加纹理贴图,只能选择Completemap烘焙方式。此外,材质贴图只支持jpg,bmp,dds图片格式;灯光按照3DSMAX的标准设置。

虚拟化学实验室(简述虚拟仿真实验在化学教学中的地位和作用)

烘焙模型,烘焙就是把MAX中的物体的光影以贴图的形式带到VRP中,以求真实感。模型烘焙需要注意三个问题:第一,选择恰当的烘焙模式,Completemap光感好,但烘焙效果模糊,所以小部件物体和产品推荐使用Completemap;Lightmap贴图清晰但光感弱。第二,根据模型大小及其材质进行恰当的烘焙参数设置,大模型采用大贴图尺寸,小模型采用小贴图尺寸,很小的模型和金属、玻璃材质不必烘焙。第三,根据模型烘焙类型和贴图尺寸,把模型进行分类并放在一个图层中,便于管理、修改。

最后,利用VRP-for-Max插件导出场景。导出场景之前要检查重名模型并进行修改,然后选择导出类型(静态模型、刚体动画、柔体动画、相机),直接导出VRP格式的文件。在VRP中完成交互设置后,将VRP对象导出为支持网络发布的vrpie格式。学生可通过网络或本地机用IE或Netscape浏览器使用虚拟实验室,随时随地地做实验、分解实验步骤,也可通过旋转或移动对象查看其细节结构及属性、组装和拆卸对象等。虚拟实验室技术既能减少实验室建设的投入成本,又可应用在远程教学网站上,以更好地实现金属焊接实践教学。

实验室反映时代的特征,时代的发展又推动实验室的发展。数字时代的到来使实验室走形虚拟化,带来前所未有的发展空间,促使其发生全方位的变化,呈现出许多新特点和新优势——提升了设计理念、拓展了服务对象、扩大了设计空间、简化了设计流程、缩短了设计周期、降低了设计成本。虚拟实验室的开发具有众多优势,作为走在时代最前沿的教育工作者,应积极地把虚拟化技术运用到实验室开发中,把握时代脉搏,发挥虚拟实验室在新时代教学和科研中的巨大作用。

二、简述虚拟仿真实验在化学教学中的地位和作用

简述虚拟仿真实验在化学教学中的地位和作用如下:

虚拟仿真实验可在实际实验教学中发挥巨大作用。涉及到大量化工设备工作原理的课程,仅凭简单的课堂讲解或平面多媒体辅助教学,很难让学生对比较抽象的化工设备彻底了解。

而通过虚拟仿真技术,将管道、阀门、调节器、泵、换热器、塔设备等直观的呈现在学生面前,让学生在接近真实化工生产环境的虚拟现场看到各种化工设备的运转过程,肯定会大大调动学生的学习积极性和主动性,收到事半功倍的学习效果。

通过仿真实验的开展,可以使学生对真实实验难以开展的实验项目的实验机理、反应规律、实验现象进行更深入的了解,有助于其对化学化工相关知识更加全面的理解和掌握,为学生由被动学习转变为主动学习提供了一条可行的途径。

开放式虚拟仿真化学实验室采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境,提供可操作的虚拟实验仪器,使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验,同时提供网络实验教学的一体化管理功能。

化学虚拟仿真教学是真实实验教学资源的重要补充,仿真实验教学资源与真实实验教学资源相结合,可以进一步完善实验教学体系。建设虚拟仿真实验室,一方面顺应了以教育信息化工作为主线的高等教育改革发展趋势,另一方面也满足了实验室建设和实验教学改革与创新的需要。

近十年来,由于高校普遍扩招,需进行实验的学生人数越来越多,而受制于实验室建设费用高昂、实验指导老师有限等因素,传统实验教学中存在的教学方法单一,知识学习和实验动手操作相互分离,学生缺乏学习主动性和创造性等问题越来越突出,该教学模式已经不能完全满足新形势下的教学要求。

三、什么是仿真化学实验室

仿真化学实验室是在计算机中提供了一个虚拟的化学实验室。仿真化学实验室有经典实验和DIY实验两种模式,无论是经典实验还是DIY实验,试管、烧杯、酒精灯、铁架台、烧瓶、锥形瓶、集气瓶、漏斗、导管等这些真实实验室中的器具,在仿真化学实验室中都有。北京亚泰盛世开发的NB化学实验就属于仿真化学实验室。给你分享一张图片,你一看便明白仿真化学实验室是怎样的。图片来自于NB化学实验