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1、虚拟现实技术在化学虚拟现实技术在化学实验教学中的应用实验教学中的应用1 1内容内容VR技术概述技术概述1虚拟实验室的定义虚拟实验室的定义（1）VR在化学实验中的应用在化学实验中的应用2国内外发展现状国内外发展现状（2）作品演示作品演示（3）化学化工教育教学软件研发中心化学化工教育教学软件研发中心（2）2 22007.8.192007.8.19AA1.虚拟现实（虚拟现实（VR）技术概述）技术概述vVirtual 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
2、实技术？什么是虚拟现实技术？3 32007.8.192007.8.19AA1.2 I3 特性特性I3Immersion沉浸Imagination构想构想Interaction交互交互4 42007.8.192007.8.19AA1.3 虚拟现实技术的类别虚拟现实技术的类别Augmented VRDistributed VR Immersion VRDesktop VR增强虚拟显示系统增强虚拟显示系统分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统沉浸虚拟现实系统沉浸虚拟现实系统桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统5 52007.8.192007.8.19AA 1.4 交互设备交互设备立体投影立体投影头盔头盔跟
3、踪器跟踪器数据手套数据手套立体显示立体显示interaction6 62007.8.192007.8.19AA1.5 产生立体感的条件产生立体感的条件v透视效果透视效果几何几何 v明暗虚实变化明暗虚实变化光线光线v双眼的空间定位双眼的空间定位视差视差7 72007.8.192007.8.19AA1.6 立体立体3D投影系统投影系统桌面型立体展示系统桌面型立体展示系统8 82007.8.192007.8.19AA多通道环幕立体投影系统多通道环幕立体投影系统 v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
4、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，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。以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。9 92007.8.192007.8.19AA2.VR应用领域应用领域领 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
5、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 10102007.8.192007.8.19AA虚拟战场虚拟校园虚拟制造虚拟手术虚拟游戏虚拟培训11112007.8.192007.8.19AA主要应用方面主要应用方面分子设计分子设计化工实训化工实训虚拟实验室虚拟实验室3.VR在化学中的应用在化学中的应用12122007.8.192007.8.19AA3.1 虚拟实验室的作用与效果虚拟实验室的作用与效果v实验教学模式的多样化实验教学模式的多样化虚拟虚拟+实际实际v实验教学资源的网络化实验教学资源
6、的网络化趋势与超前趋势与超前v实验教学内容的趣味化实验教学内容的趣味化引导与培养引导与培养v优势资源的共享优势资源的共享现实与国情现实与国情效果：效果：v学习兴趣增加学习兴趣增加v预习效果明显提高预习效果明显提高v提高实验室和仪器的利用率提高实验室和仪器的利用率v深化实验教学改革深化实验教学改革13132007.8.192007.8.19AA3.2虚拟实验室的定义虚拟实验室的定义v联合国科教文组织采用已被广泛接受的虚拟实验室的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（定义（virtual laboratory,VL）：）：“为了实现远为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布
7、式信息程协作、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。通讯技术产生并发布结果的电子工作室。”14142007.8.192007.8.19AA3.3 化学化工教育教学软件研发中心化学化工教育教学软件研发中心v1999年由大连理工大学刘志广教授创建的化学年由大连理工大学刘志广教授创建的化学软件研究中心。软件研究中心。v承担多项国家及省部级课题；所开发的承担多项国家及省部级课题；所开发的VL涉及涉及化学、化工、食品和模具等多个专业。被国内有化学、化工、食品和模具等多个专业。被国内有近百所高校采用；近百所高校采用；v几年来几年来analab所研制的软件在全国多媒体教育
8、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，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；并获得其他各种奖十多项；04年在意大利获得年在意大利获得了了Pirelli International Award奖。奖。教学经验教学经验+专业技术专业技术+奉献精神奉献精神v开发的校级多实验中心开放式教学网络预约管理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，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。在多所高校推广使用。15152007.8.192007.8.19AA发展过程发展过程Cult3DVR
9、MLVBVirtoolsFLASH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16162007.8.192007.8.19AA3.4 国内外仿真VL的发展现状 主要依托大学开发主要依托大学开发,目前公司也逐渐加入。目前公司也逐渐加入。(1)国内仿真国内仿真VLVL的发展现状的发展现状 17172007.8.192007.8.19AA国内仿真VL的现状 问题问题:资金投入不够资金投入不够(与国外相比与国外相比)缺乏专业人才缺乏专业人才(既精通教学既精通教学,又熟悉多媒体技术又熟悉多媒体技术)已有软件缺乏教学策略设计已有软件缺乏教学策略设计 好作品少好作品少181820
10、07.8.192007.8.19AA国内仿真VL的现状 金华科公司的仿真化学实验室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）进容、过程，然后生成实验文件，再由实验者（学生）进行实验模拟。行实验模拟。支持数据库，定制实验，支持数据库，定制实验，数据处理强；其他辅助功数据处理强；其他辅助功能（能（3 3d d分子浏览器等）能分子浏览器等）能够满足对于实验的支持和够满足对于实验的支持和扩充。不能模拟真实场景，扩充。不能模拟真实场景，2 2d d界面，不适于网上传播。界面，不适于网上
11、传播。19192007.8.192007.8.19AA国内仿真VL的现状 大连理工研制的大连理工研制的“仿真化学实验室仿真化学实验室”1.1.VBVB技术开发的单机版技术开发的单机版20202007.8.192007.8.19AA2.2.FlashFlash技术开发的网络版技术开发的网络版 初期：非场景化，高交互，初期：非场景化，高交互，功能不够完善。功能不够完善。矢量动画技术，软件体积小，矢量动画技术，软件体积小，速度快，适用于网络速度快，适用于网络21212007.8.192007.8.19AA3.3.场景式情感交流网络虚拟实验室场景式情感交流网络虚拟实验室发展方向之一：情感交流发展方向之
12、一：情感交流环境协调；听到声，看到人；信息环境协调；听到声，看到人；信息实时反馈。实时反馈。22222007.8.192007.8.19AA5.5.基于虚拟现实技术的真正基于虚拟现实技术的真正Web_3DWeb_3D场景虚拟实验室场景虚拟实验室 发展方向：发展方向：Web_3DWeb_3D23232007.8.192007.8.19AA（2）国外仿真VL的现状 1.Model Science1.Model Science的的ChemlabChemlab 19941994年就推出了第一版年就推出了第一版 单机版单机版 比较成熟完善，影响比较成熟完善，影响大。可以进行多种实验的大。可以进行多种实验
13、的模拟：酸碱滴定、沉淀、模拟：酸碱滴定、沉淀、反应动力学、比重测量等反应动力学、比重测量等等。等。2 2d d界面。由独立公司界面。由独立公司开发运作。开发运作。24242007.8.192007.8.19AA国外仿真VL的现状 2.2.卡内基梅隆大学的卡内基梅隆大学的IrYdium IrYdium 项目项目 19971997年立项，美国国家自然基金等单位资助（年立项，美国国家自然基金等单位资助（The The National Science FoundationNational Science Foundation），），20022002年已经开发出了教学年已经开发出了教学实用的虚拟普通化
14、学实验实用的虚拟普通化学实验室。计算机实验、实验预室。计算机实验、实验预习复习等教学活动。习复习等教学活动。使用使用javajava开发，网络开发，网络运行，运行，2 2d d界面。界面。25252007.8.192007.8.19AA国外仿真VL的现状 3.3.美美国国北北卡卡罗罗来来那那大大学学GreenboroGreenboro分分校校的的LAAPhysics LAAPhysics 物理实验室物理实验室 该该项项目目获获得得美美国国教教育育部部资资金金180180万美元。万美元。通通过过java java appletapplet模模拟拟各各种实验设备；虚拟教授种实验设备；虚拟教授通通过
15、过数数据据库库对对学学生生操操作作的的记录进行判定。记录进行判定。2 2d/d/假假3 3d d界面界面26262007.8.192007.8.19AA国外仿真VL的现状 4.4.Howard Howard Hughes Hughes 医医学学院院开开发发的的BiointeractiveBiointeractive系系列列软件软件 逐步进行的方式进行实验。逐步进行的方式进行实验。有完整的辅助学习体系，有完整的辅助学习体系，3 3d d界面。界面。27272007.8.192007.8.19AA国外化学仿真VL28282007.8.192007.8.19AA场景式；强化虚拟环境；强化情场景式；强
16、化虚拟环境；强化情感交流；信息反馈；过程评价；感交流；信息反馈；过程评价；智能化；协同化智能化；协同化（3）今后的发展模式模式29292007.8.192007.8.19AA3.5 作品展示30302007.8.192007.8.19AACSFOLE和实验信息管理平台和实验信息管理平台开放式实验教学整体解决方案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的核心地位的核心地位(Rich Internet Applications)RIA构架
17、，虚拟实验与实验教学的有机结合。31312007.8.192007.8.19AA基本操作与仪器装基本操作与仪器装置介绍置介绍实验基本操作实验基本操作32322007.8.192007.8.19AA有机化学：虚拟实验操作平台有机化学：虚拟实验操作平台33332007.8.192007.8.19AA无机化学：性质实验；综合实验无机化学：性质实验；综合实验34342007.8.192007.8.19AA元素化学与元素周期表元素化学与元素周期表元素性质元素性质+模拟实验模拟实验+实验录象实验录象+知识扩展知识扩展35352007.8.192007.8.19AA物理化学：物理化学：12个实验个实验36362007.8.192007.8.19AA下一代下一代Web-3D交互虚拟实验室交互虚拟实验室37372007.8.192007.8.19AA虚拟显示：工程实训虚拟显示：工程实训38382007.8.192007.8.19AA3939