原創(chuàng)性申明本人誠懇申明：所遞交的學位論文是本人在導師的指導下，獨立進行研究取得的成果。除文中早已標明引用的內(nèi)容外，論文中不舍其他人早已發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得安徽建筑學院或其他教育機構的學位證書而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明晰形式注明．本人承當本申明的法律責學位論文作者簽名：日期ｐ１１’ｆ．弘學位論文使用授權申明本學位論文作者完全了解青島建筑學院有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：四川建筑學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的打印件和c盤，容許論文被查閱和借書。本人授權湖南建筑學院可以將學位論文的全部或部份內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用翻印、縮印或其它手段保存、匯編學位論文。保密論文在揭秘后違背此申明。學位論文作者簽名：導師簽名：日期｜ｌ。６．矽．日期譏ＩＩ‘．ｙ四川建筑學院碩士學位論文摘要小學數(shù)學實驗對于提高學生學習科學的興趣、普及基本科學知識起著至關重要的作用，虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的應用物理虛擬實驗室視頻，通過虛擬實驗室進行實驗物理虛擬實驗室視頻，實驗者可以像在真實壞境中一樣完成實驗，所取得的實驗療效等于甚至優(yōu)于真實實驗室。
中學數(shù)學虛擬實驗室的建立可以有效的解決部份中學實驗設備缺乏的問題。本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實技術和虛擬實驗室技術發(fā)展的基本概況，詳盡論述了虛擬現(xiàn)實技術中的建模技術，建模技術是虛擬現(xiàn)實技術的基礎，包括幾何建模、運動建模和化學建模。幾何建模拿來描述虛擬對象的形狀和外形：運動建模用于確定三維對象在世界座標系中的位置以及它們在虛擬世界中的運動；化學建模就是綜合彰顯對象的數(shù)學特性，包括重力、慣性、表面強度、柔軟度和變型模式等，這種特點給虛擬世界的對象模型帶來了更大的真實感。一’本文介紹了當前開發(fā)虛擬實驗室的幾種方式，通過表格列舉了各類技巧的異同點；因為Ｖｉｒｔｏｏｌｓ具有開發(fā)簡單、交互性強、自帶的化學屬性模塊的特征，因而本文選擇以Ｖｉｒｔｏｏｌｓ為平臺來開發(fā)小學數(shù)學虛擬實驗室；并介紹了建立虛擬實驗室的步驟，包括模型的建立、交互設計和虛擬實驗室的發(fā)布三個步驟。在基于Ｖｉｒｔｏｏｌｓ的虛擬化學實驗掌的建立方式的基礎上，本文以小球平拋運動虛擬實驗為例驗證了該建立方式的可行性。本文把小球平拋運動虛擬實驗分為三部份，分別是預覽模式、實驗模式和自行勾畫曲線。最后通過虛擬實驗數(shù)據(jù)和實際實驗數(shù)據(jù)比較驗證了小球平拋運動虛擬實驗的可行性。
并通過大量的圖片詳盡介紹了小球平拋運動虛擬實驗的建立過程。本文對虛擬現(xiàn)實技術中的數(shù)學建模中的虛擬碰撞問題進行了深入的剖析，介紹了碰撞測量的幾種常用算法，包括包圍球法、方向包圍盒法、軸向包圍盒法等；在把握Ｖｉｒｔｏｏｌｓ中的碰撞檢查模塊的基礎上，通過一個ｄＮ驗證實了碰撞檢查模塊存在檢查精度與運行時間存在矛盾；在此基礎上提出了一種碰撞檢查的優(yōu)化方式，并借助ＶｉｒｔｏｏｌｓＳＤＫ和ＶＣ＋＋開發(fā)了優(yōu)化了的碰撞檢查模塊，通過測驗否認了這些優(yōu)化方式可以有效的解決上述矛盾。關鍵詞：虛擬現(xiàn)實，虛擬實驗室，Ｖｉｒｔｏｏｌｓ，平拋運動，碰撞檢查ＰＩｒｔｏ四川建筑學院碩士學位論文ＡＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＳｔｕｄｙＭｉｄｄｌｅＳｃｈｏｏｌＰｈｙｓｉｃｓＶｉｒｔｕａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙＢａｓｅｄＶｉｒｔｏｏｌｓＬｉＹｏｎｇｓｈｕａｉＤｉｒｅｃｔｅｄＣｈｅｒｔＱｉｎｇｋｕｉＡＢＳＴＲＡＣＴＭｉｄｄｌｅｓｃｈｏｏｌｐｈｙｓｉｃｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ．ＶｉｓｕａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｖｉｓｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｏｕｇｈａｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｈｅｕｓｅｒｓｃａｎｃｏｍｐｌｅｔｅｗｈｏｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄｉｔｓｒｅｓｕｌｔｓｍａｙｅｖｅｎｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｒｅａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．ＶｉｓｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙＣａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｓｏｍｅｓｃｈｏｏｌｓｌａｃｋｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｌｕｄｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｏｂｊｅｃｔｓ．Ｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｏｂｊｅｃｔｓｖｉｒｔｕａｌｗｏｒｌｄ．Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｖｉｒｔｕａｌｏｂｊｅｃｔｓ．Ｓｅｖｅｒａｌｍｅｔｈｏｄｓｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｐａｐｅｒａｎｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｏｕｇｈａｌｉｓｔ．ＶｉｒｔｏｏｌｓｈａｓｆｅａｔｕｒｅｓｃａｎｄｅｖｅｌｏｐｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｓｉｍｐｌｙｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｌｙＶｉｒｔｏｏｌｓｈａｓｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＢＢｓ．ＳｏＶｉｒｔｏｏｌｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｍｉｄｄｌｅｓｃｈｏｏｌｐｈｙｓｉｃｓｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｐｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｖｉｒｔｕａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓｐｕｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｎｐａｐｅｒａｖｉｒｔｕａｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｍｏｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｕｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｍｏｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｙａｌｅｐｒｅｖｉｅｗｍｏｄｅ，ｔｅｓｔｍｏｄｅｓｅｌｆ－ｄｒａｗｎｃｕｒｖｅ．江蘇建筑學院碩士學位論文Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｍｏｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｉｍａｇｅｓ．Ｉｎｐａｐｅｒｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｖｅｒａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ．ＴｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｃｌｕｄｅＡＡＢＢ，ＯＢＢＢｏｕｎｄｉｎｇＳｐｈｅｒｅ．Ａｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｒｕｎｎｉｎｇｔｉｍｅａｔｅｓｔ．Ｔｏｓｏｌｖｅｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｕｓｅｓＶＣ＋＋ａｎｄＶｉｒｔｏｏｌｓＳＤＫ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｔｅｓｔ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ；ＶｉｒｔｕａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ；Ｖｉｒｔｏｏｌｓ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｍｏｔｉｏｎ；ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ１ＩＩ四川建筑學院碩士學位論文目錄摘要…………………………………………………………………………………………………………………………．．ＩＡＢＳＴＲＡＣＴ目錄……………………………………………………．第１章總論……………………………………………………………………………………………………………。
ｌ１．１虛擬現(xiàn)實技術概述……………………………………………………………………ｌ１．２虛擬實驗室的發(fā)展現(xiàn)況………………………………………………………………ｌ１．２．１美國虛擬實驗室的發(fā)展現(xiàn)況…………………………………………………．２１．２．２國外虛擬實驗室的發(fā)展現(xiàn)況…………………………………………………．３１．３選題的背景和根據(jù)……………………………………………………………………４１．３．１選題的背景……………………………………………………………………一４１．３．２選題的根據(jù)……………………………………………………………………．５１．４本文的結(jié)構……………………………………………………………………………５第２章虛擬現(xiàn)實中的建模技術………………７２．１幾何建模………………………………………………………………………………７２．１．１虛擬對象的形狀………………………………………………………………．．７２．１．２虛擬對象的視覺外形…………………………………………………………．７２．２運動建模………………………………………………………………………………８２．２．１齊次變換矩陣…………………………………………………………………．８２．３化學建模……………………………………………………………………………。
１１２．３．１碰撞檢查………………………………………………………………………１１２．３．２表面變型………………………………………………………………………ｌｌ２．３．３受力估算………………………………………………………………………１２２．４本章小結(jié)……………………………………………………………………………．１２第３章基于Ｖｉｒｔｏｏｌｓ的學校數(shù)學虛擬實驗室的建立方式……………………………………１３３．１建立虛擬實驗室的主要方式………………………………………………………．１３３．１．１Ｖｌ蝴Ｌ技術…………………………………………………………………………………………．１３３．１．２Ｃｕｌｔ３Ｄ技術…………………………………………………………………………………………．１４ＩＶ四川建筑學院碩士學位論文３．１．３ＥＯＮ技術……………………………………………………………………………………………．１５３．１．４ＶＲ．Ｐｌａｔｆｏｒｍ技術……………………………………………………………．．．…………。．．：…．１５３．１．５虛擬實驗室建立平臺的性能比較……………………………………………１６３．２基于Ｖｉｒｔｏｏｌｓ的虛擬實驗室的建立方式……………………………………………１７３．２．１虛擬實驗室的模型建立…………：：………：…………………………。
：………１８３．２．２虛擬現(xiàn)實中的模型交互設計…………………………………………………１８３．２．３虛擬實驗室的發(fā)布……………………………………………………………１９３．２．４虛擬實驗室開發(fā)過程的關鍵技術……………………………………………１９３．３學校虛擬化學實驗室的框架設計…………………………………………………．２０３．３．１Ｖｉｒｔｏｏｌｓ中的Ｌｅｖｅｌ和Ｓｃｅｎｅ的關系…………………………………………２０３．３．２學校虛擬化學實驗室的框架…………………………………………………２ｌ３．４本章小結(jié)……………………………………………………………………………．２２第４章小球平拋運動虛擬實驗的建立…………４．１小球平拋運動的實驗內(nèi)容……………………………………………………………２３４．１．１實驗目的………………………………………………………………………２３４．１．２實驗原理………………………………………………………………………．２３４．１．３實驗器材………………………………………………………………………２３４．１．４實驗步驟………………………………………………………………………．２３４．１．５實驗結(jié)果的剖析………………………………………………………………２４４．２平拋運動虛擬實驗模型的構建……………………………………………………．２５４．３平拋運動虛擬實驗的交互設計……………………………………………………．２５４．３．１預覽模式………………………………………………………………………２７４．３．２實驗模式………………………………………………………………………３３４．３．３自行勾畫曲線………………………………………………………………………………………３８４．４小球平拋運動虛擬實驗的發(fā)布……………………………………………………．４２４．４．１虛擬實驗發(fā)布可執(zhí)行文件格式………………………………………………．４２４．４．２虛擬實驗發(fā)布為網(wǎng)頁格式……………………………………………………４２４．５虛擬實驗的結(jié)果剖析………………………………………………………………．４２４．６本章小結(jié)……………………………………………………………………………．４６第５章Ｖｉｒｔｏｏｌｓ中碰撞檢查模塊的優(yōu)化…………………………………………………………………．４７