虚拟仿真实验教学与实验中心建设

1、虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 孙岳明 东南大学 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验中心建设 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 随着计算机技术和网络技术的迅速发展随着计算机技术和网络技术的迅速发展 以及科学研究进一步深入的以及科学研究进一步深入的 需要需要 虚拟仿真实验技术日渐成熟和完善虚拟仿真实验技术日渐成熟和完善 虚拟实验作为继理论研究和虚拟实验作为继理论研究和 实验研究之后的第三种科学研究方法实验研究之后的第三种科学研究方法 对社会发展和科技进步起到了对社会发展和科技进步起到了 越来越重要的作用越来越重要的作用 代表着科学研究方法的重要发展方向 代表着科学研究方法的重要发展方向 科学研究科学研究 理论研究理论研究实验研究实验研究虚拟实验虚拟实验 三匹马三匹马 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实验的含义 虚拟仿真实验的发展模式 虚拟仿真实验的特点 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实验的含义 实验效果实验效果 基本组成基本组成 实现原理实现

2、原理 虚拟仿真实验是指在计算机系统中 采用虚拟现实技术实现的虚拟仿真实验是指在计算机系统中 采用虚拟现实技术实现的 各种虚拟实验环境 实验者可以像在真实的环境中一样 完成各种虚拟实验环境 实验者可以像在真实的环境中一样 完成 各种预定的实验项目 所取得的学习或训练效果等价于甚至优各种预定的实验项目 所取得的学习或训练效果等价于甚至优 于在真实环境中所取得的效果于在真实环境中所取得的效果 虚拟仿真实验由实验所依赖的模拟程序 实验单元 工具和参虚拟仿真实验由实验所依赖的模拟程序 实验单元 工具和参 考资料组成的一个创造和引导模拟实验的交互环境 用户可以考资料组成的一个创造和引导模拟实验的交互环境 用户可以 通过增加新的物体 建立新的实验并把他们转化成超文本文件通过增加新的物体 建立新的实验并把他们转化成超文本文件 来扩充实验室来扩充实验室 虚拟仿真实验是以数学理论 相似原理 信息技术 系统技虚拟仿真实验是以数学理论 相似原理 信息技术 系统技 术及与其应用领域有关的专业技术为基础 以计算机和各种术及与其应用领域有关的专业技术为基础 以计算机和各种 物理效应设备为工具 采用物理效应设备为工具

3、 采用 面向对象面向对象 思想创建的能够实时思想创建的能够实时 操作的 非实在的实验空间 在此环境中 实验者可以像在操作的 非实在的实验空间 在此环境中 实验者可以像在 真实的环境中一样完成各种预定的实验项目真实的环境中一样完成各种预定的实验项目 三个视角三个视角 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实验的含义 虚拟仿真实验是指以计算机为控虚拟仿真实验是指以计算机为控 制中心 利用软件技术 构建系制中心 利用软件技术 构建系 统的逻辑结构模型 基于模块化统的逻辑结构模型 基于模块化 和层次化的设计思想 采用软硬和层次化的设计思想 采用软硬 件相结合的方式 协调相关硬件件相结合的方式 协调相关硬件 和效应设备 形成虚拟实验系统和效应设备 形成虚拟实验系统 并利用网络技术 实现虚拟实 并利用网络技术 实现虚拟实 验系统的网络化 形成运行在个验系统的网络化 形成运行在个 人计算机上 实现自行设计与开人计算机上 实现自行设计与开 发 以及远程控制与协作的实验发 以及远程控制与协作的实验 方式方式 控制中心 终端 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实

4、验的发展模式 模拟实验模拟实验 仿真实验仿真实验 虚拟实验虚拟实验 模拟实验是选取一个物理的或抽象的 系统的某些行为特征 模拟实验是选取一个物理的或抽象的 系统的某些行为特征 用另一个系统来表示它们的过程 模拟实验是根据物理模型与用另一个系统来表示它们的过程 模拟实验是根据物理模型与 实际系统间的相似性 来研究实际系统某些行为特征的实验方实际系统间的相似性 来研究实际系统某些行为特征的实验方 法法 仿真实验是利用数学模型或数学仿真实验是利用数学模型或数学 物理效应模型 并借助于物理效应模型 并借助于 专家经验知识 统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究专家经验知识 统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究 的实验方法的实验方法 虚拟实验是利用软件技术构建系统的逻辑结构模型 结合相关虚拟实验是利用软件技术构建系统的逻辑结构模型 结合相关 硬件构成虚拟系统 并利用网络技术实现网络化虚拟系统硬件构成虚拟系统 并利用网络技术实现网络化虚拟系统 原有系统原有系统模拟系统模拟系统 特征相似性 模拟实验系统 仿真模型仿真模型实体系统实体系统计算系统计算系统 建模 仿真实验系统 编程 虚拟系统虚拟系

5、统 网络网络 硬件硬件 网络化网络化 虚拟系统虚拟系统 逻辑结构模型逻辑结构模型软件软件 虚拟实验系统 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验概述 虚拟仿真实验的特点 资源开放资源开放 形式开放形式开放 对象开放对象开放 系统软件系统软件 程序模块程序模块 实验项目实验项目 设计模板设计模板 数据分析与数据分析与 处理工具包处理工具包 信息信息 资料资料 实验资源实验资源 项目开发项目开发 对象不同对象不同 实验操作实验操作 网络化网络化 平台化平台化 实验内容实验内容 实验时间实验时间 实验空间实验空间 学生学生系统管理员系统管理员实验技术人员实验技术人员 学习者学习者爱好者爱好者参与者参与者探索者探索者 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 虚拟仿真实验教学的局限性 虚拟仿真实验教学在实验教学中的作用 虚拟仿真实验教学与创新人才培养 国外虚拟仿真实验教学概况 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 国外虚拟仿真实验教学概况 麻省理工学院 微电子在线实验室 Microelectronics Web Lab 乔治梅森大学 动态虚拟环

6、境中的流体实时虚拟系统 美国休斯顿大学 虚拟物理实验室 北卡罗来纳大学 虚拟物理实验室LAAP Learn Anytime Anywhere Physics 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 生动直观 打造多样化的教学环境 经济省钱 降低实验实践教学成本 安全可靠 营造安全实验教学氛围 情景再现 突破时间和空间的限制 精确无误 减小实际实验中的误差 客观真实 增强实验教学的互动性 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 经济省钱 降低实验实践教学成本 台湾股市的实时数据 经济管理教经济管理教 学实验中心学实验中心 模拟证模拟证 券券 市场投市场投 资资 期货 A股 多屏证券信息显示 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 经济管理教经济管理教 学实验中心学实验中心 模拟证模拟证 券券 市场投市场投 资资 支持支持T 0T 0与与T 1T 1交易规则切换等自定义交易规则设置交易规则切换等自定义交易规则设置 严格按照交易所正式交易规则进行交易严格按照交易所正式交易规则进行交易

7、采用专业市场真实使用的交易系统采用专业市场真实使用的交易系统 模拟交易系统可模拟炒股 炒汇 炒期货等操作模拟交易系统可模拟炒股 炒汇 炒期货等操作 学生通过录制的行情进行模拟交易 实现闭市期间任学生通过录制的行情进行模拟交易 实现闭市期间任 意时段动态行情教学 彻底解决休市后教学的问题意时段动态行情教学 彻底解决休市后教学的问题 经济省钱 降低实验实践教学成本 事实上 给事实上 给 每个学生发每个学生发 1 1万块钱去万块钱去 炒股 这是炒股 这是 不可能的 不可能的 通过虚拟货通过虚拟货 币 模拟炒币 模拟炒 股 可以节股 可以节 约大量的资约大量的资 金 降低教金 降低教 学成本学成本 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 生动直观 打造多样化的教学环境 虚拟医虚拟医 学教学学教学 系统系统 息肉切除术 胆囊切除术南京医科大学虚拟读片系统 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 安全可靠 营造安全实验教学氛围 危险化学品实验爆炸性实验高空作业实验 高压电类实验野外类实验 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿

8、真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 情景再现 突破时间和空间的限制 土木工程土木工程 实验中心实验中心 日本地震日本地震 模拟振动模拟振动 台台 20052005年年1 1月月1515日 日 日本防灾科学技术日本防灾科学技术 研究所研究所 NIED NIED 建成建成 了目前世界上最大了目前世界上最大 的振动台的振动台E E Defense 15m 20Defense 15m 20 m m 并与美国 并与美国 NEESNEES联网 从联网 从0505 年下半年起 年下半年起 E E DefenseDefense振动台进振动台进 行了一系列震动破行了一系列震动破 坏试验 坏试验 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 情景再现 突破时间和空间的限制 土木工程土木工程 实验中心实验中心 NetSLaNetSLa b b网络网络 平台平台 清华大学HQH NSER远程协同试验网络湖南大学HQH NSER远程协同试验网络哈尔滨工业大学HQH NSER远程协同试验网络东南大学结构远程协同实验网络 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验

9、教学的优越性 情景再现 突破时间和空间的限制 土木工程土木工程 实验中心实验中心 NetSLaNetSLa b b网络网络 平台平台 在网络技在网络技 术及云计术及云计 算平台的算平台的 支撑下 支撑下 可以将世可以将世 界各地的界各地的 测量数据测量数据 同步的本同步的本 地 进行地 进行 现场的再现场的再 现现 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 精确无误 减小实际实验中的误差 物物 理理 实验中心实验中心 导热系导热系 数测量数测量 在实际的实验过程中 截面积在实际的实验过程中 截面积S S 上截面温度及下截面 上截面温度及下截面 温度温度T T及高度及高度h h等各实验数据的测量 都会存在误差 实等各实验数据的测量 都会存在误差 实 验结果必然存在误差验结果必然存在误差 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 精确无误 减小实际实验中的误差 物物 理理 实验中心实验中心 导热系导热系 数测量数测量 通过虚拟仿真实验 截面积通过虚拟仿真实验 截面积S S 上截面温度及下截面温度 上截面温度及下截面温度T

10、T 及高度及高度h h等各实验数据的测量 都是准确的 实验结果相等各实验数据的测量 都是准确的 实验结果相 对实际实验 也就更加准确对实际实验 也就更加准确 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 客观真实 增强实验教学的互动性 道路交通工程道路交通工程 实验教学中心实验教学中心 模拟驾模拟驾 驶驶 模拟驾驶操作系统模拟的多种道路环境和气候条件 虚拟仿真实验教学及实验中心建设 虚拟仿真实验教学 虚拟仿真实验教学的优越性 客观真实 增强实验教学的互动性 道路交通工程道路交通工程 实验教学中心实验教学中心 模拟驾模拟驾 驶驶 东南大学的模拟驾驶操作系统 能够模拟多东南大学的模拟驾驶操作系统 能够模拟多 种气候条件以及多种道路环境的驾驶操作 种气候条件以及多种道路环境的驾驶操作 配合学生有效开展相关项目的科研训练 毕配合学生有效开展相关项目的科研训练 毕 业设计以及业设计以及SRTPSRTP 对没有驾照的学生而言 对没有驾照的学生而言 驾驶模拟还能够提高他们的感性认识 增强驾驶模拟还能够提高他们的感性认识 增强 实验教学的互动性 场景非常的客观真实实验教学

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