虚拟现实技术在化学实验教学中的应用zhb市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

虚拟现实技术在化学虚拟现实技术在化学试验教学中应用试验教学中应用第1页内容内容VR技术概述技术概述1虚拟试验室定义虚拟试验室定义（1）VR在化学试验中应用在化学试验中应用2国内外发展现实状况国内外发展现实状况（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）AA.8.19.8.19第2页1.虚拟现实（虚拟现实（VR）技术概述）技术概述vVirtual Reality VR：是一个逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、运动等行为人机界面技术。虚拟现实技术已经和理论分析、科学试验一起，成为人类探索客观世界规律三大伎俩。1.1 什么是虚拟现实技术？什么是虚拟现实技术？AA.8.19.8.19第3页1.2 I3 特征特征I3Immersion沉醉Imagination构想构想Interaction交互交互AA.8.19.8.19第4页1.3 虚拟现实技术类别虚拟现实技术类别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醉虚拟现实系统沉醉虚拟现实系统桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统AA.8.19.8.19第5页 1.4 交互设备交互设备立体投影立体投影头盔头盔跟踪器跟踪器数据手套数据手套立体显示立体显示interactionAA.8.19.8.19第6页1.5 产生立体感条件产生立体感条件v透视效果透视效果几何几何 v明暗虚实改变明暗虚实改变光线光线v双眼空间定位双眼空间定位视差视差AA.8.19.8.19第7页1.6 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AA.8.19.8.19第8页多通道环幕立体投影系统多通道环幕立体投影系统 v采取多台投影机组合而成多通道大屏幕展示系统，它比普通标准投影系统具采取多台投影机组合而成多通道大屏幕展示系统，它比普通标准投影系统具备更大显示尺寸、更宽视野、更多显示内容、更高显示分辨率，以及更具冲备更大显示尺寸、更宽视野、更多显示内容、更高显示分辨率，以及更具冲击力和沉醉感视觉效果。击力和沉醉感视觉效果。AA.8.19.8.19第9页2.VR应用领域应用领域领 域用 途 医学v外科手外科手术术，远远程遥控手程遥控手术术，身体复建，虚，身体复建，虚拟拟超超音波影像，音波影像，药药品合成品合成 教育 v虚虚拟拟天文天文馆馆，远远距教学距教学,虚虚拟试验拟试验室，虚室，虚拟拟教教师师艺术 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v飞飞行模行模拟拟，军军事演事演练练，武器操控，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 AA.8.19.8.19第10页虚拟战场虚拟校园虚拟制造虚拟手术虚拟游戏虚拟培训AA.8.19.8.19第11页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试验室虚拟试验室3.VR在化学中应用在化学中应用AA.8.19.8.19第12页3.1 虚拟试验室作用与效果虚拟试验室作用与效果v试验教学模式多样化试验教学模式多样化虚拟虚拟+实际实际v试验教学资源网络化试验教学资源网络化趋势与超前趋势与超前v试验教学内容趣味化试验教学内容趣味化引导与培养引导与培养v优势资源共享优势资源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预习效果显著提升预习效果显著提升v提升试验室和仪器利用率提升试验室和仪器利用率v深化试验教学改革深化试验教学改革AA.8.19.8.19第13页3.2虚拟试验室定义虚拟试验室定义v联合国科教文组织采取已被广泛接收虚拟试验室定义联合国科教文组织采取已被广泛接收虚拟试验室定义（virtual laboratory,VL）：）：“为了实现远程协为了实现远程协作、试验研究或其它创新活动，经过分布式信息通讯作、试验研究或其它创新活动，经过分布式信息通讯技术产生并公布结果电子工作室。技术产生并公布结果电子工作室。”AA.8.19.8.19第14页3.3 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年由大年由大连连理工大学刘志广教授理工大学刘志广教授创创建化学建化学软软件研究中心。件研究中心。v负负担多担多项项国家及省部国家及省部级课题级课题；所开；所开发发VL包括化学、化工、食品和模具等多个包括化学、化工、食品和模具等多个专专业业。被国内有近百所高校采取；。被国内有近百所高校采取；v几年来几年来analab所研制所研制软软件在全国多媒件在全国多媒体教育体教育软软件大件大奖赛奖赛中取得了一等中取得了一等奖奖三三项项、四等四等奖奖两两项项，并取得其它各种，并取得其它各种奖奖十多十多项项；在意大利取得了在意大利取得了Pirelli International Award奖奖。教学经验教学经验+专业技术专业技术+贡献精神贡献精神v开发校级多试验中心开放式教学网络预约管理平开发校级多试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。多所高校推广使用。AA.8.19.8.19第15页发展过程发展过程Cult3DVRMLVBVirtoolsFLASH三维显示技术搭建VR技术应用CSFOLE结合场景化角色代理语音识别AA.8.19.8.19第16页3.4 国内外仿真VL发展现实状况 主要依靠大学开发主要依靠大学开发,当前企业也逐步加入。当前企业也逐步加入。(1)国内仿真国内仿真VLVL发展现实状况发展现实状况 AA.8.19.8.19第17页国内仿真VL现实状况 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)已经有软件缺乏教学策略设计已经有软件缺乏教学策略设计 好作品少好作品少AA.8.19.8.19第18页国内仿真VL现实状况 金华科企业仿真化学试验室金华科企业仿真化学试验室 面向高中化学教学，由使用者（教师）制订试验内面向高中化学教学，由使用者（教师）制订试验内容、过程，然后生成试验文件，再由试验者（学生）进容、过程，然后生成试验文件，再由试验者（学生）进行试验模拟。行试验模拟。支持数据库，定制试验，支持数据库，定制试验，数据处理强；其它辅助功数据处理强；其它辅助功效（效（3 3d d分子浏览器等）能分子浏览器等）能够满足对于试验支持和扩够满足对于试验支持和扩充。不能模拟真实场景，充。不能模拟真实场景，2 2d d界面，不适于网上传输。界面，不适于网上传输。AA.8.19.8.19第19页国内仿真VL现实状况 大连理工研制大连理工研制“仿真化学试验室仿真化学试验室”1.1.VBVB技术开发单机版技术开发单机版AA.8.19.8.19第20页2.2.FlashFlash技术开发网络版技术开发网络版 早期：非场景化，高交互，早期：非场景化，高交互，功效不够完善。功效不够完善。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，适合用于网络速度快，适合用于网络AA.8.19.8.19第21页3.3.场景式情感交流网络虚拟试验室场景式情感交流网络虚拟试验室发展方向之一：情感交流发展方向之一：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。AA.8.19.8.19第22页5.5.基于虚拟现实技术真正基于虚拟现实技术真正Web_3DWeb_3D场景虚拟试验室场景虚拟试验室 发展方向：发展方向：Web_3DWeb_3DAA.8.19.8.19第23页（2）国外仿真VL现实状况 1.Model Science1.Model ScienceChemlabChemlab 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。能够进行各种试验模大。能够进行各种试验模拟：酸碱滴定、沉淀、反拟：酸碱滴定、沉淀、反应动力学、比重测量等等。应动力学、比重测量等等。2 2d d界面。由独立企业界面。由独立企业开发运作。开发运作。AA.8.19.8.19第24页国外仿真VL现实状况 2.2.卡内基梅隆大学卡内基梅隆大学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），），年已经开发出了教学实用虚拟普通化学试验室。计算机试验、试验预习复习等教学活动。使用java开发，网络运行，2d界面。AA.8.19.8.19第25页国外仿真VL现实状况 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LAAPhysics LAAPhysics 物物理试验室理试验室 该该项项目目取取得得美美国国教教育育部部资资金金180180万美元。万美元。经经过过java java appletapplet模模拟拟各各种试验设备；虚拟教授种试验设备；虚拟教授经经过过数数据据库库对对学学生生操操作作统统计进行判定。计进行判定。2 2d/d/假假3 3d d界面界面AA.8.19.8.19第26页国外仿真VL现实状况 4.4.Howard Howard Hughes Hughes 医医学学院院开开发发BiointeractiveBiointeractive系系列列软软件件 逐步进行方式进行试验。逐步进行方式进行试验。有完整辅助学习体系，有完整辅助学习体系，3 3d d界面。界面。AA.8.19.8.19第27页国外化学仿真VLAA.8.19.8.19第28页场景式；强化虚拟环境；强化情场景式；强化虚拟环境；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）今后发展模式模式AA.8.19.8.19第29页3.5 作品展示AA.8.19.8.19第30页CSFOLE和试验信息管理平台和试验信息管理平台开放式试验教学整体处理方案开放式试验教学整体处理方案(The Complete Solution For Open Laboratory Education)zLims试验信息管理系统试验信息管理系统当前有7所高校正在使用EVL关键地位关键地位(Rich Internet Applications)RIA构架，虚拟试验与试验教学有机结合。AA.8.19.8.19第31页基本操作与仪器装基本操作与仪器装置介绍置介绍试验基本操作试验基本操作AA.8.19.8.19第32页有机化学：虚拟试验操作平台有机化学：虚拟试验操作平台AA.8.19.8.19第33页无机化学：性质试验；综合试验无机化学：性质试验；综合试验AA.8.19.8.19第34页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+模拟试验模拟试验+试验录象试验录象+知识扩展知识扩展AA.8.19.8.19第35页物理化学：物理化学：12个试验个试验AA.8.19.8.19第36页下一代下一代Web-3D交互虚拟试验室交互虚拟试验室AA.8.19.8.19第37页虚拟显示：工程实训虚拟显示：工程实训AA.8.19.8.19第38页第39页