专利名称：一种网络虚拟物理实验的互动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验教学仪器装置，具体说是一种基于WEB的、可互 动的物理实验教学装置。
背景技术：
CAI (电脑辅助教学)的一个显著优点就是可表现其他常规教学手段所不能 表达的、比较抽象的内容和知识，自CAI诞生起，就对教育教学手段产生了很 大的影响，已广泛应用在各科的课堂教学中。但目前主流的CAI教学课件多是 二维的，无法带给学习者如同身临其境的真实感，缺乏互动机制，而物理实验 中恰恰存在许多用语言和二维展示不能表达清楚的内容，为此，发明专利(申 请号03121705. 2和200510012134. 6)都提出了虚拟现实模型设计的方案，以期 解决二维平面CAI的不足，实现对实验的虚拟，但是，这些申请都仅完成了模 型设计，缺乏虚拟实验的交互过程，即使是三维模型没有加入特定的装置以及 与之配合的各种控制也不能达到所需要的真正互动的虚拟实验效果。
因此，如何克服目前CAI教学系统缺乏互动真实性和表现力的不足，提高 教学特别是物理实验教学的教学效果， 一直是教育工作者关心的问题。
发明内容
本实用新型设计的目标是采用VRML技术和数字可控制的物理实验设备相结 合的控制模型，设计出一种基于WEB的互动式三维物理实验教学装置。
为达到上述目的，本实用新型的设计技术方案是装置由客户端模块子系 统和服务端模块子系统构成。其中客户端模块子系统由三维仪器展示模块、互 动操作数据处理模块、客户端效果处理模块、本地临时操作数据存储、互动操作结果数据传输模块组成；服务端模块子系统由服务数据处理模块、服务端数 据存储模块、数字可控制的物理实验设备组成。在客户端模块子系统中，三维 仪器展示模块通过信号传输通道与互动操作数据处理模块、互动操作结果数据 传输模块直接相连；互动操作数据还分别与本地临时操作数据存储器、客户端 效果处理模块相连，同时通过反馈通道将客户端效果处理模块的信号回递给三 维仪器展示模块，通过信号传输通道将本地临时操作数据存储器的存储传输给 互动操作结果数据传输模块。在服务端子系统中，服务数据处理模块分别与服 务端数据存储模块和数字可控制的物理实验设备相连。
所述的三维仪器展示模块完成实验仪器的VRML三维处理及在浏览器中的效 果展示；互动操作数据处理模块采用JAVA Script的脚本接口SAI实现交互设 计，同时该模块中包含的JAVA程序会得到交互过程中需要回递给服务端的数据， 本地临时操作数据存储负责将该数据先以XML文件形式保存在本地，等到操作 完成后根据数据的完整性判断决定是否递交给服务端，客户端效果处理模块专 门负责用户操作效果的转变，互动操作结果数据传输模块负责将完整数据提交 给服务端，服务数据处理模块采用标准WEB service作为接收接口，服务数据 处理模块控制数字可控制的物理实验设备完成实验操作并将得到的虚拟操作的 完整结果数据保存到数据库。
采用本实用新型的技术方案，可有效解决缺乏模拟交互的CAI实验教学的
不足，实现了在网络环境中交互式的三维物理实验与仿真，提高了物理实验的
教学效果。
图1是本实用新型的系统框架结构图。
图2是本实用新型的设计的装置的工作流程图。图1中，101是三维仪器展示模块，102是互动操作数据处理模块，103是
客户端效果处理模块，104是本地临时操作数据存储，105是互动操作结果数据
传输模块，由上述模块共同构成客户端模块子系统；106是服务数据处理模块，
107是服务端数据存储模块，108是数字可控制的物理实验设备，由上述模块共
同构成服务端模块子系统。
具体实施方式
为了更详细的描述本实用新型，
以下结合附图2和实施例对本发明作进一 步说明。
按照附图1所示的系统框架结构图，构建客户端模块子系统和服务端模块 子系统。其中三维仪器展示模块完成实验仪器的VRML三维处理及在浏览器中的 效果展示；互动操作数据处理模块采用JAVA Script的脚本接口SAI实现交互 设计，同时该模块中包含的JAVA程序会得到交互过程中需要回递给服务端的数 据，本地临时操作数据存储负责将该数据先以XML文件形式保存在本地，等到 操作完成后根据数据的完整性判断决定是否递交给服务端，客户端效果处理模 块专门负责用户操作效果的转变，互动操作结果数据传输模块负责将完整数据 提交给服务端，服务数据处理模块采用标准WEB service作为接收接口，服务 数据处理模块控制数字可控制的物理实验设备完成实验操作并将得到的虚拟操 作的完整结果数据保存到数据库。
使用时，按照以下步骤进行-
步骤201:在安装VRML标准客户端并且实现系统登录过程后，由VRML客户 端通过互动数据传输模块105向服务器请求虚拟三维的仪器数据。
步骤202:服务器得到客户端的请求，并通过验证后将数据回送给客户端， 客户端的VRML处理程序通过三维展示模块101，将结果显示在客户端界面。步骤203:在该步骤中包含系统组成模块中的102互动动作处理模块，103 本地效果处理模块，104本地临时数据存储。
步骤204:判定客户端是否结束操作过程，如果操作过程结束则跳转到步骤 207，否则转到步骤205。
步骤205:在用户操作客户端过程中没有结束操作过程，则在该步骤中判定 是否有关键历史数据需要记录，如果存在关键操作数据需要记录则跳转到步骤 206，否则直接跳转到步骤203。
步骤206:采用XML文件形式记录用户的关键操作数据，包括仪器到位调节 数据和仪器测量数据。
步骤207:根据XML文件中记录的操作过程数据的完整性判定用户是否已经 完成实验过程，完成操作过程则跳转到步骤208,没有完成全部过程则跳转到步 骤209。
步骤208:调用互动数据传输模块将完整的操作结果传送到服务端并控制数 字可控制的物理实验设备运行，并将结果保存到服务端，结束本次操作。
步骤209:没有完成的仪器操作过程将不被记录到服务端，历史数据清除结 束本次操作过程。
权利要求1、一种网络虚拟物理实验教学的互动装置，其特征在于装置由客户端模块子系统和服务端模块子系统构成，其中客户端模块子系统由三维仪器展示模块、互动操作数据处理模块、客户端效果处理模块、本地临时操作数据存储、互动操作结果数据传输模块组成，三维仪器展示模块通过信号传输通道与互动操作数据处理模块、互动操作结果数据传输模块直接相连；互动操作数据还分别与本地临时操作数据存储器、客户端效果处理模块相连，同时通过反馈通道将客户端效果处理模块的信号回递给三维仪器展示模块，通过信号传输通道将本地临时操作数据存储器的存储传输给互动操作结果数据传输模块；服务端模块子系统由服务数据处理模块、服务端数据存储模块、数字可控制的物理实验设备组成，服务数据处理模块分别与服务端数据存储模块和数字可控制的物理实验设备相连。
2、 根据权利要求l所述的网络虚拟物理实验教学的互动装置，其特征在于三维 仪器展示模块完成实验仪器的VRML三维处理及在浏览器中的效果展示。
3、 根据权利要求l所述的网络虚拟物理实验教学的互动装置，其特征在于本地 临时操作数据存储采用XML文件形式保存。
4、 根据权利要求l所述的网络虚拟物理实验教学的互动装置，其特征在于采用 WEB Service在服务数据处理模块实现虚拟实验数据的接收。
专利摘要本实用新型涉及一种基于WEB的物理实验教学装置。装置由三维仪器展示模块、互动操作数据处理模块、客户端效果处理模块、本地临时操作数据存储、互动操作结果数据传输模块组成客户端模块子系统以及由服务数据处理模块、服务端数据存储模块、数字可控制的物理实验设备组成服务端模块子系统。在客户端模块子系统中，三维仪器展示模块与互动操作数据处理模块、互动操作结果数据传输模块直接相连；互动操作数据还分别与本地临时操作数据存储器、客户端效果处理模块相连。在服务端子系统中，服务数据处理模块分别与服务端数据存储模块和数字可控制的物理实验设备相连。本装置实现了基于WEB环境中交互式的三维物理实验与仿真，提高了物理实验的教学效果。
文档编号G09B5/14GK201163446SQ200720009120
公开日2008年12月10日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者宇 卢, 吴允平, 吴进营, 李汪彪, 苏伟达, 蔡声镇, 恒 赖, 郑乐乐, 郑勇平, 陈志高, 黄志高 申请人:福建师范大学