利用VRML構(gòu)建基于工程項(xiàng)目的綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

摘 要：本文首先指出了基于工程項(xiàng)目的綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建思路，闡述了VRML開發(fā)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的過程，并舉例給出了程序?qū)崿F(xiàn)。

關(guān)鍵詞：VRML；工程項(xiàng)目；虛擬實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU855

《綜合布線》課程是樓宇智能化技術(shù)專業(yè)的重要專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和綜合布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，熟悉綜合布線產(chǎn)品，熟悉綜合布線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，熟悉設(shè)計(jì)方式和規(guī)范，掌握安裝規(guī)范和技術(shù)，熟悉綜合布線從設(shè)計(jì)到施工安裝到測(cè)試驗(yàn)收的工作流程，能承擔(dān)綜合布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝施工、現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理、測(cè)試驗(yàn)收等工作任務(wù)。由于網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)室的投資比較大，很多實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是一次性使用設(shè)備，如果運(yùn)用到日常教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室維護(hù)經(jīng)費(fèi)龐大，且不容易管理，我們提出通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1 VRML語言

VRML（VirtualRealityMarkup/Mod-eling Language），即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言[1]，是一種用于在萬維網(wǎng)上建立虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模型語言，是關(guān)于三維虛擬空間模型的一種格式和標(biāo)準(zhǔn)。VRML構(gòu)造出的虛擬世界不僅充滿了動(dòng)態(tài)效果，而且構(gòu)造出的三維的交互式的多媒體世界使用戶獲得一種身臨其境的逼真感覺。用戶間信息的交流得以增強(qiáng)。當(dāng)前，VRML已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多媒體通信、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)等系統(tǒng)中。另外，VRML語言具有平臺(tái)兼容性、低帶寬適應(yīng)性、可分布性等的三維場(chǎng)景建模能力、實(shí)時(shí)渲染及人機(jī)交互能力等優(yōu)點(diǎn)。因此我們選用VRML作為基本技術(shù)來設(shè)計(jì)開發(fā)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)上三維虛擬實(shí)驗(yàn)室。

2 基于工程項(xiàng)目的綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建思路

本課程按照“以能力為本位，以職業(yè)實(shí)踐為主線，以項(xiàng)目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系”的總體設(shè)計(jì)要求，以機(jī)房布線、企業(yè)大廈布線、數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)搭建三個(gè)學(xué)習(xí)情境為主線，緊緊圍繞網(wǎng)絡(luò)工程的工程項(xiàng)目進(jìn)度要求來選擇和組織課程內(nèi)容，突出工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收的全部過程，讓學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)工程整體方案設(shè)計(jì)活動(dòng)的基礎(chǔ)上掌握必備知識(shí)，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性，提高學(xué)生的就業(yè)能力。本系統(tǒng)可分為場(chǎng)景演示、交互實(shí)驗(yàn)兩部分，既可讓實(shí)驗(yàn)人員能夠多角度、任意視點(diǎn)地進(jìn)行詳細(xì)觀察各個(gè)三維仿真場(chǎng)景，又方便用戶交互操作虛擬實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)中的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括機(jī)房布線、企業(yè)大樓布線、校園網(wǎng)絡(luò)搭建三個(gè)工程項(xiàng)目。在每個(gè)工程項(xiàng)目中又包括工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)以及建筑群子系統(tǒng)。通過VRML自身的功能，綜合運(yùn)用Transform、Scale、Inline[2]等節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景造型。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如下。

3 建模

開發(fā)綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的過程分為兩個(gè)部分，第一部分是對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象和虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行建模，第二部分是代碼實(shí)現(xiàn)。

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象建模

綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括線纜、剝線鉗、配線架、機(jī)柜和線管等，數(shù)量多，形狀各異，本文采用3DMAX預(yù)先建立三維模型，通過對(duì)建模進(jìn)行拍錯(cuò)調(diào)整，以更好的符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

3.2 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境建模

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境模型主要是門、窗、桌子、椅子等靜態(tài)模型。通過VRML自帶功能，如Scale，Inline等實(shí)現(xiàn)。VRML文件通過重用代碼來減小代碼的數(shù)量；同時(shí)，適當(dāng)降低數(shù)據(jù)精度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。其次，提高渲染速度。多使用規(guī)則幾何節(jié)點(diǎn)來建模，簡(jiǎn)化模型的復(fù)雜度。

3.3 虛擬實(shí)驗(yàn)的交互

VRML把虛擬世界看作成一個(gè)場(chǎng)景，而場(chǎng)景中的一切都看作節(jié)點(diǎn)。當(dāng)用戶點(diǎn)擊、拖曳場(chǎng)景中的某些造型物體，或者當(dāng)用戶替身接近某個(gè)特定的空間區(qū)域時(shí)，可以觸發(fā)某些虛擬對(duì)象行為或狀態(tài)的改變。VRML場(chǎng)景中交互效果的實(shí)現(xiàn)是通過空間傳感器節(jié)點(diǎn)、腳本程序和路由連接來實(shí)現(xiàn)的?？臻g傳感器節(jié)點(diǎn)可以使虛擬空間中的某些特定的區(qū)域或?qū)ο?，能夠感知、監(jiān)測(cè)到用戶基于定點(diǎn)輸入設(shè)備的操控行為，而檢測(cè)到的結(jié)果可以用來觸發(fā)虛擬對(duì)象對(duì)用戶的操控作出響應(yīng)。VRML腳本程序可以理解為VRML空間中的時(shí)間處理器，它從傳感器那里得到檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后通過一定的程序計(jì)算，轉(zhuǎn)換為針對(duì)特定對(duì)象狀態(tài)值（域值）的輸出。通過路由連接，從空間傳感器中發(fā)送出來的數(shù)據(jù)傳遞至腳本程序，腳本程序進(jìn)行一定的計(jì)算處理后將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為另一種數(shù)據(jù)類型輸入，再連接至虛擬對(duì)象的相關(guān)輸入接口。

4 代碼實(shí)現(xiàn)

（1）對(duì)校園網(wǎng)的建筑群進(jìn)行建模的部分程序

（2）客戶端Java Applet與VRML場(chǎng)景交互的部分程序

5 結(jié)束語

以工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)背景的綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)解決了實(shí)訓(xùn)室時(shí)效性差的瓶頸，既為學(xué)生提供了高仿真、高交互、智能化的現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境，又解決了學(xué)校購置實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的經(jīng)費(fèi)問題，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德豐，周靈.VRML虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]賈皓麗，宋端智，馮雪君.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2002（01）.

作者簡(jiǎn)介：於曉蘭（1979-），女，湖北人，碩士，講師，教師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用。

作者單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，武漢 430074