綜合布線虛擬仿真實驗室的研究與設(shè)計

田明山

摘要：虛擬仿真技術(shù)是上世紀(jì)末興起的一門綜合性信息技術(shù)，由計算機硬件、軟件以及各種各樣傳感器構(gòu)成的3D信息的人工環(huán)境--虛擬環(huán)境，用戶投身到這種環(huán)境中，可與之交互、相互影響。目前，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)在建筑、教育、醫(yī)療、軍事、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，并已成為本世紀(jì)最為廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：綜合布線；虛擬仿真

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0239-02

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求日益增大，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)成為中等職業(yè)學(xué)校常見專業(yè)，在很多學(xué)校長期開設(shè)，《網(wǎng)絡(luò)綜合布線》作為其一門主干必修課程，在開設(shè)過程中一直存在設(shè)備、時間、空間、經(jīng)費等問題的限制，實驗實習(xí)的開展和成效有限。隨著教學(xué)改革的開展、實驗實習(xí)的深入開展、技能大賽的廣泛參與，利用虛擬仿真技術(shù)搭建《綜合布線虛擬仿真平臺》解決上述問題，顯得越來越迫切。

1 建設(shè)綜合布線虛擬仿真實驗室的目標(biāo)

1）該仿真實驗室的建成應(yīng)該能夠極大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，在實驗實習(xí)過程中極大的吸引學(xué)生的注意力，并激發(fā)學(xué)生的求知欲。

2）該仿真實驗室的建成能徹底解決實際教學(xué)過程中長期存在的問題。例如：設(shè)備的嚴重不足、輪流實訓(xùn)過程中時間跨度的拉長、實訓(xùn)場所空間不足、實訓(xùn)耗材的大量浪費等。

3）為學(xué)校其他虛擬仿真實驗室的建立提供可參考的依據(jù)，帶動學(xué)校信息化教學(xué)的蓬勃發(fā)展。

4）該仿真實驗室運行，將致力于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識；讓學(xué)生在游戲中學(xué)，特別是讓那些后進生也很好地投入進來，真正的提高教學(xué)效率，提升教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量。

2 綜合布線虛擬仿真實驗室的設(shè)計要求

2.1 虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)要求

1）通過虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)用戶可以在虛擬的環(huán)境中了解作業(yè)過程中的知識點，查看作業(yè)中所涉及的工具，在練習(xí)模式中體驗訓(xùn)練17個模塊，掌握作業(yè)的基本技巧。在考核模式中完成整個作業(yè)流程。教師可以通過后臺查看學(xué)生的成績記錄。

2）用戶可以通過開始界面登錄虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)。

3）進入選擇界面后，用戶可以選擇練習(xí)模式、考核模式或者設(shè)備認知。

4）練習(xí)模式：在練習(xí)模式中，學(xué)生可以選擇練習(xí)操作17種分項訓(xùn)練，水晶頭的制作、機柜的安裝、模塊的端接、配線架的端接、管卡的安轉(zhuǎn)、線管的制作、線槽的制作、垂直系統(tǒng)的安轉(zhuǎn)、穿線操作、FD-BD-CD 之間的鏈接、永久鏈路的制作、測試鏈路的制作、光纖熱熔、光纖冷接、底盒的安轉(zhuǎn)、大對數(shù)的端接、TV同軸電纜的操作。當(dāng)用戶在訓(xùn)練過程中出現(xiàn)錯誤操作，系統(tǒng)會提醒用戶。

5）考核模式：在考核模式中包括兩套模擬試題。兩套試題的不同在于機柜和底盒的位置不一樣。在用戶選用指定試題后，系統(tǒng)會給出一張平面圖，用戶會根據(jù)操作流程完成每個步驟，如果回答錯誤系統(tǒng)會記錄用戶的錯誤點，以便老師后期查看。

6）設(shè)備認知模塊是會將每個流程中所涉及的工具設(shè)備都以三維模型加文字描述的形式收錄進來。學(xué)員可以挑選其中的工具進行360度查看，這樣方便他們課后鞏固。

7）老師可以登錄后臺查看學(xué)生的登錄記錄和考核模式中反饋。

8）系統(tǒng)中的動作和交互會包含真實的聲音和音效，以便滿足用戶的沉浸式體驗。

2.2 虛擬仿真開發(fā)平臺技術(shù)要求

1）可獲取所有3D數(shù)字工廠3D素材和多種OpenGL應(yīng)用程序的三維模型、并發(fā)布到投影系統(tǒng)中立體展示。

2）可以將正在打開的Catia、Pro＼E、Navisworks、SketchUP等設(shè)計軟件快速同步到G-Magic投影系統(tǒng)中，直接立體展示、漫游、拆裝、剖切和測量等，不需要任何格式的另存和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3）可以導(dǎo)入常用三維格式數(shù)據(jù)，如fbx、obj、3ds、dae等。

4）擁有自己的數(shù)據(jù)壓縮格式，可保存工程/項目文件。

5）可復(fù)制和刪除模型，控制顯示模式（網(wǎng)格實體、隱藏顯示、居中顯示等）。

6）支持模型設(shè)計編輯功能，可修改模型姿態(tài)、紋理、材質(zhì)屬性。

7）支持燈光系統(tǒng)，可以實時陰影渲染。

2.3 虛擬仿真頭盔技術(shù)要求

1）擬現(xiàn)實頭戴式顯示器，單眼有效分辨率為 1200 x 1080 ，雙眼合并分辨率為 2160 x 1200[4] 。

2）2K 分辨率大大降低了畫面的顆粒感，幾乎感覺不到紗門效應(yīng)。并且能在佩戴眼鏡的同時戴上頭顯。

3）畫面刷新率為 90Hz。

3 本虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢

1）采用游戲式的場景，讓學(xué)生能夠身臨其境地進入綜合布線的場景，并十分投入地全程完成各個環(huán)節(jié)，從而獲得所需知識，形成相應(yīng)技能。

2）采用仿真系統(tǒng)和虛擬仿真頭盔兩種模式，解決學(xué)生批量實驗實習(xí)的需求和高仿真度的場景模擬。

3）17個模塊的建立，真實再現(xiàn)了綜合布線的每一個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解了每個環(huán)節(jié)的內(nèi)容及細節(jié)，讓教學(xué)過程更靈活多樣。

4 結(jié)束語

虛擬仿真實驗室的建立只是個開始，如何高效的利用該實驗室并服務(wù)于教學(xué)是把在我們面前更大的一個課題。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，新的需求還會不斷涌現(xiàn)，需要我們開發(fā)更多的虛擬工具和場景；同時隨著VR技術(shù)的進一步發(fā)展，我們還可以將虛擬場景的沉浸度、交互性做得更好、更逼真。

參考文獻：

[1] 曹海燕.計算機組成原理虛擬實驗室的研究與設(shè)計[D]. 山東：山東理工大學(xué)，2008.

[2] 何文生.綜合布線技術(shù)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社，2011.