計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文
摘要:本文在對計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上,采用交互、逼真、易懂、實(shí)用的設(shè)計(jì)原則,對設(shè)計(jì)的流程及結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述,并對系統(tǒng)的應(yīng)用功能等進(jìn)行簡單介紹。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī);硬件組裝;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);設(shè)計(jì);應(yīng)用
受高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中,硬件設(shè)備的不完善及更新速度慢等因素的影響,計(jì)算機(jī)硬件組裝與維護(hù)教學(xué)與計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)際發(fā)展速度不匹配,對學(xué)生的實(shí)際操作需求難以滿足,因此,有必要在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中,借助計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對教學(xué)過程中相關(guān)的硬件組裝問題利用多種技術(shù)方法進(jìn)行輔助演示,學(xué)生通過對演示方法直觀的進(jìn)行觀看和學(xué)習(xí),其操作能力會進(jìn)一步得到提高。本文主要借助3D技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對高校計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)通過構(gòu)建虛擬平臺,為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)途徑,虛擬系統(tǒng)的操作簡單,適應(yīng)性較強(qiáng),在實(shí)際教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思
(一)功能介紹
基于教材內(nèi)容,本文所涉及的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按照課程內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)對學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行虛擬,在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生可以從不同的角度對計(jì)算機(jī)相關(guān)硬件模型利用3D技術(shù)進(jìn)行觀看和瀏覽,在具體操作中,對硬件參數(shù)及性能的優(yōu)化配置,讓學(xué)生可虛擬操作計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的拆卸安裝等操作。學(xué)生在操作過程中如果與到計(jì)算機(jī)硬件組裝中的常見問題或故障時(shí),系統(tǒng)會自動給出解決問題的方法,學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)提示對錯(cuò)誤位置快速做出判斷,并按照系統(tǒng)提示繼續(xù)進(jìn)行操作。
(二)設(shè)計(jì)原則
實(shí)用性是計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的首要原則,要能夠確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有效的利用,對系統(tǒng)的安全、逼真、易用、共享、交互及擴(kuò)展等性能要充分進(jìn)行考慮。安全性指的是對用戶操作系統(tǒng)的權(quán)限進(jìn)行控制,并對數(shù)據(jù)增加備份的功能,避免學(xué)生操作過程中誤操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失;逼真性指的是系統(tǒng)在操作過程中與實(shí)際操作非常相似,對計(jì)算機(jī)硬件可以借助3D技術(shù)構(gòu)建對應(yīng)的模型,學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以融入到虛擬的實(shí)驗(yàn)場景中進(jìn)行操作;易用性是為方便學(xué)生對系統(tǒng)容易了解,且便于學(xué)生操作,能夠讓學(xué)生依據(jù)教材逐漸對系統(tǒng)熟練操作;共享性指的是師生之間、學(xué)生之間在學(xué)習(xí)的過程中,可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)信息的傳輸與交流,彼此可對信息進(jìn)行共享,可通過遠(yuǎn)程方式使學(xué)生之間進(jìn)行交流,方便教師進(jìn)行指導(dǎo);交互性是指用戶與系統(tǒng)之間通過各種傳輸裝置,如鍵盤、鼠標(biāo)等進(jìn)行交互,提高了人機(jī)交流的效果,同時(shí)可借助觸摸屏、手柄等與設(shè)備進(jìn)行和諧的交互;擴(kuò)展性是指,該系統(tǒng)中的硬件模型隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展,能夠方便的加入更多新的硬件元素,借助系統(tǒng)擴(kuò)展性能,學(xué)生能夠?qū)Ω嘈碌募夹g(shù)有所了解,在計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展中學(xué)習(xí)更多的前沿技術(shù)。
(三)運(yùn)行環(huán)境搭建
采用Quest3D技術(shù)作為本文設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)工具,建模采用Sketchup軟件與3DMAX軟件,采用MySql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。
二、計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用C/S架構(gòu),包含系統(tǒng)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、用戶和共享網(wǎng)絡(luò),共享網(wǎng)絡(luò)將這幾部分連接在一起。首先,構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),在服務(wù)器端借助Quest3D軟件完成,實(shí)現(xiàn)對用戶操作數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的目的;通過QuestViewer,用戶在客戶端對硬件組裝虛擬應(yīng)用程序進(jìn)行執(zhí)行,從而對計(jì)算機(jī)硬件組裝的三維模擬瀏覽、演示及操作執(zhí)行完成;對于共享網(wǎng)絡(luò)而言,有兩種選擇,一種是可應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng),另一種是可構(gòu)建機(jī)房局域網(wǎng)。此外,系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)庫的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行下載,具有更新功能,對參數(shù)、型號等虛擬硬件進(jìn)行更新。
(二)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
在對該系統(tǒng)進(jìn)行流程設(shè)計(jì)的時(shí)候,主要依據(jù)的是計(jì)算機(jī)硬件組裝教材的具體內(nèi)容,對學(xué)生的實(shí)際需求進(jìn)行分析,進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)及性能測試、虛擬硬件模型設(shè)計(jì)及動畫制作,完成系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)。需要注意的是,在對需求進(jìn)行分析的過程中,要將教學(xué)大綱及學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)結(jié)合在內(nèi),先對系統(tǒng)的功能模塊詳細(xì)確定,對系統(tǒng)各種功能與權(quán)限合理的進(jìn)行劃分;在設(shè)計(jì)相關(guān)硬件的接口、模型及參數(shù)的時(shí)候,對3DWarehouse等模型庫內(nèi)已經(jīng)存儲的現(xiàn)成硬件模型直接進(jìn)行調(diào)用,減少了不必要的系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間,有效的提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率;在對一些現(xiàn)有模型進(jìn)行修改的設(shè)計(jì)或需要細(xì)致處理的模型設(shè)計(jì)中,可以使用Sketchup工具來完成,具有較好的操作便捷性,此外,對模型也可以采用3DMAX軟件重新制作,再使用Deepexploration軟件對制作好的初始模型進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化處理,使模型的參數(shù)、精度與現(xiàn)實(shí)硬件產(chǎn)品更加的統(tǒng)一;利用Quest3D軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí),建立人機(jī)交互硬件組裝場景,對人與系統(tǒng)的交互功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與完成。所有流程設(shè)計(jì)完成以后,對系統(tǒng)功能進(jìn)行綜合測試,測試中對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)與完善。
(三)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
按照計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能與架構(gòu)進(jìn)行分析,可以將系統(tǒng)模塊劃分為多個(gè)子模塊,包含理論知識、技能訓(xùn)練與系統(tǒng)管理幾個(gè)部分。首先,在線管硬件理論知識的學(xué)習(xí)中,該模塊借助圖片、文字等說明形式為學(xué)生提供了大量的硬件知識,通過對該模塊的操作,學(xué)生從客戶端對任意硬件模型從多個(gè)角度進(jìn)行瀏覽,在模型既定位置,鼠標(biāo)移動到該位置后,會將該部分硬件的信息參數(shù)顯示出來,并匹配相應(yīng)的文字說明。該模塊的主要功能在提高學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)水平,對計(jì)算機(jī)模型加強(qiáng)瀏覽。其次,技能訓(xùn)練模塊,在該模塊中,更重要的是將人機(jī)互動的模式體現(xiàn)了出來,系統(tǒng)中包含有圖片、視頻等元素,學(xué)生可在該模塊中實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)硬件的組裝與匹配等,并且系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作情況將最優(yōu)的選擇和匹配結(jié)果給出來,讓學(xué)生進(jìn)行查看。最后,系統(tǒng)管理模塊,管理模塊主要的作用就是對系統(tǒng)各構(gòu)成部分進(jìn)行有效的管理,針對的是系統(tǒng)的安全運(yùn)行、用戶操作及系統(tǒng)功能進(jìn)行管理,管理人員對登陸系統(tǒng)的用戶可進(jìn)行增加或刪除等措施,及時(shí)對硬件模型進(jìn)行更新,對系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)可以進(jìn)行備份,并且具有監(jiān)控的功能,確保的系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
三、計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
(一)交互界面的實(shí)現(xiàn)
在系統(tǒng)交互界面中,系統(tǒng)以導(dǎo)航欄的方式能夠讓用戶對系統(tǒng)菜單內(nèi)的各種功能快速熟悉,在系統(tǒng)界面的頂部設(shè)計(jì)快捷菜單,顯示模式采用隱形樹形結(jié)構(gòu),主界面頂部顯示一級分類,二級分類隱藏在一級分類中,三級分類隱藏在二級分類中,將一級分類用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下,即可將二級分類菜單拉出,如果二級分類中標(biāo)有“◢”符號,則表明該項(xiàng)中包含三級分類,對該符號用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一次,即可將三級分類中的項(xiàng)目拉出。用戶用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各項(xiàng)功能時(shí),主畫面區(qū)顯示硬件3S圖像,通過鼠標(biāo)、鍵盤對主畫面區(qū)顯示的3D硬件圖可進(jìn)行放大或縮小、翻轉(zhuǎn)、移動等操作,學(xué)生可對硬件的細(xì)節(jié)部分清楚的查看,并可通過視頻的形式進(jìn)行觀看硬件組裝中遇到的一些問題,提高學(xué)習(xí)的效果。
(二)主功能實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)中,用戶登錄模塊的功能非常重要,該模塊主要采用Quest3D中的DBValue、DBQuery等連接信道,與數(shù)據(jù)庫內(nèi)用戶信息進(jìn)行匹配和確認(rèn)后才能進(jìn)入到系統(tǒng)中;然后,在操作界面中,動畫試驗(yàn)功能則是在虛擬環(huán)境下系統(tǒng)可以采用動畫的形式將學(xué)生對硬件的操作與組裝情況進(jìn)行觀察,該功能的實(shí)現(xiàn)需要調(diào)用Quest3D中的信道來實(shí)現(xiàn);對硬件組裝用戶在進(jìn)行虛擬練習(xí)的功能中主要通過Quest3D中的setvalue、expressionvalue及userinput節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn);如果遇到新硬件,系統(tǒng)可將該硬件的參數(shù)、圖片添加到系統(tǒng)中,然后將該硬件的數(shù)據(jù)存儲的模型數(shù)據(jù)庫內(nèi)。
(三)故障排除與交互實(shí)現(xiàn)
在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中,學(xué)生在計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中具體操作的過程中,如果存在誤操作,系統(tǒng)會彈出錯(cuò)誤提示,如:學(xué)生對計(jì)算機(jī)硬件組裝完成以后,進(jìn)行模擬開機(jī)的時(shí)候,彈出開機(jī)錯(cuò)誤,顯示聲卡錯(cuò)誤、顯卡錯(cuò)誤或內(nèi)存條錯(cuò)誤等信息。該功能也采用樹形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),并且將相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)加入其中,可幫助學(xué)生快速識別故障位置,任一節(jié)點(diǎn)如果安裝不正確,計(jì)算機(jī)虛擬開機(jī)則無法完成,并彈出提示框讓學(xué)生對故障進(jìn)行查找。
四、結(jié)語
在計(jì)算機(jī)組裝學(xué)習(xí)中,以虛擬的形式將計(jì)算機(jī)硬件組裝實(shí)驗(yàn)提供給學(xué)生,可降低高校計(jì)算機(jī)硬件投入的成本,同時(shí)也能夠降低學(xué)生操作的風(fēng)險(xiǎn),學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也能得到提升。在對計(jì)算機(jī)硬件組裝虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究中,本文主要應(yīng)用了各種數(shù)據(jù)庫等軟件,與教材內(nèi)容結(jié)合,構(gòu)建計(jì)算機(jī)硬件實(shí)體3D模型,通過虛擬環(huán)境的建立,使學(xué)生在計(jì)算機(jī)硬件組裝中的實(shí)際操作能力得到提高,對于計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)意義深遠(yuǎn)。
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