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在线三维计算机网络虚拟实验室的研究与设计

作　者: 卜朱镇
导　师: 陈光
学　校: 东华大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 虚拟实验室虚拟现实技术三维在线计算机网络实验 Virtools
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

实验是现代教育系统中不可或缺的组成部分,在帮助学生巩固理论知识,提高动手实践能力方面发挥着积极而重要的作用。近年来,由于社会发展和教育体制的改革,传统实验室模式在教学规模、设备更新、资金投入等方面的局限性日益明显,特别是在远程教育领域,还面临时间与空间上的客观制约。随着计算机与虚拟现实技术的飞速发展,基于在线教学的虚拟实验室正成为解决这一问题的有效途径,它通过对实验场景、仪器设备及操作过程的虚拟化在线三维仿真,可以使学生突破时空和实验资源的限制,基于网络浏览器便可以沉浸式的方式完成各项实验内容,如同置身于真实的实验环境。本文应用互联网及虚拟现实等技术,以计算机网络课程的高校教学需求为设计依据,构建了基于B/S模式的在线三维计算机网络虚拟实验室系统。论文首先深入研究了国内外虚拟实验室建设的发展现状和实现技术,并对几种主流的虚拟现实技术进行了归纳与比较,在此基础上,提出了采用基于Virtools结合JSP技术、3ds Max软件和Oracle数据库的系统设计方案。文中以真实的计算机网络实验室及其实验设备为仿真对象,给出了该虚拟实验室的体系架构、组织模型及功能设计,并采用DAO及MVC设计模式实现了整个系统的应用管理部分,包括用户管理、信息发布及虚拟实验数据的读取等功能。同时以三维虚拟漫游和RIP路由协议分析实验为例,实现了三维交互及动态数据处理等虚拟实验功能。其中,以三维虚拟漫游为实例,完整而细致地对实验室进行了虚拟化仿真,从实验室简介、自动漫游、沉浸漫游等三个不同角度提供给用户逼真的沉浸式漫游体验。在RIP路由协议分析实例中,以华三通信技术公司(H3C)网络设备为对象进行了虚拟实验仪器功能仿真,实现了路由器、交换机等网络设备的常用命令的虚拟配置,并结合多窗口显示方式模拟了配置过程中网络端口的闪烁情况。同时,实现了对整个虚拟实验过程中各个操作步骤的自动评分。在用户完成全部虚拟实验操作后,提供了对配置记录的两种不同的数据存储和处理方式,以便为用户回顾实验过程、总结和归纳知识要点等提供必要的参考。除此之外,为保障系统的安全性,还设计和实现了防止越权登录链接等安全措施。目前,本虚拟实验室已投入了试运行,其中部分实验内容已可正式投入使用。论文最后对整个开发工作进行了总结,并对今后的研究方向给出了展望。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 课题的研究内容  15-16
  1.4 论文组织结构  16-17
第二章虚拟现实及相关实现技术  17-24
  2.1 虚拟现实理论概述  17-20
    2.1.1 虚拟现实的基本概念  17
    2.1.2 虚拟现实的3I特征  17-19
    2.1.3 虚拟现实的类型  19-20
  2.2 相关虚拟现实技术  20-23
    2.2.1 三维建模技术  20-21
    2.2.2 三维交互技术  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章计算机网络虚拟实验室的系统设计  24-33
  3.1 虚拟实验室的设计目标  24
  3.2 虚拟实验室的体系架构  24-25
  3.3 虚拟实验室的组织模型及功能设计  25-29
    3.3.1 虚拟实验室的组织模型  25-26
    3.3.2 应用管理部分的功能设计  26-27
    3.3.3 虚拟实验部分的功能设计  27-29
  3.4 虚拟实验操作流程设计  29-30
    3.4.1 虚拟漫游流程设计  29
    3.4.2 虚拟实验流程设计  29-30
  3.5 系统开发方法  30-32
    3.5.1 应用管理部分开发方法  30-31
    3.5.2 虚拟实验部分开发方法  31-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章计算机网络虚拟实验室应用管理的实现  33-45
  4.1 系统数据库设计  33-34
  4.2 管理员平台  34-41
    4.2.1 用户管理  34-39
    4.2.2 新闻管理  39-41
  4.3 用户平台  41-44
    4.3.1 系统注册及登录  41-43
    4.3.2 自我信息维护  43
    4.3.3 用户实验信息查询  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章计算机网络虚拟实验的实现实例  45-74
  5.1 3ds Max建模及界面设计  45-48
    5.1.1 3ds Max三维建模  45-47
    5.1.2 二维实验界面设计  47-48
  5.2 实验室虚拟漫游实例  48-53
    5.2.1 实验室简介  48-49
    5.2.2 自动漫游  49-50
    5.2.3 沉浸漫游  50-53
  5.3 RIP路由协议分析实验实例  53-64
    5.3.1 实验教程播放  53
    5.3.2 虚拟设备选择  53-55
    5.3.3 网络物理连线  55-56
    5.3.4 设备参数及代码的配置  56-60
    5.3.5 网络连通性测试  60-64
  5.4 实验数据的处理  64-72
    5.4.1 实验自动评分机制  64-66
    5.4.2 实验数据本地备份  66-68
    5.4.3 实验数据与Oracle数据库的动态交互  68-72
  5.5 计算机网络虚拟实验室的系统整合与发布  72-73
    5.5.1 虚拟实验的网上发布  72
    5.5.2 系统安全性策略  72-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章结束语  74-76
  6.1 工作总结  74
  6.2 研究展望  74-76
参考文献  76-78
攻读学位期间的研究成果  78-79
致谢  79

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