計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統設計研究論文
摘要:本文在對計算機硬件組裝虛擬試驗系統設計構思進(jìn)行概述的基礎上，采用交互、逼真、易懂、實(shí)用的設計原則，對設計的流程及結構進(jìn)行闡述，并對系統的應用功能等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞:計算機;硬件組裝;虛擬現實(shí)技術(shù);設計;應用
受高校計算機教學(xué)中，硬件設備的不完善及更新速度慢等因素的影響，計算機硬件組裝與維護教學(xué)與計算機硬件的實(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(mǎn)足，因此，有必要在高校計算機教學(xué)中，借助計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統，對教學(xué)過(guò)程中相關(guān)的硬件組裝問(wèn)題利用多種技術(shù)方法進(jìn)行輔助演示，學(xué)生通過(guò)對演示方法直觀(guān)的進(jìn)行觀(guān)看和學(xué)習，其操作能力會(huì )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)，對高校計算機硬件教學(xué)通過(guò)構建虛擬平臺，為學(xué)生提供更好的學(xué)習途徑，虛擬系統的操作簡(jiǎn)單，適應性較強，在實(shí)際教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。
一、系統設計構思
(一)功能介紹
基于教材內容，本文所涉及的虛擬實(shí)驗系統按照課程內容由淺入深、循序漸進(jìn)對學(xué)習環(huán)境進(jìn)行虛擬，在學(xué)習過(guò)程中，學(xué)生可以從不同的角度對計算機相關(guān)硬件模型利用3D技術(shù)進(jìn)行觀(guān)看和瀏覽，在具體操作中，對硬件參數及性能的優(yōu)化配置，讓學(xué)生可虛擬操作計算機各個(gè)部件的拆卸安裝等操作。學(xué)生在操作過(guò)程中如果與到計算機硬件組裝中的常見(jiàn)問(wèn)題或故障時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)給出解決問(wèn)題的方法，學(xué)生可根據系統提示對錯誤位置快速做出判斷，并按照系統提示繼續進(jìn)行操作。
(二)設計原則
實(shí)用性是計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統設計中的首要原則，要能夠確保學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中有效的利用，對系統的安全、逼真、易用、共享、交互及擴展等性能要充分進(jìn)行考慮。安全性指的是對用戶(hù)操作系統的權限進(jìn)行控制，并對數據增加備份的功能，避免學(xué)生操作過(guò)程中誤操作導致數據丟失;逼真性指的是系統在操作過(guò)程中與實(shí)際操作非常相似，對計算機硬件可以借助3D技術(shù)構建對應的模型，學(xué)生在學(xué)習中可以融入到虛擬的實(shí)驗場(chǎng)景中進(jìn)行操作;易用性是為方便學(xué)生對系統容易了解，且便于學(xué)生操作，能夠讓學(xué)生依據教材逐漸對系統熟練操作;共享性指的是師生之間、學(xué)生之間在學(xué)習的過(guò)程中，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )平臺實(shí)現學(xué)習信息的傳輸與交流，彼此可對信息進(jìn)行共享，可通過(guò)遠程方式使學(xué)生之間進(jìn)行交流，方便教師進(jìn)行指導;交互性是指用戶(hù)與系統之間通過(guò)各種傳輸裝置，如鍵盤(pán)、鼠標等進(jìn)行交互，提高了人機交流的效果，同時(shí)可借助觸摸屏、手柄等與設備進(jìn)行和諧的交互;擴展性是指，該系統中的硬件模型隨著(zhù)計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，能夠方便的加入更多新的硬件元素，借助系統擴展性能，學(xué)生能夠對更多新的技術(shù)有所了解，在計算機硬件技術(shù)的發(fā)展中學(xué)習更多的前沿技術(shù)。
(三)運行環(huán)境搭建
采用Quest3D技術(shù)作為本文設計的計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統的開(kāi)發(fā)工具，建模采用Sketchup軟件與3DMAX軟件，采用MySql數據庫進(jìn)行數據存儲。
二、計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統設計
(一)系統結構設計
對該系統設計的時(shí)候，系統結構應用C/S架構，包含系統服務(wù)器、數據庫、用戶(hù)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，構建虛擬實(shí)驗系統，在服務(wù)器端借助Quest3D軟件完成，實(shí)現對用戶(hù)操作數據進(jìn)行存儲的目的;通過(guò)QuestViewer，用戶(hù)在客戶(hù)端對硬件組裝虛擬應用程序進(jìn)行執行，從而對計算機硬件組裝的三維模擬瀏覽、演示及操作執行完成;對于共享網(wǎng)絡(luò )而言，有兩種選擇，一種是可應用互聯(lián)網(wǎng)，另一種是可構建機房局域網(wǎng)。此外，系統可以對數據庫的最新數據進(jìn)行下載，具有更新功能，對參數、型號等虛擬硬件進(jìn)行更新。
(二)系統設計流程
在對該系統進(jìn)行流程設計的時(shí)候，主要依據的是計算機硬件組裝教材的具體內容，對學(xué)生的實(shí)際需求進(jìn)行分析，進(jìn)行人機交互設計及性能測試、虛擬硬件模型設計及動(dòng)畫(huà)制作，完成系統流程設計。需要注意的是，在對需求進(jìn)行分析的過(guò)程中，要將教學(xué)大綱及學(xué)生學(xué)習的特點(diǎn)結合在內，先對系統的功能模塊詳細確定，對系統各種功能與權限合理的進(jìn)行劃分;在設計相關(guān)硬件的接口、模型及參數的時(shí)候，對3DWarehouse等模型庫內已經(jīng)存儲的現成硬件模型直接進(jìn)行調用，減少了不必要的系統開(kāi)發(fā)時(shí)間，有效的提高了系統開(kāi)發(fā)的效率;在對一些現有模型進(jìn)行修改的設計或需要細致處理的模型設計中，可以使用Sketchup工具來(lái)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)行后續優(yōu)化處理，使模型的參數、精度與現實(shí)硬件產(chǎn)品更加的統一;利用Quest3D軟件進(jìn)行虛擬現實(shí)，建立人機交互硬件組裝場(chǎng)景，對人與系統的交互功能進(jìn)行設計與完成。所有流程設計完成以后，對系統功能進(jìn)行綜合測試，測試中對發(fā)現的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)與完善。
(三)系統模塊設計
按照計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統的功能與架構進(jìn)行分析，可以將系統模塊劃分為多個(gè)子模塊，包含理論知識、技能訓練與系統管理幾個(gè)部分。首先，在線(xiàn)管硬件理論知識的學(xué)習中，該模塊借助圖片、文字等說(shuō)明形式為學(xué)生提供了大量的硬件知識，通過(guò)對該模塊的操作，學(xué)生從客戶(hù)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，鼠標移動(dòng)到該位置后，會(huì )將該部分硬件的信息參數顯示出來(lái)，并匹配相應的文字說(shuō)明。該模塊的主要功能在提高學(xué)生的理論知識學(xué)習水平，對計算機模型加強瀏覽。其次，技能訓練模塊，在該模塊中，更重要的是將人機互動(dòng)的模式體現了出來(lái)，系統中包含有圖片、視頻等元素，學(xué)生可在該模塊中實(shí)現虛擬實(shí)驗計算機硬件的組裝與匹配等，并且系統可根據學(xué)生的實(shí)際操作情況將最優(yōu)的選擇和匹配結果給出來(lái)，讓學(xué)生進(jìn)行查看。最后，系統管理模塊，管理模塊主要的作用就是對系統各構成部分進(jìn)行有效的管理，針對的是系統的安全運行、用戶(hù)操作及系統功能進(jìn)行管理，管理人員對登陸系統的用戶(hù)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，對系統中的各種數據可以進(jìn)行備份，并且具有監控的功能，確保的系統的安全運行。
三、計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統的實(shí)現
(一)交互界面的實(shí)現
在系統交互界面中，系統以導航欄的方式能夠讓用戶(hù)對系統菜單內的各種功能快速熟悉，在系統界面的頂部設計快捷菜單，顯示模式采用隱形樹(shù)形結構，主界面頂部顯示一級分類(lèi)，二級分類(lèi)隱藏在一級分類(lèi)中，三級分類(lèi)隱藏在二級分類(lèi)中，將一級分類(lèi)用鼠標點(diǎn)擊一下，即可將二級分類(lèi)菜單拉出，如果二級分類(lèi)中標有“◢”符號，則表明該項中包含三級分類(lèi)，對該符號用鼠標點(diǎn)擊一次，即可將三級分類(lèi)中的項目拉出。用戶(hù)用鼠標點(diǎn)擊各項功能時(shí)，主畫(huà)面區顯示硬件3S圖像，通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)對主畫(huà)面區顯示的3D硬件圖可進(jìn)行放大或縮小、翻轉、移動(dòng)等操作，學(xué)生可對硬件的細節部分清楚的查看，并可通過(guò)視頻的形式進(jìn)行觀(guān)看硬件組裝中遇到的一些問(wèn)題，提高學(xué)習的效果。
(二)主功能實(shí)現
系統中，用戶(hù)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，與數據庫內用戶(hù)信息進(jìn)行匹配和確認后才能進(jìn)入到系統中;然后，在操作界面中，動(dòng)畫(huà)試驗功能則是在虛擬環(huán)境下系統可以采用動(dòng)畫(huà)的形式將學(xué)生對硬件的操作與組裝情況進(jìn)行觀(guān)察，該功能的實(shí)現需要調用Quest3D中的信道來(lái)實(shí)現;對硬件組裝用戶(hù)在進(jìn)行虛擬練習的功能中主要通過(guò)Quest3D中的setvalue、expressionvalue及userinput節點(diǎn)實(shí)現;如果遇到新硬件，系統可將該硬件的參數、圖片添加到系統中，然后將該硬件的數據存儲的模型數據庫內。
(三)故障排除與交互實(shí)現
在實(shí)際教學(xué)應用中，學(xué)生在計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統中具體操作的過(guò)程中，如果存在誤操作，系統會(huì )彈出錯誤提示，如:學(xué)生對計算機硬件組裝完成以后，進(jìn)行模擬開(kāi)機的時(shí)候，彈出開(kāi)機錯誤，顯示聲卡錯誤、顯卡錯誤或內存條錯誤等信息。該功能也采用樹(shù)形結構實(shí)現，并且將相應的節點(diǎn)加入其中，可幫助學(xué)生快速識別故障位置，任一節點(diǎn)如果安裝不正確，計算機虛擬開(kāi)機則無(wú)法完成，并彈出提示框讓學(xué)生對故障進(jìn)行查找。
四、結語(yǔ)
在計算機組裝學(xué)習中，以虛擬的形式將計算機硬件組裝實(shí)驗提供給學(xué)生，可降低高校計算機硬件投入的成本，同時(shí)也能夠降低學(xué)生操作的風(fēng)險，學(xué)生的學(xué)習興趣也能得到提升。在對計算機硬件組裝虛擬實(shí)驗系統進(jìn)行設計與研究中，本文主要應用了各種數據庫等軟件，與教材內容結合，構建計算機硬件實(shí)體3D模型，通過(guò)虛擬環(huán)境的建立，使學(xué)生在計算機硬件組裝中的實(shí)際操作能力得到提高，對于計算機硬件課程教學(xué)意義深遠。
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