Web上基于虚拟现实扫描探针显微镜仿真培训系统

扫描探针显微镜(ScanningProbeMicroscope，SPM)是国际上近年发展起来的表面分析仪器，它们的分辨率可达到纳米级甚至是原子级。由于该设备过于精密、操纵复杂、昂贵，使SPM技术难于推广，同时也增加了职员培训的难度，以及误操纵带来的仪器损伤。本课题针对这些实际困难，为中国科学院化学研究所纳米科技中心研制的扫描探针显微镜开发培训系统。本文首先阐述了虚拟现实(VirtualReality，VR)技术，以及网络虚拟现实技术应用现状和发展趋势，然后根据客户需求及他们拥有的计算机环境，对比多种相关技术，提出了采用三层浏览器／服务器(Browser／Server简称B／S)体系结构，架构远程基于虚拟现实技术的扫描探针显微镜仿真培训系统。该系统将SPM技术与网络虚拟现实技术相结合，分析国内外远程仿真培训系统特点，以及现有的SPM培训系统，在国内首次提出B／S体系的客户端用Ja3D进行开发，提供与远程用户交互的界面和接口、三维虚拟场景的构造和显示、场景的交互操纵和周游等，很好地解决了远程培训所必须具备的网络带宽和良好的互操纵性问题，Ja3D这一新技术的应用使本系统呈现出崭新的面貌。另外，在系统开发过程中，针对Ja3D三维造型功能类中仅包含标准几何形体的问题，这里用四边形面片逼近曲面的方法解决了回转体和变截面曲柄的三维建模，以及这种建模方式下的渲染和真实感处理问题。随着虚拟现实技术和网络通讯技术的发展，Web上基于VR的仿真培训是一个适应新的历史发展趋势的研究领域，本系统的实现对我国其它相关领域的远程仿真培训系统开发提供了新的开发思想和策略。本研究进一步还可以为远程教学、仿真实验室、虚拟实验室等模型起到指导作用。【关键词】：扫描探针显微镜(SPM)虚拟现实仿真培训Ja3DB/S
【论文提纲】：摘要5-6Abstract6-10引言10-111绪论11-191.1课题来源及研究目的和意义111.2虚拟现实技术概述11-141.2.1虚拟现实概念、基本特征和系统构成11-131.2.2网络虚拟现实13-141.3扫描探针显微镜技术14-161.4扫描探针显微镜培训系统发展现状16-171.5课题主要研究内容17-192Web上基于VR的显微镜仿真培训系统开发环境的构建19-262.1Web上基于VR的仿真培训系统对开发环境的要求192.2系统开发工具的选择19-252.3系统开发环境的确定25-263Web上基于虚拟现实的显微镜仿真培训系统的体系结构26-323.1系统的总体框架26-273.2培训系统的三层B／S体系结构27-283.3远程客户端软件系统功能图28-323.3.1虚拟场景结构图28-293.3.2操纵流程图29-324软件的程序设计32-604.1远程客户端32-514.1.1三维建模32-404.1.2显微镜操纵的演示动画40-444.1.3虚拟场景的交互操纵44-494.1.4显微镜操纵平台的虚拟仿真49-514.2服务器端数据库的设计51-544.3基于WEB的动态数据交互54-604.3.1与Web服务器的交互54-564.3.2与后台数据库的交互56-60结论60-63参考文献63-68附录A68-72在学研究成果72-73致谢73