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三维化学实验虚拟学习环境的研究与设计

罗一帆  
【摘要】: 随着计算机技术的飞速发展,虚拟现实技术作为计算机辅助教育的重要组成部分在教育领域具有良好的发展前景,并且受关注的程序越来越高。虚拟现实技术与教育的相互融合产生了虚拟学习环境的概念。虚拟学习环境在考虑了计算机技术这一因素的基础上,引入了适用于虚拟学习的教育理论,实现了以理论指导技术,让技术更好的辅助教学的目的。 目前,虽然在虚拟学习环境的研究方面有一定的进步,但仍然存在一些问题。其中较为突出的是,大多数虚拟学习环境都为二维平面设计,没有体现出虚拟现实的真正要义,在空间表现能力上显得力不从心。为此,本研究开发一个基于三维虚拟技术的化学实验虚拟学习环境,并设计实现。三维虚拟学习环境是利用三维软件和编程技术设计制作并在一般常用的PC机上就能正常运行的具有一定沉浸度的虚拟学习环境,这是利用虚拟技术在基础教学领域的一次尝试。 本文在详细分析了三维虚拟学习环境的发展脉络、理论基础和相关技术的基础上,着重介绍了本文所论述的三维化学实验虚拟实验平台的开发环境、技术和开发过程,并开发相关虚拟化学实验的教学设计案例。在绪论部分,主要分析了现有虚拟学习环境,在三维化学实验虚拟学习环境的理论部分,着重研究了在建构主义理论指导下的虚拟教学设计,提出了对虚拟教学新形式的探索。在相关技术和开发部分,重点介绍了OpenGL技术,特别叙述了虚拟仪器绘制、仪器成组、粒子系统等关键技术的实现过程,为提高虚拟实验的真实感和改善教学效果提供了可以参考的方法。


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