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虚拟现实技术在电子教学中的应用
Theapplicationofvirtualrealisminelectronicteaching
郭建才
华南师范大学教育信息技术学院
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随着虚拟现实技术的飞速发展，“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”等虚拟现实技术已迅速在电子测量、电子设计和实验等领域应用。“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”等虚拟现实技术的出现，必将对电子类课程教学改革产生深远的影响。本文就“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”的特点、教学优势及教学应用作深入的探讨。
关键词：虚拟现实虚拟仪器虚拟电子实验
1引言
随着虚拟现实技术的飞速发展，“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”等虚拟现实技术已迅速在电子测量、电子设计和实验等领域应用。目前，虚拟现实技术在电子教学中的应用主要有两个方面，一个是虚拟仪器，在发达国家虚拟仪器已经十分普及，在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言如ＬａｂＶＩＥＷ，已作为各大学理工科学生的一门必修课程，美国的斯坦福大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。在国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，如上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。据国内专家预测：未来的几年内,我国将有50%的仪器为虚拟仪器。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。
虚拟现实技术在电子教学的另一个应用是虚拟电子实验室，目前，我国一些高校已将虚拟电子实验应用到电子实验教学中，其中，比较受欢迎的有InteractiveImageTechnologiesLTD公司推出的虚拟电子实验软件ElectronicsWorkbench。Workbench是以计算机作为电子设计与测试平台，用它在计算机平台上做电子设计与测试,就像在真实的实验室做实验一样，在这样的虚拟现实环境中，可以设计与测试各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、高频电路等。利用它还可以方便地对测试结果进行分析、打印出实验数据、测试曲线和电路原理图，而且，这种虚拟实验不消耗器材，实验所需器材种类和数量不受限制，实验成本低、速度快、效率高，利用它还可以开展各种设计性实验。
随着“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”逐渐在高校的应用，必将对电子课程教学产生深远的影响，本文就“虚拟仪器”、“虚拟电子实验室”的教学优势以及它在电子类课程教学的应用作深入的探讨。
2虚拟仪器及教学应用
虚拟仪器就是利用现有的计算机，配上相应的硬件（如数据采集卡、输入/输出卡、GPIB卡等）和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。在同一套系统，通过软件就可以组建任意形式的虚拟仪器系统，如电压表、电流表、频率计、示波器、信号发生器、扫频仪等。改变软件，就可改变仪器功能，用同一套硬件系统可实现多种传统仪器的功能。[1]
2.1虚拟仪器由硬件平台与软件开发平台构成
2.1.1虚拟仪器的硬件平台
虚拟仪器的硬件构成主要包括：计算机、模／数转换器、数／模转换器、数字量输入输出等。虚拟仪器按功能可划分成三个主要部分：
（1）信号输入：将被测信号经信号调理后转变成标准信号以利于计算机处理；
（2）信号输出：将计算机产生的数字信号经过信号调理转换成适合于被测系统的激励信号；
（3）信号处理：利用计算机对信号进行分析、显示、存储等。
2.1.2软件开发平台
虚拟拟仪器开发工具有Ｃ／Ｃ＋＋、ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ、ＬａｂＶＩＥＷ、惠普公司的ＶＥＥ及微软的ＶＢ、ＶＣ等等软件。其中，图形化编程技术被专家看好，例如NationalInstruments公司的ＬａｂＶＩＥＷ图形化开发系统具有开放的软件体系，提供DLL库接口，支持OLE，还提供大量设备驱动程序库、数字信号处理函数和分析库。这些虚拟仪器开发系统还提供较强的通讯能力，能充分利用网络操作系统如Windows-NT4.0的增强性能。例如ＬａｂＶＩＥＷ的TCP/IP和UDP网络VI模块能够与远程应用系统建立通信；Internet工具箱还为系统增加了E-mail、FTP和Web功能；利用远程自动化VI模块还可以对控制其他设备的分散VI进行控制；利用OLE和DDE则可以将应用程序与其他基于Windows的系统集成起来。
2.2虚拟仪器在电子教学中具有的优势
（1）一机多用，节省资金及空间
一个传统的测试实验要使用多种仪器，而且不同实验所用的仪器也不同，如果开设综合性实验所需仪器更多，这么多的仪器不仅价值昂贵，体积大，占用空间多，而且相互连接也十分麻烦。如果使用虚拟仪器系统就可