网上虚拟实验室建模方法与构建技术研究及系统实现
在现代教育中，实验教学占有非常重要的地位，它是对学生进行创新素质教育的一个重要手段。虚拟实验作为传统实验的一个必要的有益补充，既能节约大量的教育经费，也使实验在时间和空间上得到有效的延伸。
论文分别从理论研究、技术方法和应用开发三个层面对网上虚拟实验室的构建做了全面论述。着重讨论了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并以“电工电子网上虚拟实验室”为例详细介绍了其实现方法。
从理论层面讨论了虚拟实验室的基本概念及其形式化描述，功能定位和主要特点，虚拟实验室构建的基本原则和方法，并给出了虚拟实验的教学模型。
从技术和方法层面，讨论了虚拟实验室开发过程中的常见仿真建模方法和实现技术。采用面向对象和组件思想提出了一种面向对象和基于组件的虚拟器件仿真与建模方法。包括数学模型的建立、静态和动态图像模型的建立、数学模型与图像模型的协调工作机制等，面向对象的仿真与建模方法具有良好的直观性、可扩展性和可重用性。基于组件的仿真与建模思想来源于面向对象，但与面向对象的方法相比，基于组件的仿真与建模分析的粒度较大，可重用性更好。在介绍构建网上虚拟实验室的技术方案及对其分析比较的基础上，提出了一种基于组件技术的网上虚拟实验室解决方案，该方案以VBScript和ActiveX控件作为客户端，XML作为中间通信桥梁，能够集成COM/DCOM作为计算后台，大大提高了专业虚拟实验室的开发效率。
按照本文提出的理论架构、建模方法和技术方案，成功构建了一个智能仿真型“电工电子网上虚拟实验室”。系统集实验教学、实验操作与实验报告于一体，实现了从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。系统实验室设备以组件的方式开发，提高了开发效率，实现了软件重用，实验室的功能易于扩充；服务器端以SPICE模型和数字逻辑芯片模型作为仿真计算后台，提供了强大的系统仿真能力，实现了对模拟电路、数字电路以及数模混合电路的实时仿真。与其他电路仿真软件相比，该系统具有良好的可设计性、操作的任意性和具有真实感的交互功能，可以让用户在逼真的多媒体“虚拟场景”中，利用各种“虚拟元器件”任意搭接电路，并通过相应“虚拟仪器”的测试，实时得到仿真结果，从而达到良好的实验效果。
论文研究的主要创新点在于：第一，提出了虚拟实验建模的MI结构模型及其建模方法，并给出了基于类模板的可重用实现方法；第二，提出了一种基于SPICE模型的模拟电路仿真算法。算法以SPICE3f5作为仿真内核，通过接口转换程序的开发实现了虚拟环境下的模拟电路的仿真实验；第三，提出了一种基于逻辑芯片模型的数字电路仿真算法。算法以递归和回溯的方法实现了虚拟环境下的数字和数模混合电路的仿真实验；第四，解决了仿真技术与多媒体技术的融合设计问题。通过对核心仿真算法的COM封装，实现了多技术开发平台的共享和集成。
虚拟实验室;虚拟技术;实验室;仿真系统;计算机辅助教学
中国海洋大学
硕士
计算机应用技术
魏振钢
2005
中文
TP391.9;G434
79
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）