表面分析系列儀器虛擬實驗室的研究與構(gòu)建.pdf

1、隨著科技的進步和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實的時代已經(jīng)來臨。由于虛擬現(xiàn)實獨特的沉浸性、想象性和交互性特點使得在各個領(lǐng)域特別在教育領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。作為基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)出的虛擬實驗室更是成為推動教育模式改進的有效工具，受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。對于一些成本高昂、數(shù)量少、開放性和共享性低的大型儀器來說，虛擬實驗室在其實驗教學(xué)與培訓(xùn)等方面的應(yīng)用顯得尤為重要。
　　本研究通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)、虛擬實驗室以及表面分析虛擬實驗室的應(yīng)用現(xiàn)

2、狀進行討論，并對交互軟件進行比對，得出一條符合目前需求的，以掃描電鏡、原子力顯微鏡以及X射線光電子能譜為代表的表面分析虛擬實驗室的開發(fā)路線。利用3Ds Max軟件對所用儀器、樣品、用品、場景進行三維精細建模，F(xiàn)lash和Photoshop對虛擬工作站進行繪制和編輯，Virtools軟件結(jié)合VSL編程語言和BB模塊搭建完成三維物體和二維工作站交互操作的全部內(nèi)容，對多種能提高仿真度、交互體驗和專業(yè)性的關(guān)鍵技術(shù)進行了重點研究，然后將構(gòu)建完成的

3、虛擬實驗室搭建在網(wǎng)絡(luò)平臺上進行管理和維護。開發(fā)出的表面分析虛擬實驗室采用高仿真度的三維場景、融合二維幀技術(shù)的虛擬工作站、具有新型的三維碰撞檢測與拾取算法、獨特的非線性交互操作以及實驗結(jié)果和操作過程記錄網(wǎng)絡(luò)化管理功能。其中掃描電鏡虛擬實驗室實現(xiàn)了多樣品的構(gòu)建并可根據(jù)需要進行增加，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行樣品選擇和動態(tài)導(dǎo)入，在虛擬工作站中設(shè)計了條件自主選擇、視野連續(xù)可調(diào)、視野場景實時保存等特色功能，實現(xiàn)微觀圖像精細處理的新突破。由于原子力顯微鏡特

4、殊的探針結(jié)構(gòu)，在虛擬實驗室的構(gòu)建中增加了對探針的更換、調(diào)節(jié)步驟，使實驗內(nèi)容更加完整，更符合教學(xué)方案。另外從細節(jié)入手對虛擬實驗室進行改進和完善，如物體說明、工作站菜單選擇優(yōu)化等，學(xué)生在操作時不僅更加流暢與便捷，對于開發(fā)人員來說思路更加清晰、工作量也相對減少。在X射線光電子能譜儀中，針對全元素掃描譜圖和多元素選擇等關(guān)鍵技術(shù)進行了具體研究，成功構(gòu)建了可以從元素周期表中選擇元素，并且具備全譜和興趣元素多譜出圖的虛擬實驗室。表面分析系列儀器虛擬實