李曉霞學(xué)年論文

1、基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開發(fā)河西學(xué)院計(jì)算機(jī)系李曉霞摘要摘要:本文在討論了用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)可行性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。本虛擬實(shí)驗(yàn)主要采用VRML和Javript腳本語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)并通過(guò)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合提高虛擬實(shí)驗(yàn)的可用性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)VRML；虛擬儀器1引言引言(1)(1)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(Vir

2、tualReality簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)興起的一種新型信息技術(shù)。作為人與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互作用的一種手段人們將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來(lái)的重要技術(shù)認(rèn)為它不但將改變?nèi)祟悘氖驴茖W(xué)研究、技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐的方式而且為促進(jìn)人的認(rèn)識(shí)能力的全面發(fā)展提供了新的工具。眾所周知實(shí)驗(yàn)技術(shù)是對(duì)科學(xué)理論的驗(yàn)證以及對(duì)未知領(lǐng)域探索的主要手段它與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展緊密相連。實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)驗(yàn)技術(shù)得以順利實(shí)施的必要條件其

3、重要性在科學(xué)研究、技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐和教育培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了充分體現(xiàn)。從傳統(tǒng)意義上來(lái)說(shuō)實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要依靠需耗費(fèi)大量物質(zhì)資源的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。隨著網(wǎng)絡(luò)的全球化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步利用虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)已成為可能并可以使我們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)資源使我們更好地利用信息時(shí)代所帶來(lái)的資源優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)組成原理課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課它主要學(xué)習(xí)的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部相應(yīng)硬件間的工作原理圍繞構(gòu)成計(jì)算機(jī)(單機(jī))的基本部件:運(yùn)算器、控制器、存

4、儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備來(lái)論述計(jì)算機(jī)的工作原理闡述各功能部件在整機(jī)中的作用由此使學(xué)生理解程序的自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程。計(jì)算機(jī)組成原理的實(shí)驗(yàn)是該課程學(xué)習(xí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)可以幫助學(xué)習(xí)者體會(huì)計(jì)算機(jī)每一個(gè)算術(shù)計(jì)算的全過(guò)程了解計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)以及邏輯運(yùn)算掌握計(jì)算機(jī)硬件組成與設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)等多方面的技能。在此我們用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建計(jì)算機(jī)組成原理的虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足避免實(shí)驗(yàn)儀器元器件的老化和損壞而且通過(guò)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合徹底打破了空間和時(shí)間

5、的限制。（2）虛擬儀器）虛擬儀器虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)配上相應(yīng)的硬件和專用軟件形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器.這種技術(shù)實(shí)質(zhì)上是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能.其特點(diǎn)在于:(1)打破傳統(tǒng)儀器的“萬(wàn)能”功能概念將信號(hào)的分析、顯示、保存、打印和其他管理集中交由計(jì)算機(jī)處理(2)強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的新概念軟件在儀器中充當(dāng)了以往由硬件甚至整機(jī)實(shí)現(xiàn)的角色(3)儀器由用戶自己定義系

6、統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過(guò)軟件修改可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用連接(4)鑒于虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化用戶可以將儀器視頻和聲音等并具有行為特征描述功能。它通過(guò)一系列交互傳感器在三維環(huán)境和用戶之間感知和交互使用戶可以根據(jù)需要感知VRML場(chǎng)景、改變場(chǎng)景中的造型狀態(tài)、觸發(fā)一個(gè)事件或開始一段動(dòng)畫。它所具有的交互性使人們可以在網(wǎng)上構(gòu)造一個(gè)真實(shí)物體或環(huán)境的對(duì)應(yīng)物并通過(guò)VRML瀏覽器在這個(gè)虛擬世界中漫游和交互。4基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案基

7、于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面:一是虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)二是相關(guān)網(wǎng)站的建設(shè)前者是開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)它主要包括虛模型和交互性設(shè)計(jì)兩部分。(1)1)虛擬模型設(shè)計(jì)方案虛擬模型設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)VR系統(tǒng)首要的問(wèn)題是創(chuàng)造一個(gè)虛擬環(huán)境這個(gè)虛擬環(huán)境包括三維模型、三維聲音等在這些要素中因?yàn)樵谌说母杏X(jué)中視覺(jué)攝取的信息量最大反應(yīng)亦最為靈敏所以創(chuàng)造一個(gè)逼真而又合理的模型并且能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地顯示是最重要的。VRML本身是一

8、種造型語(yǔ)言又具有仿真和渲染的實(shí)時(shí)性因此可以創(chuàng)建一個(gè)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。對(duì)于簡(jiǎn)單的造型圖形代碼可由人工編寫而復(fù)雜的模型則可以通過(guò)3DMAX創(chuàng)建后進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從運(yùn)行速度上來(lái)說(shuō)人工編寫圖形代碼生成的三維場(chǎng)景要快。由于組成原理實(shí)驗(yàn)的芯片比較簡(jiǎn)單且大部分芯片的外觀造型相差不多因此采用VRML生成實(shí)驗(yàn)儀器的虛擬模型。(2)2)交互性設(shè)計(jì)方案交互性設(shè)計(jì)方案交互性是此實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)無(wú)論正確錯(cuò)誤都要與實(shí)際相符。VRML允許用戶向虛擬的世界中加入行為

9、和交互手段。VRML世界的交互模式就是一方面要確定所要進(jìn)行的交互行為即以什么方式改變場(chǎng)景中的什么狀態(tài)另一方面就是如何實(shí)施這個(gè)交互行為既先要確定當(dāng)前場(chǎng)景中的狀態(tài)然后將變化傳遞到場(chǎng)景中去。VRML中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)用來(lái)完成某一特殊功能如構(gòu)造一個(gè)幾何形體在場(chǎng)景中加入聲音鏈接其它場(chǎng)景設(shè)置燈光加入霧效放置背景圖案的節(jié)點(diǎn)還有感應(yīng)位置時(shí)間的傳感器節(jié)點(diǎn)以及確定幾何形體的位置、縮放、旋轉(zhuǎn)、進(jìn)行碰撞檢測(cè)等節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一系列的域(FieldexposedF

10、ield)和事件(Event)包括EventIn和EventOut域FieldexposedField用來(lái)保存定義該功能所需要的數(shù)值例如形狀節(jié)點(diǎn)所包含幾何體的大小、顏色等信息有許多節(jié)點(diǎn)的exposedField域可以動(dòng)態(tài)地改變。5基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)最終要達(dá)到的結(jié)果是通過(guò)打開嵌入相應(yīng)網(wǎng)頁(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成輸入、連線等操作即可觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于相