杜 領

(樂山職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系， 四川 樂山 614000)

0 引 言

依據(jù)局域網(wǎng)開發(fā)高效、實用、快捷的基于虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡實訓系統(tǒng)，是高校實驗室建設及實驗技術(shù)革新的必然選擇?；赬3D技術(shù)，以低成本方式建立虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡綜合布線實驗室，可擴大計算機網(wǎng)絡課程實訓的范圍，尤其是通過網(wǎng)絡“云平臺”，應用X3D SAI指定的抽象服務集[1]，其中重點利用X3D SAI為所有腳本語言提供的內(nèi)部和外部交互一致功能，可解決編程模型、數(shù)據(jù)反饋、功能交換等問題，從而改善網(wǎng)絡實訓系統(tǒng)的交互性能。

1 虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡綜合布線實驗室設計

1.1 設計思想

虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室，采用X3D方案構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、反饋應對系統(tǒng)，主要方案是為了實現(xiàn)高校實訓教育平臺開發(fā)。它整合高校實訓教育平臺應用程序的資源，是運用高校局域網(wǎng)組件來設計、開發(fā)的。因此，虛擬現(xiàn)實[2]的網(wǎng)絡綜合布線實驗室是一個多層分布式的應用模型和安全模型，能夠全方位對數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)進行控制。

X3D數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室首先是一個多層分布式的應用模型。在X3D環(huán)境中，無論哪一個應用組件安裝在什么地方，還是那一層用戶層調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，都是動態(tài)調(diào)度來處理的。

監(jiān)控系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室監(jiān)控系統(tǒng)是X3D技術(shù)應用的中間層。和Web層不同的是，虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室監(jiān)控系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件處理系統(tǒng)，需要高校的相關管理密鑰來訪問高校信息系統(tǒng)。

反饋應對系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室反饋應對系統(tǒng)包括查詢有限(Lookup Services)和安全(Security)兩個方面。系統(tǒng)資源都只能由高校實驗室授權(quán)的終端進行訪問。

1.2 系統(tǒng)體系

設計基于圖像的Web3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)和基于模型的Web3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高校“云平臺”網(wǎng)絡多元系統(tǒng)，完成局域網(wǎng)綜合布線實驗室的構(gòu)建[3]。系統(tǒng)構(gòu)建的關鍵是要把握5個方面：網(wǎng)絡綜合布線實驗室提供的內(nèi)容、給網(wǎng)絡綜合布線實驗室提供動力的實踐教學引擎、交流活動的協(xié)調(diào)、資源數(shù)據(jù)的倉儲、無縫隙的Web信息和交流的連接。

內(nèi)容：匯集規(guī)范化和標準化的教學成果目錄信息，搜索和過濾內(nèi)容，會員概況，報告交流活動。

實踐教學：實踐教學信息，交流，反饋，實踐教學職能。

互動：教學成果協(xié)同設計。

社區(qū)：聊天，討論，共享工作空間，實踐教學郵件，手機短信。

集成：與后端系統(tǒng)、交流合作伙伴系統(tǒng)、其它網(wǎng)絡綜合布線實驗室集成。

1.3 運行藍圖

X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室實踐教學網(wǎng)站開發(fā)完成后的具體部署，與實際的硬件運行環(huán)境結(jié)合比較緊密。對于物理部署的初步設計如圖1所示。該圖展示了即將完成的X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室實踐教學網(wǎng)站的運行藍圖。

圖1 X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室網(wǎng)站運行架構(gòu)

1.4 系統(tǒng)模塊

圖2 虛擬實驗室服務模型

X3D綜合布線網(wǎng)絡實驗室是當前實驗室計算平臺最重要的一種表現(xiàn)形式。自Amazon推出實驗室計算平臺EC2后，共享資源和存儲資源平臺的核心目標即按用戶定制需求，提供對應操作系統(tǒng)類型、CPU頻率、核心數(shù)據(jù)和硬盤空間的虛擬機[4]。虛擬現(xiàn)實的X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室通過虛擬機來實現(xiàn)平臺運轉(zhuǎn)。從虛擬現(xiàn)實的X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室內(nèi)部運行關系看，一般包括實驗室資源、實驗室存儲、實驗室計算三大模塊，具體如圖2所示。

從圖2可以看到，虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡綜合布線實驗室服務流程是在實驗室資源、實驗室存儲、實驗室計算3個中交互實現(xiàn)的。

在實驗室管理中，主響應需要連接調(diào)度服務器，通過元數(shù)據(jù)和監(jiān)控服務器指令與實驗室存儲代理服務器進行交互；如果資源和需求響應，就即時轉(zhuǎn)接使實驗計算給出應答和完善，不需要人工干預。

系統(tǒng)例圖參照某高校X3D實踐教學網(wǎng)站的體例，展示了X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室實訓平臺面向用戶的接口。即用戶使用系統(tǒng)所涉及的功能定位，明確整個系統(tǒng)的功能。

系統(tǒng)例圖的設計：系統(tǒng)有2個角色，一個是系統(tǒng)管理員，一個是普通的注冊用戶。系統(tǒng)管理員也具備普通用戶的權(quán)限。一個普通用戶如果通過高校網(wǎng)絡平臺的X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室實踐教學網(wǎng)站瀏覽教學成果，能夠使用的功能有以下幾種：用戶注冊、登入、注銷、信息交流、信息查詢、反饋教學成果。管理員還能具有審核教學成果、進行用戶管理以及系統(tǒng)管理等權(quán)限。

用戶登入、注銷：還未注冊的是新用戶是不能登入系統(tǒng)的，需要填寫信息注冊完成后才能登入，在驗證身份合格后，方可進入系統(tǒng)的主頁面。

在線反饋：在線反饋就是通過在網(wǎng)頁上輸入計算機賬號、密碼等完成計算機即時反饋。完成這步操作的前提是用戶反饋了網(wǎng)上的教學成果，并且統(tǒng)計了所有的教學成果。

信息交流：網(wǎng)站用戶之間的交流方式很多，可以通過短消息、郵件、論壇、網(wǎng)站公告、教學成果排行等等。通過這些方式，用戶能掌握自身教學成果的情況，能知道自身教學成果的優(yōu)缺點，能交流使用同種教學成果的使用經(jīng)驗等等。

信息查詢：網(wǎng)站用戶能夠快速查詢到的信息種類有符合要求的教學成果信息、不同教學成果的業(yè)績排行情況、教師信息，這些信息為網(wǎng)站用戶反饋教學成果提供了可靠的市場信息。

2 虛擬網(wǎng)絡綜合布線實驗室綜合功能實現(xiàn)

2.1 實訓教學

交流數(shù)據(jù)庫顯示的信息如下：提交日期，數(shù)據(jù)庫實踐信息的名稱及其標號，數(shù)據(jù)庫數(shù)量，數(shù)據(jù)庫提供方的名稱、地址、聯(lián)系電話、聯(lián)系人、傳真、計算機賬號等。有了這些信息，就能通過實踐教學郵件、傳真、電話等方式進行聯(lián)系，通過網(wǎng)上反饋、留言或郵件發(fā)送等方式完成交換，確定送達后，給數(shù)據(jù)庫方發(fā)送信息，同時通過傳真、電話、電郵等方式通知對方。

2.2 交 互

用戶在查看各種應用機會的同時，能進入信息收集流程和實踐教學業(yè)績流程，也能進入虛擬實踐實驗室，發(fā)布教學成果信息，進行招、投標。

交互實現(xiàn)的程序代碼(服務器端程序代碼)：

Signature signature=Signature.getInstance(“MD5WithRSA”);

signature.initVerify(mPublicKey);

signature.update(dataToBeSigned);

boolean authorized=false;

try{

authorized = signature.verify(signatureBytes);

}

catch (SignatureException se) {

//In case the signature is padded incorrectly

//this can happen if the client is using the wrong key.

}

outputToClient.writeBoolean(authorized); //將驗證結(jié)果返回給客戶端

……

交互界面的框架如圖3所示。

圖3 交互界面的框架

3 結(jié) 語

在研究網(wǎng)絡綜合布線實驗室實踐教學模式及虛擬網(wǎng)絡綜合布線實驗室要求的基礎上，應用X3D及相關技術(shù)，開發(fā)出一套完整的具有3D交互模式的虛擬網(wǎng)絡綜合布線實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了高校網(wǎng)絡平臺虛擬網(wǎng)絡綜合布線實驗室的運作。系統(tǒng)功能包括在虛擬場景中演示工具、組裝設備、使用和模擬室內(nèi)外布線場景，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與虛擬工具、設備的交互操作等。

為了讓學生在虛擬實驗系統(tǒng)中獲得與真實工作場景相似的學習效果，必須賦予虛擬實驗系統(tǒng)很強的交互性能。X3D通過節(jié)點進行三維描述，在節(jié)點間創(chuàng)建通道(ROUTE)，通過發(fā)送一個事件，使一個節(jié)點控制另一個節(jié)點。節(jié)點又由域和事件構(gòu)成，域定義節(jié)點的屬性，事件定義用戶與場景之間的交互，使虛擬世界更具動感。采用X3D技術(shù)框架構(gòu)建的X3D網(wǎng)絡綜合布線實驗室實踐教學解決方案，實現(xiàn)了獨立于系統(tǒng)平臺的分布式應用，具有高度的可移植性、標準化；系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)采用各種標準化協(xié)議，具有高度的開放性、互聯(lián)性和可擴充性，實施方便快捷。

[參考文獻]

[1] 宋正國.實景虛擬校園系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].軟件導刊,2009(11):94-95.

[2] 孫毅.3DS MAX在虛擬現(xiàn)實設計中的運用[J].自動化與儀器儀表,2009(6):118-120.

[3] 杜海霞.基于VRML的虛擬模型動態(tài)交互設計與實現(xiàn)[J].陜西理工學院學報:自然科學版,2009,25(4):34-36.

[4] 李增國.高校電工電子網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)之構(gòu)建[J].軟件導刊,2008,7(10):102-103.

[5] 楊明亮.模塊化虛擬液壓仿真系統(tǒng)研究[J].陜西理工學院學報:自然科學版,2011,27(4):11-14.

[6] 何博,牛群,費敏銳.Web虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的研究[J].自動化儀表,2009,30(3):6-9.