来源：第三维度
    作者：连剑
    单位：山东科技大学(济南校区)电气信息系

    摘要：介绍了综合布线系统和VRML的基本工作原理，提出了一个Web环境下的虚拟综合布线实验系统，并利用虚拟现实建模语言完成各功能模块的建模，之后结合脚本语言实现了对各模块的动态操作和交互演示。该系统很好地满足了高校对实验室建设的需要。文中还对VRML技术在虚拟实验室实现中的应用进行了研究。

    目前，虚拟实验室在发达国家已经十分普及。美国已将虚拟实验室列入其科研发展的战略规划。在美国，虚拟仪器系统及其图形编程语言已成为各大学理工科学生的一门必修课，其普及程度是相当广泛的［1］。

    在国内，虚拟实验室的建设也得到了应有的重视，已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：清华大学土木工程系构建了数字防灾与虚拟工程实验室；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；上海交通大学等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研［2］。

    很多已经开发出来的虚拟实验室，大多为基于HTML的二维形式和采用java技术实现的简单图像模拟系统，这类实验室系统由于本身开发工具的局限，易导致最终的模拟实验缺乏真实感［3－6］。本文中所实现的系统是基于VRML技术建立的三维虚拟实验系统，该虚拟实验室提供了三维实验环境，界面具有身临其境的真实感。本系统还提供了用户与环境动态交互的内容和方式，用户可对实验过程进行实时操控，具有操作性强，参与性好等优点，达到了锻炼实验者动手能力的目的。

    1　虚拟实验室系统的组织结构

    虚拟综合布线实验室系统根据综合布线的具体过程进行设计。本系统分为系统说明、场景演示、交互实验三部分组成，如图1所示。其中，场景演示部分是对综合布线过程的三维仿真过程，使实验人员能够多角度、任意视点地进行详细观察。而交互实验模块可以使用户与虚拟实验室中的设备进行交互操作。

图１　虚拟实验室层次模型

    2　虚拟实验室的功能与实现

    2．1　虚拟实验室的功能

    本系统对综合布线系统进行了建模，通过结合虚拟现实技术、VRML技术以及java/javascript技术使学生可以对实验场景和实验设备进行多角度观察，交互操作，从而使用户对于综合布线系统有直观的认识。

    2．2　虚拟实验室的建模

    本虚拟实验室的建模主要涉及到实验环境和实验设备两方面的建模。

    2．2．1　虚拟实验环境的建立

图2　虚拟实验场景效果图

    本实验中的虚拟实验环境，包括工作区子系统、水平子系统、管理子系统、垂直干线子系统、设备间子系统以及建筑群子系统，都是通过VRML自身的功能，综合运用transform、scale、inline等场景节点实现造型，整个场景文件很小，有利于网络传输浏览，整体效果图如图2所示。

    2．2．2　虚拟设备模型的建立

    虚拟设备模型的建立是构建虚拟实验的重要步骤。虚拟设备的构建应满足：良好的封装性、可扩展性、可重用性。

    建立虚拟设备模型有三种方法：VRML文本编辑器、VRML可视化编辑器和专业三维建模软件。它们各有优缺点，在实际建模过程中应当根据实际情况，结合使用这三种建模方法。由于交换机的各种接口情况比较复杂，例如rJ45、rs232、光纤接口等的接口形状、针脚，在面板的位置、数量都各不相同。直接用VRML语言写代码是非常困难的，所以最后决定选用专业的建模软件3dsmaｘ进行建模，之后导入cosmoworlds中加以修改，利用cosmoworlds增加对虚拟设备和虚拟场景的漫游功能。

    2．3　虚拟实验的交互

    交互式虚拟实验过程通过传感器节点、VRMLscript(javascript)脚本程序和route语句实现。所有的用户触发事件都以脚本结点(script)的方式进行控制，即将用户的某种输入经过脚本的程序代码进行转化，然后输出到特定的受控对象上，实现交互过程的控制。脚本节点对接收的输入事件做出逻辑处理，产生事件，影响其它节点在虚拟世界中的视觉外观。

    在综合布线虚拟实验室系统中，最常规的交互操作就是连线。为了实现系统动态接线，在动态建模时通过＿circleeｘtrusion原型节点实例化出所有的连线，并通过cloaｋ原型节点将这些连线隐藏起来。随着实验过程的推进，当用鼠标点击这些特定的位置时，脚本程序控制相应的cloaｋ节点就会显示出相应的网络连接线路和网络设备的连接。

    3　结束语

    本文着重研究了基于VRML技术与其它技术的结合实现虚拟实验的三维交互技术，实现了综合布线系统的虚拟实验演示，但还没有形成更加完整的虚拟实验系统以适应计算机网络实验教学的需求，在以后的研究中将会对该系统进行进一步的完善。

    参考文献：

    ［1］唐沈．美国的虚拟现实研究［J］．全球科技经济望，1995(10)：29－31．

    ［2］王全科，刘岳．VRML在三维动态交互地图可视化中的实践［J］．中国图象图形学报，2001，6(3)：291－295．

    ［3］贾皓丽，宋端智，冯雪君．网络虚拟实验室应用研究［J］．计算机工程与科学，2002，24(1)：13－15．

    ［4］庞文尧，丁金婷．远程实验技术发展现状［J］．科技通报，2004，20(4)：10－14．

    ［5］陈秀清．关于虚拟实验室的建设［J］．福建广播电视大学学报，2003，(1)：10－13．

    ［6］潘娅，刘宗行，顾诚．基于Web的现代远程教育技术［J］．山东电子，2003，(2)：13－14．