虛擬計算機硬件實驗平臺設計的方法研究

廖曉娟

（重慶科創職業學院，重慶 402160）

經調查發現，目前我國高校計算機教學采用理論與實踐分離的教學模式，受教學成本影響，很多學校忽略了實踐教學，計算機教學主要以理論為主。然而理論教學存在一定的弊端，一方面，學生的實踐能力得不到培養，另一方面，學生學到的理論知識得不到驗證，很難總結自己的學習成果，容易讓學生喪失學習的興趣。尤其是對于計算機教學來說，學生的實踐能力尤為重要，需要引起各方的重視。虛擬計算機硬件實驗平臺建設解決了教學成本的問題，能夠給學生提供另一種學習模式，拓寬學生的視野，對學生實踐能力的培養有著重要的作用。另外，學生不再受時間、地點的限制，可以通過虛擬實驗平臺隨時進行學習。這有助于提高學生的學習效率，對于計算機教學來說也更有針對性。

1 虛擬實驗平臺概念

虛擬實驗平臺又稱為計算機虛擬仿真技術，是通過現代化計算機技術實現的虛擬平臺，利用仿真技術還原實踐環境，提供視覺、聽覺效果，能夠讓學生有更深刻的體驗。學生能夠在虛擬平臺中感受實驗過程，通過觸摸進行相關實驗操作，仿佛身在其中。虛擬計算機硬件實驗平臺是對計算機硬件進行測試、開發與應用的重要平臺，能夠體現出計算機技術的重要性，給人們學習的機會。虛擬計算機硬件實驗平臺通過高新技術，提高了計算機教學的效率，降低計算機教學的成本，將一些操作復雜的計算機實驗部分體現在虛擬平臺上，從而簡化了計算機教學，提高了學生的積極性，提升了學生的學習效率[1]。虛擬實驗平臺主要應用的就是計算機仿真技術，通過仿真還原實現模擬過程。

2 虛擬計算機硬件實驗平臺設計

2.1 虛擬現實開發平臺設計

虛擬現實開發平臺是虛擬計算機硬件實驗平臺的基礎，是虛擬實驗進行的重要保證，因此，要在虛擬計算機硬件實驗平臺設計前期，進行虛擬現實開發平臺設計，做好準備工作。虛擬現實開發平臺是對虛擬計算機硬件實驗場景中的數據、圖像等進行分析、重組、展現的基礎平臺，只有擁有虛擬現實開發平臺，才能夠將所需場景進行充分還原。虛擬現實開發平臺是聯系其他各子系統的關鍵，能夠提高系統之間的溝通效率，加強系統之間的關聯性，有利于提高計算機硬件實驗平臺的數據處理效率，保證系統發揮最大效益。

2.2 虛擬仿真交互系統設計

為了能夠更好地對實景實驗進行還原，虛擬計算機硬件實驗平臺需要對各種要素進行展現，這個過程中就出現了仿真交互作用，虛擬仿真交互系統就是為了能夠保證在同一時間將不同要素進行完全展現。在計算機實驗中，需要學生完全參與進來，虛擬計算機硬件實驗平臺既需要具有圖像、聲音等的還原功能，又要能夠對學生的聲音、動作進行捕捉，這與簡單的二維空間還原不同，需要考慮到多方因素的相互影響，為此，在構建虛擬計算機硬件實驗平臺前，需要完善虛擬仿真交互系統的內容，減少各要素之間的干擾，將實景信息更好、更完整地進行還原[2]。

2.3 虛擬三維現實系統設計

虛擬三維現實系統是目前還原程度最高的系統，通過三維還原能夠對原場景進行全面的分析、數據運算，結合物質的特征進行充分展現。除此之外，虛擬現實三維系統是對仿真交互系統應用最好的系統，能夠展示各種要素。另外，虛擬三維現實系統對高新設備的應用比較廣，包括立體顯示器、大屏幕監控設備等，應用這些設備能夠起到更好的作用，提升還原的效果。通過虛擬三維現實系統設計，能夠提高虛擬計算機硬件實驗平臺的還原程度，提升學生的參與感，提高學生的操作效率[3]。

3 虛擬計算機硬件實驗平臺開發

3.1 主要模塊設計

虛擬現實開發平臺是虛擬計算機硬件實驗平臺的基礎平臺，要最先構建完成。虛擬現實開發平臺是對圖片進行生成及處理的關鍵平臺，且性能較好，能夠通過獲得信息進行數據運算，還原完整的虛擬現實場景，由此可見虛擬現實開發平臺在虛擬現實中的重要作用。除此之外，由于虛擬計算機硬件實驗平臺對交互作用的需求，因此，需要觸覺反映終端及定位追蹤等設備的支持。在基礎設備設施準備完成后，通過實驗模塊和展示模塊進行檢測，改變實驗數據及行為，觀察展示情況的變化是否滿足客觀需求。在發現位置錯誤時，對模型進行調整，提高模塊功能的準確性及完整性。

3.2 模型構建

模型構建是虛擬計算機硬件實驗平臺設計的核心環節，需要通過SKetchUp進行操作。要先了解實驗設計的需求，并根據需求將設備及材料簡單繪畫出來，之后進行硬件需求的繪畫。再將設備及材料的實際大小進行測量、分析、對比，導入系統內部，完成實景采集。也可以通過設備掃描的方式，提高數據的準確性，有利于確保后期工作的有效性。此過程最主要的部分就是實現各要素的交互。首先，需要對不同要素進行單獨系統維護，并檢查每個系統中的應用情況，在各個系統做好調試之后，通過主板插槽的方式，實現獨立建模；其次，通過交互仿真技術，實現各要素的結合、交互[4]。

3.3 模型優化

為了提高虛擬計算機硬件實驗平臺的效果，提升學生的學習效率，需要在實驗的過程中對實驗模型進行不斷的優化，優化是全過程的，包括模型設計階段和模型使用階段，需要將過程中發現的問題進行展現、解決，從而不斷完善模型系統。首先，線圖的繪畫方面，一般會采取“近實遠虛”的方式，滿足一般人的觀察習慣，對于近處的景象進行細致的描述、遠處的景象進行大概勾勒，能夠突出重點，卻又不缺少整體畫面。其次，對顏色進行優化，顏色在場景還原過程中是十分重要的，正確的顏色運用能夠提高場景還原的真實性，有利于給學生更加深刻的感受。在顏色渲染方面，也是重點突出近處的景象，減少對遠處景象的上色，尤其是減少遠景的深色體現，避免讓人抓不到重點[5]。為了提高系統的處理效率，可以通過紋理映射、紋理壓縮等技術，減少應用空間和加載時間，提升處理效率。

3.4 模型動態導入

模型動態導入是虛擬計算機硬件實驗平臺設計的關鍵步驟，現在的計算機實驗中，動態操作是必須的功能。在虛擬計算機硬件實驗平臺設計中，一般通過Quest 3D的方式實現，具體的操作流程如下。

首先，將設置好的計算機硬件模型導入Quest 3D系統中，使之處于存儲狀態。

其次，將導入的模型按照Lua的方式打開，完成基本數據加載，將信息調整為硬件信道組，從而使該腳本能夠為更多的用戶提供更多的信道。

在模型動態導入之后，用戶能夠根據自己的需求進行不同的調試，選擇不同的信道，能夠起到保護信息安全的作用，同時加強了與數據庫之間的聯系，提高了信息流動的效率。在與數據庫進行關聯時，需要進行用戶信息登記，保護賬戶名稱及密碼，從而起到保護信息安全的作用。

4 結語

技術的發展和教育改革的要求，人們對計算機實驗的要求越來越高，通過虛擬計算機硬件實驗平臺設計，能夠滿足教學的需求，節約教學成本，同時，能夠提高教學效率，提高學生學習的積極性。為了能夠更好地完成虛擬計算機硬件實驗平臺設計，文章圍繞主要模塊設計、模型構建、模型優化、模型動態導入等幾個過程進行講解，希望能夠提高虛擬計算機硬件實驗平臺的應用范圍，提升學校的教學質量。