CN101894489A - 一种虚拟实验器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟实验器件的方法：首先，用数码相机拍摄实验器件的照片，把照片存储为bmp格式；再通过word2010的消除图片背景功能去掉实验器件的背景，把得到的图像存储为bmp格式；然后，用软件Inkscape矢量化上一步中的输出图像，把输出文件存储为svg格式；最后，用文本编辑器EditPlus打开上一步中的输出文件，添加实验器件的功能信息(接头、显示面板等)及多状态信息，把文件存储为xml格式。本发明的文件格式基于XML，决定了其描述的实验器件可用于多种不同的虚拟实验平台，具有可移植性。

Description

一种虚拟实验器件的方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟实验器件的方法。

背景技术

虚拟实验是虚拟现实技术在教育、培训方面的重要应用，是指通过计算机、网络设备等模拟教学中的各种实验。虚拟实验可以弥补教学设备的不足，是辅助教学的重要手段。虚拟实验器件是组装虚拟实验的基础，虚拟实验器件的描述和设计是虚拟实验成功实施的保证。

1989年，美国弗吉尼亚大学的威廉.沃尔夫教授(Willian Wolf)提出了虚拟实验的概念，描述了一个计算机网络化的虚拟实验环境，目标是构建统一的信息化、网络化的环境。随后，出现了各种虚拟实验框架下的实验器件的表示方法。目前，用于实际教学的实验器件的表示方法主要有以下几种：(1)采用Flash技术构建的虚拟实验器件。Flash支持脚本语言ActionScript，可以实现实验的动态演示。该技术设计的虚拟实验器件有很多优点，例如：视觉效果好，开发速度快，可直接在浏览器中运行。但由于Flash本身的限制，虚拟实验器件的可移植性差。(2)用图片表示虚拟实验器件，采用java等高级程序设计语言设计虚拟实验的操作流程。该技术设计的虚拟实验可以解决用户交互问题，但虚拟实验器件的描述单一，放大显示时出现马赛克效应。(3)基于VRML的3D虚拟实验器件。VRML是一种三维场景描述语言，提供了三维模型的框架结构，规定了网络通讯规范。该类型系统中，需要用三维建模工具进行虚拟实验器件的建模，然后把虚拟实验器件导入到三维场景中模拟实验的运行。三维虚拟实验器件效果逼真，交互性友好，但建模工作量大、对用户要求较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有完备性、数据独立性、可扩展性、可移植性的虚拟实验器件的方法，该方法简单、易于实现，对用户没有过高的艺术能力要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种虚拟实验器件的方法，该方法的步骤如下：

Step1：采集实验器件的全部工作状态的外观图像；

Step2：对每幅图像进行处理，去掉图像中实验器件的背景；

Step3：对去掉背景后的每幅图像进行矢量化，得到相应的虚拟实验器件的外观信息，并存储到同一个xml文件中；

Step4：对每个实验器件的工作状态的外观图像，建立相应的功能状态信息，存储到step3中的xml文件中并进行标记；

Step5：完成实验器件的虚拟。

所述的一种虚拟实验器件的装置，它包括图像采集模块、图像分割模块、矢量化模块和功能状态信息模块，其中：

图像采集模块：采集实验器件的图像；

图像分割模块：对图像进行分割，去掉图像中实验器件的背景；

矢量化模块：对去掉背景后的图像矢量化，虚拟出实验器件的外观；

功能状态信息模块：用图形虚拟实验器件的功能状态信息。

本发明的有益效果：本发明考虑了实验器件外观信息的表示、功能信息的表示、多状态信息的表示；基于SVG的外观信息的表示方法具有完备性；虚拟实验器件的功能信息和外观信息分开表示，具有数据独立性；功能信息具有可扩展性；实验器件的多状态表示使实验可以展现动态效果。输出的文件格式基于XML，描述的实验器件可用于多种不同的虚拟实验平台，具有可移植性。

附图说明

图1为本发明的实现虚拟实验器件的流程图；

图2为万用表图片及矢量化后的结果；

图3为虚拟万用表的接头及显示面板的功能信息示意图；

图4a为虚拟万用表的测量电压的状态示意图；

图4b为虚拟万用表的测量电流的状态示意图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的说明：

可缩放矢量图形SVG(Scalable Vector Graphics)是基于可扩展标记语言(XML)，用于描述二维矢量图形的一种图形格式。SVG由国际互联网联盟(W3C)制定，目前的成熟版本是SVG1.1。它是一个开放的标准，可用于描述静态或动态的矢量图形。在计算机可视化的应用领域，SVG有着独特的优势：(1)SVG是一种矢量图形文件格式标准，它表示的图形可以任意缩放而不破坏图形的清晰度和细节；(2)SVG有强大的作图能力，用矩形、椭圆、直线、折线、多边形及路径等元素描述矢量图像；(3)SVG是基于XML标准设计的，可以建立与其它技术间的联系。由于SVG有以上优点，它在可视化领域有很好的应用，但不能表示实验器件的功能信息等。我们在SVG的基础上增加功能信息、多状态信息的表示，制定了实验器件的可视化模型。

我们的实验器件可视化模型，分为以下几部分(1)实验器件外观信息的描述。(2)实验器件功能信息的描述。(3)实验器件多状态信息的描述。虚拟实验器件的描述格式基于XML，使用该方法设计的虚拟实验器件可用于不同的实验场景，具有可移植性、可扩展性。

如图1所示，本发明的实现过程如下：

第一步，用数码照相机拍摄实验器件的照片：

在图像采集单元，将需要虚拟的实验器件放在背景单一的桌面上，用数码相机拍摄实验器件的正面照片，把照片存储为bmp格式；

第二步，把实验器件照片的背景去掉：

在图像分割单元，用word2010的消除图片背景功能去掉实验器件的背景，把消除背景得到的图像存储为bmp格式；

第三步，把实验器件图片矢量化：

在矢量化单元，用Inkscape软件矢量化实验器件图片，如图2所示，展示了实验器件的图片和矢量化后的结果。

第四步，建立实验器件的功能状态信息：

利用功能信息列表，根据具体的实验器件类型添加实验器件的功能信息。实验器件有接头、显示面板等功能部件，例如开关有两个接头，通过接头可以把开关连接到电路中。显示面板用于显示实验器件的数据值。该方法用功能信息模块表示实验器件的接头、显示面板等信息。最后，把文件存储为xml格式。功能状态列表表示形式如下：

例如，图3中的实验器件有接头1、2、3、4，显示面板用于显示数值。

在实验运行的过程中，某一实验器件可能有多种不同的状态。实验器件根据具体的实验数据在不同的状态之间转换。最后，把文件存储为xml格式。表示形式如下：

例如，图4中的实验器件有两种状态，(a)对应测量电压的状态、(b)对应测量电流的状态。

第五步，完成实验器件的虚拟。

Claims (2)

1.一种虚拟实验器件的方法，其特征是，该方法的步骤如下：

Step1：采集实验器件的全部工作状态的外观图像；

Step2：对每幅图像进行处理，去掉图像中实验器件的背景；

Step3：对去掉背景后的每幅图像进行矢量化，得到相应的虚拟实验器件的外观信息，并存储到同一个xml文件中；

Step4：对每个实验器件的工作状态的外观图像，建立相应的功能状态信息，存储到step3中的xml文件中并进行标记；

Step5：完成实验器件的虚拟。

2.如权利要求1所述的一种虚拟实验器件的装置，其特征是，它包括图像采集模块、图像分割模块、矢量化模块和功能状态信息模块，其中：

图像采集模块：采集实验器件的图像；

图像分割模块：对图像进行分割，去掉图像中实验器件的背景；

矢量化模块：对去掉背景后的图像矢量化，虚拟出实验器件的外观；

功能状态信息模块：用图形虚拟实验器件的功能状态信息。

Images