CN104361773A - 一种虚拟实验系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种虚拟实验系统及其实现方法。其中的方法包括：确定实验内容并采集实验资料；根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表；存储所述实验资料、状态视图和状态转移表；编制并显示所述实验过程的操作界面；当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图。应用本发明可以成功地构建一种虚拟实验系统。
Description
技术领域
本申请涉及虚拟现实和计算机辅助教学领域，尤其涉及一种虚拟实验系统及其实现方法。
背景技术
虚拟现实是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境接近或相似的一种氛围，使得用户在使用上述虚拟现实技术时，可以产生亲临所对应的真实环境的感受和体验。近年来，虚拟现实技术应用的范围已经相当广泛，其中，将虚拟现实技术应用于企业员工培训也是越来越受重视的一个方面。例如，通过虚拟实验培训环境可以为广大员工和其他兴趣者提供一个进行虚拟实验的环境。与传统的实验教学培训相比，虚拟实验教学培训具有三大优势：无时间地点约束、安全、成本低。无时间地点约束，即进行虚拟实验不用组织专门的时间、不需要实验室等进行实验的固定场所，不受时间地点的限制，任何有计算机和网络的地方都可以进行虚拟实验。安全，即进行虚拟实验过程中实验人员不接触真正的操作仪器，即使操作错误，也不用担心错误的结果带来严重的后果。低成本，即进行虚拟实验不需要购买昂贵的培训或实验设备，不需要修理与维护培训或教学过程中的仪器设备。
目前，企业在技能培训方面，所投入的培训费用支出少，而且经费主要用于职工岗位适应性培训和学历教育，培训方法简单，模式单一，偏重于企业外部培训和课堂讲授为主，培训范围面不广泛，培训人员往往是企业认为有发展潜力的人员，不管什么培训都让这部分员工参加，从而忽视了所有员工的培训。
综上可知，由于现有技术中的虚拟现实技术具有如上所述的缺点，因此如何提出一种更好的实现虚拟实验系统的方法并成功地构建一种虚拟实验系统，已经是本领域中亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种虚拟实验系统及其实现方法，从而可以成功地构建一种虚拟实验系统。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种虚拟实验系统的实现方法，该方法包括：
确定实验内容并采集实验资料；
根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表；
存储所述实验资料、状态视图和状态转移表；
编制并显示所述实验过程的操作界面；
当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图。
较佳的，所述实验资料包括：
实验中所使用的各种设备的设备信息、每种设备所包括的各种操作的操作信息以及每种操作所对应的位置信息。
较佳的，所述实验资料为图片。
较佳的，所述根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表包括：
将整个实验过程分解为与各个操作一一对应的多个实验步骤，为每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并根据各个实验步骤确定各个状态之间的转移条件；
根据实验过程中的各个实验步骤，对相应的实验资料所对应的图片进行相应的图片处理操作，得到与各个状态相对应的状态视图，并为每个状态视图编制记录有相应的状态信息的状态表。
较佳的，该方法中还进一步包括：
使用有限状态自动机为实验过程中的每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并确定各个状态之间的转移条件。
较佳的，所述状态表中的状态信息包括：
状态编号、图片名称、操作区域、操作名称、发送动作的时间、发送动作的序号、需要传递的值、各个转移方向、提示编号和提示内容。
较佳的，所述状态转移表中包括：
状态编号、转移条件、待转移条件编号、结束状态编号、全局变量参数、接收参数和发送参数。
较佳的，所述实验资料、状态视图和状态转移图存储在预设的数据库中；
其中，所述数据库为Oracle数据库。
较佳的，该方法中还进一步包括：
使用Flex编制并显示所述实验过程的操作界面。。
较佳的，所述操作界面包括：硬件视图、软件视图和交互区；
所述硬件视图为完成实验所需要的硬件操作界面；
所述软件视图为完成实验所需要的软件操作界面；
所述交互区，用于所做实验的错误统计、时间统计以及结束练习。
较佳的，所述用户所输入的信息包括：
用户在操作界面上的操作信息和用户输入的数据信息。
较佳的，该方法中还进一步包括：
使用JSP技术完成操作界面与数据库之间的交互。
较佳的，所述当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图包括：
当用户通过所述操作界面输入信息时，操作界面将用户输入的信息传送至JSP页面；
JSP页面根据用户输入的信息在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；
操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
较佳的，所述当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图包括：
当用户通过所述操作界面输入操作信息时，操作界面根据所述操作信息产生一个动作ID并将其传送至JSP页面；JSP页面根据所述动作ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图；
当用户通过所述操作界面输入数据信息时，操作界面将所述数据传送至JSP页面；JSP页面根据所述数据信息进行判断，确定对应的状态ID，并根据所述状态ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
本发明中还提供了一种虚拟实验系统，该系统包括：数据库、显示模块和处理模块；
所述数据库，用于预先设置的实验资料、状态视图和状态转移表；
所述显示模块，用于接收用户输入的信息，并将用户输入的信息发送给处理模块；根据处理模块返回的指示标识显示相应的状态视图；
所述处理模块，用于根据用户输入的信息在所述数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的指示标识，并将该指示标识返回到操作界面。
由上述技术方案可见，在本发明的技术方案中，由于可以预先确定实验内容并采集实验资料，然后根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表，存储所述实验资料、状态视图和状态转移表，编制并显示所述实验过程的操作界面，并当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图，从而可以成功地构建一种虚拟实验系统。而且，由于虚拟实验系统中所有的实验过程中的状态视图都可以通过对现有的实验设备和器材进行拍照或网上截图的方式来获取，因此该系统的构建成本非常低；所述虚拟实验系统还可以完全按照实际需要(例如，教学)中的实验内容和实验目的来进行设计及构造，因此该系统的结构简单科学合理，状态划分清晰；而且能够根据企业或者教学的需要，扩展实验内容，开发快速，可扩展性良好；其开发的实验能够对用户的实验过程及步骤进行监测，给予用户相应的实验提示，引导用户顺利完成实验内容，可操作性较强；另外，所述虚拟实验系统从实验课程的设置、实验内容的采集到系统的构建完成，组织和实施操作都比较容易；此外，所述虚拟实验系统也易于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例中的虚拟实验系统的实现方法的流程图。
图2为本发明实施例中的状态表的示意图。
图3为本发明实施例中的状态转移表的示意图。
图4为本发明实施例中的操作界面的示意图。
图5是本发明实施例中的虚拟实验系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的虚拟实验系统的实现方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例中的A方法包括如下所述步骤：
步骤101，确定实验内容并采集实验资料。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述实验内容可以包括：实验名称、实验介绍、实验目的和实验步骤。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述实验资料可以包括：实验中所使用的各种设备的设备信息、每种设备所包括的各种操作的操作信息以及每种操作所对应的位置信息等信息。
更进一步的，所述实验资料可以是图片。例如，可以通过对实际中的实验设备和器材进行拍照来获取所述图片；或者可以通过对已有的图片(例如，通过网络等方式获取的实验设备和器材的图片)进行相应的图像处理(例如，截图操作等)来获取所述图片，从而采集到所需的实验资料。
步骤102，根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表。
在本发明的技术方案中，可以通过多种方式编制状态视图和状态表。例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表可以通过如下所述的方式实现：
步骤21，将整个实验过程分解为与各个操作一一对应的多个实验步骤，为每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并根据各个实验步骤确定各个状态之间的转移条件。
较佳的，在本发明的具体实施例中，可以使用有限状态自动机(FSM，FiniteState Machine；或者FA，Finite State Automation)为实验过程中的每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并确定各个状态之间的转移条件。
有限状态自动机技术是为研究有限存储的计算过程和某些语言类而抽象出的一种计算模型。有限状态自动机技术除了理论上的价值之外，已经在数字电路设计、词法分析、文本编辑器程序等领域得到了广泛的应用。有限状态自动机拥有有限数量的状态，每个状态可以迁移到零个或多个状态，通过输入字符来决定执行到哪个状态的迁移。因此，有限状态自动机可以表示为一个有向图(称之为状态转换图)。
有限状态自动机主要特点有以下几个方面：
(1)系统具有有限个状态，不同的状态代表不同的意义。按照实际的需要，系统可以在不同的状态下完成规定的任务。
(2)可以将输入字符串中出现的字符汇集在一起构成一个字母表。系统处理的所有字符串都是这个字母表上的字符串。
(3)系统在任何一个状态下，从输入字符串中读入一个字符，即可根据当前状态和读入的这个字符转换到新的状态。
(4)系统中有一个状态，它是系统的开始状态。
(5)系统中还有一些状态表示它到目前为止所读入的字符构成的字符串，是语言的一个句子。
因此，在本发明的较佳实施例中，可以使用有限状态自动机为实验过程中的每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并确定各个状态之间的转移条件。
步骤22，根据实验过程中的各个实验步骤，对相应的实验资料所对应的图片进行相应的图片处理操作，得到与各个状态相对应的状态视图，并为每个状态视图编制记录有相应的状态信息的状态表。
图2为本发明实施例中的状态表的示意图。较佳的，如图2所示，在本发明的具体实施例中，所述状态表中的状态信息可以包括：状态编号、图片名称、操作区域、操作名称、发送动作的时间、发送动作的序号、需要传递的值、各个转移方向、提示编号和提示内容等。
通过上述的步骤，即可编制实验过程中的各个状态视图和状态表。而在完成状态视图和状态表的编制之后，即可根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表。
图3为本发明实施例中的状态转移表的示意图。较佳的，如图3所示，在本发明的具体实施例中，所述状态转移表中可以包括：状态编号、转移条件、待转移条件编号、结束状态编号、全局变量参数、接收参数和发送参数等信息。
通过上述的状态转移表，即可将具体的实验步骤抽象为状态转移，从而可以通过所述状态转移表来进行各个状态视图之间的转移。
步骤103，存储所述实验资料、状态视图和状态转移表。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述实验资料、状态视图和状态转移图都可以存储在预设的数据库中。较佳的，所述数据库可以是Oracle数据库。
步骤104，编制并显示所述实验过程的操作界面。
较佳的，在本发明的具体实施例中，可以使用Flex编制并显示所述实验过程的操作界面。
Flex是一个高效、免费的开放源框架，可用于构建具有表现力的html文件。Flex技术使用的ActionScript3.0语言是面向对象语言，又有Adobe公司提供的Flexbuilder作为开发、调试工具，因此维护简单很多。而且，Flex框架本身就提供了一个事件框架和基础组件库，因此在使用Flex技术时足以应对实验步骤的实现。
图4为本发明实施例中的操作界面的示意图。较佳的，在本发明的具体实施例中，所述操作界面可以包括：硬件视图、软件视图和交互区。
所述硬件视图为完成实验所需要的硬件操作界面；
所述软件视图为完成实验所需要的软件操作界面；
所述交互区，用于所做实验的错误统计、时间统计以及结束练习。
步骤105，当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图。
较佳的，在本发明的具体实施例中，可以使用JSP技术来完成操作界面与数据库之间的交互，从而实现上述的步骤105。
例如，上述的步骤105可以为：
当用户通过所述操作界面输入信息时，操作界面将用户输入的信息传送至JSP页面；
JSP页面根据用户输入的信息在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；
操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述用户所输入的信息包括：用户在操作界面上的操作信息和用户输入的数据信息。
因此，较佳的，上述步骤105也可以通过如下所述的方式来实现：
当用户通过所述操作界面输入操作信息(即用户在所述操作界面上进行操作)时(即进行无参数传输时)，操作界面根据所述操作信息产生一个动作标识(ID)并将其传送至JSP页面；JSP页面根据所述动作ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图；
当用户通过所述操作界面输入数据信息时(即进行有参数传输，例如，设置IP时)，操作界面将所述数据传送至JSP页面；JSP页面根据所述数据信息进行判断，确定对应的状态ID，并根据所述状态ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
通过上述的步骤，即可成功地构建一个虚拟实验系统。该系统具有如下所述的优点：
(1)构建成本低：
由于本发明中所构建的虚拟实验系统是通过客户端/服务器(B/S)的方式来实现，而虚拟实验系统中所有的实验过程中的状态视图都可以通过对现有的实验设备和器材进行拍照或网上截图的方式来获取，因此该系统的构建成本非常低。
(2)结构科学合理，状态划分清晰：
本发明中所构建的虚拟实验系统可以完全按照实际需要(例如，教学)中的实验内容和实验目的来进行设计及构造，因此该系统的结构简单科学合理，状态划分清晰。
(3)可扩展性和可操作性强：
本发明中所构建的虚拟实验系统能够根据企业或者教学的需要，扩展实验内容，开发快速，可扩展性良好；其开发的实验能够对用户的实验过程及步骤进行监测，给予用户相应的实验提示，引导用户顺利完成实验内容，可操作性较强。
(4)方法简单：
本发明中的构建虚拟实验系统的方法简单，从实验课程的设置、实验内容的采集到系统的构建完成，组织和实施操作都比较容易。
(5)易于推广应用。
另外，在本发明的技术方案中，还提出了一种虚拟实验系统。图5是本发明实施例中的虚拟实验系统的结构示意图。如图5所示，本发明的实施例中的虚拟实验系统包括：数据库、显示模块和处理模块。
所述数据库，用于预先设置的实验资料、状态视图和状态转移表；
所述显示模块，用于接收用户输入的信息，并将用户输入的信息发送给处理模块；根据处理模块返回的指示标识显示相应的状态视图；
所述处理模块，用于根据用户输入的信息在所述数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的指示标识(例如，转出状态ID)，并将该指示标识返回到操作界面。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于可以预先确定实验内容并采集实验资料，然后根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表，存储所述实验资料、状态视图和状态转移表，编制并显示所述实验过程的操作界面，并当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图，从而可以成功地构建一种虚拟实验系统。而且，由于虚拟实验系统中所有的实验过程中的状态视图都可以通过对现有的实验设备和器材进行拍照或网上截图的方式来获取，因此该系统的构建成本非常低；所述虚拟实验系统还可以完全按照实际需要(例如，教学)中的实验内容和实验目的来进行设计及构造，因此该系统的结构简单科学合理，状态划分清晰；而且能够根据企业或者教学的需要，扩展实验内容，开发快速，可扩展性良好；其开发的实验能够对用户的实验过程及步骤进行监测，给予用户相应的实验提示，引导用户顺利完成实验内容，可操作性较强；另外，所述虚拟实验系统从实验课程的设置、实验内容的采集到系统的构建完成，组织和实施操作都比较容易；此外，所述虚拟实验系统也易于推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (15)
1.一种虚拟实验系统的实现方法，其特征在于，该方法包括：
确定实验内容并采集实验资料；
根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表，并根据各个状态表编制各个状态视图之间的状态转移表；
存储所述实验资料、状态视图和状态转移表；
编制并显示所述实验过程的操作界面；
当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实验资料包括：
实验中所使用的各种设备的设备信息、每种设备所包括的各种操作的操作信息以及每种操作所对应的位置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述实验资料为图片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所采集的实验资料编制实验过程中的各个状态视图和状态表包括：
将整个实验过程分解为与各个操作一一对应的多个实验步骤，为每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并根据各个实验步骤确定各个状态之间的转移条件；
根据实验过程中的各个实验步骤，对相应的实验资料所对应的图片进行相应的图片处理操作，得到与各个状态相对应的状态视图，并为每个状态视图编制记录有相应的状态信息的状态表。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法中还进一步包括：
使用有限状态自动机为实验过程中的每一个实验步骤都设置一个对应的状态，并确定各个状态之间的转移条件。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述状态表中的状态信息包括：
状态编号、图片名称、操作区域、操作名称、发送动作的时间、发送动作的序号、需要传递的值、各个转移方向、提示编号和提示内容。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述状态转移表中包括：
状态编号、转移条件、待转移条件编号、结束状态编号、全局变量参数、接收参数和发送参数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述实验资料、状态视图和状态转移图存储在预设的数据库中；
其中，所述数据库为Oracle数据库。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法中还进一步包括：
使用Flex编制并显示所述实验过程的操作界面。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作界面包括：硬件视图、软件视图和交互区；
所述硬件视图为完成实验所需要的硬件操作界面；
所述软件视图为完成实验所需要的软件操作界面；
所述交互区，用于所做实验的错误统计、时间统计以及结束练习。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户所输入的信息包括：
用户在操作界面上的操作信息和用户输入的数据信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法中还进一步包括：
使用JSP技术完成操作界面与数据库之间的交互。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图包括：
当用户通过所述操作界面输入信息时，操作界面将用户输入的信息传送至JSP页面；
JSP页面根据用户输入的信息在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；
操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述当用户通过所述操作界面输入信息时，根据用户所输入的信息以及所存储的状态转移表查找相应的状态视图，并显示所查找到的状态视图包括：
当用户通过所述操作界面输入操作信息时，操作界面根据所述操作信息产生一个动作ID并将其传送至JSP页面；JSP页面根据所述动作ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图；
当用户通过所述操作界面输入数据信息时，操作界面将所述数据传送至JSP页面；JSP页面根据所述数据信息进行判断，确定对应的状态ID，并根据所述状态ID在数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的转出状态ID，并将该转出状态ID返回到操作界面；操作界面根据所述转出状态ID显示相应的状态视图。
15.一种虚拟实验系统，其特征在于，该系统包括：数据库、显示模块和处理模块；
所述数据库，用于预先设置的实验资料、状态视图和状态转移表；
所述显示模块，用于接收用户输入的信息，并将用户输入的信息发送给处理模块；根据处理模块返回的指示标识显示相应的状态视图；
所述处理模块，用于根据用户输入的信息在所述数据库中所存储的状态转移表中查找到对应的指示标识，并将该指示标识返回到操作界面。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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