虚拟现实与增强现实技术概论 计算机中心
第11章 虚拟实验室概述
导 学 一、学习目标 二、重点、难点 1.理解虚拟实验室的定义、组成、 特点、功能和分类。 2.了解虚拟实验室的国内外发展 状况，并把握好今后的发展方 向与趋势。 3.熟悉虚拟实验室的建设设计方 案，从而在虚拟实验室中做好 实验。 二、重点、难点 本章重点是虚拟实验室的概 念、主要特点、基本功能和作用 以及分类。 难点是虚拟实验室的建设设 计。
11.1虚拟实验室简介 11.1.1虚拟实验室定义 虚拟实验室（Virtual Laboratory）： 也称为“合作实验室（Collaboratory）”，美国弗 吉尼亚大学William Wulf教授在1989年提出，虚拟实验室 是一个基于计算机网络创建的可视化虚拟实验室环境，其 本质即无墙实验室。虚拟实验是理论与实物实验之外的第 三种实验形式。
11.1虚拟实验室简介 11.1. 2 虚拟实验室案例 1．虚拟智慧校园 虚拟实验室中虚拟实验平台 场景漫游和设备拆装实验
11.1虚拟实验室简介 11.1. 2 虚拟实验室案例 2. 虚拟公共安全培训实验室
11.1虚拟实验室简介 11.1. 2 虚拟实验室案例 3. 多人合作的虚拟演练实验室
11.1虚拟实验室简介 11.1. 2 虚拟实验室案例 4．虚拟医学实验室 CAVE式虚拟医学实验室 医学解剖虚拟实验 外科虚拟手术 11.1. 2 虚拟实验室案例 4．虚拟医学实验室 CAVE式虚拟医学实验室 医学解剖虚拟实验 外科虚拟手术 口腔科疾病虚拟治疗
11.1虚拟实验室简介 11.1.3 虚拟实验室的基本组成 基本组成包括： 虚拟现实应用开发 平台、高性能图像 生成及处理系统、 沉浸式的虚拟三维 显示系统、虚拟现 实交互系统、集成 应用控制系统。 图像生成与处理系统 力反馈器 数据手套 空间交互球 虚拟头盔
11.1虚拟实验室简介 11.1.4 虚拟实验室的基本功能 1. 在技术方面的功能: （1）完成虚拟场景的三维建模 11.1.4 虚拟实验室的基本功能 1. 在技术方面的功能: （1）完成虚拟场景的三维建模 （2）提供一个友好的交互界面 （3）完成仿真数据的演算和处理 （4）多通道同步渲染和立体显示
11.1虚拟实验室简介 11.1.4 虚拟实验室的基本功能 2. 在教育方面的功能 （1）实验课程管理 （2）实验过程管理 11.1.4 虚拟实验室的基本功能 2. 在教育方面的功能 （1）实验课程管理 （2）实验过程管理 （3）实验教学管理 （4）实验成绩管理 （5）搭建任意典型实验 （6）培训和评估测评
11.1虚拟实验室简介 11.1.5 虚拟实验室的主要特点 1. 一般特点： （1）多感知性 （2）交互性 （3）沉浸性 11.1.5 虚拟实验室的主要特点 人机交互实验 1. 一般特点： （1）多感知性 （2）交互性 （3）沉浸性 （4）开放性和共享性 （5）高效性 立体投影沉浸实验室
11.1虚拟实验室简介 11.1.5 虚拟实验室的主要特点 2.教育方面特点： （1）可以随时随地重复进行实验 （2）可以对设备设置过限保护 11.1.5 虚拟实验室的主要特点 2.教育方面特点： （1）可以随时随地重复进行实验 （2）可以对设备设置过限保护 （3）可以提高实验教学水平 （4）实验室放在网上提供资源共享 （5）可以实现远程实验教学 （6）构筑基于网络的科研平台
11.1虚拟实验室简介 11.1.5 虚拟实验室的类型 （1）单机虚拟仪器实验室 （2）基于局域网的虚拟实验室 11.1.5 虚拟实验室的类型 （1）单机虚拟仪器实验室 （2）基于局域网的虚拟实验室 （3）基于Internet的虚拟实验室 （4）全沉浸式虚拟实验室 全沉浸式虚拟实验室
11.2 虚拟实验室的国内外发展状况 11.2.1 国外虚拟实验室发展状况 加拿大的西安大略大学医疗健康学院3D虚拟现实学习环境
11.2 虚拟实验室的国内外发展状况 11.2.1 国外虚拟实验室发展状况 11.2.1 国外虚拟实验室发展状况 扎克伯格及其他业内人士认为，如同智能手机的面世，虚拟现实技术也将对生活产生深层次影响。它将成为日常生活的重要组成部分，为技术和传媒开拓新的市场，从而带来巨大收益。
11.2 虚拟实验室的国内外发展状况 11.2.2 国内虚拟实验室发展状况 11.2.2 国内虚拟实验室发展状况 2015年1月教育部批准100个虚拟仿真实验教学中心为 国家级虚拟仿真实验教学中心。 这是北京航 空航天大学研发的实时三维图形平台BH-GRAPH，为奥运会及60周年国庆阅兵制作的虚拟模型。
11.3 虚拟实验室建设设计 1. 中国医科大学计算机虚拟实验室建设案例 系统总体结构如下图: 系统方案包括: 开发和渲染平台、三维沉浸式显示系统、三维交互系统和集中控制系统四大部分。
11.3 虚拟实验室建设设计 虚拟实验室立体显示现场
本章小结 本章概述了虚拟实验室的相关概念和知识，为了 使读者更深入地了解虚拟实验室的应用情况，还介绍 了虚拟实验室国内外发展状况，并在此基础上以案例 的形式介绍了以沉浸式显示和实时交互为主要特征的 虚拟实验室的建设方案。