計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計研究論文
摘要:本文在對計算機硬件組裝虛擬試驗系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思進行概述的基礎(chǔ)上，采用交互、逼真、易懂、實用的設(shè)計原則，對設(shè)計的流程及結(jié)構(gòu)進行闡述，并對系統(tǒng)的應(yīng)用功能等進行簡單介紹。
關(guān)鍵詞:計算機;硬件組裝;虛擬現(xiàn)實技術(shù);設(shè)計;應(yīng)用
受高校計算機教學(xué)中，硬件設(shè)備的不完善及更新速度慢等因素的影響，計算機硬件組裝與維護教學(xué)與計算機硬件的實際發(fā)展速度不匹配，對學(xué)生的實際操作需求難以滿足，因此，有必要在高校計算機教學(xué)中，借助計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)，對教學(xué)過程中相關(guān)的硬件組裝問題利用多種技術(shù)方法進行輔助演示，學(xué)生通過對演示方法直觀的進行觀看和學(xué)習(xí)，其操作能力會進一步得到提高。本文主要借助3D技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對高校計算機硬件教學(xué)通過構(gòu)建虛擬平臺，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)途徑，虛擬系統(tǒng)的操作簡單，適應(yīng)性較強，在實際教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。
一、系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思
(一)功能介紹
基于教材內(nèi)容，本文所涉及的虛擬實驗系統(tǒng)按照課程內(nèi)容由淺入深、循序漸進對學(xué)習(xí)環(huán)境進行虛擬，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以從不同的角度對計算機相關(guān)硬件模型利用3D技術(shù)進行觀看和瀏覽，在具體操作中，對硬件參數(shù)及性能的優(yōu)化配置，讓學(xué)生可虛擬操作計算機各個部件的拆卸安裝等操作。學(xué)生在操作過程中如果與到計算機硬件組裝中的常見問題或故障時，系統(tǒng)會自動給出解決問題的方法，學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)提示對錯誤位置快速做出判斷，并按照系統(tǒng)提示繼續(xù)進行操作。
(二)設(shè)計原則
實用性是計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計中的首要原則，要能夠確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有效的利用，對系統(tǒng)的安全、逼真、易用、共享、交互及擴展等性能要充分進行考慮。安全性指的是對用戶操作系統(tǒng)的權(quán)限進行控制，并對數(shù)據(jù)增加備份的功能，避免學(xué)生操作過程中誤操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失;逼真性指的是系統(tǒng)在操作過程中與實際操作非常相似，對計算機硬件可以借助3D技術(shù)構(gòu)建對應(yīng)的模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以融入到虛擬的實驗場景中進行操作;易用性是為方便學(xué)生對系統(tǒng)容易了解，且便于學(xué)生操作，能夠讓學(xué)生依據(jù)教材逐漸對系統(tǒng)熟練操作;共享性指的是師生之間、學(xué)生之間在學(xué)習(xí)的過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)學(xué)習(xí)信息的傳輸與交流，彼此可對信息進行共享，可通過遠程方式使學(xué)生之間進行交流，方便教師進行指導(dǎo);交互性是指用戶與系統(tǒng)之間通過各種傳輸裝置，如鍵盤、鼠標(biāo)等進行交互，提高了人機交流的效果，同時可借助觸摸屏、手柄等與設(shè)備進行和諧的交互;擴展性是指，該系統(tǒng)中的硬件模型隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，能夠方便的加入更多新的硬件元素，借助系統(tǒng)擴展性能，學(xué)生能夠?qū)Ω嘈碌募夹g(shù)有所了解，在計算機硬件技術(shù)的發(fā)展中學(xué)習(xí)更多的前沿技術(shù)。
(三)運行環(huán)境搭建
采用Quest3D技術(shù)作為本文設(shè)計的計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)工具，建模采用Sketchup軟件與3DMAX軟件，采用MySql數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲。
二、計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
對該系統(tǒng)設(shè)計的時候，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用C/S架構(gòu)，包含系統(tǒng)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、用戶和共享網(wǎng)絡(luò)，共享網(wǎng)絡(luò)將這幾部分連接在一起。首先，構(gòu)建虛擬實驗系統(tǒng)，在服務(wù)器端借助Quest3D軟件完成，實現(xiàn)對用戶操作數(shù)據(jù)進行存儲的目的;通過QuestViewer，用戶在客戶端對硬件組裝虛擬應(yīng)用程序進行執(zhí)行，從而對計算機硬件組裝的三維模擬瀏覽、演示及操作執(zhí)行完成;對于共享網(wǎng)絡(luò)而言，有兩種選擇，一種是可應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)，另一種是可構(gòu)建機房局域網(wǎng)。此外，系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)庫的最新數(shù)據(jù)進行下載，具有更新功能，對參數(shù)、型號等虛擬硬件進行更新。
(二)系統(tǒng)設(shè)計流程
在對該系統(tǒng)進行流程設(shè)計的時候，主要依據(jù)的是計算機硬件組裝教材的具體內(nèi)容，對學(xué)生的實際需求進行分析，進行人機交互設(shè)計及性能測試、虛擬硬件模型設(shè)計及動畫制作，完成系統(tǒng)流程設(shè)計。需要注意的是，在對需求進行分析的過程中，要將教學(xué)大綱及學(xué)生學(xué)習(xí)的特點結(jié)合在內(nèi)，先對系統(tǒng)的功能模塊詳細確定，對系統(tǒng)各種功能與權(quán)限合理的進行劃分;在設(shè)計相關(guān)硬件的接口、模型及參數(shù)的時候，對3DWarehouse等模型庫內(nèi)已經(jīng)存儲的現(xiàn)成硬件模型直接進行調(diào)用，減少了不必要的系統(tǒng)開發(fā)時間，有效的提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率;在對一些現(xiàn)有模型進行修改的設(shè)計或需要細致處理的模型設(shè)計中，可以使用Sketchup工具來完成，具有較好的操作便捷性，此外，對模型也可以采用3DMAX軟件重新制作，再使用Deepexploration軟件對制作好的初始模型進行后續(xù)優(yōu)化處理，使模型的參數(shù)、精度與現(xiàn)實硬件產(chǎn)品更加的統(tǒng)一;利用Quest3D軟件進行虛擬現(xiàn)實，建立人機交互硬件組裝場景，對人與系統(tǒng)的交互功能進行設(shè)計與完成。所有流程設(shè)計完成以后，對系統(tǒng)功能進行綜合測試，測試中對發(fā)現(xiàn)的問題進行改進與完善。
(三)系統(tǒng)模塊設(shè)計
按照計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)的功能與架構(gòu)進行分析，可以將系統(tǒng)模塊劃分為多個子模塊，包含理論知識、技能訓(xùn)練與系統(tǒng)管理幾個部分。首先，在線管硬件理論知識的學(xué)習(xí)中，該模塊借助圖片、文字等說明形式為學(xué)生提供了大量的硬件知識，通過對該模塊的操作，學(xué)生從客戶端對任意硬件模型從多個角度進行瀏覽，在模型既定位置，鼠標(biāo)移動到該位置后，會將該部分硬件的信息參數(shù)顯示出來，并匹配相應(yīng)的文字說明。該模塊的主要功能在提高學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)水平，對計算機模型加強瀏覽。其次，技能訓(xùn)練模塊，在該模塊中，更重要的是將人機互動的模式體現(xiàn)了出來，系統(tǒng)中包含有圖片、視頻等元素，學(xué)生可在該模塊中實現(xiàn)虛擬實驗計算機硬件的組裝與匹配等，并且系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的實際操作情況將最優(yōu)的選擇和匹配結(jié)果給出來，讓學(xué)生進行查看。最后，系統(tǒng)管理模塊，管理模塊主要的作用就是對系統(tǒng)各構(gòu)成部分進行有效的管理，針對的是系統(tǒng)的安全運行、用戶操作及系統(tǒng)功能進行管理，管理人員對登陸系統(tǒng)的用戶可進行增加或刪除等措施，及時對硬件模型進行更新，對系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)可以進行備份，并且具有監(jiān)控的功能，確保的系統(tǒng)的安全運行。
三、計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)
(一)交互界面的實現(xiàn)
在系統(tǒng)交互界面中，系統(tǒng)以導(dǎo)航欄的方式能夠讓用戶對系統(tǒng)菜單內(nèi)的各種功能快速熟悉，在系統(tǒng)界面的頂部設(shè)計快捷菜單，顯示模式采用隱形樹形結(jié)構(gòu)，主界面頂部顯示一級分類，二級分類隱藏在一級分類中，三級分類隱藏在二級分類中，將一級分類用鼠標(biāo)點擊一下，即可將二級分類菜單拉出，如果二級分類中標(biāo)有“◢”符號，則表明該項中包含三級分類，對該符號用鼠標(biāo)點擊一次，即可將三級分類中的項目拉出。用戶用鼠標(biāo)點擊各項功能時，主畫面區(qū)顯示硬件3S圖像，通過鼠標(biāo)、鍵盤對主畫面區(qū)顯示的3D硬件圖可進行放大或縮小、翻轉(zhuǎn)、移動等操作，學(xué)生可對硬件的細節(jié)部分清楚的查看，并可通過視頻的形式進行觀看硬件組裝中遇到的一些問題，提高學(xué)習(xí)的效果。
(二)主功能實現(xiàn)
系統(tǒng)中，用戶登錄模塊的功能非常重要，該模塊主要采用Quest3D中的DBValue、DBQuery等連接信道，與數(shù)據(jù)庫內(nèi)用戶信息進行匹配和確認后才能進入到系統(tǒng)中;然后，在操作界面中，動畫試驗功能則是在虛擬環(huán)境下系統(tǒng)可以采用動畫的形式將學(xué)生對硬件的操作與組裝情況進行觀察，該功能的實現(xiàn)需要調(diào)用Quest3D中的信道來實現(xiàn);對硬件組裝用戶在進行虛擬練習(xí)的功能中主要通過Quest3D中的setvalue、expressionvalue及userinput節(jié)點實現(xiàn);如果遇到新硬件，系統(tǒng)可將該硬件的參數(shù)、圖片添加到系統(tǒng)中，然后將該硬件的數(shù)據(jù)存儲的模型數(shù)據(jù)庫內(nèi)。
(三)故障排除與交互實現(xiàn)
在實際教學(xué)應(yīng)用中，學(xué)生在計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)中具體操作的過程中，如果存在誤操作，系統(tǒng)會彈出錯誤提示，如:學(xué)生對計算機硬件組裝完成以后，進行模擬開機的時候，彈出開機錯誤，顯示聲卡錯誤、顯卡錯誤或內(nèi)存條錯誤等信息。該功能也采用樹形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，并且將相應(yīng)的節(jié)點加入其中，可幫助學(xué)生快速識別故障位置，任一節(jié)點如果安裝不正確，計算機虛擬開機則無法完成，并彈出提示框讓學(xué)生對故障進行查找。
四、結(jié)語
在計算機組裝學(xué)習(xí)中，以虛擬的形式將計算機硬件組裝實驗提供給學(xué)生，可降低高校計算機硬件投入的成本，同時也能夠降低學(xué)生操作的風(fēng)險，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也能得到提升。在對計算機硬件組裝虛擬實驗系統(tǒng)進行設(shè)計與研究中，本文主要應(yīng)用了各種數(shù)據(jù)庫等軟件，與教材內(nèi)容結(jié)合，構(gòu)建計算機硬件實體3D模型，通過虛擬環(huán)境的建立，使學(xué)生在計算機硬件組裝中的實際操作能力得到提高，對于計算機硬件課程教學(xué)意義深遠。
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