任云暉　趙利民

摘要：該文介紹了一套按高職院?！敖?、學、做”一體化要求設計開發(fā)的計算機網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)，總結(jié)了網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)方法，重點研究了系統(tǒng)中各功能模塊的實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：高職院校；網(wǎng)絡虛擬實驗；VRML；Java；EAI

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0036-03

1 背景和現(xiàn)狀

高職教育以培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線需要的高素質(zhì)技能型人才為目標。教育部要求高職院?！敖⒎霞夹g(shù)應用型人才培養(yǎng)目標要求的，基本實踐能力、操作能力與綜合技能有機結(jié)合的、相對獨立的實踐教學體系。”有鑒于此，我校開展了“教、學、做”一體化的教學改革。但是由于辦學資金緊張，難以配備齊全的專業(yè)網(wǎng)絡實驗設備，為此我們充分利用現(xiàn)有資源，建立了一套計算機網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)，解決了這一問題，取得了良好效果。

2 虛擬實驗系統(tǒng)特點

與傳統(tǒng)的實驗教學相比，虛擬實驗具有以下特點：（1）彌補實驗條件不足。虛擬實驗資金投入低，學生通過虛擬實驗獲得的感性認識與真實實驗相差無幾。（2） 降低實驗教學成本。虛擬實驗沒有易耗品的消耗，也沒有設備人為損壞的發(fā)生，更不會危及實驗學生的人身安全；（3） 具有良好的開放性。使用者不受時間和空間的限制，可以自主地、靈活地、交互地創(chuàng)建實驗環(huán)境。還可實現(xiàn)大型儀器設備的重復添置；（4）不受客觀條件的影響。可避免硬件實驗客觀存在的無謂干擾，如接觸不良、儀器故障等；（5）可實現(xiàn)實物實驗無法實現(xiàn)的功能。如自主學習和預習功能、實驗報告提交和評閱功能、考核和評價功能、實驗資料檢索功能等[1-2]。

2 系統(tǒng)內(nèi)容與功能

2.1 系統(tǒng)規(guī)劃

根據(jù)高職教育“理論夠用、應用為主、注重實踐”的教學目標，本系統(tǒng)從以下幾點入手進行規(guī)劃，第一，學生的實驗目標不是進行深入研究，而是掌握基本知識及技能，所以系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡組建、優(yōu)化等方面的基礎實驗；第二，基于高職高專學生的自學能力，系統(tǒng)本著便于使用的原則進行開發(fā)，使初學者容易上手；第三，充分考慮學生接受能力的差異，系統(tǒng)中所有的實驗從最簡單最基本的開始，由淺入深，由易到難、循序漸進、逐步提升[3-4]。

所以，本網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)規(guī)劃的核心內(nèi)容如圖1所示。

2.2 主要功能模塊

根據(jù)系統(tǒng)的主要內(nèi)容可劃分為以下幾個功能模塊，如圖2所示。

主功能模塊：即主界面模塊，進入其它功能模塊的通道；

認知模塊：即認識設備模塊，可以選擇自己想要熟悉的設備，通過拖動、旋轉(zhuǎn)等操作從多方位對設備進行立體展示；

組網(wǎng)模塊：即使用網(wǎng)絡設備組建網(wǎng)絡模塊，使用者可以在場景中選擇組建網(wǎng)絡所需要的材料和設備組建簡單網(wǎng)絡；

配置模塊：即網(wǎng)絡設備功能配置模塊，利用網(wǎng)絡設備的各種特性配置網(wǎng)絡，以實現(xiàn)更多的功能，發(fā)揮最好的性能；

驗證模塊：即實驗結(jié)果的正確性的檢測模塊，可以驗證網(wǎng)絡連接的可行性及設備配置的正確性；

信息查詢、保存及讀取模塊：該模塊可以將配置模塊中的有用信息長期保留下來，并能實現(xiàn)查詢、讀取等功能；

幫助模塊：可以幫助學習者快速學會使用該系統(tǒng)，也可以幫助學習者解決在實驗過程中遇到的問題；

后臺信息庫模塊：即數(shù)據(jù)倉儲模塊，使用數(shù)據(jù)庫及相關(guān)文本對有用數(shù)據(jù)進行長期保存。

這些功能模塊成為網(wǎng)絡虛擬實驗平臺與實驗者之間的橋梁，可以幫助學生通過網(wǎng)絡，在沒有真實實驗場所的情況下完成實驗任務。

3 虛擬實驗系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)方法

由于VRML不是一種編程語言， 對于協(xié)同實驗環(huán)境下多用戶之間的復雜交互、信息處理等需要程序語言的介入。在網(wǎng)絡環(huán)境下， Java是最有效的語言[5]， 當前的主流VRML瀏覽器也都對Java編程提供了支持。Java的加入為VRML提供了強大的編程能力和網(wǎng)絡訪問功能， 使這種描述性語言對各種需求功能的擴充成為可能： VRML負責場景的描述和接口的定義， 復雜的交互和高級應用讓Java來完成。所以在系統(tǒng)中采用了VRML和Java的結(jié)合， 使之成為創(chuàng)建基于網(wǎng)絡的虛擬實驗環(huán)境的理想平臺[6-7]。

3.1 主界面實現(xiàn)方法

主界面使用Java語言與VRML結(jié)合實現(xiàn)，界面的主框架采用的是Java的Applet實現(xiàn)菜單和快捷按鈕的顯示及功能，編輯區(qū)采用VRML瀏覽器插件，利用EAI實現(xiàn)與Java Applet的通信。實現(xiàn)方法是將Java Applet與VRML置于同一Web頁面， 在JavaApplet中建立browser對象以標志一個唯一的VRML場景， 并由此獲得對VRML場景中已定義節(jié)點的引用， 然后通過直接指定引用節(jié)點的域值來達到動態(tài)效果。這樣， Java Applet既可控制VRML場景， 又能進行與HTML等其他媒體的交互及網(wǎng)絡控制， 從而實現(xiàn)復雜的虛擬環(huán)境系統(tǒng)。例如，在網(wǎng)頁中要嵌入VRML場景，可以在HTML代碼中加入。

3.2 認知模塊的實現(xiàn)

該模塊可以為使用者提供多角度的三維設備展示，提高對網(wǎng)絡的感性認識。由于VRML制作的三維物體及環(huán)境的功能沒有3DMAX強，所以可以利用兩者的結(jié)合制作出復雜的三維場景。是3DMAX可視化的三維建模工具，其創(chuàng)建三維對象快速而且視覺效果較好，但因文件大，不適于在網(wǎng)絡上實現(xiàn)。對于構(gòu)造較復雜的物體，將VRML和3Dmax結(jié)合作為建模工具是一種行之有效的方法，3Dmax有強大的建模和動畫制作功能可以彌補VRML在這方面的不足，為了更好地、更有效地、更全面地支持VRML[8]，在3Dmax環(huán)境下可以很方便地建立三維設備及環(huán)境模型，其創(chuàng)作的文件可以導出成為VRML格式的wrl文件，較小的文件直接被VRML使用。

在這個模塊中，使用3DMax建立網(wǎng)絡設備模型，然后將模型轉(zhuǎn)化為VRML格式并進行優(yōu)化。對實驗中設備的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等動作建立VRML動畫時，可通過EAI交互，利用Java Applet控制面板中的相關(guān)按鈕對其進行控制。

3.3 組建網(wǎng)絡模塊的實現(xiàn)

交換機、路由器、防火墻、PC機、服務器、雙絞線、同軸電纜、光纜等組網(wǎng)材料的選擇可以通過菜單或者快捷圖標進行選取，當點擊所要選取的材料或設備的菜單或快捷圖標時，設備被選入編輯區(qū)，并可根據(jù)組網(wǎng)需要移動其位置。例如，以交換機為例，實現(xiàn)該功能的VRML場景下的Java代碼為：

import vrml . 3 ；

import vrml . field. 3 ；

import vrml . node. 3 ； // 加入與Java相互通信的類包

public class J ava TimeSensor extends Script{

private SFNode t ranslation ，time ；

……

private SFTime toPause ；

float f [ ] = {0f ，0f ，0f} ； // 申明設備運動的相關(guān)變量

public void initialize （） { // 取得VRML 程序中需要進行控制的字段的參考值

t ranslation = （SFNode） get Field （" set-translation" ） ；

// SFNode 型變量translation 從Script 節(jié)點的field 處獲取指針

……}

public void processEvent （ Event e） {

if （e. getName （） . equals （" touchMe" ） = = t rue） {

// 如事件操縱類接收到從Script 節(jié)點傳來“touchMe”

…… //設備的運動

Node node_tr ； // 申明一個Node 類的對象node_tr

Node_tr = （Node） （translation. getValue （） ） ；

// 返回SFNode 類型的對象，指向設備節(jié)點

Set_translation = （SFVec3f） （node_tr . get ExposedField （" translation" ） ） ；

…… // 獲得指針指向設備節(jié)點的translation 字段

set_translation. setValue （f） ；

// 由setValue（）將float[ ]類型值寫入translation 字段

}else{

……}}

3.4 設備配置模塊的實現(xiàn)

與用戶之間的交互是由Java完成，用戶可以通過鼠標和鍵盤與Java Applet程序?qū)υ?。例如通過鼠標按下處理函數(shù)public boolean mouseDown（Event evt，int x，int y）和鼠標松開處理函數(shù)public boolean mouseUp（Event evt，int x，int y）來連接設備配置界面，網(wǎng)絡設備配置通過對簡單的文本文件的操作來實現(xiàn)。在操作界面區(qū)域?qū)υO備進行的配置，通過保存當前設備配置信息文件來實現(xiàn)網(wǎng)絡設備配置信息的保存，如果需要重新打開該設備的配置信息進行查詢或修改時，可以直接讀取服務器端的對應的設備配置文件，打開該文件即可以看到已經(jīng)配置的交換機信息，這時可以繼續(xù)操作或修改。

3.5 檢測模塊的實現(xiàn)

檢測模塊包括網(wǎng)絡設備連接檢測模塊、 PC配置檢測模塊、網(wǎng)絡設備配置檢測模塊、功能實現(xiàn)驗證模塊等，通過這些功能模塊可以實現(xiàn)網(wǎng)絡設備連接的正確與否，及網(wǎng)絡功能正確與否的驗證。由于篇幅有線，下面就以配置命令檢測為例，畫出流程圖如圖3所示：

圖3 配置命令檢測流程圖 （下轉(zhuǎn)第43頁）

（上接第38頁）

4 結(jié)論

本計算機網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)主界面的主體框架部分采用JavaApplet來實現(xiàn)，編輯區(qū)部分采用了VRML來實現(xiàn)，兩者之間的結(jié)合采用的是EAI技術(shù)。在具體實現(xiàn)過程中，將VRML和JavaApplet置于同一個網(wǎng)頁中，以Java Applet作為控制面板，VRML場景作為三維展示平臺，通過EAI交互構(gòu)建虛擬場景。

本計算機網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)基于高職高專人才培養(yǎng)要求，具有直觀、靈活、方便、便宜的特點，可以滿足計算機網(wǎng)絡組建實驗的教學任務和要求。但是還存在一些不成熟、不完善的地方，比如，還可以開發(fā)多人在線交互功能、實時會話功能等，進一步加強用戶身臨其境的感受。

參考文獻：

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[2] 黃榮懷.信息技術(shù)與教育[M].北京：北京師范大學出版社，2002.

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[6] 周勇，徐英卓.基于VRML-JAVA的網(wǎng)上協(xié)同虛擬實驗系統(tǒng)研究[J].電化教育研究，2006（5）：52-55.

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