虚拟现实技术在实验教学中的应用与实现
摘 要
纵观当下我们所处的时代，人们的社会竞争日趋激烈，压力也越来越大，然而究其根本是人与人之间的竞争，人才的质量是由我们教育质量所决定的。在我们国家，教育理念和方法与学生的需求之间存在着较为突出的矛盾，人口基数大，固然可以为我国带来大量的人才，但如何处理好大量人的教育问题，尤其是在我国教育资源相对缺乏、教育水平较其他教育发达国家落后的形势下，教育理念的关键性逐渐突显出来。伴随着科学技术雨后春笋般的发展和人们对新鲜事物的认知不断的拓宽，我们传统的实验教学已经无法满足现代教学的需求。教育观念滞后,实验设备不够精良，操作笨拙不方便等一系列问题使教育成果很难有质的飞越。在地域条件上存在的差异,也会使学生之间的沟通交流和教学资源的分享和利用受到不少的限定，这个现实问题导致各地教育水平参差不齐。计算机技术的迅速发展和广泛应用，为这些存在的问题提供了解决思路和方向，仿真技术是通过建立模型来实现教学需求，辅助我们更加直观了解现实系统，对新系统不断改进和开发设计的一项技术。虚拟现实技术（VR）的出现带给人们一场技术上的创新，这门新兴的技术是人利用计算机所创造的虚拟环境之间进行的人机之间的交互，传统教学条件的不足就能通过VR(虚拟现实技术)技术建立的虚拟实验教学系统来弥补,为实验教学提供了一个不受时间与空间的限制,也不受实验设备的不足而限制实验的仿真实验环境,因此，这将使实验的互动和实验的灵活性进一步加强。在实验教学过程中学生不但能充分发挥自己的想象,开发创新性的实验，而且能不受时间与空间限制以此最大限度的进行实验操作。虚拟教学系统的开发使用使得学校能够更机动灵活的开展实验教学、节约资金使用、更加合理利用了教学资源,为教育事业的发展,提升教学水平和人才培养有着不可复制的意义。我们结合学生学习的特点在分析了VR(虚拟现实)技术应用现状的基础上,设计了一个虚拟实验教学系统，为VR(虚拟现实)技术在实验教学的应用提供实例。首先是从不同视角做了人们的需求分析,然后分析设计了系统的整体框架,最后把重点放在开发电子实验仿真平台上。该平台以虚拟电子实验箱为中心,结合各种虚拟元件和工具,给学生的信号与系统的学习提供了技术的支持，也在虚拟现实技术的领域进行了一定的研究，在虚拟教学方面有着一定的可取性。
关键词:VR技术,信号与系统,教学实践,信号交互，3DMax
1、绪论
人类社会的进步永不停歇，现代科技在教育教学中扮演着尤为重要的角色，科学技术的发展推动着教育教学的发展，虚拟现实技术的应用充分的体现了这一点，传统的教学方式已经趋于落后，不利于现代教学的发展，利用新兴的虚拟现实教学技术，充分利用计算机等资源开发出一些适合教学的虚拟软件，既经济实用，同时又具备结构简单，操作灵活，运用起来方便，不受时间空间的限制等优点，大力发展虚拟现实技术，有助于实现高效，方便的教育教学，解决了教育资源不足，受到各种因素限制等情况，为教育教学的改革提供了重要保障。
1.1 论文的研究背景
目前，虚拟现实技术（VR）正在逐渐走进人们的视野，它是新兴起的一门计算机技术，它可以利用计算机创造的虚拟环境实现人与计算机之间的交互，该技术是由多种学科相结合的产物其中包括仿真与控制科学、系统科学、计算机科学等，该项技术有着极为广阔的应用和发展前景。当前它的开发利用前景让人心存极大期待。该技术广泛应用于娱乐、军事科技、航空航天、机械设计、生产制造、信息系统管理、商贸应用、建筑方面、医疗科技、教育与管理、信息通信及通讯网络等诸多的领域空间，该技术并为多种领域的设计和任务实现提供了平台和便利，它和其他技术相比有着无法替代的作用，此技术在各行各业均有很广泛的应用和发展空间，它使人们的思想在现实中呈现，是帮助人们的重要载体。就对于未来各行业的发展来看，虚拟现实技术也有着至关重要的作用，无论是商业用途还是民事用途亦或是军事用途，虚拟现实技术（VR）的发展都将带来一场技术和应用层面的革新，为社会的发展做出贡献，用户在虚拟现实技术（VR）的支持下可以更快捷的进行多工程、多用途数据处理，尤其在需要对大量抽象数据进行综合处理应用时，与此同时，该技术在其他领域的运用，也能给人们带来很大的经济利益和社会利益，它作为是一门新兴的技术门类，被人们认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们的重要新型技术之一。本文主要研究虚拟现实技术在信号与系统实验教学中的设计与实现。
4.3实验设备
1、信号与系统实验箱 1台
2、示波器 1台
4.4 实验内容
4.4.1阶跃响应波形与参数测量
设激励信号为方波，其振幅为1.5v（峰值），频率为500Hz
实验电路连接图如图4-1(a)所示。
（1）连接函数发生器H701与P103,
(2)调整激励信号源为方波（将SW703,SW702设置于“方波”位置），调节频率旋钮，使f=500Hz,调节幅度旋钮，使信号幅度为1.5v，（注意：实验中，在调整函数发生器的输出信号的参数时，需连接上负载后调节）
（3）示波器CH1接于TP104，调整10K电位器，使电路分别工作于欠阻尼，临界和过阻尼三种状态，并将实验数据填入表格中。
（4）TP103为输入信号波形的测量点，可把示波器的CH2接于TP103上，便于波形比较。
4.4.2冲激响应的波形观察
冲激信号的是由阶跃信号经过微分电路而得到。
实验电路如图4-1(b)所示。
（1）将信号输入H701接于P101。（频率与幅度不变）；
（2）将示波器的CH1接于TP102，观察经微分后的响应波形（等效为冲激激励信号）；
(3)连接P102与P103；
(4)将示波器的CH2接于接于TP104，调整10K电位器，使电路分别工作于欠阻尼、临界、过阻尼三种状态下；
(5)观察TP104端三种状态下的输出波形。
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