基于VRML的化工虚拟仿真实验的研究-《中国教育技术装备》(2010年6期).docx

龙源版权所有 基于VRML的化工虚拟仿真实验的研究作者：李 敏 徐冬梅 高 军来源：《中国教育技术装备》2010年第06期 摘要 为了改善化学反应工程的实验条件与教学质量,以二氧化碳甲烷化反应动力学测定实验为例,对虚拟仿真实验的设计思路与构建过程进行探讨,详细描述如何实现虚拟实验交互操作。 关键词 二氧化碳甲烷化;虚拟实验;VRML;交互 中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2010)06-0075-03 Research on Chemical Virtual Simulation Experiment based on VRML//Li Min, Xu Dongmei, Gao Jun Abstract In order to improve the condition and equality of the experiment of chemical reaction engineering largely. The paper took the experiment of carbon dioxide methanation reaction kinetics for example, discussed the design idea and building process of this virtual simulation experiment, and described how to achieve the interactive operation of this virtual experiment in detail. Key words chemical reaction engineering; virtual experiment; VRML; interactive Author’s address College of Chemical and Environmental Engineering, SUST, Qingdao, Shandong, China 266510 目前,在許多大学,化工类的实验课程往往因为成本、场地、人员等诸多问题而无法起到其应有的作用。首先,“教师布置仪器,学生机械操作”的单一实验方式,使得学生在实验课中只能被动接受,实验成绩再高也只是知其然而不知其所有然。其次,由于某些实验的成本较高,抑或实验本身所需要的实验条件、学时限制等较难达到,这些实验项目往往会被删掉[1,2]。 针对上述问题,本文尝试将虚拟现实技术引入化工实验,以三维虚拟实验仪器为载体,以虚拟实验环境中的交互式实验操作为基础,重点探讨二氧化碳甲烷化反应动力学测定的虚拟仿真实验的设计实现过程。 1 虚拟现实技术与VRML 虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是近年来出现的高新技术,也称灵境技术或人工环境。虚拟仿真的主要特征有多感知性、浸没感、交互性、构想性。身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟仿真的实质特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟仿真的最终目的[3]。 目前,应用较为广泛的虚拟现实技术主要包括VRML技术、OpenGL技术、Java3D技术等。其中,VRML(Virtual Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言)是一种描述三维造型与交互环境的简单的文本语言,是在Internet上建立3D多媒体和共享虚拟世界的一个开放标准。作为网络浏览的一种形式,它的“网页”是一幅幅立体的场景,具有界面真实感强、浏览方便、信息量大、交互性能优越等优点,是实现网上教学、模拟战场、网上实习、网上实验的利器[3,4]。 2 二氧化碳甲烷化仿真实验的总体构思 二氧化碳甲烷化反应是由法国化学家Paul Sabatier提出的,故又称之为Sabatier反应。反应过程是将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器,在一定的温度和压力条件下CO2和H2发生反应生成水和甲烷。 通过认真分析该反应实验的实验流程、实验原理、实验仪器设备等内容,将二氧化碳甲烷化仿真实验的设计流程进行归纳。 1)虚拟实验仪器建模。仪器模型包括钢瓶、减压阀、过滤器、质量流量计、止回阀、预热器、反应器。 2)实验仪器装配仿真设计。以具有特殊效果的管路连接实验仪器,管路的特殊效果包括颜色变化、透明效果、流动指示等。 3)实验步骤交互设计。实验步骤可简要描述为启动→系统试漏→催化剂升温还原→不同温度下二氧化碳转化率的测定,并针对各个步骤的特点设计交互操作方式。 4)实验效果评估与过程回放。针对虚拟实验操作者对实验的操作状况进行评估,并记录实验操作过程以便回放。 3 虚拟实验建模 对于一些简单的