多孔液体微孔结构虚拟仿真后台设计.docx

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多孔液体微孔结构虚拟仿真后台设计

摘要随着社会的发展和人口的增多，我国教育方面也在不断普及，越来越多的学生对进行实验的需求也在日益提高,但随之出现的问题是，我国高校正在面临实验室数量不足以支撑庞大的学生数量进行实验的需求。另外，不同学院，不同专业对实验室的需求不一致。为了能够缓解实验室稀缺问题，解决各学院，各专业实验要求不一致等等问题，希望能针对单独的一个实验，设计一个该实验的虚拟仿真实验室，让该领域的学生可以通过这个虚拟仿真实验室进行实验，减轻学生对实验室的需求和满足学生能够在缺少实验室资源的情况下，依旧能够满足学生能够进行实验的需求。

设计过程中，需要明确虚拟实验室的需求目标，制定总体的设计目标。根据功能设计，分析系统应该具有的流程，阐述虚拟实验室设计时需要的技术。为保证系统的可扩展，易维护的特点，使用前后端分离技术进行交互，能保证前后台不进行干扰，能独立升级。同时，为保证系统安全性，防止恶意ip攻击，使用SpringSecurity给系统加上权限管理功能。为了能统一管理学生信息，使用Spring全家桶技术搭建管理操作平台，提供日志操作，在线用户，角色分配等功能。最后，为学生在线实验的入口，学生认证成功后，能够获取实验，操作，流程，仪器等等成绩。完成实验后会基于自定义算法计算学生成绩。虚拟实验室平台的设计和应用能够有效缓解实验室资源短缺的问题，方便更多高校的老师和学生能进行实验。

关键词：虚拟实验室权限管理SpringSecuritySpring全家桶后台管理

第一章绪论

本文选题为：基于Java后台开发的虚拟仿真实验室的设计与实验，本章从虚拟实验室的选题背景和意义，国内外对虚拟实验室的研究情况，研究方法和内容和社会经济效益几大方面来对这个课题进行说明，最后对虚拟实验室设计内容进行总结。

1.1选题背景

虚拟实验室,亦称为合作实验室，是美国弗吉尼亚大学的威廉.沃尔夫教授提出建立一个计算机网络化的虚拟实验室环境[1]。目前国内外已经有很多组织开展了虚拟实验系统的研究和建设工作，对虚拟实验室的研究，美国最早可以追溯到上个世界的40年代，美国军方采用虚拟现实技术来培养宇航员和飞行员的反射能力，技术成熟之后，这项技术愈来愈被民间用户青睐[2]。Oorange，这是1996在柏林大学研制的一个数学虚拟仿真实验系统，它由一组低级服务组成，这些服务支持数学实验的创建，执行和发布。

现如今的社会正处于信息大爆炸的时代，各种技术日新月异，不仅是网络上的资源在不断进行迭代，就连传统的实验室资源也在不断更新换代。但即使是这样，传统的实验室也没办法一直紧跟着信息爆炸的网络技术的发展，而且其余的实验室资源也会出现其余的问题，例如实验药品的损坏，仪器的磨损等等问题。根据国家专业数据统计，我国一年有上百万的高中毕业生要踏入各大高校，教育人口的增加进一步压缩了实验室的使用空间,缺乏的实验室资源使得各大高校无法满足师生进行实验的需求。可是，构建一个实验室，不仅要耗费每个高校高额的资金，巨

大的人力资源，甚至可能还对国家土地资源的利用造成额外的问题，难以满足当下的实验教学任务[3]。

1.2国内外研究情况

近些年来，随着互联网技术的成熟以及VirtualReality的发展，国际上对于虚拟现实以及他们的应用的研究如雨后春笋。特别是关于VR技术的研发和虚拟现实衍生的相关应用也得到了迅速发展。其中因为关于虚拟实验的目标是用作教学培训，同时因为虚拟现实技术诱人的发展前景，虚拟现实在教育方面覆盖的学科领域广阔，引来了许多单位参与其中，因此西方高校获取了大量的资金支持，虚拟现实技术领域蓬勃发展。

西方国家在这一领域已经取得了比较显著的成就，其中著名的有Weblab的远程实验室[4]。这个实验室支持用户进行远程访问，用户可以通过自己申请的账号，借助浏览器，访问实验平台，操作实验室中的各种仪器，达到完成实验的目的。另外还有其他团队研发的研发的实验室，使用C/S设计的用于研究仿真天体运动的VLAB，用户通过下载系统仿真软件，通过软件也可完成实验的仿真[5]。

我国虚拟现实技术相较于西方国家，起步较晚，技术相较落后，基础实力薄弱。在我国，许多高校也为虚拟现实技术的发展提供了贡献，包括数字场景漫游，建筑全景展示，远程网络教学模拟系统等等[6]。当下，在国内，我们国家的一些高校也在积极追赶。以西南交通大学研发的SMT虚拟实验平台，杭州电子科技大学研发的无线通信仿真实验，北京化工大学成立的化工安全与装备中心[7]都取得了不小的成就。我国科学技术大学采用3D仿真技术，设计了一个虚拟化学的仿真平台实验室，这个实验室采用用于仿真“原位X射线在变温条件下的衍射”。另外还有浙江大学同样也是采用3D建模仿真，搭建了虚拟实验平