杜 领

(乐山职业技术学院 机电工程系， 四川 乐山 614000)

0 引 言

依据局域网开发高效、实用、快捷的基于虚拟现实的网络实训系统，是高校实验室建设及实验技术革新的必然选择。基于X3D技术，以低成本方式建立虚拟现实网络综合布线实验室，可扩大计算机网络课程实训的范围，尤其是通过网络“云平台”，应用X3D SAI指定的抽象服务集[1]，其中重点利用X3D SAI为所有脚本语言提供的内部和外部交互一致功能，可解决编程模型、数据反馈、功能交换等问题，从而改善网络实训系统的交互性能。

1 虚拟现实网络综合布线实验室设计

1.1 设计思想

虚拟现实的网络综合布线实验室，采用X3D方案构建了数据库系统、监控系统、反馈应对系统，主要方案是为了实现高校实训教育平台开发。它整合高校实训教育平台应用程序的资源，是运用高校局域网组件来设计、开发的。因此，虚拟现实[2]的网络综合布线实验室是一个多层分布式的应用模型和安全模型，能够全方位对数据库、监控系统、反馈系统进行控制。

X3D数据库系统：虚拟现实的网络综合布线实验室首先是一个多层分布式的应用模型。在X3D环境中，无论哪一个应用组件安装在什么地方，还是那一层用户层调用系统数据库，都是动态调度来处理的。

监控系统：虚拟现实的网络综合布线实验室监控系统是X3D技术应用的中间层。和Web层不同的是，虚拟现实的网络综合布线实验室监控系统是系统软件处理系统，需要高校的相关管理密钥来访问高校信息系统。

反馈应对系统：虚拟现实的网络综合布线实验室反馈应对系统包括查询有限(Lookup Services)和安全(Security)两个方面。系统资源都只能由高校实验室授权的终端进行访问。

1.2 系统体系

设计基于图像的Web3D虚拟现实技术和基于模型的Web3D虚拟现实技术的高校“云平台”网络多元系统，完成局域网综合布线实验室的构建[3]。系统构建的关键是要把握5个方面：网络综合布线实验室提供的内容、给网络综合布线实验室提供动力的实践教学引擎、交流活动的协调、资源数据的仓储、无缝隙的Web信息和交流的连接。

内容：汇集规范化和标准化的教学成果目录信息，搜索和过滤内容，会员概况，报告交流活动。

实践教学：实践教学信息，交流，反馈，实践教学职能。

互动：教学成果协同设计。

社区：聊天，讨论，共享工作空间，实践教学邮件，手机短信。

集成：与后端系统、交流合作伙伴系统、其它网络综合布线实验室集成。

1.3 运行蓝图

X3D网络综合布线实验室实践教学网站开发完成后的具体部署，与实际的硬件运行环境结合比较紧密。对于物理部署的初步设计如图1所示。该图展示了即将完成的X3D网络综合布线实验室实践教学网站的运行蓝图。

图1 X3D网络综合布线实验室网站运行架构

1.4 系统模块

图2 虚拟实验室服务模型

X3D综合布线网络实验室是当前实验室计算平台最重要的一种表现形式。自Amazon推出实验室计算平台EC2后，共享资源和存储资源平台的核心目标即按用户定制需求，提供对应操作系统类型、CPU频率、核心数据和硬盘空间的虚拟机[4]。虚拟现实的X3D网络综合布线实验室通过虚拟机来实现平台运转。从虚拟现实的X3D网络综合布线实验室内部运行关系看，一般包括实验室资源、实验室存储、实验室计算三大模块，具体如图2所示。

从图2可以看到，虚拟现实的网络综合布线实验室服务流程是在实验室资源、实验室存储、实验室计算3个中交互实现的。

在实验室管理中，主响应需要连接调度服务器，通过元数据和监控服务器指令与实验室存储代理服务器进行交互；如果资源和需求响应，就即时转接使实验计算给出应答和完善，不需要人工干预。

系统例图参照某高校X3D实践教学网站的体例，展示了X3D网络综合布线实验室实训平台面向用户的接口。即用户使用系统所涉及的功能定位，明确整个系统的功能。

系统例图的设计：系统有2个角色，一个是系统管理员，一个是普通的注册用户。系统管理员也具备普通用户的权限。一个普通用户如果通过高校网络平台的X3D网络综合布线实验室实践教学网站浏览教学成果，能够使用的功能有以下几种：用户注册、登入、注销、信息交流、信息查询、反馈教学成果。管理员还能具有审核教学成果、进行用户管理以及系统管理等权限。

用户登入、注销：还未注册的是新用户是不能登入系统的，需要填写信息注册完成后才能登入，在验证身份合格后，方可进入系统的主页面。

在线反馈：在线反馈就是通过在网页上输入计算机账号、密码等完成计算机即时反馈。完成这步操作的前提是用户反馈了网上的教学成果，并且统计了所有的教学成果。

信息交流：网站用户之间的交流方式很多，可以通过短消息、邮件、论坛、网站公告、教学成果排行等等。通过这些方式，用户能掌握自身教学成果的情况，能知道自身教学成果的优缺点，能交流使用同种教学成果的使用经验等等。

信息查询：网站用户能够快速查询到的信息种类有符合要求的教学成果信息、不同教学成果的业绩排行情况、教师信息，这些信息为网站用户反馈教学成果提供了可靠的市场信息。

2 虚拟网络综合布线实验室综合功能实现

2.1 实训教学

交流数据库显示的信息如下：提交日期，数据库实践信息的名称及其标号，数据库数量，数据库提供方的名称、地址、联系电话、联系人、传真、计算机账号等。有了这些信息，就能通过实践教学邮件、传真、电话等方式进行联系，通过网上反馈、留言或邮件发送等方式完成交换，确定送达后，给数据库方发送信息，同时通过传真、电话、电邮等方式通知对方。

2.2 交 互

用户在查看各种应用机会的同时，能进入信息收集流程和实践教学业绩流程，也能进入虚拟实践实验室，发布教学成果信息，进行招、投标。

交互实现的程序代码(服务器端程序代码)：

Signature signature=Signature.getInstance(“MD5WithRSA”);

signature.initVerify(mPublicKey);

signature.update(dataToBeSigned);

boolean authorized=false;

try{

authorized = signature.verify(signatureBytes);

}

catch (SignatureException se) {

//In case the signature is padded incorrectly

//this can happen if the client is using the wrong key.

}

outputToClient.writeBoolean(authorized); //将验证结果返回给客户端

……

交互界面的框架如图3所示。

图3 交互界面的框架

3 结 语

在研究网络综合布线实验室实践教学模式及虚拟网络综合布线实验室要求的基础上，应用X3D及相关技术，开发出一套完整的具有3D交互模式的虚拟网络综合布线实验系统，实现了高校网络平台虚拟网络综合布线实验室的运作。系统功能包括在虚拟场景中演示工具、组装设备、使用和模拟室内外布线场景，能够实现用户与虚拟工具、设备的交互操作等。

为了让学生在虚拟实验系统中获得与真实工作场景相似的学习效果，必须赋予虚拟实验系统很强的交互性能。X3D通过节点进行三维描述，在节点间创建通道(ROUTE)，通过发送一个事件，使一个节点控制另一个节点。节点又由域和事件构成，域定义节点的属性，事件定义用户与场景之间的交互，使虚拟世界更具动感。采用X3D技术框架构建的X3D网络综合布线实验室实践教学解决方案，实现了独立于系统平台的分布式应用，具有高度的可移植性、标准化；系统的设计和实现采用各种标准化协议，具有高度的开放性、互联性和可扩充性，实施方便快捷。

[参考文献]

[1] 宋正国.实景虚拟校园系统的设计与实现[J].软件导刊,2009(11):94-95.

[2] 孙毅.3DS MAX在虚拟现实设计中的运用[J].自动化与仪器仪表,2009(6):118-120.

[3] 杜海霞.基于VRML的虚拟模型动态交互设计与实现[J].陕西理工学院学报:自然科学版,2009,25(4):34-36.

[4] 李增国.高校电工电子网络虚拟实验室系统之构建[J].软件导刊,2008,7(10):102-103.

[5] 杨明亮.模块化虚拟液压仿真系统研究[J].陕西理工学院学报:自然科学版,2011,27(4):11-14.

[6] 何博,牛群,费敏锐.Web虚拟现实技术在远程监控系统中的研究[J].自动化仪表,2009,30(3):6-9.