杨雅静， 刘志广， 张永策， 赵丽妮

(大连理工大学 化工与环境生命学部， 辽宁 大连 116024)

0 引 言

虚拟实验室是基于计算机虚拟现实技术的一种新的科学研究方法以及新的学习模式[1]，其结合数学建模、数字图像处理、多媒体、人工智能等技术，构建一个用软件来模拟硬件设备进行实验、运行在计算机上的、情景化、参数化实验室[2]。随着计算机技术的发展和教育信息化的深化，虚拟实验室向着网络化、专业化、智能化以及高交互性、高沉浸感、高感知性等方向发展和优化，用户可在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验与学习[3]，尤其对于一些受空间和成本限制的大型精密仪器更有着重要的意义。

分析类仪器中，扫描电镜(Scanning Electron Microscope，SEM)是近年来使用越来越多的精密分析仪器之一，已被广泛应用于材料学、物理学、化学、生命科学等领域。由于该仪器在实时微观图像处理的特殊性，所以以扫描电镜为研究对象的虚拟实验室较为少见，特别是具有三维网络、非线性交互操作、微观图像精细处理、实时跟踪评价等多功能的扫描电镜虚拟实验室，目前鲜有报道。基于此，在三维精细建模的基础上，通过三维情境下的交互设计，开发了具有三维操作、样品拓展、实验条件优化、微观图像实时处理及数据保存等多功能的新型扫描电镜虚拟实验室。该虚拟实验室沉浸感强，功能完善，交互操作逼真，网络化运行，对各类院校的实验教学及人员培训具有辅助和促进作用[4]，另外其构建模式及关键技术也将对其他类别仪器虚拟实验室的研究与开发具有借鉴意义。……