轻量级三维仿真教学平台构建方法技术

本发明专利技术提供轻量级三维仿真教学平台构建方法，改善了土石坝教学与演示系统对水利课程教学的弊端；其方案是，包括以下步骤：步骤一：对土石坝原型基本构件结构进行划分成土石坝构件；步骤二：对土石坝构件进行细化成细化部件；步骤三：细化部件进行参数化，建立细化部件数据库；步骤四：利用CATIA对土石坝建立三维模型，并将所述三维模型转换为3DXML格式文件，同时将所述三维模型的参数信息保存为BOM信息表；步骤五：利用ADO.NET技术将3DXML信息与虚拟教学和演示平台进行数据交互；步骤六：对3DXML Player浏览器二次开发，使虚拟教学模型进行交互演示。本发明专利技术利用土石坝教学与演示系统，改善了水利课程教学的弊端，极大地提高学生的学习兴趣和学习效率，提高学习成果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机辅助教学
，特别是。
技术介绍
土石坝对自然条件有广泛的适应性，它对地基的要求比混凝土坝底，适应变形能力强，同时土石坝可以就地取材，可以充分利用枢纽建筑物基础开挖料筑坝，但是由于土石坝基础资料多、设计内容繁多，除包括常规的枢纽布置与坝型选择、坝体结构设计、坝基处理、坝体与坝基、岸坡与其他建筑物的连接、坝的计算与分析等。土石坝设计是一个非常庞大的工程，它的基础资料多、设计内容繁多，除包括常规的枢纽布置与坝型选择、坝体结构设计、坝基处理、坝体与坝基、岸坡与其他建筑物的连接、坝的计算与分析等，完成一套针对于虚拟教学的系统不仅需要扎实的水利方面的理论作为铺垫，同时还需要良好的数学、物理以及编程方面的能力，所有土石坝教学往往是一个难点。传统的教学观念主要是“传道、授业、解惑”，这种教学方法是以教为主，学生始终处于被动的学习环境中，现代化的教学方法要求改变传统的课堂讲授式为启发引导式，赋予学生学习的主动性，引入虚拟现实技术到教学中，逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能。目前基于虚拟现实技术的特点，它的实际应用在理工科的教学中比较广泛，随着各个行业的要求越来越高，像建筑、机械、物理、化学等学科都开始利用虚拟现实技术实现行业的突破，比如同济大学建筑学院的虚拟现实实验室，采用比较高端的设备，像建筑景观、结构进行相关的仿真，中国科技大学运用虚拟现实技术在物理实验方面，有着丰富的经验，他们已经形成了比较成熟的产品:基于本地的大学物理仿真实验软件，大学物理虚拟实验远程教学系统，相对于这些学科，应用于水利学科的虚拟教学平台则很少。【
技术实现思路
】针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的在于提供，改善了土石坝教学与演示系统对水利课程教学的弊端。其解决的技术方案是，包括以下步骤: 步骤一:对土石坝原型基本构件结构进行划分成土石坝构件； 步骤二:对土石坝构件进行细化成细化部件； 步骤三:细化部件进行参数化，建立细化部件数据库； 步骤四:利用CATIA对土石坝建立三维模型，并将所述三维模型转换为3DXML格式文件，同时将所述三维模型的参数信息保存为BOM信息表； 步骤五:利用AD0.NET技术将3DXML信息与虚拟教学和演示平台进行数据交互； 步骤六:对3DXML Player浏览器二次开发，使虚拟教学模型进行交互演示。本专利技术利用土石坝教学与演示系统改善了水利课程教学的弊端，能使学生身临其境感受土石坝，以便更好地体验、接受和学习土石坝设计技术，极大地提高学生的学习兴趣和学习效率，能够给学生一个真实的、直观的感受，提高学习成果。【附图说明】图1为本专利技术的土石坝虚拟教学与演示系统实现流程图。图2为本专利技术的土石坝虚拟教学与演示系统框图。 图3为本专利技术的3DXML Player浏览器具体二次开发结构图。【具体实施方式】以下结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细说明。现结合图1至图3所示，本专利技术，包括以下步骤: 步骤一:对土石坝原型基本构件结构进行划分成土石坝构件； 步骤二:对土石坝构件进行细化成细化部件； 步骤三:细化部件进行参数化，建立细化部件数据库； 步骤四:利用CATIA对土石坝建立三维模型，并将所述三维模型转换为3DXML格式文件，同时将所述三维模型的参数信息保存为Β0Μ信息表； 步骤五:利用AD0.NET技术将3DXML信息与虚拟教学和演示平台进行数据交互； 步骤六:对3DXML Player浏览器二次开发，使虚拟教学模型进行交互演示。所述利用CATIA对土石坝建立三维模型的步骤为: 步骤一:利用土石坝整体工程和土石坝原型构件构造，根据CATIA骨架设计方法，建立土石坝工程整体骨架模型和断面构件骨架模型； 步骤二:通过CATIA建立土石坝构件模板库，将构件模板按照断面构件骨架模型提供的骨架要素进行装配设计，形成土石坝某段三维模型； 步骤三:按照整体骨架模型进行装配，形成土石坝的三维模型。本专利技术中，所述细化部件数据库结构的设计是整个数据库设计的基础，在SQLSever中，所有的数据存储在表中，表是数据库所有数据存储对象，表是列的集合，它包含了多条记录，每个记录包含若干字段，字段描述事物的特征和属性，多个表就组成了数据库，轻量级三维仿真教学平台系统存储土石坝所有模型的所有类型参数，类型参数包括坝高、坝长、顶部宽度和填筑方量，轻量级三维仿真教学平台系统建立了 75个数据表，记录数目530多条。土石坝的三种坝型的基本信息用均质坝、心墙坝、斜墙坝数据，所述基本信息包括坝型名称、坝型代码、坝顶类型、坝顶代码、坝身类型、坝身代码、护坡类型、护坡代码、防渗体类型、防渗体代码、排水体类型和排水体代码。土石坝基本构件的数据信息用坝顶、坝身、护坡、防渗体和排水体数据表，所述土石坝基本构件的数据信息包括防浪墙类型、防浪墙代码、坝顶路面类型、坝顶路面代码、坝顶路面垫层类型、坝顶路面垫层代码、上游护坡类型和上游护坡垫层类型。通过对土石坝原型基本构件划分，对土石坝构件细化，建立细化部件数据表，包括50个细化部件的数据表、各个细化部件的各种类型的参数、几何参数、力学参数、装配参数和材质参数，细化部件的名称、细化部件的代码。轻量级三维仿真教学平台系统采用AD0.NET作为系统集成的平台，微软AD0.NET平台拥有独立开发的架构和强大的功能，并可以通过COM接口方便的调用3DXML Player类、DwgViewX 类和 DsoFramer 类。本专利技术在设计时，分为3D教学模块、课程设计模块、工程实例模块、管理系统和帮助模块，因CATIA平台只能提供三维模型的建模功能，但不能满足系统对教学功能的要求和系统其它功能的实现，将CATIA中建立的三维模型转换为3DXML格式文件，3DXML是一种基于XML的轻量化的3D数据格式，它体积更小，压缩比高，能使用户快速、简单地获得和共享精确的3D数据，同时达索公司开发提供了一种基于3DXML的浏览器3DXML Player,能够进行最为基本的显示操作，并且提供了二次开发的接口，能够让客户自主研发所需要的功能，如设置属性、生成爆炸图等。所述3DXML Player浏览器不仅可以实现3DXML文件的读取、操作，而且还提供了丰富的数据接口用于二次开发，通过C#中WebBrower将3DXML Player嵌入到程序中，根据3DXML Player提供的3DViewer和3DViewer Extens1n两个脚本，可以实现浏览器的基本功能，还能在此基础上进行进一步的扩展，实现部件窗口、爆炸图以及全景浏览窗口功能。DwgViewX控件是AND提供的专门用于浏览DWG格式文件的一种控件，DwgViewX控件能够优化浏览AutoCAD的DWG文件格式，在不打开或者不安装AutoCAD的情况下，即可对图纸缩略图进行缩放、预览、旋转以及查看详图和打印操作，并且能够嵌入到应用程序当中，通过安装DwgViewX插件，然后再C#当中对其进行引用即可添加。DsoFramer为Excel、Word、PPT等office程序提供嵌入到其他支持OLE技术的程序和系统中的一个基于C语言实现的开源的active X组件，首先安装DsoFramer插件，然后在C#中添加引用本文档来自技高网...

【技术保护点】
轻量级三维仿真教学平台构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对土石坝原型基本构件结构进行划分成土石坝构件；步骤二：对土石坝构件进行细化成细化部件；步骤三：细化部件进行参数化，建立细化部件数据库；步骤四：利用CATIA对土石坝建立三维模型，并将所述三维模型转换为3DXML格式文件，同时将所述三维模型的参数信息保存为BOM信息表；步骤五：利用ADO.NET技术将3DXML信息与虚拟教学和演示平台进行数据交互；步骤六：对3DXML Player浏览器二次开发，使虚拟教学模型进行交互演示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海波，王宗敏，李健，赵红领，闫超德，李云飞，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41