计算机硬件组装虚拟实验系统设计研究论文
摘要:本文在对计算机硬件组装虚拟试验系统设计构思进行概述的基础上，采用交互、逼真、易懂、实用的设计原则，对设计的流程及结构进行阐述，并对系统的应用功能等进行简单介绍。
关键词:计算机;硬件组装;虚拟现实技术;设计;应用
受高校计算机教学中，硬件设备的不完善及更新速度慢等因素的影响，计算机硬件组装与维护教学与计算机硬件的实际发展速度不匹配，对学生的实际操作需求难以满足，因此，有必要在高校计算机教学中，借助计算机硬件组装虚拟实验系统，对教学过程中相关的硬件组装问题利用多种技术方法进行辅助演示，学生通过对演示方法直观的进行观看和学习，其操作能力会进一步得到提高。本文主要借助3D技术、网络技术，对高校计算机硬件教学通过构建虚拟平台，为学生提供更好的学习途径，虚拟系统的操作简单，适应性较强，在实际教学中发挥了重要的作用。
一、系统设计构思
(一)功能介绍
基于教材内容，本文所涉及的虚拟实验系统按照课程内容由浅入深、循序渐进对学习环境进行虚拟，在学习过程中，学生可以从不同的角度对计算机相关硬件模型利用3D技术进行观看和浏览，在具体操作中，对硬件参数及性能的优化配置，让学生可虚拟操作计算机各个部件的拆卸安装等操作。学生在操作过程中如果与到计算机硬件组装中的常见问题或故障时，系统会自动给出解决问题的方法，学生可根据系统提示对错误位置快速做出判断，并按照系统提示继续进行操作。
(二)设计原则
实用性是计算机硬件组装虚拟实验系统设计中的首要原则，要能够确保学生在学习过程中有效的利用，对系统的安全、逼真、易用、共享、交互及扩展等性能要充分进行考虑。安全性指的是对用户操作系统的权限进行控制，并对数据增加备份的功能，避免学生操作过程中误操作导致数据丢失;逼真性指的是系统在操作过程中与实际操作非常相似，对计算机硬件可以借助3D技术构建对应的模型，学生在学习中可以融入到虚拟的实验场景中进行操作;易用性是为方便学生对系统容易了解，且便于学生操作，能够让学生依据教材逐渐对系统熟练操作;共享性指的是师生之间、学生之间在学习的过程中，可以通过网络平台实现学习信息的传输与交流，彼此可对信息进行共享，可通过远程方式使学生之间进行交流，方便教师进行指导;交互性是指用户与系统之间通过各种传输装置，如键盘、鼠标等进行交互，提高了人机交流的效果，同时可借助触摸屏、手柄等与设备进行和谐的交互;扩展性是指，该系统中的硬件模型随着计算机硬件技术的发展，能够方便的加入更多新的硬件元素，借助系统扩展性能，学生能够对更多新的技术有所了解，在计算机硬件技术的发展中学习更多的前沿技术。
(三)运行环境搭建
采用Quest3D技术作为本文设计的计算机硬件组装虚拟实验系统的开发工具，建模采用Sketchup软件与3DMAX软件，采用MySql数据库进行数据存储。
二、计算机硬件组装虚拟实验系统设计
(一)系统结构设计
对该系统设计的时候，系统结构应用C/S架构，包含系统服务器、数据库、用户和共享网络，共享网络将这几部分连接在一起。首先，构建虚拟实验系统，在服务器端借助Quest3D软件完成，实现对用户操作数据进行存储的目的;通过QuestViewer，用户在客户端对硬件组装虚拟应用程序进行执行，从而对计算机硬件组装的三维模拟浏览、演示及操作执行完成;对于共享网络而言，有两种选择，一种是可应用互联网，另一种是可构建机房局域网。此外，系统可以对数据库的最新数据进行下载，具有更新功能，对参数、型号等虚拟硬件进行更新。
(二)系统设计流程
在对该系统进行流程设计的时候，主要依据的是计算机硬件组装教材的具体内容，对学生的实际需求进行分析，进行人机交互设计及性能测试、虚拟硬件模型设计及动画制作，完成系统流程设计。需要注意的是，在对需求进行分析的过程中，要将教学大纲及学生学习的特点结合在内，先对系统的功能模块详细确定，对系统各种功能与权限合理的进行划分;在设计相关硬件的接口、模型及参数的时候，对3DWarehouse等模型库内已经存储的现成硬件模型直接进行调用，减少了不必要的系统开发时间，有效的提高了系统开发的效率;在对一些现有模型进行修改的设计或需要细致处理的模型设计中，可以使用Sketchup工具来完成，具有较好的操作便捷性，此外，对模型也可以采用3DMAX软件重新制作，再使用Deepexploration软件对制作好的初始模型进行后续优化处理，使模型的参数、精度与现实硬件产品更加的统一;利用Quest3D软件进行虚拟现实，建立人机交互硬件组装场景，对人与系统的交互功能进行设计与完成。所有流程设计完成以后，对系统功能进行综合测试，测试中对发现的问题进行改进与完善。
(三)系统模块设计
按照计算机硬件组装虚拟实验系统的功能与架构进行分析，可以将系统模块划分为多个子模块，包含理论知识、技能训练与系统管理几个部分。首先，在线管硬件理论知识的学习中，该模块借助图片、文字等说明形式为学生提供了大量的硬件知识，通过对该模块的操作，学生从客户端对任意硬件模型从多个角度进行浏览，在模型既定位置，鼠标移动到该位置后，会将该部分硬件的信息参数显示出来，并匹配相应的文字说明。该模块的主要功能在提高学生的理论知识学习水平，对计算机模型加强浏览。其次，技能训练模块，在该模块中，更重要的是将人机互动的模式体现了出来，系统中包含有图片、视频等元素，学生可在该模块中实现虚拟实验计算机硬件的组装与匹配等，并且系统可根据学生的实际操作情况将最优的选择和匹配结果给出来，让学生进行查看。最后，系统管理模块，管理模块主要的作用就是对系统各构成部分进行有效的管理，针对的是系统的安全运行、用户操作及系统功能进行管理，管理人员对登陆系统的用户可进行增加或删除等措施，及时对硬件模型进行更新，对系统中的各种数据可以进行备份，并且具有监控的功能，确保的系统的安全运行。
三、计算机硬件组装虚拟实验系统的实现
(一)交互界面的实现
在系统交互界面中，系统以导航栏的方式能够让用户对系统菜单内的各种功能快速熟悉，在系统界面的顶部设计快捷菜单，显示模式采用隐形树形结构，主界面顶部显示一级分类，二级分类隐藏在一级分类中，三级分类隐藏在二级分类中，将一级分类用鼠标点击一下，即可将二级分类菜单拉出，如果二级分类中标有“◢”符号，则表明该项中包含三级分类，对该符号用鼠标点击一次，即可将三级分类中的项目拉出。用户用鼠标点击各项功能时，主画面区显示硬件3S图像，通过鼠标、键盘对主画面区显示的3D硬件图可进行放大或缩小、翻转、移动等操作，学生可对硬件的细节部分清楚的查看，并可通过视频的形式进行观看硬件组装中遇到的一些问题，提高学习的效果。
(二)主功能实现
系统中，用户登录模块的功能非常重要，该模块主要采用Quest3D中的DBValue、DBQuery等连接信道，与数据库内用户信息进行匹配和确认后才能进入到系统中;然后，在操作界面中，动画试验功能则是在虚拟环境下系统可以采用动画的形式将学生对硬件的操作与组装情况进行观察，该功能的实现需要调用Quest3D中的信道来实现;对硬件组装用户在进行虚拟练习的功能中主要通过Quest3D中的setvalue、expressionvalue及userinput节点实现;如果遇到新硬件，系统可将该硬件的参数、图片添加到系统中，然后将该硬件的数据存储的模型数据库内。
(三)故障排除与交互实现
在实际教学应用中，学生在计算机硬件组装虚拟实验系统中具体操作的过程中，如果存在误操作，系统会弹出错误提示，如:学生对计算机硬件组装完成以后，进行模拟开机的时候，弹出开机错误，显示声卡错误、显卡错误或内存条错误等信息。该功能也采用树形结构实现，并且将相应的节点加入其中，可帮助学生快速识别故障位置，任一节点如果安装不正确，计算机虚拟开机则无法完成，并弹出提示框让学生对故障进行查找。
四、结语
在计算机组装学习中，以虚拟的形式将计算机硬件组装实验提供给学生，可降低高校计算机硬件投入的成本，同时也能够降低学生操作的风险，学生的学习兴趣也能得到提升。在对计算机硬件组装虚拟实验系统进行设计与研究中，本文主要应用了各种数据库等软件，与教材内容结合，构建计算机硬件实体3D模型，通过虚拟环境的建立，使学生在计算机硬件组装中的实际操作能力得到提高，对于计算机硬件课程教学意义深远。
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