标题：虚拟实验室
虚拟实验室的概念
在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向。
虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究的重要载体。
随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。比如VRP虚拟实验室系统、VBL100虚拟实验室系统、OWVLab等。
虚拟实验室的创建过程
虚拟实验室的开发分为模型建立、制作交互文档、网络发布三个阶段。文章以目前国内市场占有率最高的虚拟现实软件VRP为例，进行系统讲解。
虚拟实验室的开发分为模型建立、制作交互文档、网络发布三个阶段。
基于3Dmax建立数字模型基于3Dmax建模需注意以下三点：第一，要有相对准确的模型数据，保证产品模型的尺寸比例协调和模型外观在视觉上的真实性。第二，对于复杂对象要考虑三维模型的层次结构，分别建模，最后把所有的模型组合。第三，使用尽量少的面数，删除冗余的几何元素，合并同类模型，降低整个模型的复杂度以优化模型、提高反应速度。建好模型之后，根据虚拟实验室动作制作模型动画。
建好模型后，进行材质编辑和设置场景灯光。材质编辑与模型优化同样重要，因为材质的使用需要与烘焙操作结合，不同类型的材质采取不同的烘焙方式。LightingMap烘焙方式只支持3DSMAX默认的Standard材质，Completemap烘焙方式支持Max大部分材质（例如符合材质、多为材质等），如果Diffuse（漫反射）通道上没有添加纹理贴图，只能选择Completemap烘焙方式。此外，材质贴图只支持jpg，bmp，dds图片格式；灯光按照3DSMAX的标准设置。
烘焙模型，烘焙就是把MAX中的物体的光影以贴图的形式带到VRP中，以求真实感。模型烘焙需要注意三个问题：第一，选择恰当的烘焙模式，Completemap光感好，但烘焙效果模糊，所以小部件物体和产品推荐使用Completemap；Lightmap贴图清晰但光感弱。第二，根据模型大小及其材质进行恰当的烘焙参数设置，大模型采用大贴图尺寸，小模型采用小贴图尺寸，很小的模型和金属、玻璃材质不必烘焙。第三，根据模型烘焙类型和贴图尺寸，把模型进行分类并放在一个图层中，便于管理、修改。
最后，利用VRP-for-Max插件导出场景。导出场景之前要检查重名模型并进行修改，然后选择导出类型（静态模型、刚体动画、柔体动画、相机），直接导出VRP格式的文件。
基于VRP制作的交互文档VRP的设置对象主要包括动作、事件和场景三类要素。动作包括物体移动、旋转、平动、缩放、视角切换，现实（隐藏）物体、交互控制、粒子特效等；事件包括场景开始事件、鼠标和键盘时间、计时器和用于特定情况下由其他事件激发自定义事件（例如单机按钮启动机器）等；场景包括文件中后期加入的界面、材质、声音等交互现象。VRP交互设计就是在脚本编辑器中建立事件、动作和场景的相互关系，用户触发某个事件或某个事件自动发生时，相应的场景做出相应的动作。
利用VRPIE进行网络发布在VRP中完成交互设置后，将VRP对象导出为支持网络发布的vrpie格式。学生可通过网络或本地机用IE或Netscape浏览器使用虚拟实验室，随时随地地做实验、分解实验步骤，也可通过旋转或移动对象查看其细节结构及属性、组装和拆卸对象等。虚拟实验室技术既能减少实验室建设的投入成本，又可应用在远程教学网站上，以更好地实现金属焊接实践教学。
实验室反映时代的特征，时代的发展又推动实验室的发展。数字时代的到来使实验室走形虚拟化，带来前所未有的发展空间，促使其发生全方位的变化，呈现出许多新特点和新优势——提升了设计理念、拓展了服务对象、扩大了设计空间、简化了设计流程、缩短了设计周期、降低了设计成本。虚拟实验室的开发具有众多优势，作为走在时代最前沿的教育工作者，应积极地把虚拟化技术运用到实验室开发中，把握时代脉搏，发挥虚拟实验室在新时代教学和科研中的巨大作用。[1]
VBL100虚拟实验室系统主要特点
1、 系统内容丰富，包含实验室常见仪器设备，手术器械、实验常用药品及实验动物图文并茂地介绍，起到辅助教师教学的效果
2、 仿真大约20多个机能学实验，使用虚拟仿真技术模拟动物实验的整个操作步骤，包括：动物的麻醉，手术及信号的记录
3、 每个实验的操作仿真，充分应用多媒体丰富直观的表达形式，将仿真动画，实验录像以及操作说明有机结合起来，既表达整体，也表达细节，便于学生对实验操作的充分理解和掌握
4、 实验结果的模拟，对于机体在各种不同实验条件下产生的各种波形进行实时仿真，对于一些学生平时难于完成的实验起到示范的作用
5、 学生实验技能考核，通过内置的考试系统，对学生进行实验掌握情况的考核
6、 药物考核可以通过对未知药物对动物机体造成的反应让学生对药物进行识别，对于已知药物则可进行用量考核，比如不同麻醉药品的剂量考核
7、 进行各种药理学参数的计算，比如PA2，LD50，半衰期等，使学生在进行药理学实验的同时理解各种药理学参数的意义及计算方法，帮助学生建立科研的思维能力
8、 系统具有开发性，用户可以将自己的实验图片，实验录像，实验原理和操作的文字加入到系统中，从而扩充系统的适用性。 
VBL100虚拟实验室系统技术指标
1、系统采样网络结构，分为客户端和服务器端软件，服务器上存放仿真实验素材，便于教师管理与日后的内容添加，系统升级，维护等。
2、系统包含基础知识库，实验准备室，动物房（不少于8种动物的介绍的详细介绍），生理实验仿真，药理实验仿真，病理生理实验仿真，机能实验网络考试等。
3、不低于30种常见和最新的生理、药理仪器设备原理、适用范围、操作介绍，基本的仪器包括生物机能实验系统、Langendorff心脏灌流系统、血管环张力系统，足趾容积仪、热刺痛仪等常用仪器的介绍
4、包含对各种手术器械（不少于25种手术器械的介绍）、实验常用药品的用途及配置的介绍，包含手术器械的三维动画
5、具有各种生物机能实验操作技能介绍
6、包含不低于45个各种机能学实验的全面介绍，针对于每个仿真试验，按需要包含有简介、原理、实验操作录像，操作过程仿真以及波型模拟等几个部分内容，包含以下仿真实验：
6.1生理学：
刺激强度与反应的关系、刺激频率与反应的关系、神经干动作电位的引导、神经干传导速度的测定、神经干不应期的测定、兔大脑皮层诱发电位、离体心肌细胞动作电位、兔减压神经放电、期前收缩与代偿间歇、心电图的描记、兔动脉血压调节、离体蛙心灌流、呼吸运动调节、影响尿生成的因素、ABO血型鉴定、离体肠肌运动等
6.2药理学：
药物对动物学习记忆的影响（避暗法）、药物的镇静作用实验、药物的抗焦虑作用实验、药物的抗抑郁作用实验、药物的镇痛作用实验（热板法、光热刺痛法）、地塞米松对实验大鼠足趾肿胀的影响、抗疲劳实验（转棒法、跑步机测试法）、药物的抗高血压实验、Langendorff心脏灌流实验、离体大鼠主动脉环实验、药物的急性毒性实验
6.3病生学：
急性高钾血症、急性左/右心衰竭、急性失血性休克及微循环变化等实验项目
6.4其他：
综合性实验：主要包括尼克刹米对抗度冷丁抑制呼吸作用、磺胺半衰期测定等实验项目。
人体实验：主要包括人体指脉信号的测定、人体全导联心电信号的测量等实验项目。
包含至少六个药代动力学实验
7、具有无纸化的网络考试功能：可以考查学生实验技能等基础知识进行答卷式考核，自动评分。
虚拟实验室建设的几种方案
我们可以建设专门的、混用的或广泛的虚拟实验室，三种实验室各有优缺点
表：三种虚拟实验室建设方案优缺点对比表
序号专用实验室混用实验室广泛的虚拟实验室优点1、 有利于形成虚拟实验教学的专门课堂
2、 学生在这种实验室任务单一，因此容易学习到虚拟实验室上介绍的各种知识
3、 有利于学生查询知识，而不与正规试验冲突
4、 有利于教学评估时专家的考察和认同（很多学校都需要这个）
5、 有利于兄弟院校的参观访问1、 可利用机能实验中心的原有计算机资源和场地资源，节约成本
2、 学生可以将虚拟实验和真正的机能实验有机结合起来，达到印象深刻的目的广泛的实验室是指将虚拟实验室挂接到校园网上，供同学在任何地点学习
1、 使用不受时间、地点的限制，同学可以在寝室、实验室、图书馆等场地使用虚拟实验室
2、 节约资源，不再提供专用的场地和计算机
3、 受益面广泛缺点1、 要占用专门的房间
2、 要占用专门的计算机资源
3、 投资较大1、 容易和真实实验造成冲突，比如，老师在让学生做真实实验时，学生却自己用虚拟实验
2、 不利于专家评估
3、 不利于参观访问1、 无法监管学生的学习小效果，可能会有一部分学生去访问学习，大部分学生则根本不去学习，很可能达不到真正学习的效果（因为没有学习的环境）
2、 不利于专家评估
3、 不利于参观访问从上表我们可以看出，无论采样哪种方式，都有优缺点，因此学校可根据自己学校的情况选择适合于自己学校要求的虚拟实验室建设方案，实际上，广泛的虚拟实验室（挂接在校园网上）可以和前面两种实验室同时使用，只要能够满足足够的访问站点数，就可以达到既挂接于校园网又满足专业虚拟实验的要求，这可能是一种比较好的教学方式
教学型虚拟实验室的建设的几点建议：
1、用“平民化”的技术实现教学型虚拟实验室的建设和应用 
2、更新实验教学观念,重新认识虚拟实验室 
3、切合实际，合理选择开发技术 
建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择实可行的虚拟现实系统解决方案。
. 多感知性 
所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。
2．沉浸感
又称临场感，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。
3. 交互性
交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。
4．真实性
是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。