開放式三維網(wǎng)絡(luò)HPCE虛擬實(shí)驗室的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門高新技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在教育領(lǐng)域，虛擬實(shí)驗室大力推進(jìn)了遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)多人協(xié)同作業(yè)等新型技術(shù)的快速發(fā)展。高效毛細(xì)管電泳是當(dāng)代分析化學(xué)中最具活力的前沿研究領(lǐng)域之一，它的儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)驗預(yù)處理耗時長，儀器維護(hù)維修麻煩，毛細(xì)管電泳出峰過程受電壓、溫度以及pH等多種參數(shù)的影響，其數(shù)學(xué)理論模型非常復(fù)雜。因此，構(gòu)建毛細(xì)管電泳虛擬實(shí)驗室具備重要的價值與意義。但是，構(gòu)建過程中涉及到理論模型構(gòu)建、程序設(shè)計與優(yōu)化、理論模型

2、與程序之間的算法轉(zhuǎn)換以及實(shí)驗操作經(jīng)驗知識，對開發(fā)者的綜合能力提出了更高的要求。而且將包含具體實(shí)驗過程的高沉浸感、高交互的三維虛擬實(shí)驗室與工作站譜圖模擬結(jié)合起來的研究尚未見報道?；谝陨显?，本文以毛細(xì)管電泳為研究對象開發(fā)了這款軟件。
　　由于影響毛細(xì)管電泳理論模型的微觀因素多，如毛細(xì)管管壁的ZeTa電位、電荷密度等，理論模型系數(shù)難以確定，所以根據(jù)現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)在虛擬實(shí)驗室中模擬毛細(xì)管電泳實(shí)時動態(tài)出峰難度高。于是本文基于現(xiàn)有的毛細(xì)管

3、區(qū)帶電泳理論，提取相關(guān)影響因素如溫度、電壓、pH、進(jìn)樣壓力以及進(jìn)樣時間，通過整合與優(yōu)化，完成了理論模型預(yù)測，包括毛細(xì)管電泳出峰時間模型、半峰寬與出峰時間關(guān)系模型以及進(jìn)樣壓力和進(jìn)樣時間與峰面積關(guān)系模型，進(jìn)而通過理論模型與程序之間的算法轉(zhuǎn)換編寫了模擬出峰程序，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了功能強(qiáng)大的毛細(xì)管電泳工作站，實(shí)現(xiàn)了在不同參數(shù)條件下的二維色譜數(shù)據(jù)的動態(tài)模擬以及色譜數(shù)據(jù)的采集、存儲、重載和分析處理功能。將模擬出峰結(jié)果與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比后表明:在一

4、定的參數(shù)范圍內(nèi)，虛擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)結(jié)果的誤差小于8％，本文所提出的模型能反映各種參數(shù)條件對毛細(xì)管電泳出峰的影響規(guī)律，證明了所構(gòu)建理論模型的合理性。
　　此外，本文通過3ds MAX、Virtools構(gòu)建了結(jié)合高沉浸感的實(shí)驗室場景、實(shí)時介入與干涉的交互操作和工作站譜圖模擬的毛細(xì)管電泳虛擬實(shí)驗室。實(shí)現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)、熟悉儀器結(jié)構(gòu)、多種預(yù)處理、定性分析、定量分析與儀器維護(hù)維修六大功能模塊。另外還實(shí)現(xiàn)了實(shí)時跟蹤與評價等多種輔助功能。最后，成功地將