基于WebGL的虚拟实验教学研究
摘要仿真在教学中起着非常重要的作用，一方面是因为它能够给学生提供真实体验，另一方面是因为这些实验能够安全地重复执行，使学生更充分地理解理论概念。虚拟现实是一种被广泛认可的仿真技术，通过高度逼真的具有沉浸感及交互特性的3D仿真，能促进学习过程。本文目标是提出一个基于WebGL的虚拟实验学习环境，为基础设施匮乏的学校提供一个具有成本优势的实验教学解决方案。关键词Web3D；虚拟现实；仿真；实验0概述在学校教学中，大量的实验经常因为学校基础设施匮乏以及安全因素而没有开展1。然而，实验教学在概念的理解及实践技能的掌握方面至关重要2。因此，需要一种替代的教学方式克服上述问题。虚拟现实技术已经在教学中得到广泛的应用，尤其是在实验教学中。最近，有大量的提供虚拟实验环境相关的虚拟现实及Web3D技术研究，如CSUChemlab3、VRLUP4及Lab3D5等。最近几年，有关3D内容交付的软硬件技术不断改善。首先，强大的并行GPU减轻了CPU的处理负荷，其次是新一代的Web浏览器中采用的TraceMo
key、V8及SquirrelFish编译器显著改善了JavaScript的执行性能。尤其是由Khro
os新近提出的WebGL6标准，将Web浏览器和GPU紧密地关联在一起了。这一切使得在Web上呈现复杂3D图形环境成为了可能，也使得基于Web的虚拟3D实验教学平台的设计有了新的选择。基于WebGL的网络虚拟现实技术利用它在技术上的优势，能够充分展示知识内容，激发学生的创造性，开展虚拟实验和进行廉价的技能训练，使得采用网络虚拟现实技术的网络教学可以取得很好的教学效果。本文提出了一种基于WebGL标准的虚拟实验教学平台的设计与实现方案。这在国内还是一个新的尝试。该方案避免了以往Web3D应用中插件专有客户端软件安装所带来的安全及用户体验差的问题，可直接通过浏览器访问，具有较强沉浸体验的实验场景，进行相关实验操作的体验和学习。1WebGLWebGL是Khro
os组织提出的，如名称所暗示的，定义JavaScript类似针对C的Ope
GLAPI。WebGL紧紧结合Ope
GLES20，并且使用GLSL作为着色器语言，意味着现有的应用的着色器核心可以在JavaScriptWebGL中重用。由于WebGL是一个规范，它由Web浏览器开发者实现它。目前，在最新的常用浏览器（Firefox、Chrome、Safari）都实现了现有WebGL版本。而且已有大量的JavaScript库正在开发以提供高级功能以创建3D图形应用。如WebGLU，它
f是WebGL与GLU的结合，提供封装，在场景中放置Camera或者提供简单的几r