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虚拟现实技术作为一项从20世纪80年代开始迅猛发展的新兴技术,以最大限度的模拟真实环境为目标,将网络、多媒体和人工智能等技术相融合构建虚拟场景。虚拟现实技术是计算机技术在各领域高速发展的成果,涉及了人类生活的各个方面。目前,虚拟现实技术已经在商业、设计、教学、军事、医学和娱乐等领域得到了广泛的应用,并获得了巨大的成功。
本文尝试将虚拟现实技术应用于对学生空间理解能力相对较高的结晶学领域,并尝试建立一种机制,可以达到网络实时建立晶体结构模型的效果。利用虚拟现实技术可以模拟出真实的交互式三度空间动态环境,使晶体研究者和观察者可以在微观尺度内,从任意角度观察晶体的结构,从而在了解晶体内部原子在三维空间中的分布特性基础上,能更深入认识晶体的物理和化学特征和性质。
本文首先讨论了引入这种机制的必要性与优势,接着通过对比几种主流的3D建模技术来选择出最适合用来建立这种机制的技术-VRML+Java。最后从融合机制和实现方法入手,重点探讨了用以模拟晶体结构的数据在JAVA和VRML之间的传输过程。在成功建立起了建模机制以后,利用Java的Web编程优势将整个程序转移到网络中,实现在线实时生成晶体结构模型的功能。
这种在线生成系统的优势在于,它的算法并不依靠后台庞大的晶体结构信息库,而是基于230种不同的空间群算法而建立的。这样做的好处在于程序更具灵活性而且避免了繁琐的晶体信息录入工作,同时又解决了由于晶体信息不足而无法建立模型的问题。因为无论是何种晶体,它的结构都包含在这230种空间群中。最后利用两个实例来证明这种系统的实效性,测试这种系统对不同晶系、不同结构的晶体的建模能力,包括对晶胞格子、原子、化学键、配位体的模拟。