交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顯微鏡仿真教學(xué)系統(tǒng)與方法，尤其是一種交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]虛擬仿真技術(shù)，或稱為模擬技術(shù)，就是用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。此種虛擬世界由計算機生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器(HMD)、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，提供用戶一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。虛擬仿真技術(shù)是計算機技術(shù)、計算機圖形學(xué)、計算機視覺、視覺生理學(xué)、視覺心理學(xué)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、軟件工程、語音識別與合成技術(shù)、人機接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)集成之結(jié)晶。其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐。
[0004]虛擬仿真技術(shù)為人們提供了一種理想的教學(xué)手段，目前在國內(nèi)外己逐漸廣泛應(yīng)用在軍事教學(xué)、體育訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)實習(xí)和一些院校的實際教學(xué)中。借助虛擬仿真技術(shù)完成教學(xué)課程中的相關(guān)實驗，具有效率高、費用低、內(nèi)容豐富、性能有效、安全性好等明顯優(yōu)勢。
[0005]透射電子顯微鏡是一種基礎(chǔ)性、大型、精密的科學(xué)儀器，應(yīng)用范圍廣泛，對材料形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、界面結(jié)構(gòu)、表面分析、生物細胞、晶體缺陷探查等領(lǐng)域的科學(xué)研宄與基礎(chǔ)理論探索有重要的作用。但透射電子顯微鏡價格較高，運行環(huán)境要求較為苛刻，操作相對復(fù)雜，目前透射電子顯微鏡用戶培訓(xùn)、教學(xué)與客戶體驗多以實物為主，缺少低成本、高效率的專業(yè)培訓(xùn)與教學(xué)系統(tǒng)，造成培訓(xùn)成本高、儀器使用效率低，且容易因誤操作導(dǎo)致儀器損壞，這都不利于透射電子顯微鏡的推廣與使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種運用虛擬仿真技術(shù)、建立可在虛擬環(huán)境下進行透射電子顯微鏡軟件、硬件操作并顯示相應(yīng)運行結(jié)果的交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與方法。
[0007]技術(shù)方案:實現(xiàn)本發(fā)明目的的交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與方法:
[0008]該仿真教學(xué)系統(tǒng)，包括有輸入模塊、控制模塊、透射電子顯微鏡教學(xué)模塊、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、電源模塊、音頻輸出模塊和視頻輸出模塊；所述系統(tǒng)內(nèi)輸入模塊與控制模塊連接，輸入模塊用于輸入用戶操作信息；所述控制模塊分別與透射電子顯微鏡教學(xué)模塊、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊連接，控制模塊根據(jù)用戶輸入信息調(diào)用運行相應(yīng)模塊；所述控制模塊與音頻輸出模塊連接，音頻輸出模塊輸出語音信息；所述控制模塊與視頻輸出模塊連接，視頻輸出模塊輸出視頻信息；所述的透射電子顯微鏡教學(xué)模塊包括用戶操作界面、儀器操作指導(dǎo)教程、透射電子顯微鏡三維模型及運行數(shù)據(jù)庫，用以指導(dǎo)用戶在虛擬環(huán)境下操作透射電子顯微鏡，對操作進行評價，實現(xiàn)透射電子顯微鏡使用教學(xué)，并對誤操作提出警示。
[0009]所述的典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊包含煤、巖石、土、金屬、陶瓷和納米材料多種典型樣品測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，用以指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)測試數(shù)據(jù)的分析方法，所述典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊與控制模塊雙向連接。
[0010]所述的數(shù)據(jù)處理分析模塊，將用戶人工輸入的未知樣品的數(shù)據(jù)與典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊中的典型樣品測試數(shù)據(jù)進行對比分析，快速確定用戶人工輸入的未知樣品的品類，所述數(shù)據(jù)處理分析模塊與控制模塊雙向連接。
[0011]一種利用上述交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)方法，用戶啟動上述交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，操作輸入模塊通過控制模塊調(diào)取透射電子顯微鏡使用教學(xué)模塊，在透射電子顯微鏡使用教學(xué)模式下，視頻輸出模塊顯示用戶操作界面與透射電子顯微鏡三維模型，并通過文字與語音方式提示用戶操作步驟與注意事項，用戶根據(jù)提示在輸入模塊上執(zhí)行操作，視頻輸出模塊輸出透射電子顯微鏡三維模型相應(yīng)運行結(jié)果，當(dāng)用戶操作錯誤時，視頻輸出模塊與音頻輸出模塊分別給出錯誤報警提示，在用戶全部操作完成時，給出操作評價；
[0012]用戶操作輸入模塊通過控制模塊調(diào)取典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊，在典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模式下，瀏覽典型樣品測試的原始數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，學(xué)習(xí)測試數(shù)據(jù)的分析方法及過程，積累經(jīng)驗；
[0013]用戶操作輸入模塊通過控制模塊調(diào)取數(shù)據(jù)處理分析模塊，在數(shù)據(jù)處理分析模式下，用戶人工輸入樣品測試的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分析模塊將樣品數(shù)據(jù)與典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對分析，輸出分析結(jié)果。
[0014]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明涉及到以各類輸入、輸出、運算設(shè)備為運行平臺的，包括透射電子顯微鏡教學(xué)模塊、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊的，在逼真的三維虛擬環(huán)境中對透射電子顯微鏡的操作、運行及結(jié)果進行模擬的教學(xué)系統(tǒng)，并用這種教學(xué)系統(tǒng)進行透射電子顯微鏡客戶體驗、用戶培訓(xùn)及教學(xué)的方法。并用這種教學(xué)系統(tǒng)進行透射電子顯微鏡用戶培訓(xùn)、教學(xué)及客戶體驗的教學(xué)方法。與現(xiàn)在以透射電子顯微鏡實物進行用戶培訓(xùn)、教學(xué)與客戶體驗的方法相比，具有使用成本低、教學(xué)效果好、攜帶方便、使用簡單且不易因誤操作導(dǎo)致儀器損壞等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖中:1、輸入模塊；2、音頻輸出模塊；3、視頻輸出模塊；4、控制模塊；5、透射電子顯微鏡使用教學(xué)模塊；6、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊；7、數(shù)據(jù)處理分析模塊；8、電源模塊。
【具體實施方式】
[0017]該交互式透射電子顯微鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，包括有輸入模塊1、控制模塊4、透射電子顯微鏡教學(xué)模塊5、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊6、數(shù)據(jù)處理分析模塊7、電源模塊8、音頻輸出模塊2和視頻輸出模塊3 ;所述系統(tǒng)內(nèi)輸入模塊I與控制模塊連接，輸入模塊I用于輸入用戶操作信息；所述控制模塊4分別與透射電子顯微鏡教學(xué)模塊5、典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊6、數(shù)據(jù)處理分析模塊7連接，控制模塊4根據(jù)用戶輸入信息調(diào)用運行相應(yīng)模塊；所述控制模塊4與音頻輸出模塊2連接，音頻輸出模塊2輸出語音信息；所述控制模塊4與視頻輸出模塊3連接，視頻輸出模塊3輸出視頻信息；所述的透射電子顯微鏡教學(xué)模塊5包括用戶操作界面、儀器操作指導(dǎo)教程、透射電子顯微鏡三維模型及運行數(shù)據(jù)庫，用以指導(dǎo)用戶在虛擬環(huán)境下操作透射電子顯微鏡，對操作進行評價，實現(xiàn)透射電子顯微鏡使用教學(xué)，并對誤操作提出警示。
[0018]所述的典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊6包含煤、巖石、土、金屬、陶瓷和納米材料多種典型樣品測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，用以指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)測試數(shù)據(jù)的分析方法，所述典型樣品經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫模塊6與控制模塊4雙向連接。