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

1、虛擬現(xiàn)實技術作為一門高新技術已經(jīng)被廣泛地應用于各個領域，在教育領域，虛擬實驗室大力推進了遠程教育、網(wǎng)絡多人協(xié)同作業(yè)等新型技術的快速發(fā)展。高效毛細管電泳是當代分析化學中最具活力的前沿研究領域之一，它的儀器結構復雜，實驗預處理耗時長，儀器維護維修麻煩，毛細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)學理論模型非常復雜。因此，構建毛細管電泳虛擬實驗室具備重要的價值與意義。但是，構建過程中涉及到理論模型構建、程序設計與優(yōu)化、理論模型

2、與程序之間的算法轉換以及實驗操作經(jīng)驗知識，對開發(fā)者的綜合能力提出了更高的要求。而且將包含具體實驗過程的高沉浸感、高交互的三維虛擬實驗室與工作站譜圖模擬結合起來的研究尚未見報道?；谝陨显颍疚囊悦毠茈娪緸檠芯繉ο箝_發(fā)了這款軟件。
　　由于影響毛細管電泳理論模型的微觀因素多，如毛細管管壁的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)有的理論基礎在虛擬實驗室中模擬毛細管電泳實時動態(tài)出峰難度高。于是本文基于現(xiàn)有的毛細管

3、區(qū)帶電泳理論，提取相關影響因素如溫度、電壓、pH、進樣壓力以及進樣時間，通過整合與優(yōu)化，完成了理論模型預測，包括毛細管電泳出峰時間模型、半峰寬與出峰時間關系模型以及進樣壓力和進樣時間與峰面積關系模型，進而通過理論模型與程序之間的算法轉換編寫了模擬出峰程序，在此基礎上開發(fā)了功能強大的毛細管電泳工作站，實現(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。將模擬出峰結果與現(xiàn)實實驗結果進行對比后表明:在一

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