摘要:本文在對計算機硬件組裝虛擬試驗系統設計構思進行概述的基礎上，採用交互、逼真、易懂、實用的設計原則，對設計的流程及結構進行闡述，並對系統的應用功能等進行簡單介紹。
關鍵詞:計算機;硬件組裝;虛擬現實技術;設計;應用
受高校計算機教學中，硬件設備的不完善及更新速度慢等因素的影響，計算機硬件組裝與維護教學與計算機硬件的實際發展速度不匹配，對學生的實際操作需求難以滿足，因此，有必要在高校計算機教學中，藉助計算機硬件組裝虛擬實驗系統，對教學過程中相關的硬件組裝問題利用多種技術方法進行輔助演示，學生通過對演示方法直觀的進行觀看和學習，其操作能力會進一步得到提高。本文主要藉助3D技術、網絡技術，對高校計算機硬件教學通過構建虛擬平臺，爲學生提供更好的學習途徑，虛擬系統的操作簡單，適應性較強，在實際教學中發揮了重要的作用。
一、系統設計構思
(一)功能介紹
基於教材內容，本文所涉及的虛擬實驗系統按照課程內容由淺入深、循序漸進對學習環境進行虛擬，在學習過程中，學生可以從不同的角度對計算機相關硬件模型利用3D技術進行觀看和瀏覽，在具體操作中，對硬件參數及性能的優化配置，讓學生可虛擬操作計算機各個部件的拆卸安裝等操作。學生在操作過程中如果與到計算機硬件組裝中的常見問題或故障時，系統會自動給出解決問題的方法，學生可根據系統提示對錯誤位置快速做出判斷，並按照系統提示繼續進行操作。
(二)設計原則
實用性是計算機硬件組裝虛擬實驗系統設計中的首要原則，要能夠確保學生在學習過程中有效的利用，對系統的安全、逼真、易用、共享、交互及擴展等性能要充分進行考慮。安全性指的是對用戶操作系統的權限進行控制，並對數據增加備份的功能，避免學生操作過程中誤操作導致數據丟失;逼真性指的是系統在操作過程中與實際操作非常相似，對計算機硬件可以藉助3D技術構建對應的模型，學生在學習中可以融入到虛擬的實驗場景中進行操作;易用性是爲方便學生對系統容易瞭解，且便於學生操作，能夠讓學生依據教材逐漸對系統熟練操作;共享性指的是師生之間、學生之間在學習的過程中，可以通過網絡平臺實現學習信息的傳輸與交流，彼此可對信息進行共享，可通過遠程方式使學生之間進行交流，方便教師進行指導;交互性是指用戶與系統之間通過各種傳輸裝置，如鍵盤、鼠標等進行交互，提高了人機交流的效果，同時可藉助觸摸屏、手柄等與設備進行和諧的交互;擴展性是指，該系統中的硬件模型隨着計算機硬件技術的發展，能夠方便的加入更多新的硬件元素，藉助系統擴展性能，學生能夠對更多新的技術有所瞭解，在計算機硬件技術的發展中學習更多的前沿技術。
(三)運行環境搭建
採用Quest3D技術作爲本文設計的計算機硬件組裝虛擬實驗系統的開發工具，建模採用Sketchup軟件與3DMAX軟件，採用MySql數據庫進行數據存儲。
二、計算機硬件組裝虛擬實驗系統設計
(一)系統結構設計
對該系統設計的時候，系統結構應用C/S架構，包含系統服務器、數據庫、用戶和共享網絡，共享網絡將這幾部分連接在一起。首先，構建虛擬實驗系統，在服務器端藉助Quest3D軟件完成，實現對用戶操作數據進行存儲的目的;通過QuestViewer，用戶在客戶端對硬件組裝虛擬應用程序進行執行，從而對計算機硬件組裝的三維模擬瀏覽、演示及操作執行完成;對於共享網絡而言，有兩種選擇，一種是可應用互聯網，另一種是可構建機房局域網。此外，系統可以對數據庫的最新數據進行下載，具有更新功能，對參數、型號等虛擬硬件進行更新。
(二)系統設計流程
在對該系統進行流程設計的時候，主要依據的是計算機硬件組裝教材的具體內容，對學生的實際需求進行分析，進行人機交互設計及性能測試、虛擬硬件模型設計及動畫製作，完成系統流程設計。需要注意的是，在對需求進行分析的過程中，要將教學大綱及學生學習的特點結合在內，先對系統的功能模塊詳細確定，對系統各種功能與權限合理的進行劃分;在設計相關硬件的接口、模型及參數的時候，對3DWarehouse等模型庫內已經存儲的現成硬件模型直接進行調用，減少了不必要的系統開發時間，有效的提高了系統開發的`效率;在對一些現有模型進行修改的設計或需要細緻處理的模型設計中，可以使用Sketchup工具來完成，具有較好的操作便捷性，此外，對模型也可以採用3DMAX軟件重新制作，再使用Deepexploration軟件對製作好的初始模型進行後續優化處理，使模型的參數、精度與現實硬件產品更加的統一;利用Quest3D軟件進行虛擬現實，建立人機交互硬件組裝場景，對人與系統的交互功能進行設計與完成。所有流程設計完成以後，對系統功能進行綜合測試，測試中對發現的問題進行改進與完善。
(三)系統模塊設計
按照計算機硬件組裝虛擬實驗系統的功能與架構進行分析，可以將系統模塊劃分爲多個子模塊，包含理論知識、技能訓練與系統管理幾個部分。首先，在線管硬件理論知識的學習中，該模塊藉助圖片、文字等說明形式爲學生提供了大量的硬件知識，通過對該模塊的操作，學生從客戶端對任意硬件模型從多個角度進行瀏覽，在模型既定位置，鼠標移動到該位置後，會將該部分硬件的信息參數顯示出來，並匹配相應的文字說明。該模塊的主要功能在提高學生的理論知識學習水平，對計算機模型加強瀏覽。其次，技能訓練模塊，在該模塊中，更重要的是將人機互動的模式體現了出來，系統中包含有圖片、視頻等元素，學生可在該模塊中實現虛擬實驗計算機硬件的組裝與匹配等，並且系統可根據學生的實際操作情況將最優的選擇和匹配結果給出來，讓學生進行查看。最後，系統管理模塊，管理模塊主要的作用就是對系統各構成部分進行有效的管理，針對的是系統的安全運行、用戶操作及系統功能進行管理，管理人員對登陸系統的用戶可進行增加或刪除等措施，及時對硬件模型進行更新，對系統中的各種數據可以進行備份，並且具有監控的功能，確保的系統的安全運行。
三、計算機硬件組裝虛擬實驗系統的實現
(一)交互界面的實現
在系統交互界面中，系統以導航欄的方式能夠讓用戶對系統菜單內的各種功能快速熟悉，在系統界面的頂部設計快捷菜單，顯示模式採用隱形樹形結構，主界面頂部顯示一級分類，二級分類隱藏在一級分類中，三級分類隱藏在二級分類中，將一級分類用鼠標點擊一下，即可將二級分類菜單拉出，如果二級分類中標有“◢”符號，則表明該項中包含三級分類，對該符號用鼠標點擊一次，即可將三級分類中的項目拉出。用戶用鼠標點擊各項功能時，主畫面區顯示硬件3S圖像，通過鼠標、鍵盤對主畫面區顯示的3D硬件圖可進行放大或縮小、翻轉、移動等操作，學生可對硬件的細節部分清楚的查看，並可通過視頻的形式進行觀看硬件組裝中遇到的一些問題，提高學習的效果。
(二)主功能實現
系統中，用戶登錄模塊的功能非常重要，該模塊主要採用Quest3D中的DBValue、DBQuery等連接信道，與數據庫內用戶信息進行匹配和確認後才能進入到系統中;然後，在操作界面中，動畫試驗功能則是在虛擬環境下系統可以採用動畫的形式將學生對硬件的操作與組裝情況進行觀察，該功能的實現需要調用Quest3D中的信道來實現;對硬件組裝用戶在進行虛擬練習的功能中主要通過Quest3D中的setvalue、expressionvalue及userinput節點實現;如果遇到新硬件，系統可將該硬件的參數、圖片添加到系統中，然後將該硬件的數據存儲的模型數據庫內。
(三)故障排除與交互實現
在實際教學應用中，學生在計算機硬件組裝虛擬實驗系統中具體操作的過程中，如果存在誤操作，系統會彈出錯誤提示，如:學生對計算機硬件組裝完成以後，進行模擬開機的時候，彈出開機錯誤，顯示聲卡錯誤、顯卡錯誤或內存條錯誤等信息。該功能也採用樹形結構實現，並且將相應的節點加入其中，可幫助學生快速識別故障位置，任一節點如果安裝不正確，計算機虛擬開機則無法完成，並彈出提示框讓學生對故障進行查找。
四、結語
在計算機組裝學習中，以虛擬的形式將計算機硬件組裝實驗提供給學生，可降低高校計算機硬件投入的成本，同時也能夠降低學生操作的風險，學生的學習興趣也能得到提升。在對計算機硬件組裝虛擬實驗系統進行設計與研究中，本文主要應用了各種數據庫等軟件，與教材內容結合，構建計算機硬件實體3D模型，通過虛擬環境的建立，使學生在計算機硬件組裝中的實際操作能力得到提高，對於計算機硬件課程教學意義深遠。