ACM通信
协同虚拟设计环境
探索和设计分子的共享虚拟环境
科学空间项目旨在为从小学到大学早期的科学教育设计和评估沉浸式虚拟环境(参见www.vmasc.odu.edu/vetl/html/ScienceSpace/Sciencepace.html和www.virtual.gmu.edu)。鲍林世界是科学空间项目的一部分，处理分子显示和操纵。PaulingWorld区别于其他ScienceSpace应用程序的一个特性是，两个或多个远程用户可以共享PaulingWorld，并协作完成理解复杂分子结构的任务。
在PaulingWorld中，用户用一个图标来表示，这个图标传达了用户的身份、位置和状态(也就是说，用户是否控制了分子的方向和表示)。因此，当用户移动和/或练习控制分子结构的兴趣，图标将作出相应的反应。用户使用附加在虚拟手上的菜单系统来执行应用程序提供的选项。菜单项的选择是通过连接到用户另一只虚拟手的射线，并通过按下与用户虚拟手相关联的类似鼠标的设备上的一个按钮来完成的。用户还可以通过菜单系统在虚拟环境中导航，或者使用跟踪设备在应用程序执行期间监控用户的头部和手部位置。
在虚拟环境中，PaulingWorld允许用户从任何观点和许多单一或混合表示中检查小分子和大分子的结构。菜单系统用于改变表示形式。分子可以被表示为我们熟悉的球棍形式，如范德瓦尔斯的球，编码棒，主干，或替代重复结构的图标。图1用范德瓦尔斯球表示一个分子图2将分子显示为取代重复结构的图标。
为了支持各种分子的快速检测，结构数据可以使用蛋白质数据库格式直接读取。这种格式的结构数据可以在Web上广泛使用。因此，用户可以在几分钟内开始与虚拟世界中的一个新的分子结构进行交互。
当使用它的分布式模式时，PaulingWorld支持在同一虚拟环境中多个用户之间的分子结构的协作可视化。协作的参与者可以通过他们的图标表示在虚拟环境中看到对方。PaulingWorld使用分布式数据库方法来管理和维护虚拟环境中使用的模型。每个站点保留分布式虚拟环境(DVE)中使用的所有模型的副本。因此，只有状态更改信息必须传播给所有参与者，以便同步DVE。一个用户对该用户虚拟环境中的对象执行的任何转换或翻译都会传播给所有其他用户。由于状态变化信息主要传输给用户，因此维护整个DVE所需的带宽要求不是很高。
除了状态变化数据，应用程序还必须传输和处理允许传输虚拟菜单的信息(参见图3)。这是通过应用程序进程启动和维护每个用户站点的用户应用程序进程之间的无连接套接字连接来完成的。这种连接还需要最小的带宽，因为用户应用程序进程之间只传输一个字符来影响菜单传输。
在德克萨斯州的休斯顿和弗吉尼亚州的诺福克之间进行了实验，以确定用户和共享虚拟菜单的图标表示的效用。休斯顿的受试者与诺福克训练有素的研究生互动，并在鲍林世界内进行一系列规定的操作。前问卷和后问卷被用来从受试者获得反馈，以及对他们的行动、完成任务的时间和错误的客观测量。这些实验的结果表明，用户对它们的表示感到满意，发现它们足以用于协作活动，并且能够轻松地交换对菜单的控制。此外，我们还研究了3D和2D部件在操纵分子结构方面的可用性。使用后的调查显示，用户对3D小工具的偏好显著增加。
要证明像PaulingWorld这样的共享虚拟环境的教育效果，还有很多工作要做。这里报告的研究为环境的设计以及用户与环境的交互提供了指导。
©2001 acm 0002-0782/01/1200 $5.00
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