虚拟实验是一种模拟的交互式学习环境,允许学生完成实验室实验和理论的学习,而无需进入到实验室中。从空间角度区分,虚拟实验分为二维虚拟实验和三维虚拟实验,无论是感官体验还是表现形式上,三维虚拟实验更具空间感、更立体以及具备实时交互性、沉浸感高、构想性强等优点,是近些年来的热门研究方向。在虚拟世界的实验教学可以提高实验学习者的学习效率,但在人机交互方面还依旧采用鼠标、键盘等传统人机交互方式已经无法满足新的交互需求,在实际操控虚拟实验时,特别是在控制较精细的零件模型时准确度差、交互动作有限且复杂的交互步骤会带来较高的学习成本,造成操作不便且效率低下。因此,本文采用中文语音交互方式完成对虚拟实验中仪器的选取、控制、组装等辅助性操作,对虚拟实验中的场景和虚拟仪器进行建模以及仪器之间组装等关键技术进行研究,使用装配关系图和装配序列树约束实验仪器之间的组装关系和组装顺序,提高人与虚拟实验环境交互的流畅性、准确度。除此之外,设置语义对象提供更高层的交互信息,在虚拟场景中采用装配树结构、语义信息实现以语音、文本提示和实验示意图来指导装配过程,从而有力地支持交互任务的完成,进而有效地保证实验者的学习效率。在实验仿真方面,缺乏针对实验示意图形自动生成的机制。针对不同的虚拟实验手动去绘制不同的实验示意图形变得不现实,不仅费时费力且效率低下。为此对实验中的仪器进行分类和特征分析,把常见的、独立的、成模块的形状设置为图元并构成图元库。利用图元库、装配序列、可连接节点以及装配关系信息实现自动生成最佳匹配的组合图形及实验示意图,辅助学习者加快对实验的理解,以此引导实验者的操作过程、提高操作流畅性和降低用户操作错误率。用面向对象的方法分析并解决了各个普通图元的组合问题,采用单例模式设计图元组合辅助类以及利用简单工厂模式管理所有图元类,而且通过构建虚拟实验图元库极大方便对所有图元的编辑、生成和管理,在实验示意图形生成方面具备直观、可复用性及更灵活的优势。