虚拟仿真实验教学
◆ 虚拟仿真实验教学特点与原则
1. 坚持“能实不虚，虚实结合”宗旨
海洋科学的虚拟仿真不同于其他学科，具有非常强的现势性，必须体现虚拟世界于真实世界的映射关系。海洋科学虚拟仿真必须建立在大量的野外实习、野外观测于真实性检验的基础上，充分体现“能实不虚，虚实结合”的建设原则。经过多年的发展，中心已经建成了学生创新性开放实验室，以及海水养殖、海洋保护生物学、河口水利、安徽巢湖地质实习等野外教学基地等，积累了大量的实习数据，基于南海海洋生物技术国家工程研究中心、河口水利技术国家地方联合工程实验室、广东省海洋资源与近岸工程重点实验室、水产品安全教育部重点实验室、海洋微生物功能分子广东高校重点实验室、海洋石油勘探开发广东高校重点实验室、海洋生物资源与环境珠海市重点实验室等资源，利用双频动态RTK、声学多普勒剖面流速仪、温盐剖面仪、声学多普勒波浪仪、声学多普勒点式流速仪、全站仪、水准仪等先进仪器设备获取了大量野外实地观测与真实性检验数据，为海洋科学虚拟仿真提供了坚实的数据基础。
2. 融合虚拟仿真技术与数值模拟技术
数值模拟，作为海洋科学研究的重要手段，利用电子计算机，结合有限元或有限容积的概念，可以通过数值计算和图像显示的方法，对海洋的物理特征实现模拟和再现。随着虚拟现实、互联网、大数据、云计算等新兴技术的迅猛发展，中心将数值模拟技术融合到虚拟仿真中，建设了海洋科学虚拟仿真平台，以鲜明的多维可视化、动态互交、实时计算等技术特色，对抽象、不可再现或者难以表达的海洋现象及过程，展开数字仿真模拟、动态监测。虚拟仿真技术融合数值模拟技术，为海洋科学人才培养提供了新型的虚拟教学平台。通过构建高度仿真的海洋虚拟实验环境和实验对象，中心开发了珠江河口虚拟仿真模拟、近海赤潮虚拟仿真模拟、GeoSeisInsight三维可视化体解释、能量方程实验等虚拟仿真实验教学项目，引导学生在数字环境下深入学习与探索海洋环境的时空分布、动态演化规律、掌握海洋科学数据采集、转换、集成、建模、分析的过程，增进学生的创新思维、实践动手与科学研究能力，培养具有海洋科学观的综合性创新人才。
3. 强调“校企联合，协同创新”原则
当今海洋科学技术发展的大科学特征越来越明显，从单一学科向多学科交叉融合的趋势发展也十分显著。新奥门31999积极推动校企合作，与中国石油勘探研究院、中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司等联合，实现了地震处理解释一体化软件GeoEast以及新一代测井软件CIFLog在海洋地质教学中的应用，建立了应用地球物理虚拟仿真实验室；在自主构建的南海海洋数值模型基础上，借助IT公司在虚拟仿真开发技术优势，研发出具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台。“协同创新”是新奥门31999创立的宗旨和长期坚持的办学传统，其要义就是要促进产、学、研、用等多主体间的深度整合、紧密融合，集中优势力量联合攻关，通过全面开放、深度合作，实现价值创造，并提升创新型人才培养能力。新奥门31999牵头组建的南海资源开发与保护2011协同创新中心，2014年被认定为国家级协同创新中心培育项目和广东省协同创新中心，2015年被批准为珠海市协同创新中心，2016年中期绩效检查评估为“良好”。
◆ 虚拟仿真实验教学效果（典型实验项目）
1. 珠江河口虚拟仿真模拟
针对海洋科学专业学生，配合《数值分析与计算方法》、《计算流体力学》、《海洋环境监测与评价》及野外认识性实习开发的虚拟实验项目，实验项目模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境。并要求地形与真实地形数据库一致，地形需符合珠江入海口流域不少于100km的地形地貌特征。
（1）实验目的：通过“飞行、大桥、河网”各种视角的珠江口虚拟仿真模拟，展示珠江入海口地形，流场及盐度规律，并可模拟现实测量流速、盐度、水位等信息的过程，并实现图形化展示。
（2）实验过程与效果：
1）通过漫游视角，概览珠江河口的流场，盐度的规律
珠江口自动漫游 珠江口盐度动态地图
2）规划漫游路线进行浏览
规划漫游路线 设置漫游速度
3）通过飞行视角、港珠澳大桥、河网全景视角认识珠江口水域
飞行视角 大桥视角 河网视角
4）放置测量点，观察流速、盐度和水位信息等动态信息，曲线展示
放置测量点 测量水位
2. 近海赤潮虚拟仿真模拟
（1）实验目的：通过三维影像模拟，学生可以从不同视角观察近海赤潮的分布规律。学习和了解赤潮在近海的分布特点
（2）实验过程与效果：水上近海赤潮分布，水下视角观察赤潮移动
水上观察赤潮分布 水下视角观察赤潮移动
3. 港珠澳大桥模拟
（1）实验目的：通过三维影像模拟，使学生了解港珠澳大桥模型及流场在大桥附近的分布规律。
（2）实验过程与效果：
1）港珠澳大桥自动浏览
2）三维显示港珠澳大桥模型
3）观察港珠澳大桥附近流场分布规律
4）局部放大，显示桥墩附近的局部漩涡区
港珠澳大桥自动浏览 三维显示港珠澳大桥模型
港珠澳大桥附近流场分布规律 桥墩附近的局部漩涡区
4. 工区解释的主要层位的构造等T0图、速度图、构造图的制作
应用地球物理的教学基本采用虚拟仿真教学为主，主要通过GeoEast地震解释系统实现对应用地球物理知识点的学习、理解与应用。
（1）实验目的：理解地震解释的工区概念，并学习制作工区中某个地层（通常指标志层）的构造图、速度图等，分析地层的构造特征。
（2）实验过程与效果：
1）在Basemap上将选取其中一个强轴，解释其层位；
2）打开Geomapping，选取GridsàGrindding，将在basemap上解释好的层位网格化，输出文件为zsl03.grid；再选取Contours-->Contouring，将zsl03.grid等值线化，输出文件为zsl03.grid.con，即为解释层位的等T0图；
3）导入解释层位的速度文件zsl03.velo.sca，选取GridsàGridding，将速度文件网格化，输出文件为zsl03.velo.sca.grid；再选取ContoursàContouring，将zsl03.velo.sca.grid等直线化，输出文件为zsl03.velo.sca.grid.con，即为解释层位的速度图；
4）选取GridsàCalculating，导入上述被网格化的文件zsl03.grid时间图）和zsl03.velo.sca.grid（速度图），利用公式s=v*t，算出解释层位的埋深，输出文件为zsl03.velo.sca.grid.cal；再将其等值线化，输出文件为zsl.velo.sca.grid.cal.con，即为解释层位深度构造图；
单层位构造解释等T0图 层位速度等值线图 层位解释等深度构造图
5. 能量方程实验
流体力学实验以经典的仪器操作测量实验方式为主，但在实验过程
中往往会出现实验仪器、场地或者课时不足的情况，影响学生学习效果。并且通过纸质的课本进行实验预习或在课堂上听老师讲解仪器结构，对于仪器结构相对复杂的实验而言效果有限，导致学生在真正进行实验时验效率较低。针对上述问题，我院流体力学实验教学采用仪器操作为主，网络教学为辅的方式，引进浙江大学水利实验室研制的工程流体力学实验CAI平台，使学生可以在课前登录平台进行实验操作及实验原理的预习，实验之后也可登录进行复习。
（1）实验目的：熟悉流体力学实验中经典的能量方程实验的实验仪器、使用方法、实验原理及实验过程。
（2）实验过程与效果：
1）登录工程流体力学实验CAI平台，选择进入“能量方程”实验模块。
2）点击实验原理，观看实验原理及操作流程视频。
3）学习完成后进入操作指南模块，学习该实验操作步骤，并在下方虚拟仪器界面进行虚拟实验操作。分别进行流量调节、流量测量、测压管水头自动读取与记录等操作。
4）最后进行成果分析和习题讨论。
实验原理操作流程 流量调节与测量
