1、 基于有限狀態(tài)自動機(jī)的移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)研究 劉冬爽張文輝Summary 移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)課程的制作過程可以看成有限狀態(tài)自動機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。利用有限狀態(tài)自動機(jī)的思想，基于移動端虛擬實驗研究現(xiàn)狀，設(shè)計移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)原型，優(yōu)化移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)中課程實現(xiàn)的過程，提出一種快速生成和批量化生產(chǎn)培訓(xùn)課程的方法。Key 虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)；有限狀態(tài)自動機(jī)；移動端：TP391.9 ：B：1671-489X（2016）08-0022-041 引言隨著市場競爭的日益激烈，企業(yè)對人力資源的培訓(xùn)和重視程度也日益增長。當(dāng)前對很多的工業(yè)企業(yè)而言，培訓(xùn)費(fèi)用占據(jù)了公司經(jīng)營費(fèi)用很大的比例，特別是在培訓(xùn)維

2、修的設(shè)備非常昂貴的情況下，因為培訓(xùn)學(xué)員操作不熟練造成設(shè)備損壞的情況時有發(fā)生，這些都增加了工業(yè)企業(yè)的培訓(xùn)代價和費(fèi)用，傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的局限制約了企業(yè)所期望達(dá)到的培訓(xùn)質(zhì)量，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的需求。如今的虛擬仿真實驗培訓(xùn)已經(jīng)能夠解決這種問題，但是課程的內(nèi)容不具可拓展性，現(xiàn)代技術(shù)的日新月異，設(shè)備更新速度不斷增長，當(dāng)企業(yè)計劃更新設(shè)備時，就必須由技術(shù)人員將整個課程重新設(shè)計開發(fā)一次，這就造成培訓(xùn)費(fèi)用和成本的上升。而且隨著成人學(xué)習(xí)的特征越來越明顯，出現(xiàn)一種新的數(shù)字化學(xué)習(xí)手段移動學(xué)習(xí)，其便捷性、時效性、移動性的特點適合在企業(yè)培訓(xùn)中開展。有限狀態(tài)自動機(jī)（FSM，F(xiàn)inite State Machine）作為一種計

3、算模型，目的在于研究有限的計算過程或運(yùn)行過程。有限狀態(tài)自動機(jī)可以看作一個有限數(shù)量狀態(tài)的集合，其中每個狀態(tài)可以通過輸入操作來遷移到零個或多個其他狀態(tài)，具體的遷移目標(biāo)狀態(tài)由輸入操作決定。本文研究這種計算模型如何應(yīng)用于移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)中。2 移動端虛擬仿真實驗的研究現(xiàn)狀麻省理工學(xué)院的電子工程和計算機(jī)科學(xué)系是最早開始虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的院系，早在1988年，該系的教授Jess A.del Alamo就創(chuàng)立了微電子在線實驗室（Micro-electronics Web Lab），用于電路設(shè)計和微電子學(xué)課程的實驗教學(xué)。在2010年，實驗室實現(xiàn)通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制來進(jìn)行實驗的功能。北京亞泰盛世科技發(fā)展有限公

4、司開發(fā)的Nobook虛擬實驗室是專門針對初、高中教學(xué)實驗環(huán)節(jié)量身定做研發(fā)的教學(xué)實驗軟件，經(jīng)典實驗板塊內(nèi)容和全國初、高中教學(xué)實驗教材對接，采用高仿真技術(shù)，利用動態(tài)實驗設(shè)備模型來完整再現(xiàn)實驗操作流程。它除了可以在常規(guī)的PC端進(jìn)行安裝外，還可以在移動端安裝，變身成為會移動的實驗室，能夠隨時隨地實驗，對于學(xué)習(xí)者來說意義重大，有著傳統(tǒng)實驗無法比擬的功能優(yōu)勢和內(nèi)容優(yōu)勢。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的移動端虛擬實驗，更多地是通過FLEX技術(shù)編寫，在apk包中內(nèi)嵌插件來實現(xiàn)的，可拓展性不強(qiáng)。而HTML5的興起，它可以進(jìn)行跨平臺的使用。本項目依托HTML5的優(yōu)勢來開發(fā)，同時基于有限狀態(tài)自動機(jī)思想，研究一種可以在移動端快速

5、生成和批量化生產(chǎn)培訓(xùn)課程的方法。3 移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計理念基于有限狀態(tài)自動機(jī)理論，在制作一個設(shè)備的仿真操作實驗時，不去關(guān)注目標(biāo)設(shè)備內(nèi)在的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理，只需要把該設(shè)備可操作的過程完整遍歷并記錄下來，然后根據(jù)其外在表現(xiàn)形式的變化將整個實驗過程分解為一個個的狀態(tài)，單個的狀態(tài)在觸發(fā)某種形式的操作時發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)移（即跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)）。觸發(fā)某個狀態(tài)涉及該狀態(tài)的熱區(qū)，各個狀態(tài)的熱區(qū)位置的確定是通過JS代碼獲取，同時把獲取到的熱區(qū)位置同圖片路徑一起存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，各個設(shè)備圖片的路徑和其對應(yīng)的熱區(qū)位置組成狀態(tài)熱區(qū)表；所有狀態(tài)與狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)，以及跳轉(zhuǎn)觸發(fā)條件，組合成一個設(shè)備完整的操

6、作過程，記錄整個狀態(tài)間跳轉(zhuǎn)關(guān)系的表就是該實驗的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表；記錄每個狀態(tài)詳細(xì)表現(xiàn)形式的表即為狀態(tài)表。有了狀態(tài)表、狀態(tài)熱區(qū)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，在企業(yè)更新設(shè)備需要對員工進(jìn)行培訓(xùn)的時候，不再需要技術(shù)人員重新完整地開發(fā)一門新的課程，只需培訓(xùn)教師提供各個狀態(tài)的表現(xiàn)形式以及各個狀態(tài)的觸發(fā)熱區(qū)，把這些形式和熱區(qū)添加到數(shù)據(jù)庫，就可以自動生成一門新的課程。虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的核心設(shè)計理念是放棄對設(shè)備內(nèi)部邏輯的研究，直接根據(jù)其外部狀態(tài)轉(zhuǎn)移來仿真對設(shè)備的操作。在這種狀態(tài)下，當(dāng)企業(yè)更新設(shè)備時，只要知道它的狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯關(guān)系，就可以較為快捷地生成新的課程。為了達(dá)到這樣一個目的，應(yīng)該開發(fā)出一套工具包，使任何一個對設(shè)備熟悉的人，可以

7、不必了解本虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點，而是根據(jù)工具包提供的模板和流程，分別輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系、各狀態(tài)的表現(xiàn)形式（照片、軟件截屏等）、各狀態(tài)的觸發(fā)熱區(qū)。當(dāng)該工具包得到一個新設(shè)備的這些屬性后，就在系統(tǒng)中自動添加和修改數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息，從而在培訓(xùn)課程上新增加一個設(shè)備的培訓(xùn)內(nèi)容。該工具包應(yīng)該包括狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)熱區(qū)表（用于抓取各個狀態(tài)的熱區(qū)位置）。移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的原型設(shè)計 Axure RP是為原型設(shè)計打造的一款專業(yè)軟件，作為專業(yè)的原型設(shè)計工具，它能快速、高效地創(chuàng)建原型。本系統(tǒng)的原型設(shè)計是基于虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)的理念，以及在移動端顯示的特點，利用Axure工具進(jìn)行設(shè)計的，原型框架如圖1所示

8、。基于本培訓(xùn)系統(tǒng)的特點，設(shè)置在手機(jī)端橫屏展示。左側(cè)為仿真操作區(qū)，學(xué)習(xí)者通過對各個狀態(tài)熱區(qū)的點觸、拖拽、長按等在移動端進(jìn)行所需要的操作，能夠給用戶以真實的體驗。右側(cè)為提示操作區(qū)。基于本系統(tǒng)是用于工企業(yè)的培訓(xùn)，在移動端進(jìn)行仿真操作的過程一般不需要教師的參與，在這里對每一步的操作給予提示，這樣能夠保證培訓(xùn)的順利進(jìn)行。同時在右側(cè)添加兩個按紐硬件連接練習(xí)和軟件仿真操作。對于工企業(yè)等培訓(xùn)行業(yè)新的課程不僅涉及硬件的連接，同時會有軟件的操作，基于人機(jī)交互優(yōu)化和界面設(shè)計美觀的考慮，放置兩個按鈕來對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行切換。這樣既能保證學(xué)習(xí)者對自己不熟練的部分進(jìn)行反復(fù)的練習(xí)，又能保證整個課程實現(xiàn)的優(yōu)化。4 移動端虛擬實務(wù)

9、培訓(xùn)系統(tǒng)中課程實現(xiàn)的過程移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)中課程實現(xiàn)技術(shù)分析 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照層次化的思路設(shè)計，將整個系統(tǒng)的架構(gòu)分為資源層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層和客戶端，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，基于有限狀態(tài)自動機(jī)的思想，實現(xiàn)課程的快速開發(fā)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的愈演愈熱，出現(xiàn)一種新的數(shù)字化學(xué)習(xí)手段移動學(xué)習(xí)，其便捷性、時效性、移動性的特點適合在企業(yè)培訓(xùn)中開展。本系統(tǒng)客戶端定位于移動端的開發(fā)，符合時代的特色。移動端虛擬實務(wù)系統(tǒng)作為PC端實驗的補(bǔ)充和部分替代，不僅符合成人學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征，同時有教學(xué)理論的支撐。表現(xiàn)層用JSP+HTML5+CSS3+JS技術(shù)，在頁面布局時，HTML對元素進(jìn)行排版定義，CSS對展示的元素

10、進(jìn)行樣式的定義，再通過JavaScript實現(xiàn)相應(yīng)的效果和交互。JSP技術(shù)是在傳統(tǒng)的HTML代碼中加入Java程序片段和JSP標(biāo)記，從而形成JSP文件，用來實現(xiàn)網(wǎng)頁中的動態(tài)部分功能。隨著HTML5技術(shù)發(fā)展日趨成熟，利用HTML5技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā)已成為必然趨勢。同時HTML5開發(fā)周期短，開發(fā)成本低，跨平臺性強(qiáng)，比如開發(fā)一款應(yīng)用，可以很輕易地將它移植到uc開放平臺、Facebook應(yīng)用平臺，甚至可以通過封裝的技術(shù)發(fā)放到App Store上。業(yè)務(wù)層使用了Servlet（ServerApplet），是用Java編寫的服務(wù)器端程序。其主要功能在于交互式地瀏覽和修改數(shù)據(jù)，生成動態(tài)Web內(nèi)容。數(shù)據(jù)訪問層JD

11、BC（Java Data Base Connectivity，Java數(shù)據(jù)庫連接）是一種用于執(zhí)行SQL語句的Java API，可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問，它由一組用Java語言編寫的類和接口組成。資源層MySQL是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由瑞典MySQL AB公司開發(fā)，目前屬于Oracle旗下公司。MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在Web應(yīng)用方面是最好的RDBMS（關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）應(yīng)用軟件之一。開發(fā)工具使用Eclipse+AppCan。移動應(yīng)用開發(fā)平臺AppCan，采用HTML5標(biāo)準(zhǔn)作為開發(fā)語言，支持跨平臺移動應(yīng)用開發(fā)，提供移動應(yīng)用管理與運(yùn)行控制云服務(wù)，實現(xiàn)對移動應(yīng)用全生

12、命周期（Full Life Cycle）的支持和管理。本系統(tǒng)設(shè)計初衷是使用HTML5進(jìn)行移動端的開發(fā)，正好符合AppCan開發(fā)平臺的特點，因此選擇AppCan開發(fā)平臺作為適應(yīng)移動端的工具。移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)中課程實現(xiàn)的優(yōu)化 基于有限狀態(tài)自動機(jī)思想，當(dāng)需要開發(fā)一門新的培訓(xùn)課程時，首先需要把整個課程的過程分解為一個個的表現(xiàn)形式定義為狀態(tài)，表現(xiàn)形式之間的轉(zhuǎn)移定義為跳轉(zhuǎn)，表現(xiàn)形式之間的跳轉(zhuǎn)逐個填充進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，再把記錄有該實驗過程的所有狀態(tài)、各個狀態(tài)可以觸發(fā)的熱區(qū)（通過JS函數(shù)定位獲取的方法）和狀態(tài)轉(zhuǎn)移表存入數(shù)據(jù)庫，然后對照狀態(tài)轉(zhuǎn)移表的跳轉(zhuǎn)關(guān)系，通過點觸、拖拽、長按等交互操作來觸發(fā)狀態(tài)熱區(qū)，實現(xiàn)各

13、個狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)。通過上述過程，優(yōu)化了移動端虛擬實務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)課程的實現(xiàn)過程。5 有限狀態(tài)自動機(jī)思想的應(yīng)用及快速生成課程的研究快速生成一門課程，需要開發(fā)出一套工具包，已經(jīng)提到該工具包應(yīng)該包括狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)熱區(qū)表（主要用于抓取各個狀態(tài)的熱區(qū)位置）。狀態(tài)表 圖3所示狀態(tài)表中給出狀態(tài)編號（主鍵）、仿真操作區(qū)圖片編號、提示區(qū)內(nèi)容。狀態(tài)編號作為該狀態(tài)的唯一標(biāo)識，其字段的設(shè)置均為描述該狀態(tài)而服務(wù)；仿真操作區(qū)圖片編號表示該狀態(tài)下手機(jī)仿真操作區(qū)中需要顯示的視圖編號；提示區(qū)內(nèi)容對不同顯示給予不同的提示效果。每個區(qū)的命名均符合規(guī)則，同時屏幕上的仿真操作區(qū)和提示區(qū)一一對應(yīng)起來，相輔相成，較好地呈現(xiàn)課程。狀態(tài)轉(zhuǎn)

14、移表 圖4所示狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中給出當(dāng)前狀態(tài)編號、下一狀態(tài)編號、觸發(fā)條件名稱、觸發(fā)條件編碼。狀態(tài)轉(zhuǎn)移表存儲狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)關(guān)系，存儲了當(dāng)前狀態(tài)在給出操作條件下可以跳轉(zhuǎn)到的下一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移關(guān)系。當(dāng)前狀態(tài)編號作為一次跳轉(zhuǎn)的出發(fā)狀態(tài)，用狀態(tài)序號來標(biāo)識；下一狀態(tài)是一次跳轉(zhuǎn)的結(jié)束狀態(tài)，此處也用狀態(tài)序號來標(biāo)識；觸發(fā)條件名稱，對狀態(tài)跳轉(zhuǎn)類型的轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行描述，方便對不同跳轉(zhuǎn)進(jìn)行輔助顯示；觸發(fā)條件編碼，該字段定義觸發(fā)每一次跳轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移條件的簡單標(biāo)識。各個狀態(tài)中熱區(qū)的處理 圖5所示狀態(tài)熱區(qū)表截圖給出圖片編號（主鍵）、圖片熱區(qū)位置、圖片路徑、圖片名稱。圖片編號對應(yīng)狀態(tài)表中仿真區(qū)圖片編號，是各個狀態(tài)圖片的展示；各個狀態(tài)都有自己的觸發(fā)熱區(qū)，就形成狀態(tài)熱區(qū)的位置，熱區(qū)位置是通過一段Js代碼來獲取的；圖片存于服務(wù)器，在數(shù)據(jù)庫中存放圖片的路徑，代碼中通過URL來讀取圖片，該表給出圖片的路徑；圖片名稱是對所存圖片給予命名，以便于區(qū)分。通過對代碼的理解能夠得出獲取熱區(qū)的原理：通過點觸拖動計算出當(dāng)前熱