基于MATLAB的远程课件设计

兰铜杰

（桂林师范高等专科学校网络与教育技术中心，广西 桂林 541001）

基于MATLAB的远程课件设计

兰铜杰

（桂林师范高等专科学校网络与教育技术中心，广西 桂林 541001）

以国际上流行的MATLAB为平台，对MATLAB的客户-服务的运行模式进行研究。在对MATLAB Web Server及Apache Web Server进行学习、安装及配置的基础上，结合编写M-files文件与html模板文档（包括输入输出模板），完成了一个具有函数作图功能的多媒体课件，合理地将MATLAB的核心技术Web Server和M-files编码运用于网络编程（html语言）中，通过交互式动态网页成功实现了对多种曲面的造型生成。

MATLAB Web Server；Apache；远程课件

一、概述

MATLAB广泛应用于自动控制、数学计算、信号分析、计算机技术、图像信号处理、财务分析、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语音处理和雷达工程等各行各业。［1］目前，利用MATLAB的Web开发的远程课件技术尚在初始阶段，在教学活动中的实际运用相当贫乏。MATLAB不仅拥有强大的绘图功能，更具备优越的Web功能，既可以制作丰富的多媒体课件，又可以实现网络远程的交互控制。可见，利用MATLAB来制作远程课件将更为方便、有效、可行。

二、Web设计

（一）基本原理

基于MATLAB的远程课件工作原理如图1所示。

图1 MATLAB Web Server工作原理

由图可知，浏览器用户通过html页面访问httpd服务器，申请访问matweb代理服务器，该请求重新定向到matlabserver进行处理，最后传送至MATLAB。MATLAB根据参数调用相应的M-files函数，［2］生成图片或计算结果，图片直接可通过httpd服务返回，而数据将以“原路”返回，图片及数据都以html页面形式显示。

（二）关键技术

关键技术是实现基于MATLAB的远程课件控制技术的主要程序。分为以下三点：

1．Web的开发。这是该项技术的关键所在。对MATLAB Web Server的配置及对httpd的配置是完成Web开发应用的必需条件。由于开发该项目所需人员及硬件资源相对简易，这里选用了简单模式，即一台计算机安装MATLAB Web Server与Apache Web Server。因此，在技术上相对复杂模式要求低一些。

2．M-files编码。这是该项技术的难点。要表现丰富的课件内容，又要能实现对的输入输出调用，就必须对MATLAB语言和命令函数有一定的掌握，才能正确编写MATLAB Web Server程序的M文件。另外，还必须了解对M-files编辑器的使用。

3．Html模板。要实现人机交互，除了掌握MATLAB语言，还必须有一定的html基本知识，否则无法写出输入输出模板文件。

三、基于MATLAB 的远程课件设计

（一）MATLAB Web Server的安装制作基于MATLAB的远程课件，首先必须构建MATLAB Web Server及网络浏览服务器（这里使用Apache Web Server），然后才能编写有关课件功能内容的M-file文件及有关课件界面的html模板。所以，下面将先对MATLAB Web Server与Apache Web Server的安装及配置进行说明，这些程序都是课件编程的必需条件。

MATLAB的安装十分简单，在此不需详细介绍。安装完成后，必须对MATLAB Web Server进行配置，系统要提供WWW服务，就必须搭建一个httpd服务器。本文中使用的是Apache Web Server，它是一个开放源代码的软件，代码精简高效，配置更为方便灵活，是世界上用量最大的httpd服务器。

（二）Apache Web Server的配置

1.安装与配置Apache

安装过程中，需要设置服务器信息，程序会提示输入主机的域名、主机名和管理员的E-mail，域名可使用计算机IP替代，而主机名同样填入自己的计算机IP。下一步，选择完全安装，通常安装在默认目录C：Program Files。实际上，它还会在下面建立一个子目录Apache。为了避免路径名过长，建议将安装目录改为E：。

安装Apache之后，一个名为“Apache/1.3.2（Win32）”的服务已经在系统服务列表中。

在目录E：Apachehtdocs找到index.html.en文件，更改为index.html，其中E：Apachehtdocs即WWW服务的根目录，index.html为默认首页，在IE浏览器中键入：http：//localhost，浏览器就会出现Apache的测试界面。如果结果不正常，说明安装过程出现了问题，需要重新安装。

安装完成之后，还应该对Apache进行一系列的设置，如各种模板的添加、端口号修改、目录属性的设置、IP访问限制等，以增强其安全性。这些设置基本上是通过修改这个文件实现：

E：Apacheconfhttpd.conf

2.设置执行CGI权限

MATLAB Web Server的工作由CGI程序完成，［3］为了在Apache服务中调用CGI，需要设置cgi-bin的特定权限，首先在httpd.conf文件中找到如下代码：

关键是把第三行代码改为：Options ExecCGI，然后就能在E：Apachecgi-bin目录下运行cgi程序。

3.设置icons目录

MATLAB Web服务将会生成图像，必须建一个icons目录来保存。同时，课件生成的运算图像也存储在此目录。在Apache服务中，icons被别名alias的方式映射到E：/Apache/icons/，执行代码同样在httpd.conf文件中：Alias/icons/"E：/Apache/icons/"，随后有该目录的权限设置。

根据MATLAB Web服务使用指南的推荐写法，将icons映射到web的根目录，就是上文提到的E：Apachehtdocs，Apache的配置文件路径已用“/”分隔为子目录。

在原代码前写入“#”将其注释，在末行增加新的别名映射Alias/icons/"E：/Apache/htdocs/"

程序访问http：//192.168.1.8/icons/course.jpg时，实际上是在访问：http：//192.168.1.8/htdocs/course.jpg

配置文件httpd.conf修改之后，必须重新启动Apache才能生效。

（三）配置MATLAB Web Server

1.系统配置文件

系统配置文件的内容只有两个字符：-m 1

此参数允许在同一时间的MATLAB应用程序运行。默认为1，这个数值越大，服务器承受的负载就越大。

2.应用程序信息

Web Server的配置文件为：%MATLAB% oolbox w ebserverwsdemos目录下的matweb.conf

Web Server的CGI程序为：%MATLAB% oolbox webserverwsdemos目录下的matweb.exe

将matweb.conf与matweb.exe复制到E：Apachecgibin。为了能够运行演示程序，将wsdemos目录下的其他文件全部复制到E：Apachehtdocs目录。然后对matweb. conf进行修改，根据本文的技术要求，部分配置如下：

到这里，就可以通过互联网访问MATLAB Web Server的演示程序，以便检验制作步骤的正确性。

（四）运行MATLAB Web Server的演示程序

打开浏览器，在地址栏上输入服务器的地址，回车后，会看到MATLAB Web Server演示程序的页面。如图2所示。

图2 MATLAB Web Server的演示程序

以第二个链接为例，单击Peaks Plot，进入Peaks Plot Generator页面，单击Generator Plot按钮，页面效果如图3所示。

必须注意，运行MATLAB Web Server演示程序，是测试MATLAB Web Server与Apache Web Server的配置是否正确、连接是否正常的必须步骤。这是完成整个Web的开发及实现基于MATLAB的远程课件制作技术的第一个重要程序。

（五）课件编程

1.概述

当MATLAB Web Server演示程序运行成功时，便意味着可以真正开始进行远程课件的开发。课件功能的实现是对MATLAB Web Server进行编程，而课件的界面则是对html编码进行设计。

它们分别是html输入页面模板、html输出页面模板、MATLAB应用程序模板和调试用的MATLAB应用程序模板。

2.编写课件界面

课件的输入界面，通过HTML（超文本标记语言）来实现。主要是两个功能，第一个是通过HTML形式接收浏览器用户的数据输入；第二个是设置专门的标志，用户请求重新定向到MATLAB Web服务代理，实现方法与普通的CGI程序调用方法相同。这里加入了一些页面格式控制代码，如页面的语言编码、页面题头，还有字体控制等。下面是主要代码（文件名：courseware1.html）。

图3 MATLAB Web Server的演示程序：PeaksPlot

<！—添加MATLAB应用程序的输入变量，变量名为func。其中value值可以根据需要自己定义-->

3.MATLAB应用的设置

MATLAB Web应用的设置，实际上是设置ATLAB Web的服务代理，每增加一个MATLAB Web应用需要在配置文件matweb.conf中添加。上面的HTML表单中，命名M文件的值为

courseware，故在matweb.conf中添加以下代码：

其中mlserver=192.168.1.8指向MATLAB Web服务器的IP地址，而MATLAB的工作目录在下面一行设置。

4.课件功能的开发

对MATLAB应用程序开发，实现多媒体课件功能，主要包括三个方面：

（1）接收html表单的输入数据；

（2）调用MATLAB内置科学计算或绘制的各种功能；

（3）计算结果和所生成图像输出到HTML页面，将结果返回用户。

带有图形输出应用的M文件一般要进行下述几步工作：

设置路径－>清除过时图形文件－>获取输入－>分析计算－>保存图形到文件－>把图形文件设置为输出html文档模板文件的一个图像元素的连接。

实现的主要代码如下（应用函数名为：courseware.m）：

5.课件输出界面的开发

前面介绍的课件功能程序中，结果的输出部分调用了课件结果输出的html模板courseware2.html，下面是该文件的关键代码，标记“$......$”的部分中包含了变量值，在MATLAB程序中通过htmlrep函数，将输出结构中的相应变量值进行更换。

6.测试运行

在浏览器地址栏中输入：http：//192.168.1.15/course ware1.html，回车确定后可得显示效果，如图4所示。用户在函数式空白处填写任意XY函数式如-x-y，然后点击“提交”按钮，便可得到该函数式的三维图形，并于页面下方显示。如图5所示。

下面改变输入的XY函数式，分别填入：-x^3-y^2和x^2*exp（-x^2-y^2），依次进行计算绘图。

具体得到的图形分别如图6、图7所示。

图4 课件演示

图5 演示效果一

图6 演示效果二

图7 演示效果三

演示结果显示，基于MATLAB的远程课件测试运行成功。

四、结语

MATLAB的Web开发是一项可持续发展的研究技术，现在的课题只是其应用的一个部分而已。该技术在制作上存在着一定程度的缺陷，所以在此提出一些改进的必要讨论。该课件提供多种输入方式，允许用户根据需要编辑函数式。编辑函数式的规则，是关于XY乘除加减初等或高等函数表达式。对于输入一些坐标定位类多数据，课件不能接受并会出现错误。这是一个需要改进的最大之处。改进之后，该课件便具备更优秀的多种作图功能，其不仅可以运用于教学活动中，也可以在工程绘图中发挥必要作用。

［1］张志涌.精通MATLAB6.5版［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.

［2］阮沈勇，王永利，桑群芳.MATLAB程序设计［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［3］何强，何英.MATLAB扩展编程［M］.北京：清华大学出版社，2002.

Design of Remote Courseware Based on MATLAB

Lan Tongjie

（Network Center of Guilin Normal College，Guilin，Guangxi 541001，China）

This paper takes popular international MATLAB as a platform，and conducts the research to the MATLAB customer-service movement pattern.In carrying on the study，the installment and the disposition of MATLAB Web Server and Apache Web Server，the author compiles the M-files document and the html template documents，completes a multimedia courseware with the function of mapping，reasonably applies the main core technology of MATLAB，the CGI procedure and the M-files code，to the network programming（the html language）so as to realize many kinds of curved surface modeling through the interactive dynamic homepage.

MATLAB Web Server；Apache；remote courseware

TP393

A

1001-7070（2016）05-0137-05

（责任编辑：杨建香）

2016-07-03

兰铜杰（1982-），男，广西马山人，桂林师范高等专科学校网络与教育技术中心助理工程师，主要研究方向为网络工程。