实验教学是生物学教育教学工作的重要环节,利用虚拟现实技术所开发的虚拟实验可以解决当前实际实验教学难开展、耗资源、低安全性等问题。在当前的生物虚拟实验应用中,多数虚拟实验主要通过视觉感知来实现系统的沉浸感和真实性,缺少了嗅觉呈现内容。嗅觉是人类认知事物的重要感知通道,气味也是生物实验中材料和实验结果的重要特征,此内容的缺失直接影响了生物虚拟实验沉浸感的提升和用户的学习效果。论文针对以上问题,研究了嗅觉呈现技术及其应用,提出适用于生物虚拟实验的嗅觉呈现方案,包括气味发生方案与相关装置的开发以及对应的嗅觉驱动模块的设计。文章最后还构建了生物虚拟实验进行验证,证明文中所提嗅觉呈现方案的有效性。论文的主要研究工作如下:(1)分析生物虚拟实验的嗅觉需求、人体嗅觉产生原理以及嗅觉呈现技术的现状,提出一种适用于生物虚拟实验的嗅觉呈现方案。并对方案内的气味发生装置和软件驱动模块的功能需求进行必要讨论。(2)提出一种以气味数据文件为核心的嗅觉软件驱动方法,以此方法完成对软件驱动模块的业务逻辑设计,并提出一种嗅觉补偿概念。该软件驱动方法既可实现与硬件装置的通讯来驱动真实气味,也可在真实气味缺乏时调用嗅觉补偿功能。(3)研制一种基于超声波雾化片雾化原理的外置式气味发生装置,装置支持存放和散发8种气味。完成对该装置的功能设计、结构设计、评估以及测试,并根据不同场地需求提出一种小型化的优化方案。(4)提出一种基于电热丝雾化原理的佩戴式气味发生装置,此装置支持存放和散发6种气味。完成对该装置的功能设计、结构设计、评估和测试,满足散发烟味等特殊气味需求。(5)开发两个VR生物虚拟仿真实验原型系统以及利用一个AR场景对上述嗅觉呈现技术进行验证。通过邀请实验者体验对应的生物虚拟实验,记录并分析对应的实验数据和体验效果的评价。验证和评估气味发生装置及整个嗅觉呈现方案的实用性。