基于Unity3D虚拟仿真实验的研究

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基于Unity3D虚拟仿真实验的研究

摘要：有些教学实验由于投入经费大，场地占用大，维护费用高等因素，从而限制了一些实验普及推广。通过虚拟仿真实验，以直观生动的3D 虚拟现实技术展示抽象的教学内容，同时增加学生动手的机会，提高学生操作的熟练程度，不但可以进一步提高和完善实验教学，而且大大地降低各类实验费用，可以实现单人单机实验操作，实现仿真实验与大型设备的虚实互补，同时解决了设备昂贵和台套数受限问题，提升了学生独立实践操作能力。

关键词：虚拟仿真；实验教学；人机交互；Unity3D 1.引言

基于Uni ty3D 的虚拟现实技术广泛应用在信息服务和教育等方面。特别是在教育上，其潜在意义在于突破了基于WWW的教学模型，建立更自然、更真实的虚拟教育环境。在这种环境中学生可以以浏览探索的方式汲取知识，如进入虚拟太空学习天文知识、利用虚拟地球学习地理知识、穿过历史长廊与历史人物交流、进入分子世界游历化学殿堂等等，这些曾经是梦想中的学习方式都可以逐步实现。虚拟仿真实验应用于教学是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学生通过自主学习知识、技能的新型学习方式。虚拟仿真实验能够为学生提供生动、逼真的学习环境，从而加速和巩固学生学习知识的过程。

2.Unity3D虚拟仿真实验的实现

2.1 实验设备、实验仪器三维数字模型创建和相关实验动画制作

通过3DMax、Maya 等建模软件进行相关教学实验设备仪器的创建以及相关动画制作，然后输出为fbx格式文件，再导入到Uni ty3D 编辑器中进行整合定位，最后进行交互编程。通过对常见的实验设备进行分类创建，最终形成实验教学平台，为相关专业教学提供虚拟三维可视模型。

2.2虚拟仿真实验平台的实现

首先通过对Unity3D 引擎本身架构及工作原理进行深入的分析和研究，尤其是其中一些关键性技术实现机理，如动画控制、各种触发器、碰撞器、数据库技术、网络通讯原理、脚本控制技术等，来实现实验的微观原理过程展示和动画预览。

其次对Unity3D 与网页交互机理进行深入的分析和研究，了解两者间的通讯机制，为实现人机交互打下坚实的基础。从建模软件导入到Unity3D 中的实验设备仪器等三维模型，根据不同实验原理进行分类管理，根据正确的实验操作步骤进行虚拟仿真实验，实现人机交互虚拟仿真实验。

3.光刻工艺虚拟仿真实验平台的实现

在该虚拟仿真化学实验平台中，操作者需要对实验步骤熟悉并掌握。当用户在虚拟场景中用鼠标点击实验开始按钮时，只有当用户进行了正确的操作后，系统才会做出正确响应，并提示下一步操作过程，以此类推完成整个实验。如果中间实验环节出错，系统会有智能提示，直到正确为止。实验可以反复操作，从而达到强化训练目的。


4 结语

本项目把虚拟仿真实验和控制模块界面嵌入同一个页面，实现在人参与下的交互性较强的虚拟仿真实验平台，为相关专业学生提供一个虚拟仿真教学平台，实现场景中对象的动态交互行为，也就是按一定的实验步骤进行实验操作，从而使得整个实验过程具有逻辑合理性和可控制性。虚拟仿真实验，可以让学生进行主要工艺环节的仿真操作实验，对不同制备工艺环节进行沉浸式交互实验，再通过对实际工程自动化生产线的虚实互补，完成项目实训。虚拟仿真实验解决了实验场地、仪器经费、仪器维护和台套数受限等问题，提升了学生独立操作实践的能力，在教学中具有一定的实用价值。 参考文献：

[1] 谷冰．基于计算机虚拟仿真实验平台研究［J］．无线互联科技，2020，17（03），123-124

[2] 王莹．计算机虚拟仿真实验平台的设计及实现[J].北京印刷学院学报，2017（7）：147-149.

项目介绍：市科技局课题；项目名称：基于Unity3D的虚拟仿真实验的研究；项目编号：1911ZG016

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