基于Unity的计量实验教学虚拟仿真系统关键技术研究

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计量仪器是计量学的重要组成部分,在电气专业的众多实验中都需用到,但是随着高校学生不断增多,计量仪器短缺、实验课时短等问题也逐渐凸显出来,这导致实验教学无法普及到每一名学生,学习效果不佳。针对以上不足,以计量仪器为仿真对象,结合虚拟现实技术开发了计量实验教学虚拟仿真系统。主要研究内容如下:(1)通过分析计量仪器的结构、工作原理等核心内容,结合虚拟现实技术在实验教学方面的研究现状,对计量实验教学虚拟仿真系统进行需求分析,证明了系统具备可行性,并提出了系统设计原则和技术开发路线。(2)采用多边形建模、材质建模、纹理映射等技术,在3ds Max中完成了对螺旋测微器、绝缘电阻表、百分表、游标卡尺等模型的创建,利用模型UV展开和Photoshop软件完成模型贴图材质的制作,通过基于二次误差度量的三角形折叠算法对模型进行优化处理,减少资源占用,达到提升系统运行速度的目的。(3)通过灯光布置、视频关键帧制作、VRay渲染等技术,在3ds Max中渲染输出视频序列帧,利用非线性编辑技术对音频、渲染序列帧等资源进行整合,实现计量仪器工作原理、实验步骤等实验内容的三维视频制作,达到节约实验过程时间、提升实验效率的目的。(4)通过Unity引擎、多细节层次、面向对象程序设计、My SQL数据库等技术,结合基于混合包围盒算法的碰撞检测技术,开发了系统的结构组成、实验教学、实验模拟、理论考核等模块,达到了实验内容丰富、实验操作简单、系统可扩展性强的目的。该系统集结构组成、视频教学、实验模拟、理论考核功能于一体,具有实验过程安全、操作界面友好等优点,克服了传统实验教学过程中的不足,对学生的学习积极性和效率有很大程度上的提高,具有良好的应用前景和推广价值。图58幅,表11个,参考文献71篇。
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