高校对于工科专业的教学,既需要培养学生掌握扎实的理论知识,还需要加强学生的实践能力,从而培养具有较强综合素质的创新型人才,但是高校在实践教学环节依然存在一些问题。比如,在部分学科,实验设备维护成本较高,某些实验具有高温、高危、对环境有较大污染的特点,这些都限制了实验项目在教学中的开展。并且,随着新冠疫情的爆发,线下进行实验活动容易造成人员聚集,增大疫情传播风险,也对探索新的实践教学方式提出了要求。近年来虚拟现实技术高速发展,开发工具体系日益完善,从而降低了应用开发门槛,广泛运用于军事、医疗和娱乐等领域。本文在此使用次世代游戏引擎UE4作为开发工具,设计并实现了面向教育领域的虚拟现实交互实验系统,具体工作如下:一、系统总体架构将基于C/S结构体系进行开发,包括客户端、服务端和数据库。本文将Web服务端技术和虚拟现实技术进行了结合,基于UE4引擎开发系统客户端,进行虚拟场景的构建和虚拟场景下的交互逻辑编写,通过Http协议实现与Web服务端之间的数据通信。基于Springboot框架开发Web服务端,在Web服务端实现数学模型脚本的调用和与数据库的交互,使用My SQL数据库进行数据持久化存储。二、在虚拟实验演示功能设计方面,本文将以碳纤维原丝制备过程和PID控制过程为例进行介绍,实现实验场景和实验现象的还原。利用3ds max软件进行设备建模,基于UE4引擎材质系统和粒子系统模拟实验动态效果从而更加真实还原实验场景。在系统后台实现算法的调用,使系统具备机理仿真能力,通过蓝图通信技术建立实验参数与三维模型之间的联系,由实验参数驱动三维模型,从而让虚拟实验现象能够根据实验参数的变化而实时更新。三、虚拟实验演示系统不仅能更加真实还原实验演示效果,还应当具备友好的人机交互功能从而提升用户使用体验。为此本文构建了虚拟三维场景下的基础交互功能和与Web服务端相结合的在线交互功能,具体功能包括:登录验证功能、虚拟漫游功能、设备信息展示功能、知识分享功能和实验体验在线反馈功能。综上所述,本文以C/S架构为基础进行系统搭建,将Web服务端技术运用于虚拟现实应用,从虚拟实验演示和系统交互两大方面构建了虚拟现实交互实验系统。本文设计并实现了碳纤维原丝制备过程虚拟演示实验和PID控制虚拟实验,构建了虚拟三维场景下的基础交互功能和与Web服务端相结合的在线交互功能,为面向教育领域的虚拟实验室系统开发提供借鉴和思路。