VR课堂—塔机虚拟仿真教学系统的研发及关键技术研究

发布时间：2020-06-08 21:12

【摘要】：近年来,虚拟仿真实验教学项目逐渐受到国家重视。2017年,国家大力开展“互联网+教育”,建设网络公共资源平台。次年,教育信息化2.0行动计划开启,进一步推进示范性虚拟仿真实验教学项目建设,开放国家精品在线课程。开展虚拟仿真实验教学将成为未来实验教学方向的主流,而相关虚拟仿真教学资源的开发将是重中之重。本课题以塔机虚拟仿真教学为方向,开展VR课堂版塔机虚拟仿真实验教学系统的研发。本课题研究的VR课堂-塔机虚拟仿真实验教学系统应用于高校机械类学科塔机实验教学中。教学系统内容包括塔机组成机构认知、拆卸与组装教学、塔机模拟操作及模拟考试模块。通过电子白板运行教学系统,开展塔机教学,旨在解决高校课堂中课堂互动性差,不能全方位展示模型三维结构的问题。论文介绍了该系统的教学价值,整体技术路线,并对现有虚拟仿真实验教学系统的开发流程提出改进。具体内容包括:(1)论文阐述了开发过程中应用的基于StrangeIoC的MVCS框架,对其源码进行了分析,并利用Unity3D的编辑器拓展功能优化框架的应用流程,提高项目开发效率。(2)塔机模拟考试模块中,采用对象池技术管理“道具”对象资源的,减少了对象使用过程中的内存开销。(3)项目采用XLua的热更新方案实现项目发布之后的资源更新及逻辑修改。针对项目及开发平台进行优化调试,包括合理选用引擎物理组件,提高代码质量等。(4)最后进行项目测试及电子白板一体机运行调试。项目运行效果及学生测试反馈表明,本课题的研究成果对机械类塔机教学起到了积极的作用,并对现阶段虚拟仿真教学资源的开发流程及资源更新方案具有重要借鉴意义。
【图文】：

第二章 塔机虚拟仿真教学系统的总体设计本章主要介绍塔机虚拟仿真教学系统的总体设计，包括硬件系统及程序开发平台。2.1 系统开发设计目前，高校通过建立虚拟仿真实验教学实验室开展虚拟仿真教学，采用教师课堂讲解理论知识，学生自主上机实训的模式。这种模式将理论讲解与实训分离学生难以真正理解课堂讲解的理论知识，自主实训难以发挥它真正的价值。而完全在实验室中讲课，，又受到场地限制，同一批次教授的学生数量有限，造成教学效率低[12]。该虚拟仿真教学系统的硬件系统采用超短焦立体投影仪和电容式触摸屏配合的设计方案，解决仿真教学系统的显示与交互问题。该系统可用于几十人小班课堂，将虚拟仿真教学从实验室带到了课堂。实现教师同时进行理论知识与模拟实训的教学，提高了教学效率。具体关系图，如图 2.1 所示漫游

山东建筑大学硕士学位论文7案如图 2.2 所示。图 2.2 塔机虚拟仿真教学系统技术运用图2.2 系统软件开发工具虚拟现实引擎的出现极大的提高了虚拟仿真教学项目的研发效率。本项目开发采用 Unity3D 虚拟现实引擎。在项目开发过程中，采用 3DMax 软件制作模型，包括模型网格及模型动画。采用 Photoshop 设计模型贴图及 UI 等。Unity3D 虚拟现实引擎提供了项目开发所用到的庞大且复杂的基础功能框架，包括三维渲染管理、内存管理、跨平台及诸多编辑器等，使开发者能够运用这些工具快捷、方便的进行项目开发[14]。开发流程如图 2.3 所示。DrawCall物理组件模型优化策划方案程序框架设计热更新设计关键技术研究系统优化塔机虚拟仿真教学系统StrangeIoC MVC 框架XLua、LuaAss
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.9-4;G434

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本文编号：2703659