基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统开发

发布时间：2017-10-12 11:27

  本文关键词：基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统开发

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【摘要】：在教育过程中,尤其是在大学阶段,致力于培养学生独立学习、自主学习的能力显得越发重要。然而在当前的大学环境下,部分大学教师只满足于讲授必修的课程教材和完成本职工作,老师与学生之问的接触机会很少,极易导致学生失去学习的动力与目标,无法有效将课堂理论知识转化为深刻见解和实际能力。然而通过依托于虚拟现实、多媒体及人机交互等技术建立的虚拟仿真教学系统,学生可以通过自学,随处都可以找到不是“老师”的“老师”,并将注意力集中在现实的实际应用问题上；将虚拟仿真教学系统应用在课堂教学中,可以鼓励学生自主探索的能力,确保学生能在课堂学习中获得乐趣,展示学习过程的内在价值；虚拟仿真教学系统有利于学生实现从知识学习到动手仿真学习的跨越,真正建立了“理论授课-虚拟仿真-实验室教学”的教学体系。本文在充分调研了虚拟仿真教学研究现状的基础上,以Unity3D开发引擎和SolidWorks及3DS Max专业三维建模软件为依托,搭建了一个逼真且操作方便、具有交互功能的液压传动虚拟仿真教学系统,该虚拟仿真教学系统以建构主义为理论指导,不仅对各液压元件进行虚拟实验的仿真,还由点到面的对液压基本回路及典型液压系统进行虚拟搭建,完成了实验过程的仿真、实验结果的反馈与实验现象的模拟。本系统的主要功能是让用户采用虚拟仿真教学系统的最小单元----虚拟仪器完成液压基本回路及典型液压系统的组装,并通过点击相应的交互按钮或键盘操作,实时且自由的实现观察包括液压系统、液压回路及主要液压元件的功能,本系统还设置的专门的考核模块,使学生能够完全自主的实现自学、自考、自查、自省的目的,从而完成由点到面、循序渐进的进阶学习,更加有利于学生由浅入深的对理论知识理解与掌握。在最小的元件单元上,可以细化地控制液压元件的拆分与装配,还可实现对液压元件的任意零件部分进行缩放观察,从而有利于进一步了解液压元件的工作原理及结构组成。论文的组织结构如下所示：1.简要介绍了虚拟仿真教学系统出现的背景及特点,并简要介绍当前虚拟仿真教学系统的主要成果。2.借助Unity3D开发引擎,在其组成结构及工作原理的充分了解的前提下,总结出开发虚拟仿真教学系统的诸多优化方案,为进一步将Unity3D技术应用到虚拟教学中提供了必要的参考,最后阐述了Unity3D及虚拟仿真教学系统的发展前景。3.通过对Unity3D软件功能进行充分研究和挖掘,针对具体课题功能需求分析,设计出开发虚拟仿真教学系统的一般开发流程,并对基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统进行结构设计及功能设计。4.确定并深入研究开发虚拟仿真教学系统的关键步骤,包括模型的建立及优化、碰撞检测、界面设计及优化、脚本优化等,并严格按照开发流程最终得以实现。5.设计并实现了液压传动课程中分液压元件、基本回路及典型液压系统三个层级中的诸多虚拟仿真实验,并详细讲解了各层级所能实现的功能实现。进而对各层级中的典型案例进行分析及案例实现的论证。该虚拟仿真教学系统的不同之处在于：极大的提高了参与者的交互性与体验性,系统的交互能力良好,并及时准确反馈出与真实实验相同的表现。除此之外该系统界面简单明了,易于操作,可扩展性强,在后续的开发过程中还可增加协作仿真模式等。
【关键词】：液压传动 虚拟仿真教学系统 虚拟现实 Unity3D
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 虚拟仿真教学系统的背景及目的11-12
• 1.2 虚拟仿真教学系统的研究现状12-14
• 1.3 虚拟仿真教学系统的主要内容14-15
• 1.4 虚拟仿真教学系统的意义15-16
• 1.5 论文的主要内容16-17
• 第2章 系统相关理论及技术17-27
• 2.1 建构主义理论17-18
• 2.2 虚拟仿真教学系统18-21
• 2.2.1 虚拟仿真教学系统的主要特点18-19
• 2.2.2 基于Unity的虚拟仿真教学系统的优点19-21
• 2.3 建模软件简介21-22
• 2.3.1 SolidWorks简介21
• 2.3.2 3DS Max简介21-22
• 2.4 Unity3D技术简介22-25
• 2.4.1 Unity3D主要特征22
• 2.4.2 Unity3D体系结构和编译22-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 虚拟仿真教学系统的设计框架27-32
• 3.1 系统的开发流程27-28
• 3.1.1 3D建模27-28
• 3.1.2 交互操作28
• 3.1.3 物体渲染28
• 3.2 系统结构设计28-29
• 3.3 系统功能设计29-30
• 3.4 系统发布30
• 3.5 本章小结30-32
• 第4章 虚拟仿真教学系统的关键技术32-45
• 4.1 模型的建立与优化32-39
• 4.1.1 模型的建立32-35
• 4.1.2 模型的优化35-39
• 4.2 碰撞检测39-41
• 4.3 界面设计及优化41-43
• 4.4 脚本优化43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 系统实现与案例分析45-63
• 5.1 液压元件的分析与实现45-50
• 5.1.1 直动式溢流阀案例分析46-47
• 5.1.2 直动式溢流阀案例实现47-50
• 5.2 基本回路的分析与实现50-56
• 5.2.1 节流调速回路--进油路节流调速回路案例分析52
• 5.2.2 节流调速回路--进油路节流调速回路案例实现52-56
• 5.3 典型液压系统的分析与实现56-59
• 5.3.1 组合机床动力滑台液压系统案例分析56-57
• 5.3.2 组合机床动力滑台液压系统案例实现57-59
• 5.4 系统打包与发布59-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 论文总结63
• 6.2 论文存在的问题及前景展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 武涛;张永博;;YT4543型组合机床动力滑台液压系统的PLC改造[J];保定学院学报;2008年02期

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3 毕长飞;张宗珍;何志宁;;YT4543型机床动力滑台液压系统分析[J];流体传动与控制;2014年01期

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中国硕士学位论文全文数据库 前4条

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2 于婷;机械虚拟实验教学平台的研究与实现[D];华中科技大学;2011年

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本文编号：1018438