基于Unity3D的电子电路虚拟实验室设计
发布时间：2021-09-17 07:10
虚拟现实技术（Virtual Reality,VR）作为近年来发展起来的新兴系统仿真技术,为教育教学提供了一种新的教学思路。虚拟现实技术所具有的沉浸性、交互性、创造性三大特点能够为用户营造一个具有多种交互手段,逼真且先进的虚拟实验环境,具备构建虚拟实验室的技术条件。论文主旨将虚拟现实技术与STEAM教育理念相结合,以电子电路实验学科为对象,通过VR技术等手段搭建虚拟实验平台,为学生提供一个逼真的虚拟实验场景,有助于初识电子学科的少儿更快地了解和学习电子学科知识。本论文的主要工作概括如下:（1）实验平台以STEAM教育理念为核心,将电路焊接实验与STEAM教育理念的五大核心元素相结合,按照项目教学方式设计了6个VR实验,如小夜灯、秒表等。用科学的方式帮助学生由浅入深的了解电子学科。（2）实验平台由三大功能模块组成,虚拟实验室以PC端的虚拟电路焊接实验为主;电路知识展示区采用增强现实技术辅助用户三维立体的观察,学习电子元件知识;虚拟现实实验室采用VR技术,依托VR设备帮助用户完成虚拟环境下的电子电路焊接实验。（3）虚拟实验平台采用H5语言开发,设计虚拟实验室的实验网站。其实验部分采用Uni...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学追踪系统
虚拟实验室需求分析及关键技术152.5开发平台介绍2.5.1Unity3D虚拟实验室使用Unity3D引擎作为系统开发平台。它是由英国UnityTechnologies公司开发的多平台专业游戏引擎。它可以开发和支持Mac，OS，PC，iOS，PS3，Android和其他平台游戏，并支持多人协作在线开发[16]。作为当前的主流游戏开发引擎，Unity具有出色的游戏开发系统和易于使用的界面。对于游戏开发人员而言，Unity的简单开发环境降低了软件开发门槛，并缩短了游戏开发时间。Unity操作界面如图2.7所示。图2.7Unity开发界面Unity中内置了NVIDIAPhysx物理引擎[17]，其优秀的渲染效果，能够为用户提供逼真的视觉感受，在虚拟现实环境中帮助开发者提高环境的逼真程度，增加沉浸性。Unity3D中还增加了多人网络连线，能够通过RakNet系统支持多人同时在线，为虚拟实验室的多人线上实验提供了便利。同时Unity还自带图形渲染管线，支持Directx和OpenGL图形优化技术。其内置的地形处理器还可以为开发人员轻松生成自然场景的地形效果。Unity众多的内置数据库也为虚拟实验室的开发提供了便利。2.5.23dMax虚拟实验室中的虚拟环境全部由三维模型组成，逼真的三维模型能有效的提高虚拟现实系统的真实性。本虚拟实验室使用3dMax完成3D模型的构建。3dMax是由Autodesk开发的基于PC的3D动画渲染制作软件。它是当前主流的模型制作软件，制作的模型能够与Unity3D兼容使用，它对PC系统的配置没有很高的要求。用户可以使用插件来提供3dMax最初不具备的功能，具有强大的动画设计能
虚拟实验室需求分析及关键技术16力以及可堆叠的建模步骤都极大地满足了不同用户对建模的需求[18]。虚拟电子电路焊接实验室采用3dMax为其实验室中的组件进行建模和渲染，包括实验室主体、电子元件、各式家具等。如图2.8所示为3dMax开发界面。图2.83dMax开发界面2.6硬件开发环境操作系统：Windows7及以上。CPU配置：intel奔腾3.1GHZ及以上。显卡：GTX960及以上。开发平台：Unity5.6.4。系统内存：8G及以上。系统硬盘：500G及以上。VR硬件设备：HTCVive。2.7本章小结本章详细介绍了虚拟电子电路焊接实验室的用户及功能需求，介绍了虚拟实验室电路焊接的系统框架设计，系统的总体设计方案、开发流程和具体的功能实现。描述了虚拟实验室开发中使用的关键技术，并对其关键技术进行了详细的介绍，详细说明了虚拟实验室使用的关键平台，介绍了虚拟实验室开发环境的硬件要求。下一章将论述实验室三维模型的搭建。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟技术及其在高职院校计算机教学中的应用研究[J]. 倪霞. 电子世界. 2020(04)
[2]国外STEAM教育现状及其启示[J]. 梁芳美,王运武,郑慧茵,黄春玲,龙晓婷. 中国教育信息化. 2019(18)
[3]基于STEAM理念下的旅游管理专业应用型课程课堂教学的模式构建与实践[J]. 张惠. 社科纵横. 2019(08)
[4]数字化VR在医用治疗设备维修教学中的应用[J]. 李宇红. 卫生职业教育. 2019(14)
[5]创新生态系统下美国高等教育政策的走势[J]. 袁传明. 高教探索. 2019(04)
[6]STEAM教育视角下教育技术学人才培养的思考[J]. 陈明选,苏珊. 电化教育研究. 2019(03)
[7]“学习-研究-生涯发展”导向下的初中STEAM教育课程设计研究[J]. 吴永和,常馨予,王佳雯,郭守超. 中国电化教育. 2019(02)
[8]虚拟现实技术的特点及应用[J]. 廖斯羽. 科技传播. 2018(21)
[9]AR技术构建基础教育中有意义学习的探讨[J]. 汪新平. 教育现代化. 2018(36)
[10]基于Unity3D的虚拟现实交互系统的设计与实现[J]. 魏育坤. 电子技术与软件工程. 2018(14)
博士论文
[1]曲线曲面造型中的变形方法研究与应用[D]. 周晓杰.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于unity3D的虚拟现实技术在中学物理教学中的应用研究[D]. 杨雪萍.上海师范大学 2015
[2]基于flash技术的NMR虚拟实验室的构建[D]. 赵冬利.大连理工大学 2013
[3]基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法[D]. 刘小聪.上海交通大学 2009
本文编号：3398216
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学追踪系统
虚拟实验室需求分析及关键技术152.5开发平台介绍2.5.1Unity3D虚拟实验室使用Unity3D引擎作为系统开发平台。它是由英国UnityTechnologies公司开发的多平台专业游戏引擎。它可以开发和支持Mac，OS，PC，iOS，PS3，Android和其他平台游戏，并支持多人协作在线开发[16]。作为当前的主流游戏开发引擎，Unity具有出色的游戏开发系统和易于使用的界面。对于游戏开发人员而言，Unity的简单开发环境降低了软件开发门槛，并缩短了游戏开发时间。Unity操作界面如图2.7所示。图2.7Unity开发界面Unity中内置了NVIDIAPhysx物理引擎[17]，其优秀的渲染效果，能够为用户提供逼真的视觉感受，在虚拟现实环境中帮助开发者提高环境的逼真程度，增加沉浸性。Unity3D中还增加了多人网络连线，能够通过RakNet系统支持多人同时在线，为虚拟实验室的多人线上实验提供了便利。同时Unity还自带图形渲染管线，支持Directx和OpenGL图形优化技术。其内置的地形处理器还可以为开发人员轻松生成自然场景的地形效果。Unity众多的内置数据库也为虚拟实验室的开发提供了便利。2.5.23dMax虚拟实验室中的虚拟环境全部由三维模型组成，逼真的三维模型能有效的提高虚拟现实系统的真实性。本虚拟实验室使用3dMax完成3D模型的构建。3dMax是由Autodesk开发的基于PC的3D动画渲染制作软件。它是当前主流的模型制作软件，制作的模型能够与Unity3D兼容使用，它对PC系统的配置没有很高的要求。用户可以使用插件来提供3dMax最初不具备的功能，具有强大的动画设计能
虚拟实验室需求分析及关键技术16力以及可堆叠的建模步骤都极大地满足了不同用户对建模的需求[18]。虚拟电子电路焊接实验室采用3dMax为其实验室中的组件进行建模和渲染，包括实验室主体、电子元件、各式家具等。如图2.8所示为3dMax开发界面。图2.83dMax开发界面2.6硬件开发环境操作系统：Windows7及以上。CPU配置：intel奔腾3.1GHZ及以上。显卡：GTX960及以上。开发平台：Unity5.6.4。系统内存：8G及以上。系统硬盘：500G及以上。VR硬件设备：HTCVive。2.7本章小结本章详细介绍了虚拟电子电路焊接实验室的用户及功能需求，介绍了虚拟实验室电路焊接的系统框架设计，系统的总体设计方案、开发流程和具体的功能实现。描述了虚拟实验室开发中使用的关键技术，并对其关键技术进行了详细的介绍，详细说明了虚拟实验室使用的关键平台，介绍了虚拟实验室开发环境的硬件要求。下一章将论述实验室三维模型的搭建。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟技术及其在高职院校计算机教学中的应用研究[J]. 倪霞. 电子世界. 2020(04)
[2]国外STEAM教育现状及其启示[J]. 梁芳美,王运武,郑慧茵,黄春玲,龙晓婷. 中国教育信息化. 2019(18)
[3]基于STEAM理念下的旅游管理专业应用型课程课堂教学的模式构建与实践[J]. 张惠. 社科纵横. 2019(08)
[4]数字化VR在医用治疗设备维修教学中的应用[J]. 李宇红. 卫生职业教育. 2019(14)
[5]创新生态系统下美国高等教育政策的走势[J]. 袁传明. 高教探索. 2019(04)
[6]STEAM教育视角下教育技术学人才培养的思考[J]. 陈明选,苏珊. 电化教育研究. 2019(03)
[7]“学习-研究-生涯发展”导向下的初中STEAM教育课程设计研究[J]. 吴永和,常馨予,王佳雯,郭守超. 中国电化教育. 2019(02)
[8]虚拟现实技术的特点及应用[J]. 廖斯羽. 科技传播. 2018(21)
[9]AR技术构建基础教育中有意义学习的探讨[J]. 汪新平. 教育现代化. 2018(36)
[10]基于Unity3D的虚拟现实交互系统的设计与实现[J]. 魏育坤. 电子技术与软件工程. 2018(14)
博士论文
[1]曲线曲面造型中的变形方法研究与应用[D]. 周晓杰.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于unity3D的虚拟现实技术在中学物理教学中的应用研究[D]. 杨雪萍.上海师范大学 2015
[2]基于flash技术的NMR虚拟实验室的构建[D]. 赵冬利.大连理工大学 2013
[3]基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法[D]. 刘小聪.上海交通大学 2009
本文编号：3398216
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