基于虚拟现实的化工实验仿真软件开发与应用研究
发布时间：2022-11-06 10:38
实验教学在化工专业教学中占据重要地位。目前国内高校普遍遵循“课堂教学+实验教学”的传统模式,信息化程度低,教学效果有待提升。随着计算机科学和虚拟现实技术的发展,虚拟仿真软件被广泛地应用于越来越多的领域。现行的化工实验教学过程缺乏有效的教学辅助手段,且传统的教学方式已落后于信息化发展的步伐,限制了学生的学习资源和学习方式。为弥补以上欠缺,本文研发了一套化工实验虚拟仿真教学软件,具体工作如下:（1）构建了基于Unity 3D（U3D）的虚拟仿真软件开发平台。本平台继承了 U3D的可视化界面和跨平台开发的优势,并实现了使用电子表格等常用编辑文本开发,弥补了编程语言开发方法面临的门槛高、难度大、开发周期长等不足。（2）实现了面向虚拟仿真软件开发过程的关键技术。由二分法思想解决了精确碰撞检测求解;基于像素点和多图层两种技术完成了屏幕二维曲线绘制仿真;通过客户端与服务端互联通讯实现了虚拟仿真软件和云课堂的双向数据互传。（3）开发了具有高逼真度的化工实验虚拟仿真软件。对照我校本科生教学案例,开发了能模拟真实实验装备和操作过程的化工实验虚拟仿真软件。它们以“教、练、考”为核心功能,能更好地帮助学生进行...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 化工实验教学现状分析及改进方案
1.3 虚拟仿真技术研究概述
1.4 虚拟仿真软件开发环境的国内外研究现状
1.4.1 虚拟仿真软件开发环境的国内研究现状
1.4.2 虚拟仿真软件开发环境的国外研究现状
1.5 本文研究内容
2 基于U3D的虚拟仿真开发平台设计与实现
2.1 虚拟仿真开发平台的总体方案
2.1.1 需求分析及解决方案
2.1.2 开发平台总体架构设计
2.2 虚拟仿真模块化设计
2.2.1 开发平台的模块设计及其主要特点
2.2.2 虚拟仿真模块化分类设计
2.3 开放式可编辑文本技术的设计与实现
2.3.1 功能模块的调用与组合的逻辑实现
2.3.2 可编辑文本技术的实现
2.4 本章小结
3 面向虚拟仿真软件开发的关键技术
3.1 精确碰撞检测算法的设计与实现
3.1.1 U3D碰撞检测的精度和时效问题
3.1.2 二分法精确碰撞检测算法实现
3.1.3 精确碰撞检测算法实现效果
3.2 二维曲线绘制仿真技术
3.2.1 二维曲线绘制仿真技术概述
3.2.2 基于像素点的曲线绘制方法
3.2.3 基于多图层的曲线绘制方法
3.3 客户端与服务端的互联通讯
3.3.1 通讯条件和目标需求
3.3.2 MD5加密算法原理概述
3.3.3 信息出入安全校验设计与实现
3.3.4 数据通讯接口设计
3.4 本章小结
4 化工虚拟仿真实验软件开发实现
4.1 虚拟仿真软件架构设计
4.1.1 功能需求分析
4.1.2 虚拟仿真软件架构设计
4.2 前期案例采集及模型搭建
4.2.1 案例采集
4.2.2 模型搭建
4.3 虚拟仿真软件运行逻辑实现
4.3.1 基于虚拟仿真模块化的实验脚本的设计与实现
4.3.2 基于可编辑文本技术的教练考功能设计与实现
4.4 人机交互设计与实现
4.4.1 菜单交互设计
4.4.2 操作交互设计
4.4.3 基于二分法的精确碰撞检测算法的应用与实现
4.4.4 二维曲线绘制仿真技术的应用与实现
4.5 本章小结
5 化工虚拟仿真实验教学系统设计与应用
5.1 化工虚拟仿真实验教学系统设计的总体方案
5.1.1 传统化工实验教学模式及其不足之处
5.1.2 “理虚实”化工实验教学系统设计
5.1.3 两种教学模式对比
5.2 云课堂与虚拟仿真软件的数据通讯实现
5.2.1 需求分析
5.2.2 通讯加密实现
5.2.3 云课堂与虚拟仿真软件的接口设计
5.3 “理虚实”化工教学系统应用研究
5.3.1 基于“理虚实”化工实验教学系统的课堂实施方案
5.3.2 虚拟仿真教学应用研究与效果调研
5.3.3 结果评估
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用和前景[J]. 黄少华. 世界有色金属. 2018(03)
[2]航空伺服高度表半实物仿真实训平台的开发[J]. 张迪,杨涛,何光亮,杨娟. 实验技术与管理. 2018(04)
[3]虚拟仿真技术在林业机械课程教学改革中的应用[J]. 陈青,蒋雪松,许林云,周宏平. 当代教育实践与教学研究. 2018(03)
[4]应用型人才培养模式下实验教学改革的探索——以“电子技术实验”为例[J]. 沈晓波,王留留. 考试周刊. 2018(27)
[5]基于MFC和OpenGL的虚拟人体经络穴位模型实现方法[J]. 许玉龙,张佩江,王忠义,盛梦园,赵玉梅,王兵营. 计算机与现代化. 2018(03)
[6]面向虚拟环境的VR设备比较研究[J]. 李琳,王泊谦,曾睿,胡鹏. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[7]基于手势识别的虚拟实验交互系统的设计与实现[J]. 李亚骅,尹念东,陈志. 湖北工业大学学报. 2018(01)
[8]理科高校化工实验教学的思考与实践[J]. 冯红艳,徐铜文,杨伟华,高明丽. 化工高等教育. 2017(06)
[9]一种利用OpenGL实现复杂3DS模型动画实时显示方法[J]. 王晶杰,胡平平. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]基于OpenGL的交互式虚拟漫游系统开发研究[J]. 李婷婷,余庆军. 计算机技术与发展. 2018(01)
硕士论文
[1]基于虚拟现实的冲床仿真系统研究与开发[D]. 刘欢乾.浙江大学 2017
[2]基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的研究与开发[D]. 周伟.浙江大学 2017
[3]虚拟三坐标测量机仿真系统研究与开发[D]. 朱红林.浙江大学 2016
[4]船舶机舱分段装配过程的仿真研究[D]. 卢小润.集美大学 2012
[5]基于Quest 3D虚拟装配技术的研究[D]. 李磊磊.兰州理工大学 2011
[6]基于VR-Platform的中学物理虚拟实验的设计与开发[D]. 冀巧玲.山东师范大学 2011
本文编号：3703353
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 化工实验教学现状分析及改进方案
1.3 虚拟仿真技术研究概述
1.4 虚拟仿真软件开发环境的国内外研究现状
1.4.1 虚拟仿真软件开发环境的国内研究现状
1.4.2 虚拟仿真软件开发环境的国外研究现状
1.5 本文研究内容
2 基于U3D的虚拟仿真开发平台设计与实现
2.1 虚拟仿真开发平台的总体方案
2.1.1 需求分析及解决方案
2.1.2 开发平台总体架构设计
2.2 虚拟仿真模块化设计
2.2.1 开发平台的模块设计及其主要特点
2.2.2 虚拟仿真模块化分类设计
2.3 开放式可编辑文本技术的设计与实现
2.3.1 功能模块的调用与组合的逻辑实现
2.3.2 可编辑文本技术的实现
2.4 本章小结
3 面向虚拟仿真软件开发的关键技术
3.1 精确碰撞检测算法的设计与实现
3.1.1 U3D碰撞检测的精度和时效问题
3.1.2 二分法精确碰撞检测算法实现
3.1.3 精确碰撞检测算法实现效果
3.2 二维曲线绘制仿真技术
3.2.1 二维曲线绘制仿真技术概述
3.2.2 基于像素点的曲线绘制方法
3.2.3 基于多图层的曲线绘制方法
3.3 客户端与服务端的互联通讯
3.3.1 通讯条件和目标需求
3.3.2 MD5加密算法原理概述
3.3.3 信息出入安全校验设计与实现
3.3.4 数据通讯接口设计
3.4 本章小结
4 化工虚拟仿真实验软件开发实现
4.1 虚拟仿真软件架构设计
4.1.1 功能需求分析
4.1.2 虚拟仿真软件架构设计
4.2 前期案例采集及模型搭建
4.2.1 案例采集
4.2.2 模型搭建
4.3 虚拟仿真软件运行逻辑实现
4.3.1 基于虚拟仿真模块化的实验脚本的设计与实现
4.3.2 基于可编辑文本技术的教练考功能设计与实现
4.4 人机交互设计与实现
4.4.1 菜单交互设计
4.4.2 操作交互设计
4.4.3 基于二分法的精确碰撞检测算法的应用与实现
4.4.4 二维曲线绘制仿真技术的应用与实现
4.5 本章小结
5 化工虚拟仿真实验教学系统设计与应用
5.1 化工虚拟仿真实验教学系统设计的总体方案
5.1.1 传统化工实验教学模式及其不足之处
5.1.2 “理虚实”化工实验教学系统设计
5.1.3 两种教学模式对比
5.2 云课堂与虚拟仿真软件的数据通讯实现
5.2.1 需求分析
5.2.2 通讯加密实现
5.2.3 云课堂与虚拟仿真软件的接口设计
5.3 “理虚实”化工教学系统应用研究
5.3.1 基于“理虚实”化工实验教学系统的课堂实施方案
5.3.2 虚拟仿真教学应用研究与效果调研
5.3.3 结果评估
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用和前景[J]. 黄少华. 世界有色金属. 2018(03)
[2]航空伺服高度表半实物仿真实训平台的开发[J]. 张迪,杨涛,何光亮,杨娟. 实验技术与管理. 2018(04)
[3]虚拟仿真技术在林业机械课程教学改革中的应用[J]. 陈青,蒋雪松,许林云,周宏平. 当代教育实践与教学研究. 2018(03)
[4]应用型人才培养模式下实验教学改革的探索——以“电子技术实验”为例[J]. 沈晓波,王留留. 考试周刊. 2018(27)
[5]基于MFC和OpenGL的虚拟人体经络穴位模型实现方法[J]. 许玉龙,张佩江,王忠义,盛梦园,赵玉梅,王兵营. 计算机与现代化. 2018(03)
[6]面向虚拟环境的VR设备比较研究[J]. 李琳,王泊谦,曾睿,胡鹏. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[7]基于手势识别的虚拟实验交互系统的设计与实现[J]. 李亚骅,尹念东,陈志. 湖北工业大学学报. 2018(01)
[8]理科高校化工实验教学的思考与实践[J]. 冯红艳,徐铜文,杨伟华,高明丽. 化工高等教育. 2017(06)
[9]一种利用OpenGL实现复杂3DS模型动画实时显示方法[J]. 王晶杰,胡平平. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]基于OpenGL的交互式虚拟漫游系统开发研究[J]. 李婷婷,余庆军. 计算机技术与发展. 2018(01)
硕士论文
[1]基于虚拟现实的冲床仿真系统研究与开发[D]. 刘欢乾.浙江大学 2017
[2]基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的研究与开发[D]. 周伟.浙江大学 2017
[3]虚拟三坐标测量机仿真系统研究与开发[D]. 朱红林.浙江大学 2016
[4]船舶机舱分段装配过程的仿真研究[D]. 卢小润.集美大学 2012
[5]基于Quest 3D虚拟装配技术的研究[D]. 李磊磊.兰州理工大学 2011
[6]基于VR-Platform的中学物理虚拟实验的设计与开发[D]. 冀巧玲.山东师范大学 2011
本文编号：3703353
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3703353.html
