基于Unity3D的流体传动虚拟仿真实验系统开发
发布时间：2021-10-10 05:02
本文充分调研了虚拟现实技术在教育教学上的应用现状,确定了以Unity3D作为虚拟开发引擎,使用SolidWorks和3ds Max作为场景实现技术支撑,在虚拟现实教学相关学习理论和情景认知模型的理论指导下,开发了流体传动虚拟仿真实验教学系统。本系统构建了具有实验功能的虚拟实验空间,具有交互性强、操作简单、能在线运行等特点,用户可使用本系统完成实验认识、回路搭建、数据测试和考核评测等实验内容。本文主要工作如下:首先,以虚拟现实教学相关理论为指导,参考国内外虚拟仿真实验平台的建设案例,确定本系统的开发功能方向和技术实现手段。根据软件特点和开发需求制定了技术路线,分析了流体传动实验构成和实验内容确定了系统结构和功能模块。其次,研究总结了虚拟场景的渲染及优化方案,在保证系统场景真实性前提下,提高模型渲染效率,比对不同优化方法,从而提高系统运行流畅度。再次,在实验功能方面,本文采用粒子系统实现了对液压回路中难以观察的液流状态的模拟,通过动画编辑和粒子设置展示液压回路的工作状态;针对回路搭建的实验内容,基于Unity3D设计了一种交互式装配方法。以本地实验数据为基础,实现了回路特性的测试实验功能,...
【文章来源】：中原工学院河南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sensorama模拟器虚拟实验室的概念正是在虚拟现实技术的基础上提出的，以美国为首的发达国家在
4了医生操作的准确性，并减少了手术时间，降低了对患者的伤害，提升了治疗效果。此外，北卡罗来纳大学对于虚拟仿真实验研究的内容还包括了建筑仿真、航空器驾驶模拟、分子建模等。图1.2NASA开发的火星表面漫游系统场景美国国家航空航天局(NASA)将VR技术运用于宇航员的培训中，建立了国际空间站操纵训练、卫星维护、航天飞行模拟等VR培训系统[6]。NASA甚至将“好奇号”火星探测器传回的任务图像和VR技术结合起来，用微软公司的HoloLens设备模拟出火星表面的环境供宇航员和工程师探索。NASA开发的火星表面漫游系统如图1.2所示。华盛顿大学(UW)创立的HITLab实验室一直致力于VR技术的应用研究，HITLab的研究方向主要有医疗、制造、教育和设计等。由其开发的SnowWorld系统建立了一个虚拟的冰雪世界用于缓解烧伤患者的疼痛，临床试验结果表明该治疗方案效果良好。乔治梅森大学(GMU)研究出一套交互式流体虚拟仿真实验系统,在动态虚拟环境中模拟物理上逼真的复杂流体特性。如：船只驶过水面、搅拌液体、混合不溶性流体（如水和油）、不同颜色流体的混合，降雨和雨水在地面上的流动以及不同流体间的相互作用。这些仿真结果被用于广告、教育、艺术和培训中[7]。约旦科技大学建筑学院开发了一种建筑施工虚拟仿真实验系统，将虚拟现实技术用于教学中，来提升学生的学习兴趣。该系统能提供沉浸式和非沉浸式的虚拟现实体验，为特定的建筑施工阶段提供4D施工模型（三维模型和时间维度）。经过评价调查表明该虚拟仿真实验教学形式比传统教学方法具有更好的三轴实现能力[8]。
10生交互，收到环境的反馈信息，经过认知、逻辑推断而产生的对未来或概念的想象[19]。虚拟现实搭建的虚拟环境也是设计者想象的体现，它既可以是真实世界的虚拟重建，也可以是设计者凭空的想象产物[20]。图2.2虚拟现实情境认知模型刘德建等在“3I”理论的基础上提出了虚拟现实情境认知模型，如图2.2所示。刘德建的研究将用户在虚拟现实情景中的认知分为沉浸度、认知度和交互度三个层面，每个层面又分三个水平由浅及深[21]。如沉浸度就分为：多元感知、心理沉浸、心灵交流三个水平。虚拟现实情景认知模型可作为虚拟现实教育应用水平的评判标准，为虚拟仿真实验系统的研究提供理论指导。2.1.2虚拟现实相关学习理论虚拟现实的教学应用离不开相关学习理论的指导，相关学习理论主要有：建构主义理论、自主学习理论和认知负荷理论。相关理论主要内容如下：（1）建构主义理论建构主义源于认知心理学，是虚拟现实教学应用的重要理论基矗区别于“老师主导，学生受教”的传统教学模式，建构主义是以学生为中心的教学模式，学生在特定情
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实技术的流体传动虚拟仿真实验系统研究[J]. 安向东,李磊,刘芳,杨雷,刘阳阳. 中原工学院学报. 2020(01)
[2]Unity3D物理引擎中刚体组件在AR碰撞设计中的运用[J]. 曾贞. 信息与电脑(理论版). 2019(23)
[3]Unity3D机器人焊接焊缝自动提取及轨迹规划与仿真[J]. 陈子健,卓勇,唐炳洋. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
[4]基于认知负荷理论的高中生物有效教学策略研究[J]. 高维平. 中学课程资源. 2019(09)
[5]新工科背景下通信原理课程教学改革探索与实践[J]. 赵春波,谭雪霏,徐娟娟. 教育现代化. 2019(71)
[6]基于VR技术的非煤矿山火灾应急培训系统的开发[J]. 洪洋,周科平,梁志鹏,胡业民. 黄金科学技术. 2019(04)
[7]暴雨致涝及洪水风险分析虚拟仿真实验的设计与实现[J]. 钟桂辉,刘曙光,娄厦,沈超,蔡奕. 实验技术与管理. 2019(08)
[8]基于HoloLens的汽车主减速器虚拟装配系统设计[J]. 吴波,陈春晓,徐劲力. 现代制造工程. 2019(08)
[9]采矿安全虚拟仿真教学系统在采矿工程教学中的应用[J]. 姜喜迪,侯运炳. 科教导刊(中旬刊). 2019(08)
[10]虚拟现实技术在神经外科研究生手术培训的应用[J]. 毛锦宁,刘国栋. 科技视界. 2019(20)
硕士论文
[1]基于UNITY3D的车间生产系统虚拟仿真[D]. 王琛.山东大学 2019
[2]基于Unity3D的航空发动机虚拟现实设计与研究[D]. 杨姣.西华大学 2018
本文编号：3427699
【文章来源】：中原工学院河南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sensorama模拟器虚拟实验室的概念正是在虚拟现实技术的基础上提出的，以美国为首的发达国家在
4了医生操作的准确性，并减少了手术时间，降低了对患者的伤害，提升了治疗效果。此外，北卡罗来纳大学对于虚拟仿真实验研究的内容还包括了建筑仿真、航空器驾驶模拟、分子建模等。图1.2NASA开发的火星表面漫游系统场景美国国家航空航天局(NASA)将VR技术运用于宇航员的培训中，建立了国际空间站操纵训练、卫星维护、航天飞行模拟等VR培训系统[6]。NASA甚至将“好奇号”火星探测器传回的任务图像和VR技术结合起来，用微软公司的HoloLens设备模拟出火星表面的环境供宇航员和工程师探索。NASA开发的火星表面漫游系统如图1.2所示。华盛顿大学(UW)创立的HITLab实验室一直致力于VR技术的应用研究，HITLab的研究方向主要有医疗、制造、教育和设计等。由其开发的SnowWorld系统建立了一个虚拟的冰雪世界用于缓解烧伤患者的疼痛，临床试验结果表明该治疗方案效果良好。乔治梅森大学(GMU)研究出一套交互式流体虚拟仿真实验系统,在动态虚拟环境中模拟物理上逼真的复杂流体特性。如：船只驶过水面、搅拌液体、混合不溶性流体（如水和油）、不同颜色流体的混合，降雨和雨水在地面上的流动以及不同流体间的相互作用。这些仿真结果被用于广告、教育、艺术和培训中[7]。约旦科技大学建筑学院开发了一种建筑施工虚拟仿真实验系统，将虚拟现实技术用于教学中，来提升学生的学习兴趣。该系统能提供沉浸式和非沉浸式的虚拟现实体验，为特定的建筑施工阶段提供4D施工模型（三维模型和时间维度）。经过评价调查表明该虚拟仿真实验教学形式比传统教学方法具有更好的三轴实现能力[8]。
10生交互，收到环境的反馈信息，经过认知、逻辑推断而产生的对未来或概念的想象[19]。虚拟现实搭建的虚拟环境也是设计者想象的体现，它既可以是真实世界的虚拟重建，也可以是设计者凭空的想象产物[20]。图2.2虚拟现实情境认知模型刘德建等在“3I”理论的基础上提出了虚拟现实情境认知模型，如图2.2所示。刘德建的研究将用户在虚拟现实情景中的认知分为沉浸度、认知度和交互度三个层面，每个层面又分三个水平由浅及深[21]。如沉浸度就分为：多元感知、心理沉浸、心灵交流三个水平。虚拟现实情景认知模型可作为虚拟现实教育应用水平的评判标准，为虚拟仿真实验系统的研究提供理论指导。2.1.2虚拟现实相关学习理论虚拟现实的教学应用离不开相关学习理论的指导，相关学习理论主要有：建构主义理论、自主学习理论和认知负荷理论。相关理论主要内容如下：（1）建构主义理论建构主义源于认知心理学，是虚拟现实教学应用的重要理论基矗区别于“老师主导，学生受教”的传统教学模式，建构主义是以学生为中心的教学模式，学生在特定情
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实技术的流体传动虚拟仿真实验系统研究[J]. 安向东,李磊,刘芳,杨雷,刘阳阳. 中原工学院学报. 2020(01)
[2]Unity3D物理引擎中刚体组件在AR碰撞设计中的运用[J]. 曾贞. 信息与电脑(理论版). 2019(23)
[3]Unity3D机器人焊接焊缝自动提取及轨迹规划与仿真[J]. 陈子健,卓勇,唐炳洋. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
[4]基于认知负荷理论的高中生物有效教学策略研究[J]. 高维平. 中学课程资源. 2019(09)
[5]新工科背景下通信原理课程教学改革探索与实践[J]. 赵春波,谭雪霏,徐娟娟. 教育现代化. 2019(71)
[6]基于VR技术的非煤矿山火灾应急培训系统的开发[J]. 洪洋,周科平,梁志鹏,胡业民. 黄金科学技术. 2019(04)
[7]暴雨致涝及洪水风险分析虚拟仿真实验的设计与实现[J]. 钟桂辉,刘曙光,娄厦,沈超,蔡奕. 实验技术与管理. 2019(08)
[8]基于HoloLens的汽车主减速器虚拟装配系统设计[J]. 吴波,陈春晓,徐劲力. 现代制造工程. 2019(08)
[9]采矿安全虚拟仿真教学系统在采矿工程教学中的应用[J]. 姜喜迪,侯运炳. 科教导刊(中旬刊). 2019(08)
[10]虚拟现实技术在神经外科研究生手术培训的应用[J]. 毛锦宁,刘国栋. 科技视界. 2019(20)
硕士论文
[1]基于UNITY3D的车间生产系统虚拟仿真[D]. 王琛.山东大学 2019
[2]基于Unity3D的航空发动机虚拟现实设计与研究[D]. 杨姣.西华大学 2018
本文编号：3427699
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