本文充分調(diào)研了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)上的應(yīng)用現(xiàn)狀,確定了以Unity3D作為虛擬開發(fā)引擎,使用SolidWorks和3ds Max作為場景實現(xiàn)技術(shù)支撐,在虛擬現(xiàn)實教學(xué)相關(guān)學(xué)習(xí)理論和情景認知模型的理論指導(dǎo)下,開發(fā)了流體傳動虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)構(gòu)建了具有實驗功能的虛擬實驗空間,具有交互性強、操作簡單、能在線運行等特點,用戶可使用本系統(tǒng)完成實驗認識、回路搭建、數(shù)據(jù)測試和考核評測等實驗內(nèi)容。本文主要工作如下:首先,以虛擬現(xiàn)實教學(xué)相關(guān)理論為指導(dǎo),參考國內(nèi)外虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)案例,確定本系統(tǒng)的開發(fā)功能方向和技術(shù)實現(xiàn)手段。根據(jù)軟件特點和開發(fā)需求制定了技術(shù)路線,分析了流體傳動實驗構(gòu)成和實驗內(nèi)容確定了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊。其次,研究總結(jié)了虛擬場景的渲染及優(yōu)化方案,在保證系統(tǒng)場景真實性前提下,提高模型渲染效率,比對不同優(yōu)化方法,從而提高系統(tǒng)運行流暢度。再次,在實驗功能方面,本文采用粒子系統(tǒng)實現(xiàn)了對液壓回路中難以觀察的液流狀態(tài)的模擬,通過動畫編輯和粒子設(shè)置展示液壓回路的工作狀態(tài);針對回路搭建的實驗內(nèi)容,基于Unity3D設(shè)計了一種交互式裝配方法。以本地實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實現(xiàn)了回路特性的測試實驗功能,... 

【文章來源】：中原工學(xué)院河南省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Sensorama模擬器虛擬實驗室的概念正是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的，以美國為首的發(fā)達國家在

4了醫(yī)生操作的準確性，并減少了手術(shù)時間，降低了對患者的傷害，提升了治療效果。此外，北卡羅來納大學(xué)對于虛擬仿真實驗研究的內(nèi)容還包括了建筑仿真、航空器駕駛模擬、分子建模等。圖1.2NASA開發(fā)的火星表面漫游系統(tǒng)場景美國國家航空航天局(NASA)將VR技術(shù)運用于宇航員的培訓(xùn)中，建立了國際空間站操縱訓(xùn)練、衛(wèi)星維護、航天飛行模擬等VR培訓(xùn)系統(tǒng)[6]。NASA甚至將“好奇號”火星探測器傳回的任務(wù)圖像和VR技術(shù)結(jié)合起來，用微軟公司的HoloLens設(shè)備模擬出火星表面的環(huán)境供宇航員和工程師探索。NASA開發(fā)的火星表面漫游系統(tǒng)如圖1.2所示。華盛頓大學(xué)(UW)創(chuàng)立的HITLab實驗室一直致力于VR技術(shù)的應(yīng)用研究，HITLab的研究方向主要有醫(yī)療、制造、教育和設(shè)計等。由其開發(fā)的SnowWorld系統(tǒng)建立了一個虛擬的冰雪世界用于緩解燒傷患者的疼痛，臨床試驗結(jié)果表明該治療方案效果良好。喬治梅森大學(xué)(GMU)研究出一套交互式流體虛擬仿真實驗系統(tǒng),在動態(tài)虛擬環(huán)境中模擬物理上逼真的復(fù)雜流體特性。如：船只駛過水面、攪拌液體、混合不溶性流體（如水和油）、不同顏色流體的混合，降雨和雨水在地面上的流動以及不同流體間的相互作用。這些仿真結(jié)果被用于廣告、教育、藝術(shù)和培訓(xùn)中[7]。約旦科技大學(xué)建筑學(xué)院開發(fā)了一種建筑施工虛擬仿真實驗系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于教學(xué)中，來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該系統(tǒng)能提供沉浸式和非沉浸式的虛擬現(xiàn)實體驗，為特定的建筑施工階段提供4D施工模型（三維模型和時間維度）。經(jīng)過評價調(diào)查表明該虛擬仿真實驗教學(xué)形式比傳統(tǒng)教學(xué)方法具有更好的三軸實現(xiàn)能力[8]。

10生交互，收到環(huán)境的反饋信息，經(jīng)過認知、邏輯推斷而產(chǎn)生的對未來或概念的想象[19]。虛擬現(xiàn)實搭建的虛擬環(huán)境也是設(shè)計者想象的體現(xiàn)，它既可以是真實世界的虛擬重建，也可以是設(shè)計者憑空的想象產(chǎn)物[20]。圖2.2虛擬現(xiàn)實情境認知模型劉德建等在“3I”理論的基礎(chǔ)上提出了虛擬現(xiàn)實情境認知模型，如圖2.2所示。劉德建的研究將用戶在虛擬現(xiàn)實情景中的認知分為沉浸度、認知度和交互度三個層面，每個層面又分三個水平由淺及深[21]。如沉浸度就分為：多元感知、心理沉浸、心靈交流三個水平。虛擬現(xiàn)實情景認知模型可作為虛擬現(xiàn)實教育應(yīng)用水平的評判標準，為虛擬仿真實驗系統(tǒng)的研究提供理論指導(dǎo)。2.1.2虛擬現(xiàn)實相關(guān)學(xué)習(xí)理論虛擬現(xiàn)實的教學(xué)應(yīng)用離不開相關(guān)學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)，相關(guān)學(xué)習(xí)理論主要有：建構(gòu)主義理論、自主學(xué)習(xí)理論和認知負荷理論。相關(guān)理論主要內(nèi)容如下：（1）建構(gòu)主義理論建構(gòu)主義源于認知心理學(xué)，是虛擬現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用的重要理論基矗區(qū)別于“老師主導(dǎo)，學(xué)生受教”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，建構(gòu)主義是以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，學(xué)生在特定情

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的流體傳動虛擬仿真實驗系統(tǒng)研究[J]. 安向東,李磊,劉芳,楊雷,劉陽陽.  中原工學(xué)院學(xué)報. 2020(01)
[2]Unity3D物理引擎中剛體組件在AR碰撞設(shè)計中的運用[J]. 曾貞.  信息與電腦(理論版). 2019(23)
[3]Unity3D機器人焊接焊縫自動提取及軌跡規(guī)劃與仿真[J]. 陳子健,卓勇,唐炳洋.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2019(11)
[4]基于認知負荷理論的高中生物有效教學(xué)策略研究[J]. 高維平.  中學(xué)課程資源. 2019(09)
[5]新工科背景下通信原理課程教學(xué)改革探索與實踐[J]. 趙春波,譚雪霏,徐娟娟.  教育現(xiàn)代化. 2019(71)
[6]基于VR技術(shù)的非煤礦山火災(zāi)應(yīng)急培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 洪洋,周科平,梁志鵬,胡業(yè)民.  黃金科學(xué)技術(shù). 2019(04)
[7]暴雨致澇及洪水風(fēng)險分析虛擬仿真實驗的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 鐘桂輝,劉曙光,婁廈,沈超,蔡奕.  實驗技術(shù)與管理. 2019(08)
[8]基于HoloLens的汽車主減速器虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計[J]. 吳波,陳春曉,徐勁力.  現(xiàn)代制造工程. 2019(08)
[9]采礦安全虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在采礦工程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 姜喜迪,侯運炳.  科教導(dǎo)刊(中旬刊). 2019(08)
[10]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在神經(jīng)外科研究生手術(shù)培訓(xùn)的應(yīng)用[J]. 毛錦寧,劉國棟.  科技視界. 2019(20)

碩士論文
[1]基于UNITY3D的車間生產(chǎn)系統(tǒng)虛擬仿真[D]. 王琛.山東大學(xué) 2019
[2]基于Unity3D的航空發(fā)動機虛擬現(xiàn)實設(shè)計與研究[D]. 楊姣.西華大學(xué) 2018



本文編號：3427699