Unity3D在虚拟物理实验设计中的应用

《Unity3D在虚拟物理实验设计中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年11月常熟理工学院学报（教育科学）Nov.，2015第6JournalofChangshuInstituteofTechnology(EducationalSciences)No.6Unity3D在虚拟物理实验设计中的应用汪昭，魏江，徐文娟（常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟215500）摘要：以三线摆为例，介绍了使用Unity3D技术设计虚拟物理实验的主要过程和方法。总结了Unity3D技术优缺点以及其技术前景。关键词：Unity3D；虚拟物理实验；三线摆中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1008-2794（2015）06-0112-04DOI:10.

2、16101/j.cnki.cn32-1749/z.2015.06.032力较差的设备上应用。一、引言基于以上几点要求，我们选择了Unity3D作为开伴随着高等教育事业发展，大学物理实验公共平发平台。Unity3D是一套由UnityTechnologies公司台扩大，实验种类、数量、仪器数目、参与实验的人次开发的三维开发引擎。最常用在游戏的开发和虚拟［5］［6］数均有大幅度增加。在平台发展过程中，由于条件限社区的设计，三维计算模拟系统等。除了上述优制，学生难以随时接触到实验仪器。在有限的实验时点外，Unity3D还具有以下优点：第一、支持javascript，间中，学生也容易因不熟悉而损

3、坏实验仪器。建立虚C#，BOO语言的开发扩展；第二、有很多插件，可大大拟仿真物理实验室，可以较好地解决上述矛盾。国内提高开发效率；第三、可以很好地支持3DsMAX或外许多大学在很早就开始虚拟实验室的研发，以满足MAYA等建模软件的输出格式，包括三维模型、骨骼［1-3］教学需要。随着计算机硬件水平的提升和软件技动画等，最后，非商业用途，Unity3D有免费版可供学术的发展，三维虚拟实验室的开发难度有所降低，而习使用。仿真度和交互性则不断进步。以下以三线摆为例，具体介绍使用3DsMax和虚拟实验设计通常将开发过程分成建模和交互Unity3D开发过程。性设计两个部分。建模可以使用3DsMax

4、或者MA⁃二、虚拟三线摆试验仪的设计［4］YA，也可以使用VRML等语言直接代码编程。交互性设计平台包括Virtools、Unity3D、虚幻引擎等3D引（一）运用3DsMax建模擎，也可以使用MATLAB等软件对模型进行控制。本校实验室采用的是DH4601型的转动惯量实我们挑选交互设计平台要满足如下要求：第一、验仪。在3DsMax中，我们按照采集的实际数据，建以3D模型为基础，可进行多角度自由观测；第二、具立了三线摆模型：备良好的人机交互性，可进行实际操作；第三、具备网如图1，（1）为三线摆实物照片，（2）为使用3Ds络交互功能，可实现数据的上传下载；第四、较好的扩Max建立的三线摆

5、模型。模型没有绘制基座与圆盘展性和虚拟仪器的复用性；第五、平台可移植性，可以间的三条连接线，该部分会在Unity3D中绘制。方便地扩展到IOS，Android等平台，并适应触摸屏的（二）用Unity3D设计三线摆虚拟实验操作。第六、系统运行要求低，效率高，可以在硬件能1.三线摆虚拟实验设计的功能设计收稿日期：2014-09-10基金项目：常熟理工学院教改立项项目“大学物理实验虚拟仿真技术研究”（CITJGGN201328）作者简介：汪昭(1982—)，男，江苏常熟人，实验师，硕士，主要研究方向为计算机辅助教学，混沌理论。112法绘制出直线。第一条直线绘制好后，应用同样的组件，改变夹角θ

6、即可绘制出另外两条直线。如图2所示为添加连接线后的三线摆。3.三线摆交互的实现Unity3D有大量的官方或第三方插件辅助开发。在我们的设计过程中选用了playmaker和DaikonForge这两款插件，前者主要用于系统的控制和交互，后者用来设计了计时器。Playmaker的特点是使用状态机控制物体动画流程，使后台程序实现可视化。不仅可以大大减少代码开发的负担，也使程序流程更加清晰易读。（1）（2）首先实现三线摆摆动的控制。这部分交互的主图1三线摆实物图与三线摆计算机3D模型的对比要功能，即通过上盘的滑动手势，触发下盘的摆动。为了表述方便，以下我们将系统可操作的部分，上盘的状态机如图3

7、（1）所示。当有屏幕输入即三线摆上部可绕中心轴转动的圆盘及其附件统称时，状态机检测进入DraggedOrNot状态，在这一状态为上盘，将下部摆动主体部分称为下盘。另有一个外中，状态机检测上盘鼠标是否在上盘中有拖拽的行置附件圆环，简称圆环。为，如果没有，则回到等待状态。若存在拖拽行为，则经过分析，虚拟试验仪应具有以下功能：第一、上进入Dragging状态。Dragging状态的action有两个，盘转过一个角度，静止的下盘开始摆动。第二、可以第一