Unity3D在虚拟物理实验设计中的应用.pdf

2015年11月 常熟理工学院学报（教育科学） Nov.，2015 第6 JournalofChangshuInstituteofTechnology(EducationalSciences) No.6 Unity3D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）06-0112-04 DOI:10.16101/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Unity Technologies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3Ds MAX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3Ds Max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3Ds Max或者MA⁃ ［4］ 二、虚拟三线摆试验仪的设计 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3Ds Max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DH 4601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3Ds Max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Unit