基于Unity3D的化学虚拟实验系统的设计与实现.docxVIP

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基于Unity3D的化学虚拟实验系统的设计与实现

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叶诗慧

摘要：针对高中化学实验操作条件有限、危险性大、实验教学内容深度广度不够等问题，结合Unity3D技术设计开发一套应用于高中化学实验教学的虚拟实验系统。参照高中化学实验大纲的要求，将虚拟实验系统划分为三大功能模块：实验演示模块、三维操作模块、操作考试模块。其中关键技术采用粒子系统特效技术、模型贴图纹理处理技术、视频调用技术、人物漫游技术以及碰撞检测技术，并且通过3个功能模块对学习者进行虚拟实验操作训练，多通道、多角度提高学习者的手脑协作能力，进而激发学习者的学习兴趣。

关键词：Unity3D;化学学习;虚拟实验

中图分类号：TP311

文献标志码：A

DesignandImplementationofChemicalVirtual

ExperimentSystemBasedonUnity3D

YEShihui

（SchoolofComputerandInformationTechnology，NortheasternPetroleumUniversity，Daqing163318，China）

Abstract：Aimingattheproblemssuchaslimitedoperationconditions，highriskandinsufficientdepthandbreadthofexperimentalteachingcontents，thispaperdesignsanddevelopsavirtualexperimentalsystemappliedinhighschoolchemistryexperimentalteachingbycombiningUnity3Dtechnology.Accordingtotherequirementsofhighschoolchemistryexperimentoutline，thevirtualexperimentsystemisdividedintothreefunctionalmodules：experimentaldemonstrationmodule，threedimensionaloperationmoduleandoperationtestmodule.Keytechnologiessuchasparticlesystemeffectstechnology，themodelmaptextureprocessingtechnology，videocallsandroamingandcollisiondetectiontechnologyareused，andthroughthethreefunctionalmodules，thevirtualexperimentoperationcantrainlearnerswithmultichannelthinkingandimprovethelearnerscooperationabilityofhandsandbrain，inturn，stimulatelearnersinterestinlearning.

Keywords：Unity3D;chemicaltraining;virtualexperiment

0引言

化學是一门以实验为基础的科学，实验仪器陈旧、实验药品缺少、实验室开放时间少，以及一些高危操作影响着实验在学校中的展开。为缓解这一教学现状，化学虚拟实验的引入是非常必要的。相比于传统实验，化学虚拟实验能够使知识从抽象变具体、降低实验成本、避免安全隐患等。虚拟实验尤其是桌面式虚拟实验相较真实实验成本较低，便于及时更新，学习者能随时随地使用实验所需资源。通过使用虚拟实验，可以完成对虚拟物体的使用操作，获得与真实实验相似的现象与结果，从而掌握在现实环境中相同的知识与技能，甚至能掌握现实中由于安全因素不能进行操作的实验内容，为实验教学提供了一种新的方式与思路。虚拟实验在不同类型的化学实验教学中的作用有很大的差异对于一些安全性高、现象明显的感知实验、验证实验等采用虚拟实验教学可以起到模拟、渲染、立体、交互的辅助作用;对于毒气性质、易燃易爆等化学实验教学有着不可替代的作用，其安全、高效且能给实验者带来声光、温度等多重感官刺激，甚至可以使实验效果优于真实实验[1]。

1总体设计

1.1系统设计思路

本系统的主要目的是使学习者具有更加真实的模拟现实的学习环境，既能促进学生的学习兴趣还能提高学生的技能水平，从而完成学习目标，掌握相应知识点。通过检索相关资料与教材，深入了解相关化学实验操作过程，并结合迪克凯里教学设计理论对系统进行开发。首先在进行开发前，对学生的学情与学习偏好进行分析，确定学生当前水平和要达到的预期效果;其次对学习目标进行分析，通