【摘 要】
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在传统的液压元件实践教学模式中,一般都是学生直接在实验台上手操作,这种模式存在较大安全隐患,还存在传统实践教学一般性问题如:教学设备不足、实验投入大,实验次数有限等。近年来,随着计算机技术和信息化技术的蓬勃发展,虚拟现实技术也在不断打破技术壁垒,随之而来的是教育模式向5G+VR沉浸式教学转变,此教育模式可以使学生对教育资源共享共用,破除诸多成本局限和实践教学压力,促进新时代信息化实践教学模式。在此
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在传统的液压元件实践教学模式中,一般都是学生直接在实验台上手操作,这种模式存在较大安全隐患,还存在传统实践教学一般性问题如:教学设备不足、实验投入大,实验次数有限等。近年来,随着计算机技术和信息化技术的蓬勃发展,虚拟现实技术也在不断打破技术壁垒,随之而来的是教育模式向5G+VR沉浸式教学转变,此教育模式可以使学生对教育资源共享共用,破除诸多成本局限和实践教学压力,促进新时代信息化实践教学模式。在此背景下,开发出扩展性高和实用性强的虚拟现实平台,将虚拟现实技术与工科实践教学相结合已然成为当前研究的热点。本文借助Unity3D引擎开发了液压元件虚拟实验平台,以液压元件真实实验内容与实验需求为出发点,明确了液压元件虚拟实验平台的主要功能和整体开发框架,并针对平台中元件拆装模块、基础流体模块、元件性能模块三大模块的内容需求和实验特点进行了设计与实现,同时将各模块统一整合到液压元件虚拟实验室。具体研究工作如下:(1)首先利用Solid Works建立液压元件和实验设备的精细3D模型,并使用3DMaxs对模型进行渲染、贴图及模型轻量化处理,同时基于关键帧技术,实现拆装动画设计。(2)其次,基于碰撞检测、UGUI屏幕自适应、摄像机视角等技术搭建虚拟场景,利用Unity3d的可视化组件和交互组件完成UI界面设计,配合脚本控制实现场景切换和场景漫游功能。利用射线拾取方法和虚拟环境物体运动变换矩阵实现了对虚拟三维物体的运动控制,完成实体模型的交互设计,构建了包含UI和3D物体的液压元件虚拟实验场景。(3)再次,针对基础流体模块不宜观察的油液运动,利用流体插件Obi Fluid和粒子系统模拟油液运动情况。针对元件性能模块所需图表,利用几何绘图插件XCharts和UGUI用户界面清晰直观绘制实验数据的动态变化图例。(4)最后,基于Unity3D设计并实现了传统液压实验教学所包含的元件拆装实验、基础流体实验、元件性能实验三大模块的虚拟实验,详细说明了各模块主要功能,并对平台资源整合后进行了打包及发布。本文将虚拟现实技术应用于液压实践教学当中,丰富的专业内容和友好的交互性可调动学生主动学习的积极性,具有良好的实用性。通过应用液压元件虚拟实验平台,学生可以不受传统实验一般性问题的限制,使学生可以在任何时间、任何地点进行学习和实践操作,并且本文研究内容和方法为可视化教学和培训提供了一定的基础。
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