發(fā)布時間：2020-05-09 09:30

【摘要】：隨著信息化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的蓬勃發(fā)展,教學(xué)模式逐漸向著與VR和信息化技術(shù)相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)變。優(yōu)質(zhì)教育資源的共享共用和逼真的3D虛擬教學(xué)演示,推動了該教育模式的研究與發(fā)展。在此背景下,本文從液壓元件及系統(tǒng)的課程教學(xué)和實驗教學(xué)需求出發(fā),研究并開發(fā)了一款液壓虛擬實驗室教學(xué)應(yīng)用軟件,為液壓課程教學(xué)提供一個自主共享的3D虛擬學(xué)習(xí)平臺。通過對虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具的調(diào)查研究,本文首先確定以Unity 3D作為虛擬環(huán)境開發(fā)工具。然后查閱大量VR和信息化技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域方面的文獻,明確了液壓虛擬實驗室教學(xué)平臺開發(fā)的整體方向和教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)形式,并在此基礎(chǔ)之上,構(gòu)建了基于Unity 3D、Solidworks和MySQL的液壓虛擬實驗室教學(xué)平臺設(shè)計的整體框架。隨后,從液壓虛擬實驗室教學(xué)平臺的整體框架出發(fā),將該教學(xué)平臺分為三大模塊:液壓元件教學(xué)模塊、液壓實驗教學(xué)模塊以及評測系統(tǒng)模塊。根據(jù)三大模塊各自的需求和特點提出與之相對應(yīng)的設(shè)計流程方案,并完成液壓虛擬實驗室的場景結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后在此基礎(chǔ)上完成三大模塊的設(shè)計工作。具體如下:1)液壓元件教學(xué)模塊設(shè)計分為結(jié)構(gòu)展示設(shè)計、工作原理展示設(shè)計和自主裝配設(shè)計。針對液壓元件內(nèi)部油液運動過程展示困難的問題,本文以粒子系統(tǒng)模擬油液微團在液壓元件內(nèi)部的運動。針對Unity 3D下液壓元件自主裝配中基準裝配方法的缺陷及難點問題,本文提出了一種新穎的拖拽式裝配方案;2)液壓實驗教學(xué)模塊設(shè)計過程中,本文搭建了該模塊的物理模型和數(shù)學(xué)模型,針對液壓實驗教學(xué)模塊中管路連接難點問題,本文提出了基于Bezier曲線和三維空間圓參數(shù)方程的管路連接方案。按照實際實驗操作步驟完成教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計工作;3)評測系統(tǒng)模塊設(shè)計過程中,搭建了基于Unity 3D和MySQL的整體設(shè)計結(jié)構(gòu)并在此基礎(chǔ)上完成具體功能的設(shè)計,包括:評測試題上傳、評測試題展示和評測結(jié)果展示。提出了一種在Unity 3D場景中簡單可行的繪制直方圖的方案。通過該教學(xué)平臺學(xué)生能進行以下內(nèi)容的學(xué)習(xí):在3D虛擬環(huán)境下觀察并了解部分典型液壓元件的三維結(jié)構(gòu)及工作原理,并能對感興趣的液壓元件進行自主拆裝;能進行部分與課程實驗教學(xué)相關(guān)的虛擬仿真實驗,包括泵的性能實驗和節(jié)流調(diào)速回路實驗;能通過評測模塊來檢驗自己的學(xué)習(xí)成果。同時,學(xué)生的評測結(jié)果為教師教學(xué)提供有用的參考信息。本文的研究內(nèi)容和方法對虛擬仿真教學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用有一定的參考價值。
【圖文】：

開虛擬現(xiàn)實技術(shù)。就虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域而言，從之前的探索階段到現(xiàn)在已經(jīng)取得不錯的成績，現(xiàn)將部分優(yōu)秀范例列舉如下：圖 1.1 為羅馬尼亞布加勒斯特理工大學(xué)設(shè)計的遠程控制實驗室，該實驗室將物聯(lián)網(wǎng)和實驗室硬件設(shè)備相結(jié)合。學(xué)生不僅能在本地進行實驗，而且能在相對應(yīng)的學(xué)生軟件界面遠程上傳控制算法，控制算法通過 TCP/IP 協(xié)議能傳輸?shù)奖镜胤⻊?wù)器，本地的應(yīng)用控制程序加載控制算法后控制水泵的運轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)容器的液面高度，液面高度數(shù)據(jù)通過超聲波傳感器測量后，在數(shù)據(jù)采集卡中轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號，然后通過服務(wù)器傳輸?shù)接脩舳孙@示在用戶界面上。為了增加實驗的交互性，實驗另外搭載了一臺攝像機

圖 1.2 史蒂文斯理工學(xué)院虛擬實驗室筑波大學(xué)和日本融合科技研究所共同開發(fā)的交專用 SENT 網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時通過云端完作，實現(xiàn)教學(xué)資源和實驗數(shù)據(jù)的共享。因此該用戶不僅可以遠程訪問其他學(xué)校和單位的教學(xué)雙邊實驗協(xié)作，專用的網(wǎng)絡(luò)線路和改進的 TCP
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.9;TH137

【參考文獻】

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本文編號：2655937