基于Unity3D的虚拟仿真小焦炉炼焦实验系统开发
在以煤化工特色的化学工程与工艺专业的实验教学中,小焦炉炼焦实验是学生的必修实验项目,但是小焦炉炼焦实验存在诸多问题,如:设备昂贵、能耗高、污染重、占地面积大以及存在安全隐患,这些限制条件阻碍了炼焦教学实验的有效开展。本文以本学院的小焦炉炼焦实验为原型,通过对虚拟现实技术的研究,基于Unity3D平台开发了三维虚拟仿真炼焦实验室系统。主要工作内容如下:(1)通过研究分析三维虚拟仿真炼焦实验室系统的开发需求,明确了开发的基本要求、关键技术和开发技术流程,确定了以Unity3D为虚拟仿真平
台,3dsMAX为三维建模工具,Photoshop为贴图制作工具。(2)构建三维虚拟小焦炉炼焦实验实验室及炼焦实验设备与原材料的三维模型,并将三维模型等资源导入Unity3D中。通过给模型添加材质和碰撞器,环境中添加光线和天空盒子,构建出具有高度仿真的虚拟实验室环境。(3)基于系统开发需求,使用Unity3D中的动画系统制作设备动画,模拟设备的运行过程;使用UI系统制作UI界面,实现了登录界面、设置升温程序界面和配煤界面;使用粒子系统制作粒子特效,实现了对水、火焰、烟气的模拟;编写代码实现整个虚拟仿真小焦炉炼焦系统逻辑,实现人机交互。(4)实现了面向虚拟仿真实验系统开发过程中的关键问题。利用高模烘焙低模和着色器渲染模式解决了不消耗系统资源增加模型细节效果;使用着色器编程技术实现了链式动画模拟;使用协程技术解决了动画时间差问题。(5)开发了教学辅助功能,其中焦炭质量预测模块用来帮助学生理解配煤炼焦的基本原理,教学模块中的学
习系统用来让学生快速高效掌握软件的使用方法;安全教育系统增强学生的实验安全意识;考核系统检验学生对小焦炉炼焦实验的掌握程度。(6)在Unity3D平台上对系统的功能和性能进行测试和优化,并发布脱离Unity3D独立运行的虚拟仿真小焦炉炼焦系统,完成了三维虚拟仿真炼焦实验室系统的开发。本论文探索了三维虚拟仿真炼焦实验室系统的开发路线和实现方法。所开发的虚拟仿真小焦炉炼焦系统具有高度仿真性,学生可在电脑上完成炼焦实验的操作,并根据学生的操作给出评分,为小焦炉炼焦实验提供了新的教学模式;该系统降低了实验成本,消除了污染,减少了安全隐患,增加了学生实践的机会,提高教学质量。同时该系统采用模块开发,具有良好的可维护性、可拓展性,方便增加新的内容和功能,具有较大的推广应用价值。
基于Unity3D的虚拟仿真小焦炉炼焦实验系统开发
