基于unity3d的三維虛擬電腦組裝實驗系統(tǒng)開發(fā)畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-09 21:07 本頁面
【正文】 基于Unity3D的三維虛擬電腦組裝實驗系統(tǒng)基于Unity3D三維電腦組裝實驗系統(tǒng)的實現(xiàn) 【摘要】實驗教學(xué)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，而且還能起到鞏固課本上理論知識的作用。但是由于我們國家人口基數(shù)龐大，教育資源有限，實驗器材緊缺，不能滿足廣大在校學(xué)生或者社會成人求學(xué)需求，因而成為教學(xué)和學(xué)習(xí)中最難以付諸實踐的薄弱環(huán)節(jié)。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，實驗教學(xué)有了新的思路。Unity3D引擎對開發(fā)仿真性非常高、交互性非常好的虛擬實驗環(huán)境具有很大的幫助。本文在對虛擬實驗室的研究現(xiàn)狀進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，借助Unity3D引擎和3DS Max三維建模軟件，搭建了一個逼真且操作方便、具有交互功能的組裝計算機硬件的虛擬實驗操作平臺，對組裝計算機實驗進行了模擬，實現(xiàn)了實驗過程以及部分實驗現(xiàn)象的模擬。系統(tǒng)的主要功能是讓用戶采用虛擬儀器完成組裝過程，從而達(dá)到學(xué)會組裝計算機的目的。 【關(guān)鍵詞】 虛擬實驗；Unity3D；計算機組裝；1. 引言 研究背景及意義早在十六世紀(jì)，實驗就被運用于教育教學(xué)。實驗是指根據(jù)科學(xué)研究的目的，盡可能排除外界因素的影響的同時突出主要實驗因素，并且利用一些專門的儀器設(shè)備而人為地改變、控制或者模擬研究對象，使某一些事物（或過程）發(fā)生或再現(xiàn)。實驗的目的在于通過學(xué)習(xí)者親自動手參與實驗，從而培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的觀察能力、分析能力和實踐能力。研究表明，人的動作記憶效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于語言文字的記憶效率，所以通過動手參與的學(xué)習(xí)比單純看書要更有效率，實驗教學(xué)通過讓學(xué)習(xí)者了解事物的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的研究能力、創(chuàng)新能力，加強學(xué)習(xí)者對知識的運用和實踐，因此成為教育教學(xué)中一個不可分割的部分。最開始的實驗教學(xué)都是真實實驗，學(xué)習(xí)者在真實的實驗環(huán)境下操作實驗設(shè)備來完成實驗?zāi)康摹５请S著人口數(shù)量的增加，知識研究領(lǐng)域的擴展，真實實驗暴露出了許多缺陷，比如許多實驗器材價格昂貴，實驗資源無法滿足廣大學(xué)習(xí)者的需求，實驗存在安全隱患，真實場景帶來的實驗誤差等等。虛擬實驗的概念也就應(yīng)運而生了。虛擬實驗的概念最早由美國弗吉尼亞大學(xué)的威廉沃爾夫（William Walf）于1989年提出，它是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，是對真實實驗盡心模擬或再現(xiàn)的一種實驗?zāi)Ｊ健Ｋ闹饕M成部分都是通過計算機虛擬而成的，包括實驗室環(huán)境，實驗室儀器以及實驗資源。在虛擬實驗中，學(xué)習(xí)者不受時空的限制，可以隨時隨地的進入虛擬實驗系統(tǒng)，通過鍵盤或者鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備與虛擬實驗系統(tǒng)中的虛擬儀器進行交互，完成與真實實驗一樣的各種實驗操作過程。Unity3D作為一款專業(yè)的商業(yè)游戲引擎，早在2010年就進入了我國，由于其友好的操作界面和強大的性能，在國內(nèi)積攢了眾多的開發(fā)者。其官網(wǎng)上得AssetStore也給廣大開發(fā)者提供了數(shù)量眾多，類目琳瑯的插件，可以大大的縮短開發(fā)者的開發(fā)周期。近年來，Unity3D為虛擬現(xiàn)實提供了完整的解決方案，其強大的物理引擎，基于DirectX和OpenGL的高度優(yōu)化渲染管道，還有可編輯的Shader著色器，讓模擬真實多變的生活環(huán)境變成現(xiàn)實。因此我選擇Unity3D來開發(fā)這樣一個虛擬電腦組裝實驗的系統(tǒng)，為學(xué)習(xí)者提供一個自由、真實的實驗平臺，利用本系統(tǒng)進行實驗教學(xué)，讓學(xué)習(xí)者認(rèn)識計算機硬件，掌握組裝電腦的一些基本技能。 研究內(nèi)容本文主要在于借助Unity3D引擎將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入虛擬實驗中，探索新的虛擬實驗的教學(xué)模式。具體研究內(nèi)容包括以真實實驗在教育教學(xué)中的重要作用和協(xié)作學(xué)習(xí)對學(xué)習(xí)者能力的培養(yǎng)作為立足點，將虛擬現(xiàn)實與虛擬實驗結(jié)合起來；利用Unity3D實現(xiàn)虛擬計算機硬件與實驗者交互，突破實時交互的一些難點；完成整個系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，并且編寫代碼實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能。2. 虛擬實驗器材的制作 3DS Max模型創(chuàng)建 多邊形建模技術(shù)多邊形建模技術(shù)是三維建模技術(shù)中比較常見的一種建模方式?，F(xiàn)實世界中的很多物體都可以看成是由基本的幾何體進行變形和細(xì)分得來的。多邊形建模就是基于簡單的長方體、圓柱體、球和其它一些幾何體，運用添加線，點來進行細(xì)分，面擠出，邊擠出等三維建模手法來完成模型的創(chuàng)建。多邊形建模技術(shù)的優(yōu)點在于它能很快的把目標(biāo)模型的大體輪廓勾勒出來，對于精度要求比較低的模型來講，甚至可可以經(jīng)過簡單的幾次變形就可以達(dá)到想要的效果。因此對于較為規(guī)則的家具或者家用電器來講，使用多邊形建模可以極大地提高工作效率。計算機組裝實驗所用到的計算機的主板、內(nèi)存條、顯卡、電源以及機箱顯示器等主要零部件都是比較規(guī)則的幾何體，主板上看似比較復(fù)雜的各種電阻和插針，仔細(xì)看其實都是一些簡單的圓柱體。下面圖圖圖3是用3DS Max多邊形建模方法制作的計算機部件模型。 圖1 CPU制冷風(fēng)扇 圖2 主板 圖3 液晶顯示器 模型UV拆分和材質(zhì)貼圖UV的是貼圖坐標(biāo)的簡稱，它定義了一張二維圖片將以何種方式貼到三維對象的表面之上。在3DS Max中通過加UVW Map修改器可以為一些常用模型選擇貼圖方式，比如平面映射、柱面映射、球面映射、立方體映射等。但是當(dāng)遇到比較復(fù)雜的模型時，就不能依賴這種方式了，需要手動來為模型拆解UV。UV拆分有幾個原則：拆分出來的UV碎塊要盡量少，這要貼圖貼上的接縫就會更少，便于處理；需要將拉伸降低到最小，UV反映的是圖片上的每一個像素點到模型表面上每一個點的對應(yīng)關(guān)系，如果UV出現(xiàn)拉伸，就會出現(xiàn)模型的表面一些區(qū)域承載過多的圖像信息，另一些區(qū)域承載的圖像信息卻太少，貼圖就得不到正確的顯示；還要避免貼圖坐標(biāo)的重疊。貼圖坐標(biāo)重疊將直接導(dǎo)致重疊的貼圖部分分配不到正確的圖像信息；最后還要盡可能有效使用紋理空間。由于在建模的過程中，經(jīng)常需要將一個模型拆分成很多部分來創(chuàng)建，最終將各個部分整合成一個完整的模型。而模型在最終的材質(zhì)表現(xiàn)上，各個不同的部分可能需要不同的貼圖或者材質(zhì)。這在計算機的硬件上體現(xiàn)的尤為明顯，比如一塊顯示器的顯示屏幕和底座的材質(zhì)是明顯不一樣的，而在顯示器的邊框上可能還有生產(chǎn)廠商的Logo和按鈕。因此，很多時候需要用到多維子對象（Multi/SubObject）材質(zhì)。只要在建模的時候，給每個子對象分配好材質(zhì)ID，就可以將子材質(zhì)賦予給指定的模型子部件。下面以內(nèi)存條為例：首先在面級別下選中內(nèi)存條上所有的芯片，在右側(cè)的修改器欄里找到多邊形材質(zhì)ID組，設(shè)置材質(zhì)ID號為2,如圖4： 圖4 為內(nèi)存芯片指定材質(zhì)ID然后用同樣的方法選中內(nèi)存條的側(cè)邊，為它指定材質(zhì)ID號為1，如圖5： 圖5 為內(nèi)存條側(cè)面指定材質(zhì)ID用這種方法給內(nèi)存的其它部分也指定ID后，就可以進入材質(zhì)編輯器，創(chuàng)建一個多維子對象材質(zhì)，因為總共為內(nèi)存條指定了5個材質(zhì)ID，所以需要創(chuàng)
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