基于3DMAX和Virtools的虚拟实验的与设计

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摘 要 ：构建基于Virtools技术虚拟教学系统,有助于提高课堂教学的效率和效果.本文概括了Virtools技术的特点和优势、分析了虚拟教学的理论基础和特点,并以计算机的虚拟组装现为例介绍了Virtools技术的具体应用.

关 键 词 ：Virtools 3D MAX 虚拟实验 虚拟现实技术

1.虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality,简称VR）,是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟环境,它借助多种专用输入输出设备向计算机传达各种动作信息,通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等作用,使用户产生现实中一样的感觉即虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统.

普通意义上的虚拟现实需要大型计算机、头盔式显示器、数据手套、洞穴式投影、密封舱等昂贵的设备,目前在军事训练、飞行模拟、医学等方面应用较为广泛,但在教育部门很少用到.桌面级的虚拟实验室具有便于制作、使用和推广的特点,只需要少量的制作资金和较为简单的硬件设备就可以把一台普通的PC机变成一个满足能实验教学需求的虚拟实验系统.

2.虚拟现实技术在实验课教学中的实现意义

2.1突破了实验在时间和空间上的限制

利用虚拟现实技术打破了实验在空间上的限制,可以进入事物的内部进行观察,比如学生可以进入虚拟发动机的内部,观察发动机的各个组成部件及其工作过程,这是二维动画和录像不能比拟的.一些生物、医学实验有些需要几个月甚至更长的时间,通过虚拟现实技术可以将实验的变化过程在很短的一堂课的时间内展现给学生.

2.2有效的解决了学校实验设备和资金不足的问题

目前很多学校由于实验场地、昂贵的实验设备和耗材使得许多实验都无法开展,将虚拟现实技术引入实验教学弥补了在这方面的不足,使学生能够获得与真实实验一样的体会,加深对教学内容的理解.

2.3在实验过程中允许学生犯错误,避免危险的发生和实验设备的过度损坏

在真实的实验过程中学生犯一次小小的错误就有可能导致整个实验的失败或者事故的发生.对于存在危险的实验在以往的教学中往往会采用录像或二维动画片的方式,学生无法真正的参与到实验过程中,比如一些危险的化学实验,将虚拟现实技术引入实验教学,避免了了危险事件的发生.

2.4虚拟实验为学生进行真实实验的预习和复习提供帮助

通过在虚拟实验过程中的预习能够提高学生在真实实验中的效率和成功率.在真实实验过后对利用虚拟实验进行巩固复习,能够使复习变得方便,巩固学习效果.

2.5以3D的形式呈现实验环境和实验设备,便于学生理解,提升学生的学习兴趣

逼真的实验环境和实验设备使学生能够产生身临其境的感觉,激发学生的学习兴趣,变被动学习为主动探索,培养了学生的创新能力.

2.6具有良好的交互功能

在实验过程中学生通过鼠标和键盘对实验仪器和设备进行多角度的观察、移动和装配的操作,提升学生的动手的能力.

3.VIRTOOLS的技术特点和优势

4.虚拟实验系统的设计与实现

4.1系统流程

本文是以计算机的组装为例说明虚拟现实技术在中职实验教学中的应用.在教学目标上通过该虚拟实验让学生能够通过三维立体模型对计算机的各个做成组分有分清楚的认识；通过实验能够掌握计算机的组装技能.

4.2开发流程

4.3 开发案例

2）制作出的3D模型后还要进行优化主要通过以下几种方法：①通过模型优化命令,即采用一种“合并相邻面”的算法将相邻平面之间夹角小于某一指定值的面合并从而减少模型总面数.②采用类似于Flash的元件的概念,通过运用实例的方法,减少模型数量,还可以将多个次要对象通过布尔运算,合并成一个对象的方法减少模型数量.

3）3DS max 模型导入Virtools. 将建好的3DS max 模型导入Virtools,必须确保已经安装Virtools_max导出插件,然后在3DS max中执行文件导出命令,选择保存类型为.nmo格式,保存路径和文件名做好使用英文.Virtools允许场景以对象、角色、动画的形式输出,如果输出的是角色的动作勾选“导出动画”,否则不要勾选；如果输出包含的是人物角色,那么就要勾选几何体部分的选项,否则不要勾选；为了 场景匹配“缩放场景单位”建议要勾选,不然导入的计算机部件会非常大或者小得可怜,其他默认就可以了.最后,模型的命名也要注意,可以使用拼音或者英文,不可包含汉字.

4）使用Photoshop软件制作出背景及操作说明等二维图片.

5）计算机组装制作.①鼠标点选对象.鼠标点选对象是指当鼠标左键点选单相异步电机部件对象时,可以对部件对象进行拖动,并使被点选的部件对象跟随鼠标移动.在本实验系统中,使用2D Picking达到将计算机的各个组成零件拖动到目标位置.②判断距离及整合.判断零件和目标间的距离.将用鼠标拖移到目的地的两个零件整合在一起.

6）成品的发布.具体案例制作完成后,可以将其发布为网页格式,也可以发布成单机可执行文件.

综上,基于Virtools技术的虚拟实验有利于学习者在虚拟场景中,直观立体地观察和了解显性知识,并通过反复操练加强技能的掌握,有助于提高教学的效率和效果.