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摘 要：虚拟实验环境的实现是基于多媒体计算机技术、网络技术和建模技术的结合，包括相应的实验室环境、相关的实验设备、实验对象和实验信息资源。学习者可以自由进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验，丰富感性知识，加深对教学内容的理解。
关键词：unity3D虚拟实验平台
一.unity3D技术概述
1.1 虚拟实验
虚拟现实技术是信息领域的前沿技术，它在上世纪90年代作为一种基于可计算信息的沉浸式交互环境出现，它使用了多种计算机技术，如人工智能、模式识别、计算机图形学和低层界面。虚拟现实技术是以计算机控制技术为核心，利用三维计算机图形技术、网络技术、多媒体技术、人机交互技术、人机界面技术、传感器技术、可视化技术、立体显示技术和仿真技术，建立一个具有视觉、听觉和触觉感受的虚拟世界。虚拟现实技术的目标是获得真实世界的感觉，因此多感知是虚拟现实技术的灵魂。通过虚拟实验室可以实现数据共享、软件共享、远程仪器控制等功能。虚拟实验室是一种通用的虚拟技术，可以在通用计算机平台上取代传统的电子实验室。通过虚拟实验室可以进行各种实验，具有灵活性高、成本低、效率高等特点。中国工业大学利用虚拟现实技术开展物理实验取得了一定的成绩，通过虚拟现实技术将实验设备、教学内容、教学指导等整合在一起，克服了时间和空间的限制，使学生在虚拟实验环境中进行实验。然而，我国虚拟实验室的发展仍处于起步阶段，存在共享性差、互动性差、扩展能力不足等问题。针对高职院校计算机网络实验教学的需求和难点，设计了一个虚拟实验系统。实验教学的管理和维护集中在计算机上，开发了 b/s 和 c/s 混合系统结构的虚拟实验平台。
1.2虚拟实验的发展
虚拟实验的发展可以分为三个阶段： 第一阶段是思维模型阶段和逻辑分析阶段。本阶段主要是基于物理实验，利用逻辑分析和实验数据对思想层面进行模拟。第二阶段是计算机模拟阶段。在此阶段，以数学模型和逻辑模型为基础，通过计算机处理和存储数据，建立了数字化实验模型。用户通过计算机输入设备操作实验，具有一定的互动性，但实验体验较差。第三阶段是虚拟现实阶段。在这一阶段，参与者使用虚拟现实专业设备和互联网操作实验来获得最真实的实验体验。计算机模拟虚拟实验的成本相对较低，可以获得真实的实验经验。因此，计算机模拟虚拟实验的形式更为广泛。
UNIY3D 是一款针对游戏开发、可视化仿真、多平台开发需求的三人男性游戏引用，基于开源.Net 平台，一个真正实现开发、跨平台发布的功能，其内置的 Ncui 插件、脚本语言、丰富的类库和物理成果，可以帮助开发人员快速构建虚拟仿真系统。不需要编写复杂的代码，程序员可以使用 Unity3D 的可视化集成开发环境快速开发场景。Unity3D 在编写程序方面有着特殊的优势。例如，与平台相关的操作封装在其内部，复杂的游戏对象关系由不同的视图管理，JavaScript或 Boo 脚本语言应用于软件平台的编程。一个脚本程序会被自动编译成。脚本语言本质上具有相同的性能，它们的执行速度比传统的 JavaScript 快20倍。这些脚本语言还具有良好的跨平台能力。这意味著开发者可以在不同的平台上部署软件，比如 Windows，Mac，Xbox 360，PlayStation 3，Wii，iPad，iPhone 和 Android。此外，虚拟实验平台可以通过安装插件在 Web 上运行。另一个特点是虚拟实验平台的资源和对象可以以包的形式进行导入或导出，这样可以很容易地使不同的游戏项目共享开发工作。因此，在游戏开发中使用包可以大大提高开发效率。除了资源材料文件，具体功能可以打包，如人工智能，网络操作，字符控制等。
二.基于unity3D平台的虚拟实验平台创建流程
一个虚拟实验平台是由程序脚本控制的，用来访问 Unity3D 的内部。在 Unity3D 中有许多系统类，这些类在脚本中很有用。有两种类型。一个被命名为应用于操作虚拟实验平台对象的运行时类，另一个被命名为应用于修改诸如插件和视图信息等 Unity3D 工具的编辑器类。
尽管 Unity3D 中的一个类只有少量的方法，但它不仅易于使用，而且开发虚拟实验平台功能强大。理解方法函数是在虚拟实验平台程序中使用方法函数的关键。一些类表示可视的虚拟实验平台对象，它们都从 Object 类继承。这些类与相机、声音、动画、粒子、刚性、材质、纹理、颜色、字体、图形用户界面文本有关。其他类用作辅助操作。
将组件模型应用于三维虚拟实验平台开发中，提供了一种可扩展的编程体系结构。该组件模型可以方便地重用虚拟实验平台功能模块。虚拟实验平台场景中的每个实体都被称为一个 Object。一个虚拟实验平台对象代表一个虚拟实验平台对象，在实际的平台设计与构建过程中，一个组件可以看作是一个集合，其中包含一组相关的函数，可以通过接口访问这些函数。例如，一个脚本可以为虚拟实验平台对象提供一个逻辑操作，而且 Unity3D 中的 Box Collider 组件特别提供了对虚拟实验平台对象的碰撞侦测支持。Unity3D 有许多预定义的组件。程序员可以将其中的一些组合起来创建一个功能丰富的虚拟实验平台对象。图1显示了 Unity3D 中组件模型的概念。
一个虚拟实验平台由一个或多个场景组成，每个场景包含一个或多个虚拟实验平台对象，而且每个虚拟实验平台对象都由一些组件或子对象组成。在虚拟实验平台开发中，除了直接使用三维虚拟实验平台中预定义的虚拟实验平台对象外，程序员还可以创建一个空的虚拟实验平台对象，其中包含对象的位置、旋转和比例等信息，然后添加脚本或其他组件。为了促进同类型的虚拟实验平台对象管理，软件提供了预置，这是一种类似模板的技术。预置可以同时包含对象和虚拟实验平台资源，比如3 d 模型。当需要创建同类型的虚拟实验平台对象时，可以在这种情况下使用预设。所有的虚拟实验平台物体将同时更新时，其预置被改变。Prefab 的上述机制可以大大提高虚拟实验平台的维护效率。
四.结束语
选择 unity3D 作为开发工具，开发模拟实验系统应弥补传统数学条件的不足，为教师和学生提供一个真实的、没有时间和空间限制的实验环境，改革现代实验教学，充分利用数学资源对提高教学质量具有重要的促进作用。
参考文献：
[1]施新宇，邱峰，石承玉，施浩. 基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作[J]. 电脑知识与技术，2020，16（01）：251-252+256.
[2]杨国鑫，郑阿群，李健军，白艳红. 基于Unity3D的化学虚拟实验教学平台构建[J]. 实验室科学，2019，22（05）：72-76+80.
[3]赵显敏. 基于Unity3D的初中物理虚拟实验平台的设计与应用研究[D].四川师范大学，2019.
关键词：unity3D虚拟实验平台
一.unity3D技术概述
1.1 虚拟实验
虚拟现实技术是信息领域的前沿技术，它在上世纪90年代作为一种基于可计算信息的沉浸式交互环境出现，它使用了多种计算机技术，如人工智能、模式识别、计算机图形学和低层界面。虚拟现实技术是以计算机控制技术为核心，利用三维计算机图形技术、网络技术、多媒体技术、人机交互技术、人机界面技术、传感器技术、可视化技术、立体显示技术和仿真技术，建立一个具有视觉、听觉和触觉感受的虚拟世界。虚拟现实技术的目标是获得真实世界的感觉，因此多感知是虚拟现实技术的灵魂。通过虚拟实验室可以实现数据共享、软件共享、远程仪器控制等功能。虚拟实验室是一种通用的虚拟技术，可以在通用计算机平台上取代传统的电子实验室。通过虚拟实验室可以进行各种实验，具有灵活性高、成本低、效率高等特点。中国工业大学利用虚拟现实技术开展物理实验取得了一定的成绩，通过虚拟现实技术将实验设备、教学内容、教学指导等整合在一起，克服了时间和空间的限制，使学生在虚拟实验环境中进行实验。然而，我国虚拟实验室的发展仍处于起步阶段，存在共享性差、互动性差、扩展能力不足等问题。针对高职院校计算机网络实验教学的需求和难点，设计了一个虚拟实验系统。实验教学的管理和维护集中在计算机上，开发了 b/s 和 c/s 混合系统结构的虚拟实验平台。
1.2虚拟实验的发展
虚拟实验的发展可以分为三个阶段： 第一阶段是思维模型阶段和逻辑分析阶段。本阶段主要是基于物理实验，利用逻辑分析和实验数据对思想层面进行模拟。第二阶段是计算机模拟阶段。在此阶段，以数学模型和逻辑模型为基础，通过计算机处理和存储数据，建立了数字化实验模型。用户通过计算机输入设备操作实验，具有一定的互动性，但实验体验较差。第三阶段是虚拟现实阶段。在这一阶段，参与者使用虚拟现实专业设备和互联网操作实验来获得最真实的实验体验。计算机模拟虚拟实验的成本相对较低，可以获得真实的实验经验。因此，计算机模拟虚拟实验的形式更为广泛。
UNIY3D 是一款针对游戏开发、可视化仿真、多平台开发需求的三人男性游戏引用，基于开源.Net 平台，一个真正实现开发、跨平台发布的功能，其内置的 Ncui 插件、脚本语言、丰富的类库和物理成果，可以帮助开发人员快速构建虚拟仿真系统。不需要编写复杂的代码，程序员可以使用 Unity3D 的可视化集成开发环境快速开发场景。Unity3D 在编写程序方面有着特殊的优势。例如，与平台相关的操作封装在其内部，复杂的游戏对象关系由不同的视图管理，JavaScript或 Boo 脚本语言应用于软件平台的编程。一个脚本程序会被自动编译成。脚本语言本质上具有相同的性能，它们的执行速度比传统的 JavaScript 快20倍。这些脚本语言还具有良好的跨平台能力。这意味著开发者可以在不同的平台上部署软件，比如 Windows，Mac，Xbox 360，PlayStation 3，Wii，iPad，iPhone 和 Android。此外，虚拟实验平台可以通过安装插件在 Web 上运行。另一个特点是虚拟实验平台的资源和对象可以以包的形式进行导入或导出，这样可以很容易地使不同的游戏项目共享开发工作。因此，在游戏开发中使用包可以大大提高开发效率。除了资源材料文件，具体功能可以打包，如人工智能，网络操作，字符控制等。
二.基于unity3D平台的虚拟实验平台创建流程
一个虚拟实验平台是由程序脚本控制的，用来访问 Unity3D 的内部。在 Unity3D 中有许多系统类，这些类在脚本中很有用。有两种类型。一个被命名为应用于操作虚拟实验平台对象的运行时类，另一个被命名为应用于修改诸如插件和视图信息等 Unity3D 工具的编辑器类。
尽管 Unity3D 中的一个类只有少量的方法，但它不仅易于使用，而且开发虚拟实验平台功能强大。理解方法函数是在虚拟实验平台程序中使用方法函数的关键。一些类表示可视的虚拟实验平台对象，它们都从 Object 类继承。这些类与相机、声音、动画、粒子、刚性、材质、纹理、颜色、字体、图形用户界面文本有关。其他类用作辅助操作。
将组件模型应用于三维虚拟实验平台开发中，提供了一种可扩展的编程体系结构。该组件模型可以方便地重用虚拟实验平台功能模块。虚拟实验平台场景中的每个实体都被称为一个 Object。一个虚拟实验平台对象代表一个虚拟实验平台对象，在实际的平台设计与构建过程中，一个组件可以看作是一个集合，其中包含一组相关的函数，可以通过接口访问这些函数。例如，一个脚本可以为虚拟实验平台对象提供一个逻辑操作，而且 Unity3D 中的 Box Collider 组件特别提供了对虚拟实验平台对象的碰撞侦测支持。Unity3D 有许多预定义的组件。程序员可以将其中的一些组合起来创建一个功能丰富的虚拟实验平台对象。图1显示了 Unity3D 中组件模型的概念。
一个虚拟实验平台由一个或多个场景组成，每个场景包含一个或多个虚拟实验平台对象，而且每个虚拟实验平台对象都由一些组件或子对象组成。在虚拟实验平台开发中，除了直接使用三维虚拟实验平台中预定义的虚拟实验平台对象外，程序员还可以创建一个空的虚拟实验平台对象，其中包含对象的位置、旋转和比例等信息，然后添加脚本或其他组件。为了促进同类型的虚拟实验平台对象管理，软件提供了预置，这是一种类似模板的技术。预置可以同时包含对象和虚拟实验平台资源，比如3 d 模型。当需要创建同类型的虚拟实验平台对象时，可以在这种情况下使用预设。所有的虚拟实验平台物体将同时更新时，其预置被改变。Prefab 的上述机制可以大大提高虚拟实验平台的维护效率。
四.结束语
选择 unity3D 作为开发工具，开发模拟实验系统应弥补传统数学条件的不足，为教师和学生提供一个真实的、没有时间和空间限制的实验环境，改革现代实验教学，充分利用数学资源对提高教学质量具有重要的促进作用。
参考文献：
[1]施新宇，邱峰，石承玉，施浩. 基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作[J]. 电脑知识与技术，2020，16（01）：251-252+256.
[2]杨国鑫，郑阿群，李健军，白艳红. 基于Unity3D的化学虚拟实验教学平台构建[J]. 实验室科学，2019，22（05）：72-76+80.
[3]赵显敏. 基于Unity3D的初中物理虚拟实验平台的设计与应用研究[D].四川师范大学，2019.