交互式虛擬場景在實驗室安全教育中的應(yīng)用與研究

李詩瑤 司占軍 浦英

摘要：目的：針對當前實驗室安全教育缺乏互動，通過研究交互式虛擬場景在實驗室安全教育中的應(yīng)用，開發(fā)出一款基于PC端交互式虛擬實驗室。方法：基于CAD軟件制作房屋模型狂降;基于3DMAX軟件構(gòu)建三維模型;基于Photoshop軟件制作UI界面、3DMAX中的模型貼圖等所需素材;基于visualstudio軟件編寫實現(xiàn)交互代碼;基于unity3d對實驗室場景進行編輯并測試。結(jié)果：最終發(fā)布一款用于安全教育的虛擬實驗室軟件。結(jié)論：虛擬實驗室增加了人機交互功能，更具生動性，為實驗室安全教育提供了新方式。

關(guān)鍵詞：實驗室安全教育;unity3d;交互性

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0215-03

收稿日期：2019-12-05

作者簡介：李詩瑤，天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院2018級研究生。

實驗室安全教育在我們?nèi)粘Ｉ钆c學(xué)習(xí)中極其重要，然而屢屢頻發(fā)的實驗室安全隱患事件，對實驗室人員造成極大的人身財產(chǎn)安全威脅，受到了廣大群眾的關(guān)注，實驗室安全教育不容忽視。

當前實驗室安全教育主要通過口頭表述以及答題機制兩種方式，同時，在安全事故發(fā)生之前，關(guān)于實驗室安全事故的演練又少之又少[1]。這很難使廣大實驗室人員清楚了解實驗室安全的重要性，交互式虛擬場景在實驗室安全教育中的應(yīng)用改善了以上兩種方式，使實驗人員具有體驗感，體驗教學(xué)的發(fā)展往往影響著人們的學(xué)習(xí)方式以及人們對世界觀價值觀的建立[2]。

1 開發(fā)思路

本文主要用于實驗室安全教育，分實驗準備室，化學(xué)室以及電實驗室三個場景進行學(xué)習(xí)，主要思路流程圖如圖1所示：

2 開發(fā)方法

2.1 開發(fā)環(huán)境介紹

建模環(huán)境：Windows 10專業(yè)工作站版，Intel（R）core（TM）i7-7770 CPU@3.60GHz，16.0GB內(nèi)存，64位操作系統(tǒng)，基于X64處理器。

制作軟件：Unity 2018.3.14f1（64-bit）、Photoshop CC2018、3ds MAX201 8、Visual Studio 2010中文旗艦版。

2.2 開發(fā)過程

2.2.1 素材收集及制作

UI界面中主要元素是跳轉(zhuǎn)按鈕，首先統(tǒng)一風(fēng)格，需要區(qū)分開始按鈕與其他主菜單、返回、刷新、關(guān)閉等按鈕。此外還需制作關(guān)卡選擇、關(guān)卡進入按鈕等。所有界面在同一個PSD.文件中制作完成，需要用戶注意分組。

2.2.2 3DMax模型的構(gòu)建

將繪制實驗室房間CAD圖導(dǎo)入到中3dsMax2018，比照CAD圖用樣條線勾勒出房間的俯視圖，把不涉及觸碰事件的物體提前建起來再組合起來，分別分類組合，組名為英文，避免出錯。模型制作和貼圖優(yōu)化之后，導(dǎo)出FBX.格式，嵌入媒體。

2.2.3 3d場景的制作.

主要使用unity3d制作三個實驗室場景，實現(xiàn)情況如下圖9，圖10，圖11所示。

2.2.4 代碼編寫

1）背景音樂功能的實現(xiàn)為虛擬實驗室安全教育減少枯燥感。實現(xiàn)該功能的部分代碼如下：

public class BGMKongzhi ：MonoBehaviour

{ AudioSource audioSource;

//Start is called before the first frame update

void Start（）

{ 30audioSource =GetComponent（）;

}

public void OnBGMBtnClick（）

{

if （audioSource.isPlaying）

{ audioSource.Stop（）;

} else

{ audioSource.Play（）;

2）拖拽功能在實驗室2中的使用非常重要，該功能實現(xiàn)的部分代碼為：

public Transform PlayerTrs;

public bool isDrag =false;

public void OnBeginDrag（PointerEventData eventData）

{ throw new System.NotImplementedException（）;

}

public void OnDrag（PointerEventData eventData）

{ throw new System.NotImplementedException（）;

{

32//Start is called before the first frame update

void Start（）

{}

//Update is called once per frame

2.2.5 程序發(fā)布

在unity3d中發(fā)布基于PC端exe格式的程序，如圖12所示，實現(xiàn)場景漫游、物體拖動等人機交互行為。

3 結(jié)束語

本文是一個具有教育和娛樂并重的，基于新技術(shù)的應(yīng)用和研究來開發(fā)的安全教育類科普游戲。該系統(tǒng)的制作以人機交互的形式提供實驗員學(xué)習(xí)，不僅提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且顯著提升實驗室安全教育效果[3]。為實驗室安全教育知識普及提供新思路。

參考文獻：

[1]張枝實.虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的教育應(yīng)用及融合現(xiàn)實展望[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（1）：21-27.

[2]王子豐.虛擬現(xiàn)實在火災(zāi)現(xiàn)場勘驗教學(xué)體驗中的應(yīng)用研究[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2018.

[3]黃曉一，范一強，張亞軍.虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)在實驗室安全教育中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（1）：174-176，179.

[通聯(lián)編輯：謝媛媛]