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基于沉浸式虚拟现实环境下虚拟实验的设计与实现——以计算机硬件组装实验为例[计算机论文]
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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:vicky
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  • 论文字数:42514
  • 论文编号:el2021111019154424762
  • 日期:2021-11-10
  • 来源:上海论文网

计算机组装论文哪里有?本文在研究和分析虚拟实验的国内外应用领域和现状之后,对传统环境下中职计算机应用专业学生实验教学课程中目前存在的不足和局限,提出了运用3Ds Max 和 Unity3D 技术作为开发环境,以智能手机、虚拟现实眼镜和体感手柄作为运行环境和交互方式,设计与开发出一套完整的计算机硬件组装虚拟实验,从而有效的解决目前中职计算机硬件组装实验教学过程中存在的问题。

第 1 章 概述

2.2.2 沉浸理论
沉浸理论最初是由美国学者 Csikszentmihalyi 提出来的,早期的沉浸理论是用来解释当人们在玩某个游戏或完成某项工作任务的过程中,没有感觉到这件事情给心理上带来任何其他干扰因素,甚至可以无意识的集中注意力,排除了其他不必要的干扰因素,完全投入到整个情境过程中[32],随着信息技术逐渐融入到教育教学中,国内外学者逐渐将沉浸理论引入到教学过程中,因此在教学内容的设计上就要考虑所设计的知识点学习者在学习过程中是否会感觉到过于简单或是难度过大,如果过于简单,学习者在学习过程中就会感觉到无聊,而失去学习这一知识的兴趣,如果难度过大,学习者在学习这一知识点时可能会产生焦虑的心理状态,进而失去学习动机。
因此虚拟实验在内容和场景的设计上要以沉浸理论为依据,在场景设计上所创设出来的虚拟场景一定要符合客观事实,避免不必要的干扰影响到学习者的注意力,在虚拟实验教学内容的设计上,在符合教学标准的提前下适当增加一定的难度,来激发学习者的求知欲,以便让学习者能够投入到学习过程中沉浸其中产生强烈的沉浸感,提高虚拟实验的学习效率。
在虚拟场景进行交互过程中碰撞检测技术是完成交互操作的关键技术之一,它可以很好的解决所创建的虚拟场景中三维模型之间的碰撞检测问题[41]。虚拟实验在场景创建过程中,所创建的场景物体须遵循一定的客观规律,即在虚拟场景中所创建的两个物体之间不能共用一个相同物理空间,碰撞检测就是明确场景中物体与物体间的碰撞以及穿透的地方,并反馈回相应的信息。在本研究中为了提升虚拟实验的交互性和沉浸性,虚拟实验利用碰撞检测技术可以在场景漫游过程中避免因为移动而发生穿透场景中的物体以及穿墙等问题的出现,并且碰撞检测技术在整个虚拟实验的交互部分也是不可或缺的一部分。

计算机组装论文
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第 3 章 基于沉浸式虚拟现实环境下虚拟实验的设计

3.1  沉浸式虚拟实验的设计框架
教学设计是沉浸式虚拟实验在开发过程中必不可少的重要环节,本虚拟实验在教学内容的设计方面从学习者认知心理机制的角度出发。通过对学习者特征分析、教学目标分析、教学现状分析、可行性分析、应用优势以及学习者学习过程认知机制分析的基础上,结合教育理论对教学设计的各个要素进行设计和融合,同时把沉浸感实现要素融入到了虚拟实验的设计中,使虚拟实验的设计部分达到最优化。
学习者特征分析对于教学内容和教学目标的设计具有重要的指导意义,因为只有在明确学习者起点能力以及学习风格的基础上才能更有针对性的根据培养目标和教材确定教学目标和设计教学内容。从而使学习者在使用虚拟实验进行学习后能够真正的提高其知识和实践能力。中职计算机应用专业学生不同于普通高中学生以学习文化知识为主,也不同于培训机构学生以短期学习特定技能为主,中职计算机应用专业学生在学习过程中既要重视理论知识上的学习也要强调技能的训练。只有这样学习者在毕业后才能适应社会的实际需求,解决工作中遇到的一些难题。本研究通过文献分析法和查阅相关资料的基础上,对中职计算机应用专业学生的学习者起点能力和学习风格进行了分析、总结为以下两个方面。
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第 4 章 基于沉浸式虚拟现实环境下虚拟实验的实现

4.1 开发环境的搭建
4.1.1 开发环境
操作系统:Windows 7 旗舰版 硬件环境:4GB 内存、NVIDIA GT 420 显卡 开发工具:3Ds Max、Unity3D、Visual Studio2013 开发语言:C#、JavaScript 运行环境:Android
4.1.2 SDK 的下载与安装
在本研究开发过程中所选用的 SDK 为 MojingS DK for DayDream 以下简称Mojing SDK,它是为了便于 Unity3D 开发者可以将所开发的应用程序运行在魔镜虚拟现实平台上而提供的 SDK 开发包。目前针对 Unity3D 开发所提供的最新SDK 版本是 V1.3.5562,下载地址为:,当下载完成后该 SDK 是以 ZIP 压缩文件的形式呈现在电脑磁盘上,此时需要对该压缩文件进行解压,得到.unitypackage格式的文件,将该文件导入到 untiy3d 软件中,依次点击 Uinty3d 菜单栏下的[Assets]—[Import  Package]—[Custom  Package] 导 入 MojingSDK  For Unity.unitypackage,即可实现 SDK 的安装。
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4.2 虚拟实验三维模型和场景的构建
4.2.1  虚拟实验三维模型的构建
在计算机硬件组装虚拟实验搭建过程中,首先需要完成的工作就是三维模型的构建,根据前面二、三章节的分析和设计我们已经明确了三模建模工具选用3Ds Max 进行创建、所需的三维模型包括哪些以及在创建过程中需要遵循哪些原则。因此在本小节中我们只需基于前期的分析和设计进行创建即可,在模型创建过程中,为了使学习者在使用过程中可以产生更加强烈的沉浸感,增强学习体验,这就要求三维模型在创建过程中一定要力求所创建的三维模型做到精益求精。
3Ds Max 提供了多种建模方式,包括 NURBS 建模、多边形建模以及面片建模等方式,考虑到本虚拟实验所创建的三维模型需要导入到 Unity3D 中进行使用,因此采用 NURBS 建模和面片建模两种方式结合进行三维建模,因为如果采用另外两种方式组合进行建模,所创建的三维模型在模型创建完成后还需转换成多边形模型才能进行使用,会额外增加一定的工作量。下面以创建主板为例来说明三维模型的创建过程。如图 4.1 所示。

图 4.1 主板三维模型效果图
图 4.1 主板三维模型效果图

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第 5 章 总结与展望

5.2  展望
本文对沉浸式虚拟现实环境下计算机硬件组装虚拟实验的设计与实现进行了理论和实践方面的研究,但在整个研究过程中仍存在一些需要改进和完善的地方,因此在后续的研究工作中需要从以下几方面进行改进和完善:
(1)优化虚拟实验中的三维模型。在本研究中所创建的三维模型,虽然较好的还原了传统环境下计算机硬件组装虚拟实验的实验设备以及实验环境,但由于是运行在移动端,考虑其模型发布出来时所占资源的大小和运行时的延迟性问题,只能对三维模型进行压缩,这样就会导致系统运行过程中所呈现的三维模型在细节上不够细致,未能给学习者在视觉上呈现最佳的感受,进而影响学习者的沉浸体验,在后续的研究中可对场景中的三维模型进一步优化以保证能够给学习者带来更好的沉浸体验。
(2)提升系统人机交互功能。在沉浸式虚拟现实环境下的计算机硬件组装虚拟实验通过白日梦体感手柄能够实现基本的人机交互操作,但是这种交互方式并不是最理想的交互方式,随着虚拟现实软硬件技术的不段升级和革新,未来的虚拟实验在视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面将采用更为自然的方式完成交互操作,并逐渐引入 AI 语音助手,让虚拟实验在交互性能提升的同时增加其智能性。
(3)虚拟与现实融合化。虚拟现实就是利用计算机模拟制作出与现实世界相符的虚拟场景,虽然利用这种技术所创建的虚拟实验能够满足学习者的基本学习需求,但在技术的推动下以及虚拟现实(VR)和增强现实(AR)软硬件技术的不断优化升级,慢慢混合现实(MR)将成为虚拟实验所研究的重点,因为混合现实是集虚拟现实和增强现实的优点,会让虚拟实验更加真实,实验操作更加逼真,效果更好。
(4)改变现有教学模式和方法。在传统教学过程中引入沉浸式虚拟实验这一教学资源,可以极大的改变和优化现有教学模式和方法,在使用过程中还可以与网络课堂进行结合,实现教学资源的共享,同时能够对学习者的学习给予及时的评价反馈。
参考文献(略)