前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的VR技術(shù)下自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)資源庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：學(xué)習(xí)應(yīng)該在理論的基礎(chǔ)之上不斷進(jìn)行實(shí)踐，在實(shí)踐中驗(yàn)證理論，特別是對于物理、化學(xué)這樣的學(xué)科?，F(xiàn)實(shí)中，考慮到做實(shí)驗(yàn)的安全以及缺少儀器設(shè)備，導(dǎo)致操作者很多情況下難以大量的做實(shí)驗(yàn)。使用vr技術(shù)就能夠很好的解決這些問題，VR設(shè)備可以降低儀器設(shè)備成本，對場地的要求也比較低，而且還可以保證實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中的安全。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制，操作者可以隨時(shí)隨地進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：VR；虛擬現(xiàn)實(shí)；自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)簡介

本課題主要圍繞三個(gè)自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真研究，分別是高錳酸鉀制氧實(shí)驗(yàn)、豌豆雜交實(shí)驗(yàn)、太陽觀察實(shí)驗(yàn)，通過這三個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對真實(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真，并逐步構(gòu)建能容納更多實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真資源庫系統(tǒng)。

1.1高錳酸鉀制氧實(shí)驗(yàn)?？梢允褂迷O(shè)備制作初中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，通過高錳酸鉀制氧。2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑實(shí)驗(yàn)中包括加熱的效果以及氧氣的效果都有所體現(xiàn)，真正的做到了把實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)到VR設(shè)備之中。不僅如此，在化學(xué)中有所涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備我們都有所制作，包括針對于液體溫度的檢測，VR實(shí)驗(yàn)室使用了UI對其進(jìn)行展示，無論是氣體沸騰的效果還是溫度變化的曲線都完美的進(jìn)行了呈現(xiàn)。還包括劃火柴、點(diǎn)燃酒精燈等操作，這些簡單的操作，所有的細(xì)節(jié)都完美體現(xiàn)。

1.2豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。體驗(yàn)者能夠親手種植豌豆，對其基因進(jìn)行檢測，這樣能夠忽略現(xiàn)實(shí)中時(shí)間的限制，在現(xiàn)實(shí)中此類不太可能讓體驗(yàn)者真正實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)我們能夠在VR實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)，這樣可以大大的解決時(shí)間和空間上的限制。

1.3觀察太陽天文實(shí)驗(yàn)。太陽的活動(dòng)影響著地球上的一切以及生活作息。通過了解此次實(shí)驗(yàn)中的的道具巴德膜以及ERF鏡片觀測太陽，讓我們知道如何正確使用天文望遠(yuǎn)鏡觀測太陽的活動(dòng)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1）。從實(shí)驗(yàn)者的角度出發(fā)，利用VR技術(shù)模擬1個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和1個(gè)生物實(shí)驗(yàn)和1個(gè)天文實(shí)驗(yàn)。項(xiàng)目是基于SteamVR環(huán)境運(yùn)行。注：（1）1個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)：高錳酸鉀制取氧氣。（2）1個(gè)生物實(shí)驗(yàn)：孟德爾豌豆。（3）1個(gè)天文實(shí)驗(yàn)：觀察太陽。項(xiàng)目分為4個(gè)場景：①實(shí)驗(yàn)室展廳，②化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，③生物實(shí)驗(yàn)室，④天文實(shí)驗(yàn)室，用戶可以通過①跳轉(zhuǎn)分別跳轉(zhuǎn)到②③④實(shí)驗(yàn)室場景中，②③④實(shí)驗(yàn)室場景可以返回到①場景中。

2.2高錳酸鉀制氧實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（圖2）?？梢允褂迷O(shè)備制作初中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，通過高錳酸鉀制氧。2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑實(shí)驗(yàn)中包括加熱的效果，以及氧氣的效果都有所體現(xiàn)，真正的做到了把實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)到VR設(shè)備之中。不僅如此，在化學(xué)中有所涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備我們都仿真制作完成，包括針對于液體溫度的檢測，VR實(shí)驗(yàn)室使用了UI對其進(jìn)行展示，無論是氣體沸騰的效果還是溫度變化的曲線都完美的進(jìn)行了呈現(xiàn)。另外劃火柴，點(diǎn)燃酒精燈等操作也在實(shí)驗(yàn)中高仿真呈現(xiàn)出來。劃火柴功能實(shí)現(xiàn)代碼：privatevoidOnCollisionStay(Collisioncollision){if(m_Rigidbody.velocity.magnitude>1&&collision.collider.tag.Equals("MatchBox")){isFire=true;fire.SetActive(isFire);當(dāng)速度值達(dá)到1米每秒，并且火柴棍碰撞器接觸到火柴盒碰撞器的時(shí)候?qū)sFire標(biāo)簽設(shè)置為真，并且激活火焰特效，通過這樣的功能編寫能夠高度虛擬仿真火柴摩擦點(diǎn)燃的效果。酒精燈點(diǎn)燃和熄滅實(shí)現(xiàn)代碼：publicvoidOnFire(){if(isFire==false){if(isOne==false){isOne=true;pp.SetActive(true);Lab1Manager.instance.guideBase.NextStep();AudioManager.Instance.PlayAudio("Step4");}fireEffect.Play();isFire=true;}}publicvoidOffFire(){if(isFire==true){fireEffect.Stop();isFire=false;}}當(dāng)點(diǎn)燃的火柴碰撞器碰撞到打開的酒精燈碰撞器時(shí)，酒精燈的火苗特效會(huì)被激活，并且播放點(diǎn)火音效，當(dāng)酒精燈帽蓋住后酒精燈就熄滅。

2.3豌豆雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。體驗(yàn)者能夠親手種植豌豆，對其的基因進(jìn)行檢測，這樣能夠忽略現(xiàn)實(shí)中時(shí)間的限制，在現(xiàn)實(shí)中此類不太可能讓體驗(yàn)者真正實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)我們能夠在VR實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)。這樣可以大大的解決時(shí)間和空間上的限制。我們能夠用鏟子將地表鏟開，種植不同基因的種子，放入種子在坑中，蓋上泥土，澆水就可以進(jìn)行灌溉啦.達(dá)到一定程度便會(huì)長出對應(yīng)的豌豆苗直至長大，得到的基因型我們可以通過VR設(shè)備進(jìn)行觀看，以達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。鏟土和蓋土功能實(shí)現(xiàn)代碼：privatevoidOnTriggerExit(Colliderother){if(isComplete)return;if(other.tag.Equals("Shovel")&&isOK&&time>0.5f&&downCount<3){downCount++;transform.position-=newVector3(0,0.05f,0);isOK=false;time=0;testMesh1.text="當(dāng)前狀態(tài):拆開"+downCount+"/"+3;if(downCount>=3){testMesh1.text="當(dāng)前狀態(tài):土壤被鏟開";}}if(other.tag.Equals("Shovel")&&isOK&&time>0.5f&&downCount>=3&&upCount<3&&isBurywell){upCount++;transform.position+=newVector3(0,0.05f,0);isOK=false;time=0;testMesh1.text="當(dāng)前狀態(tài):蓋土"+upCount+"/"+3;if(upCount>=3){testMesh1.text="當(dāng)前狀態(tài):土壤蓋上";isComplete=true;}}}當(dāng)鏟子觸發(fā)器離開土面時(shí)三次內(nèi)每次土壤下降5厘米，并顯示鏟開的狀態(tài)，另外蓋土的次數(shù)三次內(nèi)時(shí)每次土壤上升5厘米，并實(shí)現(xiàn)蓋土狀態(tài)，這兩個(gè)功能真實(shí)模擬了鏟土和蓋土的狀態(tài)。

2.4觀察太陽天文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。太陽的活動(dòng)影響著地球上的一切以及生活作息。通過了解此次實(shí)驗(yàn)中的的道具，巴德膜以及ERF鏡片觀測太陽，讓體驗(yàn)者學(xué)習(xí)到如何正確使用天文望遠(yuǎn)鏡觀測太陽的活動(dòng)，也能觀察月亮的自轉(zhuǎn)，甚至還能進(jìn)入宇宙近距離觀察太陽等行星。

3結(jié)論

隨著社會(huì)的進(jìn)步，國家需要高素質(zhì)人才，培養(yǎng)人員實(shí)驗(yàn)操作水平是當(dāng)前物理、化學(xué)人才培養(yǎng)的主要任務(wù)之一，也是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。但大部分普通基礎(chǔ)操作者不具有實(shí)驗(yàn)操作用具，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很多，更何況有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品，如果沒有相關(guān)證明是不可以購買的，舉例：鹽酸屬于易制毒化學(xué)品，需要到當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)進(jìn)行備案，然后申請辦理易制毒備案證明，由當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)批準(zhǔn)，持證明才可以和有資質(zhì)的廠家進(jìn)行購買。自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)如果沒有專業(yè)人員指導(dǎo)，操作者可能不知道自己的操作什么地方存在失誤，達(dá)不到訓(xùn)練要求，白費(fèi)力氣，這時(shí)本項(xiàng)目就可以發(fā)揮它的作用。作為一套軟件，只需購買軟件本體，VR設(shè)備本身可以租用或者購買二手，VR設(shè)備自身也可以用于其他方面的應(yīng)用，而不僅限于實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)容。使用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，不僅安全可靠、方便快捷、不用考慮廢料處理，還能通過實(shí)驗(yàn)軟件直接對操作者的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行打分，指出操作時(shí)出現(xiàn)的問題，以真正達(dá)到訓(xùn)練目的，相信經(jīng)過不懈努力，基于Unity3d引擎的虛擬現(xiàn)實(shí)自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能擁有更大的市場。

作者:李兵川 王劍峰 宋苗苗 吳文靈 黎江 單位:重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院