体感控制的三维仿真化学试验室场景与UI设计.doc

课程设计题目名称 计算机与软件工程学院 课程论文 PAGE II PAGE 9 课程论文 课 程 名 称: C/C++ 单元实训 课 程 代 码: 106086319 项 目 名 称: 年 级 专 业: 2014级计算机科学与技术专业 学 生 姓 名: 学　　 号: 论文成绩： 平时表现 （20） 开发能力 （30） 项目工作量 （20） 论文质量 （30） 总 分 （100） 教师签名： 20 年 月 日 文档要求： 1. 必须遵循本模版排版格式，中文字数4000-5000。 2. 主要写算法与技术方法，贴关键代码，禁止全贴代码。 3. 提交本文电子稿和打印稿（必须双面打印）。 体感控制的三维仿真化学实验室场景与UI设计 摘 要 虚拟现实（VR）,是利用计算机生成一种虚拟环境，使用户沉浸到该环境中的一种三维技术[1]。三维仿真化学实验室，不但能够模拟液体流动和沸腾效果，还能模拟实验中产生的气体效果。老师和学生不但可以随时随地进行化学实验，且不用担心化学药品和有害物质对自身造成伤害，达到熟悉化学实验操作、了解化学知识的目的。 本设计实现了用微软Kinect体感设备进行模拟化学实验操作，用三维技术逼真模拟了化学实验场景、实验器皿、化学药品、反应过程等。本项目获2014年国家级“大学生创新训练计划项目”支持，并获2015年全国三维数字化创新设计大赛全国二等奖、四川省赛区最佳网络评价奖。2016年获得计算机软件著作权一项，公开发表研究论文一篇。 本文对体感控制的化学实验系统的场景渲染和UI设计进行了分析和研究，重点介绍了环境光布置、环境光烘焙、动态光照等光线效果和UI设计与实现。 【关键词】虚拟现实；Kinect；化学实验；光线烘焙【要求3-5个】 1绪论 信息产业是我国国民经济的基础性、战略性、先导性产业，对我国经济结构调整具有重要的示范意义，是稳增长、促改革的主战场。我国是全球领先的信息产业大国，以虚拟现实等为代表的一批市场反响好、用户体验佳的创新性产品推动了供给侧改革，成为提升消费类电子产品有效供给能力的重要手段。有媒体称今年为我国虚拟现实技术元年，经过多年积累，从VR设备到VR内容开发出现了井喷式爆发。随着虚拟现实技术的发展，现在已经广泛运用在医学、娱乐、游戏、仿真、教育等领域，人们越来越真实的体验到虚拟世界的精彩。如今，国内各个中学的化学实验室都比较完善，能完成课本上的大部分化学实验。但是由于某些化学实验受到高危险、高污染、高成本等因素限制，使得这些化学实验往往只能通过书本或互联网进行了解，大大限制了学生对这些化学反应实质上的理解程度。因此，通过使用虚拟现实技术真实地模拟化学反应的整个过程，让学生参与整个实验操作，能有效地提高学生对这部分化学知识的理解程度。所以在这里对虚拟现实的相关知识作简要介绍。 1.1 技术介绍 虚拟现实技术（VR, Virtual Reality）是通过模拟人类听觉、视觉、触觉等感知行为的高度仿真的人机交互技术。它具有多感知性、存在感、交互性、自主性。可以把抽象的、复杂的数据在虚拟空间中表示为更直观的、用户很熟悉的实物。在这种三维场景之中，不仅能让使用者感觉到物体逼真的存在，还能对使用者的控制动作做出准确的及时响应。图1.1是中视典科技公司的虚拟现实场景图。 图1.1 三维虚拟场景【贴图要求：能看清楚，尽量小】 1.2 技术特点 虚拟现实产品往往具有如下几个特点： ① 多感知：通过使用各种类型的传感器，使得计算机具有视觉感知、听觉感知、触觉感知和运动感知等，使人机交互变得更加快速、更加准确。 ② 沉浸性：通过使用三维技术，用户以主角形式存在于逼真的虚拟环境中，具有“身临其境”的感觉。 ③ 交互性：用户对虚拟环境内的物体以及自身的可操控程度，同时也包含虚拟环境对用户操作所做出的自然反馈。 2 总体方案设计 2.1 设计任务及要求 本次设计的主要功能要求： ① 模型制作：Maya+贴图技术制作3D模型、化学实验场景、化学反应道具等所需各种元素模型等，且具有可扩展性。 ② 渲染效果：Unity完成环境光渲染、实时光影效果、UI设计、场景管理等。 ③ UI设计：采用六边形风格，体现简洁与美观原则，与项目的风格相符。 ④ 用户交互：整个项目的交互场景，完成不同场景之间的切换，配置信息的读取与修改，实验仪器和实验药品的选择与使用，以及动画效果。 2.2 总体方案设计 基于前沿的三维虚拟现实和体感交互控制技术，研发一款三维仿真系统——化学实验室。运用