基于realmaxweb的物理虛擬仿真實驗應用設計平臺＊

（天津職業技術師范大學電子工程學院，天津 300222）

0.引言

近年來，伴隨著AR技術的日趨成熟，國際眾多知名公司紛紛試水：蘋果、谷歌、微軟、英特爾等眾多高科技公司相繼涌入AR領域，在智能顯示技術、三維注冊技術、人機交互技術不斷發展的今天，引領了AR發展的潮流，形成了一個兼容并蓄的AR生態圈。在此基礎上，本文將針對利用虛擬成像結合教學實驗發展設計實驗目標這一課題展開論述。

1.基于realmaxweb平臺的虛擬實驗設計

1.1 設計選擇

市場背景：中國AR行業的發展離不開國家政策的支持，伴隨著國家政策鼓勵力度的不斷加大，教育部產教協同育人項目的推進，中國AR行業將迎來飛速發展契機。

我國互聯網的發展為AR行業的飛速發展提供了巨大動力，網民總體規模的提升、移動智能端上網總量的提升、企業“互聯網+”應用的升溫無疑將促使中國AR產業的騰飛。AR現實增強發展流程如圖1所示。但目前AR在消費市場上廣泛用于視覺體驗、娛樂設施等領域。在教育教學應用領域還有大量空白，本課題針對這一現象確定了高校項目研究目標：借助仿真軟件對光學較復雜實驗實現現實實驗步驟及結果的交互展示，提高課堂教學效果。

圖1 AR現實增強發展流程

項目主要內容方向為：運用AR技術，將光學課程中難以實現的實驗（比如光學全息實驗受環境影響干擾較大）的實驗原理、操作步驟以及實驗展示虛擬立體化[1]。

1.2 設計實現

AR教學流程如圖2所示。通過realmaxweb開發環境，掌握光學實驗原理與實際實驗搭建實現原理，由平臺所需動畫模型，設計實現教學模型需要，用平臺javascript語言撰寫腳本，導入仿真建模模型實現實驗設計[2]。

圖2 AR教學流程

2.項目開發原理

2.1 realmaxweb平臺系統

項目基于 Realmaxweb平臺，進行場景建模，通過算法實現對現實場景的虛擬化，用戶可通過掃碼使用。將虛擬世界融入現實世界并進行互動，做到將虛擬和現實同時顯示出來，提升人們的感官體驗[3]。

2.2 3DMax建模系統

根據平臺導入模型所需fbx格式，通過對市場上建模模型的仔細研究，選取了3Dmax建模模型作為realmaxweb平臺的模型設計軟件。

2.3 教學實驗選擇

在實驗基礎上，以菲涅爾雙棱鏡干涉實驗為例。菲涅爾雙棱鏡是在一塊玻璃薄板上，將其上表面加工成兩塊楔形板，楔角很小，棱與端面垂直。由于干涉條紋寬度很小，實驗中使用測微目鏡進行測量，這時觀測屏就是測微目鏡的焦平面（分劃板）。至于公式中的d值可用透鏡二次成像的辦法求出：即在雙棱鏡與測微目鏡之間放置一會聚透鏡L2，只要D>4f（大致測一下透鏡焦距），當前后移動透鏡時，就可以在兩個不同位置上，通過測微目鏡觀測到虛光源S1、S2的一個放大的和一個縮小的實像，若測得放大實像間距為d1、縮小的實像間距為d2，則兩虛光源之間距離d有：

根據實驗數據精準計算出模型間的間距，可得最終導入realmax平臺模型。

3.系統設計與實現

（1）通過動畫模型模塊精準控制實現預估動畫。（2）通過JavaScript語言編輯實現功能,即可最終實現現實增強動畫。（3）通過AR一體化電子開發平臺可實現觀看各種建模后的現實增強效果。

4.結語

通過realmaxweb平臺創新的交互式學習方式，將知識的接收方式從被動變為主動，加深學習效果。以最直觀的形式指導學生按照步驟依次操作，減少錯誤率，提高學習效率，對教學實驗起到了極大的補充說明作用，將AR技術在教學領域中的應用進一步擴展。