交互式虛擬場景在實驗室安全教育中的應用與研究

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用，開發出一款基于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軟件編寫實現交互代碼;基于unity3d對實驗室場景進行編輯并測試。結果：最終發布一款用于安全教育的虛擬實驗室軟件。結論：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，天津科技大學輕工科學與工程學院2018級研究生。

實驗室安全教育在我們日常生活與學習中極其重要，然而屢屢頻發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安全威脅，受到了廣大群眾的關注，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，在安全事故發生之前，關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用改善了以上兩種方式，使實驗人員具有體驗感，體驗教學的發展往往影響著人們的學習方式以及人們對世界觀價值觀的建立[2]。

1 開發思路

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

2 開發方法

2.1 開發環境介紹

建模環境：Windows 10專業工作站版，Intel（R）core（TM）i7-7770 CPU@3.60GHz，16.0GB內存，64位操作系統，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 開發過程

2.2.1 素材收集及制作

UI界面中主要元素是跳轉按鈕，首先統一風格，需要區分開始按鈕與其他主菜單、返回、刷新、關閉等按鈕。此外還需制作關卡選擇、關卡進入按鈕等。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模型的構建

將繪制實驗室房間CAD圖導入到中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。模型制作和貼圖優化之后，導出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為虛擬實驗室安全教育減少枯燥感。實現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 程序發布

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

3 結束語

本文是一個具有教育和娛樂并重的，基于新技術的應用和研究來開發的安全教育類科普游戲。該系統的制作以人機交互的形式提供實驗員學習，不僅提升學生學習興趣，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.虛擬現實和增強現實的教育應用及融合現實展望[J].現代教育技術，2017，27（1）：21-27.

[2]王子豐.虛擬現實在火災現場勘驗教學體驗中的應用研究[D].沈陽：沈陽航空航天大學，2018.

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

[通聯編輯：謝媛媛]