基于unity3D的虚拟现实技术在中学物理教学中的应用研究

摘要

虚拟现实技术作为一种新的技术，它的发展一直受到不同领域的研究人员的关注，而它在教学方向上的应用也一直是人们所关注的热点。首先，虚拟现实技术本身特点的独特魅力，已经深深吸引了众多的专家和学者探索其在教育学方面的应用。其次，虚拟现实技术在教育学应用方面的规模和效果都距离人们心目中的理想目标有着较大的差距，其在教育理论支持以及技术研究方面都需要进行进一步的探索和研究。第三，中学物理教学过程中，一方面物理实验起着至关重要的作用，另一方面将抽象的物理原理和物理概念变为具体可见的可操作的方法进行教学也是其未来发展的重要方向。随着虚拟现实技术的不断发展，如何将虚拟现实技术与中学物理教学紧密结合以改变传统教学方法、提高教学质量也是当今的热点课题。
　　本文就是从这个角度出发，总结了虚拟现实技术在当今中学物理教学中的应用的表现形式，并详细的论述了虚拟现实技术在中学物理教学中的应用所相关的技术理论以及教育学理论支撑。针对虚拟现实在中学物理教育学中的不同应用，使用3ds Max以及unity3d进行相关的建模，并在unity3d中进行交互。为虚拟现实在中学物理教学中的方式以及技术提供了支撑。
　　本文主要分为五个部分，第一部分主要对虚拟现实技术的概念、虚拟现实技术的3I特性、虚拟现实技术在中午物理教学方面的应用以及国内外现状做了研究和分析。第二部分主要对虚拟现实技术在中学物理教学的相关软件unity3d以及三维建模软件3ds Ma x进行了分析和研究，并对其中的几何建模、三维图形变换、碰撞检测技术进行了研究，而且对教育学的相关理论进行研究。第三部分主要对虚拟现实技术在中学物理教学中所需要的模型进行建立，基于虚拟现实的沉浸性完成了虚拟实验室的建立，对于抽象的物理原理建模虚拟山体模型，将中学物理知识与unity3d的物理引擎特性相结合，设计并建立了虚拟均匀电场模型以及平抛运动模型。第四部分提出了虚拟现实技术在中学物理教学中应用的交互流程，并用第一人称控制器完成了虚拟山体的游览，在虚拟带电物体在均匀电场中的运动的交互过程中提出改进的碰撞检测算法，在虚拟平抛运动的交互过程中为提高CPU的运行速度，在小球产生后的适当时间内从场景中将小球移除，以方便下一次的实验操作。第五部分主要对我做的工作进行了总结并在研究的基础上对未来的发展方向进行了展望。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 虚拟现实系统

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要内容和章节安排

第2章 相关软件及技术理论研究

2.1 虚拟现实引擎unity3D

2.2 虚拟现实建模软件3ds Max

2.3 虚拟现实中的几何建模

2.4 三维图形变换

2.5 碰撞检测技术

2.6 虚拟现实技术在中学物理教学中应用的教育学理论

2.7 本章小结

第3章 三维虚拟场景与虚拟物体的建模

3.1 三维建模的过程

3.2 虚拟实验室的建模

3.3 unity中虚拟山体模型建立

3.4 虚拟带电物体和虚拟均匀电场的建模

3.5 虚拟平抛运动的场景建模

3.6 本章小结

第4章 基于unity3d的虚拟中学物理教学的交互实现

4.1 unity交互的基本流程

4.2 虚拟山体游览的交互

4.3 虚拟带电物体在均匀电场中运动的交互

4.4 虚拟平抛运动的交互

4.5 虚拟中学物理教学平台的发布

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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