導(dǎo)語(yǔ)：VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：利用vr技術(shù)，基于3dsMax設(shè)計(jì)并制作出一個(gè)VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，，使之其中包括VR實(shí)驗(yàn)臺(tái)、VR實(shí)驗(yàn)箱和相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器。闡述應(yīng)用Unity3D引擎實(shí)現(xiàn)一體機(jī)漫游VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和操作實(shí)驗(yàn)的步驟和方法。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)象分析法得知，體驗(yàn)者能夠獲得沉浸性、交互性體驗(yàn)。大多數(shù)體驗(yàn)者認(rèn)為該VR實(shí)驗(yàn)室具有創(chuàng)新性和想象力，能夠激發(fā)他們的操作興趣，使之更好地理解實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)儀器和功能。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室；3dsMax；Unity

1VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室功能模塊

該VR實(shí)驗(yàn)室的功能主要包括實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景設(shè)計(jì)及電源開(kāi)關(guān)的總體控制、通過(guò)數(shù)據(jù)手柄或鼠標(biāo)操作虛擬儀器碰撞體響應(yīng)控制、與或非芯片邏輯功能模擬、電路連線次序控制、文本輸出和提示控制、實(shí)驗(yàn)界面跳轉(zhuǎn)控制、實(shí)驗(yàn)重新開(kāi)始復(fù)位控制和實(shí)驗(yàn)操作者視角控制等各個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)者可通過(guò)穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)一體機(jī)在實(shí)驗(yàn)室漫游，展示實(shí)驗(yàn)室相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備；在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)漫游，看相關(guān)實(shí)驗(yàn)介紹。使參觀者獲得360 ̊沉浸式體驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均可交互，通過(guò)文字介紹、動(dòng)畫(huà)、特效展示無(wú)法看到或講解的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)快速跳轉(zhuǎn)、瞬間移動(dòng)等位移功能，能快速跳轉(zhuǎn)到需要演示講解的內(nèi)容區(qū)域。

2總體設(shè)計(jì)與制作流程

虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)需做到以下四點(diǎn)：逼真的外形外觀、精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、真實(shí)的電路原理、逼真的仿真現(xiàn)象[4]。其總體設(shè)計(jì)與制作流程如圖1所示。圖1VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與制作流程在制作模型之前，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物拍照、實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備實(shí)際尺寸測(cè)量等大量前期工作，得到整個(gè)實(shí)驗(yàn)室完整的建筑、設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)真實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境存在的不足，對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景做適當(dāng)修改，設(shè)計(jì)出優(yōu)美的理想實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、方便分組交流及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為滿足多人同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，且便于主講人進(jìn)行具體內(nèi)容介紹，設(shè)計(jì)1主機(jī)N從機(jī)漫游模式，主機(jī)控制所有VR設(shè)備內(nèi)參觀路線的選擇，各從機(jī)可獨(dú)立在該路線模式下進(jìn)行漫游交互。由于真實(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)、各實(shí)驗(yàn)室辦公區(qū)域以及試驗(yàn)區(qū)域的相關(guān)桌椅可能存在破舊或設(shè)計(jì)缺陷的情況，建議設(shè)計(jì)者在參照原物的基礎(chǔ)上作適當(dāng)?shù)耐庥^創(chuàng)新設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取讓參觀者獲得較佳的VR實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景漫游體驗(yàn)。各實(shí)驗(yàn)?zāi)K均設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹和實(shí)驗(yàn)過(guò)程動(dòng)效展示，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室大范圍漫游的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)自由行走和快速瞬移兩種不同的移動(dòng)方式。

3VR實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備制作

VR實(shí)驗(yàn)箱是整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的核心，該部分的模型包括引腳端口、電阻、功能芯片、發(fā)光二級(jí)管、電容、面板層、螺絲釘、電源開(kāi)關(guān)、實(shí)驗(yàn)箱把手等，是較為復(fù)雜的模型[5-7]，建模時(shí)盡量利用3DSMAX高級(jí)建模工具可編輯多邊形結(jié)合展UV操作建立模型，以便導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎進(jìn)行交互式開(kāi)發(fā)。數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)用到的功能芯片有很多，比較典型的有74LS04反相器、74LS08二輸入四與門(mén)芯片、74LS145譯碼器、74LS151選擇器芯片、555定時(shí)器等多種。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的沉浸性，芯片模型的構(gòu)建要從芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)上考慮，重點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件及其連接關(guān)系，為其添加必要的仿真功能。建立的VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱如圖2所示。在建立VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)，考慮到實(shí)驗(yàn)臺(tái)的多功能應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)的相互協(xié)作性，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)既可以擺放實(shí)驗(yàn)箱，也可以擺放電腦等其他實(shí)驗(yàn)儀器，每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，以方便小組實(shí)驗(yàn)操作和交流。建立的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖3所示。在建立VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，應(yīng)兼有普通教室和實(shí)驗(yàn)室的功能，至少應(yīng)具備黑板、多媒體投影、電腦等教學(xué)設(shè)備，在渲染時(shí)應(yīng)添加覆蓋材質(zhì)，使烘焙出來(lái)的貼圖具備光影以方便導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D后保留光影效果。為節(jié)省渲染時(shí)間，在測(cè)試渲染時(shí)預(yù)設(shè)改為非常低，正式渲染后再改為高。烘焙時(shí)每個(gè)物體單獨(dú)洪培，烘焙完之后再選中所有物體清除殼材質(zhì)，以免影響導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎后的效果。為營(yíng)造一個(gè)明亮的實(shí)驗(yàn)室燈光效果，可使用片燈，如有特殊需要（如投射燈等），可以根據(jù)實(shí)際情況打燈，該VR實(shí)驗(yàn)室設(shè)置漫游視角、設(shè)備認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)操作等功能、最終制作的VR數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室如圖4所示。

4漫游設(shè)計(jì)與測(cè)試

應(yīng)用Unity平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一體機(jī)的漫游操作開(kāi)發(fā)，通過(guò)頭顯設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接，將體驗(yàn)者置身于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，進(jìn)行沉浸性體驗(yàn)。添加BoxCollider組件，使其可以接收來(lái)自手柄射線的碰撞檢測(cè)，控制UI按鈕腳本如下：ProtectedvirtualvoidOnTriggerEnter(Collidercollider){varcolliderCheck=collider.GetComponentInParent<VRTK_PlayerObject>();varpointerCheck=collider.GetComponentInParent<VRTK_UIPointer>();if(pointerCheck&&colliderCheck&&colliderCheck.objectType==VRTK_PlayerObject.ObjectTypes.Colider){pointerCheck.collisionClick=(clickOnPointerCollision?true:false);}}體驗(yàn)者使用手柄選擇主機(jī)體驗(yàn)，通過(guò)UI提示直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室環(huán)境漫游，手柄點(diǎn)擊設(shè)備UI名稱(chēng)，可實(shí)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)點(diǎn)詳細(xì)介紹及實(shí)驗(yàn)原理動(dòng)畫(huà)演示。通過(guò)點(diǎn)選觀察點(diǎn)，VR眼鏡內(nèi)容跟隨主機(jī)端控制而進(jìn)入對(duì)應(yīng)的沉浸式場(chǎng)景進(jìn)行自主觀看，該VR實(shí)驗(yàn)室漫游視角如圖5所示。

5結(jié)束語(yǔ)

為了驗(yàn)證該VR實(shí)驗(yàn)室的實(shí)用性及科學(xué)性，從參加《數(shù)字電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生中選取20人，應(yīng)用現(xiàn)象分析法主要從學(xué)習(xí)支持、體驗(yàn)感等方面對(duì)學(xué)生做了一個(gè)問(wèn)卷調(diào)查，較為典型的意見(jiàn)為“有一定的創(chuàng)新性和想象力”、“有進(jìn)一步體驗(yàn)學(xué)習(xí)的愿望”、“我能更好的理解所學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”、“希望能參加更多的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)”等。從這些較為積極的評(píng)價(jià)中得知體驗(yàn)者對(duì)該VR實(shí)驗(yàn)室較為滿意。本研究只是完成了VR實(shí)驗(yàn)室相關(guān)儀器的開(kāi)發(fā)和部分實(shí)驗(yàn)的建立，后期將進(jìn)一步建立和完善數(shù)字電子技術(shù)課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

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作者:趙守凱 林慧君 單位:湛江幼兒師范專(zhuān)科學(xué)校