基于自动测试虚拟平台的3d实验设计与实现

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近年来高校采取了诸多方案以缓解学生人数与实验仪器数量之间的矛盾。随着信息化教学的不断发展,高校使用计算机开发程序以模拟实验流程,已研发出相关虚拟实验代替传统实验。本文在此背景下设计了基于三维引擎的虚拟实验,不依赖传统测试软件内置函数,独立开发完成了三维实验的各项功能。与传统的二维虚拟仿真实验相比,该实验不仅模拟了实验流程,同时还具有很好的真实感与沉浸感。最后将该实验发布到网络上,使用户能够不受时空限制操作实验。首先本文根据实验需求确定开发软件为3dsMax与Unity3D。在3dsMax中分别对示波器、信号发生器、电脑以及相关实验环境建模,设计的模型与真实模型相差无几。最后将模型导入Unity3D中并搭建实验环境。其次本文确定了实验开发架构。摒弃传统的Unity3D的开发思路,本文采用了多模块架构思想开发,分别设计了实验的登录模块、仪器生成模块、连线模块、仪器面板模块与相机管理模块,采用总管理模块GameManager(总控)脚本对各个模块进行管理。使项目代码耦合性更低,方便今后对此实验进行扩展。设计了实验所需的二维曲面绘制控件,可对波形进行良好的展示。根据波形公式设计了波形数据的生成与处理模块,通过消息中心模块传递生成的波形信息。然后本文基于Unity3D中的UGUI(图形编程界面)模拟了脉冲波形实验的编程系统。总控制脚本管理了各个面板的脚本输入,通过字符串模拟比较用户程控指令的输入正误。通过多脚本控制对比判断用户输入的指令组合是否正确,最终显示波形及测量参数,模拟了脉冲波形实验编程的流程。最后本文采用WebGL(Web Graphics Library)技术发布实验,经过场景与光照优化等手段降低实验资源消耗。将项目打包成WebGL格式后发布到Tomcat服务器,用户可通过浏览器访问并操作实验。经过测试,实验流畅运行于浏览器上。相比较传统的二维虚拟实验,本实验在模拟相应实验流程的同时使用户能够产生更加真实的操作体验。
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