交互式虚拟场景在实验室安全教育中的应用与研究

李诗瑶 司占军 浦英

摘要：目的：针对当前实验室安全教育缺乏互动，通过研究交互式虚拟场景在实验室安全教育中的应用，开发出一款基于PC端交互式虚拟实验室。方法：基于CAD软件制作房屋模型狂降;基于3DMAX软件构建三维模型;基于Photoshop软件制作UI界面、3DMAX中的模型贴图等所需素材;基于visualstudio软件编写实现交互代码;基于unity3d对实验室场景进行编辑并测试。结果：最终发布一款用于安全教育的虚拟实验室软件。结论：虚拟实验室增加了人机交互功能，更具生动性，为实验室安全教育提供了新方式。

关键词：实验室安全教育;unity3d;交互性

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）04-0215-03

收稿日期：2019-12-05

作者简介：李诗瑶，天津科技大学轻工科学与工程学院2018级研究生。

实验室安全教育在我们日常生活与学习中极其重要，然而屡屡频发的实验室安全隐患事件，对实验室人员造成极大的人身财产安全威胁，受到了广大群众的关注，实验室安全教育不容忽视。

当前实验室安全教育主要通过口头表述以及答题机制两种方式，同时，在安全事故发生之前，关于实验室安全事故的演练又少之又少[1]。这很难使广大实验室人员清楚了解实验室安全的重要性，交互式虚拟场景在实验室安全教育中的应用改善了以上两种方式，使实验人员具有体验感，体验教学的发展往往影响着人们的学习方式以及人们对世界观价值观的建立[2]。

1 开发思路

本文主要用于实验室安全教育，分实验准备室，化学室以及电实验室三个场景进行学习，主要思路流程图如图1所示：

2 开发方法

2.1 开发环境介绍

建模环境：Windows 10专业工作站版，Intel（R）core（TM）i7-7770 CPU@3.60GHz，16.0GB内存，64位操作系统，基于X64处理器。

制作软件：Unity 2018.3.14f1（64-bit）、Photoshop CC2018、3ds MAX201 8、Visual Studio 2010中文旗舰版。

2.2 开发过程

2.2.1 素材收集及制作

UI界面中主要元素是跳转按钮，首先统一风格，需要区分开始按钮与其他主菜单、返回、刷新、关闭等按钮。此外还需制作关卡选择、关卡进入按钮等。所有界面在同一个PSD.文件中制作完成，需要用户注意分组。

2.2.2 3DMax模型的构建

将绘制实验室房间CAD图导入到中3dsMax2018，比照CAD图用样条线勾勒出房间的俯视图，把不涉及触碰事件的物体提前建起来再组合起来，分别分类组合，组名为英文，避免出错。模型制作和贴图优化之后，导出FBX.格式，嵌入媒体。

2.2.3 3d场景的制作.

主要使用unity3d制作三个实验室场景，实现情况如下图9，图10，图11所示。

2.2.4 代码编写

1）背景音乐功能的实现为虚拟实验室安全教育减少枯燥感。实现该功能的部分代码如下：

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）拖拽功能在实验室2中的使用非常重要，该功能实现的部分代码为：

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 程序发布

在unity3d中发布基于PC端exe格式的程序，如图12所示，实现场景漫游、物体拖动等人机交互行为。

3 结束语

本文是一个具有教育和娱乐并重的，基于新技术的应用和研究来开发的安全教育类科普游戏。该系统的制作以人机交互的形式提供实验员学习，不仅提升学生学习兴趣，而且显著提升实验室安全教育效果[3]。为实验室安全教育知识普及提供新思路。

参考文献：

[1]張枝实.虚拟现实和增强现实的教育应用及融合现实展望[J].现代教育技术，2017，27（1）：21-27.

[2]王子丰.虚拟现实在火灾现场勘验教学体验中的应用研究[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2018.

[3]黄晓一，范一强，张亚军.虚拟现实与增强现实技术在实验室安全教育中的应用[J].实验技术与管理，2019，36（1）：174-176，179.

[通联编辑：谢媛媛]