摘 要

虚拟实验室是基于计算机技术，VR虚拟现实技术，3D建模技术等等来让用户能够只通过一台电脑，就能访问虚拟实验室并在其中进行实验的技术。现在已经在娱乐，技术培训，教学，演示等方面都有了很大的用途。除了方便知识的分享与传播以外，还有着成本低，方便对实验结果检查与统计，实验器材不会毁坏等很多的优点。

随着计算机技术和网络技术的广泛应用，人们可以越来越多的在网络上获取知识，比如慕课网，中国大学慕课等网课平台越来越普及，但是这些网课主要是替代在教室里由老师教授的课程，而没有考虑到实验课，因此本论文希望能建立虚拟的实验室，也是在某种程度上对实验课进行替代。

在毕业设计作品中采用了windows10系统作为应用平台，这也是目前最主流的操作系统，更方便大众的应用。使用Visua Studio 2019与unity5.0作为开发的主系统，unity支持的脚本语言有JavaScpirt与C#，本项目中使用C#进行编程，同时在编程中通过unity的API（主要通过继承monobehavier类）来进行与场景中物体的互动。

在UI设计上采用unity自带的UGUI进行设计，UGUI虽然相对于插件有着一些不足，但是经过多个版本的更替已经可以胜任大部分的工作。

在实验器材的建模上采用3dsmax进行建模，3dsmax是现在最常见最常用的建模工具，且学生可以在申请后进行免费使用。

在数据管理方面，实现了教师，学生两种身份，以及实验成绩确认，实验结果的记录与查询等基本功能，学生可以进行实验以及对自己成绩进行查询，教师可以查看某课程或者某学生的成绩，并可以对成绩进行修改。

本次毕业设计主要特色在于：使用新兴的3D游戏引擎unity3D与其他C#，3D建模等知识相结合，来完成虚拟实验室的构建。

关键字：unity3d，建模，虚拟实验室，C#，数字逻辑

Abstract

Virtual laboratory is a technology based on computer technology, VR virtual reality technology, 3D modeling technology and so on to enable users to access virtual laboratory and experiment in it through only one computer. Now it has a great use in entertainment, technical training, teaching, demonstration and so on. In addition to facilitating the sharing and dissemination of knowledge, there are many advantages, such as low cost, convenient examination and statistics of experimental results, and no destruction of experimental equipment.

With the wide application of computer technology and network technology, more and more people can acquire knowledge on the internet, such as MOOC Network and MOOC Platform of Chinese University are becoming more and more popular, but these online courses are mainly replaced by courses taught by teachers in the classroom, without considering the experimental courses. Therefore, this paper hopes to establish a virtual laboratory to some extent. Substitute the experimental course.

In the graduation project works, Windows 10 system is used as the application platform, which is also the most mainstream operating system at present, and more convenient for the application of the public. Using Visua Studio 2019 and Unity 5.0 as the main system, Unity supports scripting languages such as Java Scpirt and C_#. In this project, C_# is used for programming, while in programming, Unity's API (mainly through inheritance of monobehavier class) is used to interact with objects in the scene.

In the UI design, we use the UGUI brought by Unity to design. Although UGUI has some shortcomings compared with plug-ins, it has been able to do most of the work after several versions of the replacement.

3dsmax is the most common and commonly used modeling tool, and students can use it for free after application.

In the aspect of data management, it realizes the basic functions of teachers and students, as well as the confirmation of experimental results, the recording and inquiry of experimental results. Students can carry out experiments and inquire about their own results. Teachers can check the results of a course or a student, and can modify the results.

The main features of this graduation project are: the use of the emerging 3D game engine Unity3D and other C #, 3D modeling and other knowledge to complete the construction of virtual laboratory.

Keyword: Unity3d, Modeling, Virtual Laboratory, C#, Digital Logic

目录

目录 I

第1章 绪论 3

1.1 课题研究背景及意义 3

1.2 国内外研究现状 4

1.3 课题研究内容 5

1.4 论文结构概述 6

第2章 开发技术和工具介绍 7

2.1 虚拟现实技术简介 7

2.2 Unity3D 8

2.3 C# 9

2.4 3ds Max 2018 9

第3章 系统分析 11

3.1 系统概述 11

3.1.1 总体概述 11

3.2 功能需求 12

3.3 设计约束 12

第4章 系统设计 13

4.1 功能模块设计 13

4.2 界面设计 14

4.3 系统设计关键技术 17

4.3.1 Unity3D编程技术 17

4.3.2 3ds Max建模 18

4.3.3 C# WinFrom编程 20

第5章 系统实现 21

5.1 登陆注册界面以及信息查询模块 21

5.2虚拟实验 22

5.2.1 实验环境模块 23

5.2.2 实验操作模块 25

5.2.3 实验界面模块 30

5.2.4 74LS283核心运算模块 30

5.2.5 结果上传模块 31

第6章 虚拟实验室开发技术总结 32

6.1 虚拟现实技术开发流程 32

6.2 虚拟现实技术适用此系统的硬件及系统 32

6.3 Unity当中VR产品的发布 35

第7章 结束语 37

参考文献 38

附录一 40

MouseFindObject： 40

附录二 48

74LS283的核心运算函数： 48

致谢 53

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

虚拟现实(Virtual Reality,既VR)技术是一项新型的，正在迅速发展的技术，它是通过计算机来模拟出一个三维的环境，并且用户可以通过一些输入方式，如鼠标键盘，甚至是肢体动作来对其中的物体进行交互。虚拟现实技术相对于传统的计算机技术能够让用户更友好更自然的与虚拟环境进行交互，有着更加直观，方便理解，交互自然等优点。

虚拟现实技术到现在为止已经有了80多年的历史，虚拟现实技术的开端是美国在军事领域采用虚拟现实技术进行模拟训练，之后逐渐转化为民用，包括NASA对太空环境与飞行器的模拟，大学的VR教育等等，欧洲一些发达国家也已经在改造传统行业，物理研究模拟等领域有了一些成熟的应用。而我国在VR研究领域由于起步晚与发达国家还有着很大的差距，不过，政府已经多方面的扶持这一新兴的技术，九五计划，国家自然科学基金委，国家高科技技术研究发展计划等都已经将VR列入了研究项目。

目前市场上常见的VR设备多为头戴式设备，价格少至70元左右，多至20000元左右，常见的品牌产品有Oculus RifyCV1，HTC Vive，PSVR，UGP，小派4K，VRZOME，大鹏，爱奇艺I71等等。爱奇艺，索尼等多家大厂商的入住恰好说明这个领域有一片广阔的市场，不过目前这些商业产品主要是集中于娱乐领域，如观影和电子游戏等，因此在其他领域仍有广阔的发展空间。