基于Unity3D的茶文化专业虚拟实训平台设计与开发

郭琼琼

（郑州铁路职业技术学院，河南郑州 450000）

1 Unity3D技术介绍

1.1 主要概念

Unity3D这一开发环境体现出层级式特点，具体操作功能是视觉化编辑、数据整体编辑器以及游戏动态预算等；一个比较完整的Unity3D程式主要包括了若干个场景，每一个场景还包含了大量的模型，严格控制了脚本行为，我们看到的场景即是通过摄像头呈现且操控的；Unity3D物流引擎功能异常强大，可以对现实世界中的物理现象有效模拟，并且创造了粒子系统其功能对很多炫丽特效有效实现。

1.2 主要优势

由于跨平台特点，Unity3D程序修改并不复杂且可以向移动客户端进行移植。

快速入门，功能完善：Unity3D属于一个具有层级式特点的综合开发环境，不仅能够达到建模与编辑模型的作用，还可以对游戏积极开发，同时对现实环境有效虚拟创作，功能异常强大。

父子链式的组织结构也与人的思维模式十分符合，并且拥有视觉化的编辑，因此Unity3D入门并不复杂，使用者可以在较短时间内掌握U－nity3D技巧。

物理引擎：由于得到了Nvidia的大力支持，在虚拟现实世界的构建、开发真实游戏中Unity3D体现出无穷的魅力。

2 茶文化专业实训管理存在的问题

2.1 采购茶叶、茶具等易耗品难度较大

在茶文化专业实训教学中，各种茶叶与茶具是必不可少的。高校开设茶文化专业实践教学通常包括辨识各类茶叶以及冲泡红茶、绿茶和乌龙茶等，辨识茶叶教学最少需要20几种样茶，并且将每一种样茶划分为两个等级；而茶具是根据茶艺表演过程中所需的茶具规格进行配置，每套茶具至少包含了十几件茶具，这样大批量茶叶以及茶具需要根据实践教学需求实施采购，形成较大的工作量和财务支出。

2.2 储存茶叶方法需要不断改进

茶艺实训室采购的茶叶会在整个学期使用，而茶叶体现出一个明显的特点即吸味，储存茶叶对容器的密闭性以及环境温度产生了极高的要求，储存方法不合理会导致茶叶变色变味，对实训课程的正常开展造成一定的影响。通常高校茶文化专业储存茶叶的条件非常简陋，直接影响了教学效果。

2.3 茶具损坏浪费现象严重

茶文化专业课程体现出较强的实践性，在教学过程中学生会与茶叶以及茶具接触，一部分学生由于好奇心作怪会带走一部分茶样在课下继续辨识，或者是观察茶叶时对其造成了损坏。有的学生在练习冲泡茶叶时无法轻拿轻放，导致茶杯出现了豁口，增加了损失率。

3 基于Unity3D的茶文化专业虚拟实训环境设计实现

在茶文化专业的虚拟实训平台，通过Unity3D技术可以借助这一平台更加全面的了解茶器、六大茶类制作流程以及三大类茶叶表演过程及实训场景，该虚拟仿真实训平台设计具体围绕三部分开展。

3.1 视频网络系统

教师和学习者通过视频网络系统登录虚拟实训平台开展一对一、一对多教学，学习者在这一过程中不但得到虚拟实训的学习还可以跟老师语音或者是打字，进一步对有关茶道知识积极巩固。

3.1.1 网络平台构建

Unity3D提出了该视频网络系统最佳的解决方案，构建单纯的无需服务器端的多层次应用程序。借助于必需的所有工具、文档和示例指导如何将多用户应用程序建立逻辑存储。通过Unity3D技术累积了有关多人游戏和视频语音的大量经验，将最佳的服务提供给单纯的文字链条到所有类型的回合制游戏以及最为先进的头像聊天。比如建设茶文化专业虚拟实训品台，要求配置一台较好的网络服务器进一步获得良好的服务性能。我们可以在该服务器上假设Unity3D服务器，外网介入有利于学生随时在虚拟实训平台上组织学习，可是对课堂教学的管理十分困难，针对这一难题可以通过登录视频网络有效解决，如此在面板上将会出现全部学生的信息进一步了解学习者的听讲情况从而实现科学管理。对服务器模式进行理论分析，在线人数可以同时容纳500人，若更多的学习者产生在线学习需求，则可以借助于网络专业服务器或者是服务器集群。

3.1.2 配置服务器硬件及部署环境

服务器配置的第一步就是对服务器操作系统的合理性明确，为了与远程教育茶文化专业要求相符，首先需要建立网络服务器，采取配置较高的PC机替代专业化的服务器，在选择操作系统的过程中，建议选择windows网络服务器，由于普通PC机完全兼容了大量软件，修复和维护系统工作更加容易，因此确定虚拟网络服务器为windows。

3.1.3 视频网络系统整体设计

茶文化专业远程教育虚拟实训平台的视频网络系统可以作为主要特色，不仅实现了教师与学习者一对一、一对多的随时在线学习要求，还有效辅助了学习者参与虚拟实训操作。视频网络系统具体划分为三部分：多人视频语音系统、一对一教师辅导学生系统、PPT延时系统、加载虚拟实训平台系统，相关的操作模块包括：教师教学模块、学习提问模块、教师学生视频语音私聊模块、实施沟通模块。PPT延时系统的相应模块有PPT生成、添加和教学模块。

（1）教师教学模块：进入视频网络系统登录界面以后，老师借助于系统实现了一对一、一对多的在线教学与问题解答性能。

（2）视频语音私聊模块：为学生与学生、教师与学生创造了一个面对面学习交流的机会从而有效巩固了所学知识。

（3）学习提问模块：在开展虚拟实训中，这一模块主要提供给一部分操作不熟练者或者是在操作过程中出现问题的学习者。在学习提问模块中，还引入了智能机器人，主要负责为学习者讲解怎样应用虚拟实训系统。学习者只需要在输入文字框内列出相关问题，智能机器人便可以快速给出准确的答复。

（4）实时聊天模块：在语音视频的过程中基本上可以利用文本或者是图形开展聊天。

（5）PPT课件生成模块：以网页的形式展示不能在网络上观看的课件，进一步保证学习者顺利通过互联网实施在线学习。

（6）PPT课件添加模块：本系统提供了传输可见的性能，有利于学习者更加积极的学习新知识。

（7）课件教学模块：通过这一模块教师可以和授课模块整合使用，从而提高了教学水平并且顺利完成教学任务。

（8）虚拟实训平台加载系统：将有关的加载接口设计到虚拟实训平台上，促使学生全方位接受虚拟实训教学。

3.1.4 视频网络系统具体功能模块设计

（1）实时聊天模块

本系统将实施聊天模块作为基础，缺少这一功能，什么都是纸上谈兵，视频语音系统更加无从构建。在教师和学生之间利用实时聊天搭建了沟通的桥梁，加之视频语音互动对教学虚拟实训问题有效进行了解决，在此模块实现之前我们可以先与服务器进行连接，之后在聊天室应用。

（2）视频语音模块

在视频网络系统中语音模块为关键性内容，其包括了多人视频语音与私聊视频语音模块，在网络面对面教学中应用频繁，利用一辅导多、一辅导一的方式开展教学。本模块视频语音强大功能具体是通过自带软件的扩展功能实现；帮助学习者可以摆脱互联网的约束达到多个学习者共同学习的目标，不会对连接速度产生一定的影响。

（3）智能机器人

学习者在开展虚拟实训学习中划分为两部分提问模块，分别是在线解答问题以及智能机器人，其中在线解答问题模块与之前的模块相似。

我们将智能机器人成功引入到学习提问模块中，具体是帮助学习者对虚拟实训系统全面理解和应用，当老师不在时也可以得到较好的帮助，智能机器人主要采取了问答的模式，决定回答准确率的因素便是其包含的数据量，

3.2 学生实训系统

3.2.1 整体设计

在整个虚拟实训平台中本系统是核心内容，学习者在这一系统中可以研发茶文化专业的远程虚拟实训项目，在真实实训中不必担心发生意外等问题。学生实训系统可以划分为三部分：对茶具全方位了解、六大茶类制作程序以及表演三大类茶的过程。这部分内容统一组成了学生实训系统，对学习者远程学习中出现的问题有效解决。通过茶壶、茶盘、茶碗、品茗茶、闻茶杯等对茶具整体进行了解；七大类茶的制作包括了对绿茶、红茶、黑茶、白茶、乌龙茶、黄茶与花茶的整体过程。表演三大类茶艺则是借助于紫砂壶、玻璃杯和盖碗冲泡茶叶的方法。在实训开展过程中，学习者可以通过视频网络系统将出现的问题反馈给教师组。

（1）了解茶具模块：具体是对茶壶、茶盘、盖碗、品茗杯、闻香杯、公道杯等一系列茶具全面了解，学习者通过虚拟实训平台就能够全面认知茶具教学的任务以及相应的操作。

（2）六大茶类的制作过程模块：总结整理制作绿茶、红茶、黑茶、白茶、乌龙茶等程序，学习者通过实训平台真实模拟制作七类茶的流程，在制作时，学习者就会获得正确或者是错误的指令进一步巩固制作茶的知识。

（3）三大类茶艺表演的操作模块：在本模块中，我们可以通过视屏的方式向学习者呈现三大类差异表演，之后学习者根据视频操作流程对茶艺表演有效模拟。

3.2.2 三维建模

茶漏建模：在插口上精准摆放茶漏。漏取于茶，避免发现茶叶外漏问题。而对茶漏开展建模的操作并不复杂，可以借助于车削修改器对茶漏截面图像进行旋转从而获得造型，之后采取布尔运算使其下面形成空体。建模完成之后，为了外观形状更加逼真，可以对一部分边线开展圆角处理，并且赋予模型木质材质。在课余时间可以学习相关软件，仅需几分钟就可以完成建模，利用3dmax具备的易用性，十分容易上手，当结束虚拟实训建模工作之后，开始茶桶建模，其与茶漏建模十分类似，采取车削修改器，这里需要注意的是必须根据实物通过二维曲线仔细临摹轮廓进一步获得更加完美的车削造型。

茶匙建模：茶匙还称为茶铲，具体功能是储存放置茶叶。采取二维线对实物的轮廓开展临摹，利用倒角修改器令其成型，对茶匙头部应用曲线修改器促使其凸显实物特性，将木质材质提供给模型。对茶针的建模类似于茶匙。

茶夹建模：使用茶夹架去茶叶，进一步对茶底认真观察，从而可以更好的夹洗杯子。在建模整体过程中，首先可以应用基础模型BOX，在基本形状制作时可以采取多边形的基础命令，借助于剪切和链接命令细化处理模型布线，由于细节的大量增多，可以利用turbosmooth模型开展光滑处理，实行镜像，如此处理的茶夹会产生更加真实的外形。

通过建模茶漏、茶夹、茶匙、茶针等能够发现，在三维建模功能方面Unity3D基本上与虚拟实训要求相符。软件应用比较简单，在单人或者是团队开发合作中尤为适用，软件拥有的较强渲染作用以及相应的渲染插件能够获得照片级的渲染效果，通过计算机建模能够完全一致的渲染效果与实物。

结束语

基于Unity3D理论对茶文化专业虚拟平台建设全面讨论，不但全面了解了Unity3D技术还掌握了经常在虚拟实训平台上应用的软件技术，对自我修养和认知造成了一定的影响。目前，这一平台可以成功应用在互联网环境中，结合有关要求依次实现了各项性能。可是由于在我国以Unity3D技术为基础的虚拟实训平台发展时间相对较晚，加之自身技术问题，今后还需要对茶文化专业实验开展更加深刻的研究。

[1]郭磊.仿真物理实验教学系统的设计与实现[J].中国科技大学学报，2002(3):373-380.

[2]李雷雷.基于Unity3D虚拟装置技术研究[D]兰州理工大学，2015.