基于虚拟技术的机械基础实验仿真教学系统设计

张 俊，张天宇，吴央芳

（浙大城市学院 工程学院，浙江 杭州 310015）

虚拟现实（Virtual Reality），简称VR 技术，是采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成的一种虚拟环境，具有交互性、沉浸性、仿真性等多种特性［1-2］。用户借助电脑、手机、VR 头盔等输入/输出设备，能够与虚拟世界中的物体进行自然的交互，并且能够通过视觉、听觉、触觉来获得与真实世界相同的感受［3］。

机械设计基础是一门理论性和实践性均较强的专业课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决实践问题的能力［4］。配套的实验课程不仅能强化学生对理论知识的理解，还可以培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力。目前，在教学过程中发现机械设计课程学习存在教学形式单一，学生不感兴趣，学生对抽象的机械结构比较难以理解等问题；实验教学当中，由于实验教学资源、教学时间、空间等限制，学生只能开展分组实验，很难做到每位同学都动手操作，影响了学生实践动手能力的培养［5-6］。基于VR 技术，利用Unity3D 开发平台搭建机械基础实验虚拟仿真教学系统，把虚拟现实和实践课程相结合，突破了教学资源、时间、空间的限制，使更多的学生受惠，同时提升了学生的自主学习、实践动手能力，优化了相关课程的教学体系。

1 系统总体框架设计

1.1 设计目的

系统以机械设计理论知识为基础，让学生在虚拟的实验环境中通过点击移动鼠标，自由拆装典型机械零部件，查看每一个零件的结构，观察传动机构运动仿真等学习方式，能够对机械结构有较为真实的感受，对抽象的理论知识有较为清晰，增强学生的理论水平、工程设计能力和实践动手能力，培养学生创新能力。……