張麗麗++倪建龍

摘要：闡述了利用Unity3D軟件開(kāi)發(fā)交互式多媒體課件的過(guò)程和關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法；開(kāi)發(fā)出了逼真性強(qiáng)、交互性好、不受場(chǎng)地和時(shí)間限制的，可以全方位、多角度地觀察齒輪油泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系，并且能夠?qū)崟r(shí)拆裝和動(dòng)畫(huà)演示的交互式多媒體課件。

關(guān)鍵詞：Unity3D；齒輪油泵；交互式多媒體課件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）11-0190-02

1 概述

齒輪油泵是機(jī)器中用來(lái)輸送潤(rùn)滑油的一個(gè)部件，傳統(tǒng)的文字加圖片的教學(xué)方法難以將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、工作原理等表達(dá)清楚，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，教學(xué)效果不理想。學(xué)生雖然可以通過(guò)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目親自動(dòng)手實(shí)踐，但教學(xué)用具數(shù)量有限，時(shí)間不自由。因此，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)一種三維交互式課件，讓學(xué)生自行鼠標(biāo)操作、動(dòng)畫(huà)演示等形成直觀感性的學(xué)習(xí)，提高了自主學(xué)習(xí)的積極，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)。

2 Unity3D技術(shù)

Unity3D[1]是由Unity Technologies開(kāi)發(fā)用于創(chuàng)建三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型開(kāi)發(fā)工具。可以實(shí)時(shí)處理大量的三維模型，同時(shí)支持 C#、Java script 等多種腳本語(yǔ)言[2] ，物理系統(tǒng)可以完成復(fù)雜的交互控制，符合三維交互式課件的制作。本文采用Unity3D 5.0。

3 三維交互式多媒體課件的設(shè)計(jì)

3.1 三維模型的構(gòu)建和導(dǎo)入

本文采用Solidworks建模，建好的模型如圖1所示。完成建模后以stl的面片格式導(dǎo)入到3DMax 軟件中，進(jìn)行模型渲染，最后導(dǎo)出為 fbx 格式。將導(dǎo)出的模型和貼圖文件放到 Unity 工程文件夾下的 assets 文件夾中， 即可在 Project 視圖中看到模型文件，完成模型導(dǎo)入[4]。

3.2 課件交互方式框架

課件交互方式的框架主要借鑒Model（模型）-View（視圖）- Controller（控制器）- MVC（架構(gòu)），如圖2所示。交互模式主要是用戶通過(guò)View部分即交互界面觀察到齒輪泵的各種狀態(tài)以及說(shuō)明，同時(shí)通過(guò)按鈕輸入使用意愿，接收到用戶意圖之后， Controller部分將用戶意愿轉(zhuǎn)化為控制指令，并對(duì)相應(yīng)的Model模型部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、透明、拆卸等功能，并從View視圖部分反映給用戶。用戶獲取信息后，又進(jìn)行下一步的意愿輸入，如此不斷地進(jìn)行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)該多媒體課件的主要優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，即交互性與沉浸性。

3.2交互界面的設(shè)計(jì)

利用Unity3D的GUI，可以簡(jiǎn)單地對(duì)控件進(jìn)行添加，通過(guò)多種UI控件如面板（Panel）、按鈕（Button）、文本（Text）、圖片（Image）、開(kāi)關(guān)（Toggle）、可實(shí)現(xiàn)文本框（Input Field）的添加與配合，實(shí)現(xiàn)用戶界面搭建，如圖3所示。而對(duì)主要交互控件按鈕，可通過(guò)其屬性設(shè)置，將按鈕大小、圖形、不同狀態(tài)進(jìn)行定義，美化交互界面。

3.3交互控制技術(shù)的設(shè)計(jì)

1）旋轉(zhuǎn)、縮放等展示功能

利用鼠標(biāo)控制攝像機(jī)可以使齒輪油泵旋轉(zhuǎn)、縮放、平移，該功能由Unity3D腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件調(diào)用函數(shù)，同時(shí)獲取鼠標(biāo)的屏幕坐標(biāo)，利用Camera.main類中的ScreenToWorldPoint函數(shù)將鼠標(biāo)的屏幕坐標(biāo)映射為與物體同一坐標(biāo)系的世界坐標(biāo)，并計(jì)算出物體與鼠標(biāo)世界坐標(biāo)的距離矢量offset，最后當(dāng)鼠標(biāo)左鍵按下時(shí)，將物體移動(dòng)offset一段距離，實(shí)現(xiàn)物體與鼠標(biāo)指向地點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

2）拆卸功能

該動(dòng)畫(huà)以fbx格式可以直接導(dǎo)入到Unity3D場(chǎng)景中，并利用腳本實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)畫(huà)播放。主要利用動(dòng)畫(huà)類中的Animation.Play命令實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)的播放，同時(shí)利用Animation類中的其他命令，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)播放速度控制、循環(huán)播放等功能，提高該3D多媒體課件的逼真性。對(duì)螺栓、螺母等小零件，可在改變 Transform 組件參數(shù)實(shí)現(xiàn)拆裝動(dòng)畫(huà)的同時(shí)，改變其 Scale 參數(shù)，使小零件在拆卸后放大，便于觀察和組裝時(shí)尋找。

3）標(biāo)簽顯示/隱藏功能

齒輪油泵的每個(gè)零部件都添加了實(shí)時(shí)名稱標(biāo)簽，當(dāng)鼠標(biāo)移入該零部件區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽出現(xiàn)；鼠標(biāo)移出時(shí)標(biāo)簽消失。利用鼠標(biāo)事件，當(dāng)鼠標(biāo)經(jīng)過(guò)物體時(shí)，OnMouseEnter（）函數(shù)被調(diào)用，將布爾值isShowTip改為true，OnGUI函數(shù)檢測(cè)到該布爾值為true時(shí)，利用SetActive（）函數(shù)將初始設(shè)置為未激活狀態(tài)的標(biāo)簽Text激活，于是該標(biāo)簽就顯現(xiàn)出來(lái)，同理在鼠標(biāo)離開(kāi)時(shí)，利用OnMouseExit（）函數(shù)修改標(biāo)簽狀態(tài)使其隱藏。

4）軟件發(fā)布

Unity3D 支持 Windows、Linux、Mac OS X 、Web等多平臺(tái)發(fā)布。本課件發(fā)布為.exe 程序，直接雙擊即可運(yùn)行。還可發(fā)布到iOS、Android等移動(dòng)平臺(tái)，滿足學(xué)生隨時(shí)隨地利用該多媒體課件學(xué)習(xí)的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

該交互式課件可以直觀的、全方位的、多角度的展示齒輪油泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，并且學(xué)生可以在PC等移動(dòng)平臺(tái)上自行拆裝、結(jié)構(gòu)展示、動(dòng)畫(huà)演示等操作，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，彌補(bǔ)了教學(xué)用具數(shù)量有限，時(shí)間不自由，不允許每個(gè)學(xué)生在實(shí)踐中反復(fù)練習(xí)提高的缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 百度百科. Unity3D. http：//baike.baidu.com/view/2299410.htm？fr=aladdin，2014

[2] 倪樂(lè)波；戚鵬；遇麗娜，等.Unity3d 虛擬展示技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（12）：54-55.

[3] 陳軍；蔡金玲.基于Unity3D三維多媒體課件的設(shè)計(jì)與制作[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2014（12）上：64-67.

[4] 褚麗娜；李建增；謝志剛.基于Unity3D的無(wú)人機(jī)交互式課件開(kāi)發(fā)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2015（08）下：39-42

[5] 劉嘉夫；齊昕；李前杰等.基于 Unity3D 的水污染控制工程多媒體課件開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2014（2）：98-100.

[6] 劉羽楠；高飛.基于Unity3D的虛擬仿真在《電機(jī)學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息， 2015（5）： 59 .