前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的VR技术下自然科学实验资源库系统设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：学习应该在理论的基础之上不断进行实践，在实践中验证理论，特别是对于物理、化学这样的学科。现实中，考虑到做实验的安全以及缺少仪器设备，导致操作者很多情况下难以大量的做实验。使用vr技术就能够很好的解决这些问题，VR设备可以降低仪器设备成本，对场地的要求也比较低，而且还可以保证实验者在实验中的安全。利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制，操作者可以随时随地进行专业实验知识的学习。
1实验简介
本课题主要围绕三个自然科学实验进行虚拟仿真研究，分别是高锰酸钾制氧实验、豌豆杂交实验、太阳观察实验，通过这三个实验实现对真实科学实验的虚拟仿真，并逐步构建能容纳更多实验的自然科学实验虚拟仿真资源库系统。
1.1高锰酸钾制氧实验。可以使用设备制作初中的基础实验，通过高锰酸钾制氧。2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑实验中包括加热的效果以及氧气的效果都有所体现，真正的做到了把实验复现到VR设备之中。不仅如此，在化学中有所涉及的实验设备我们都有所制作，包括针对于液体温度的检测，VR实验室使用了UI对其进行展示，无论是气体沸腾的效果还是温度变化的曲线都完美的进行了呈现。还包括划火柴、点燃酒精灯等操作，这些简单的操作，所有的细节都完美体现。
1.2豌豆杂交实验。体验者能够亲手种植豌豆，对其基因进行检测，这样能够忽略现实中时间的限制，在现实中此类不太可能让体验者真正实现的实验我们能够在VR实验室体验，这样可以大大的解决时间和空间上的限制。
1.3观察太阳天文实验。太阳的活动影响着地球上的一切以及生活作息。通过了解此次实验中的的道具巴德膜以及ERF镜片观测太阳，让我们知道如何正确使用天文望远镜观测太阳的活动。
2系统设计
2.1项目结构设计（图1）。从实验者的角度出发，利用VR技术模拟1个化学实验和1个生物实验和1个天文实验。项目是基于SteamVR环境运行。注：（1）1个化学实验：高锰酸钾制取氧气。（2）1个生物实验：孟德尔豌豆。（3）1个天文实验：观察太阳。项目分为4个场景：①实验室展厅，②化学实验室，③生物实验室，④天文实验室，用户可以通过①跳转分别跳转到②③④实验室场景中，②③④实验室场景可以返回到①场景中。
2.2高锰酸钾制氧实验设计（图2）。可以使用设备制作初中的基础实验，通过高锰酸钾制氧。2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑实验中包括加热的效果，以及氧气的效果都有所体现，真正的做到了把实验复现到VR设备之中。不仅如此，在化学中有所涉及的实验设备我们都仿真制作完成，包括针对于液体温度的检测，VR实验室使用了UI对其进行展示，无论是气体沸腾的效果还是温度变化的曲线都完美的进行了呈现。另外划火柴，点燃酒精灯等操作也在实验中高仿真呈现出来。划火柴功能实现代码：privatevoidOnCollisionStay(Collisioncollision){if(m_Rigidbody.velocity.magnitude>1&&collision.collider.tag.Equals("MatchBox")){isFire=true;fire.SetActive(isFire);当速度值达到1米每秒，并且火柴棍碰撞器接触到火柴盒碰撞器的时候将isFire标签设置为真，并且激活火焰特效，通过这样的功能编写能够高度虚拟仿真火柴摩擦点燃的效果。酒精灯点燃和熄灭实现代码：publicvoidOnFire(){if(isFire==false){if(isOne==false){isOne=true;pp.SetActive(true);Lab1Manager.instance.guideBase.NextStep();AudioManager.Instance.PlayAudio("Step4");}fireEffect.Play();isFire=true;}}publicvoidOffFire(){if(isFire==true){fireEffect.Stop();isFire=false;}}当点燃的火柴碰撞器碰撞到打开的酒精灯碰撞器时，酒精灯的火苗特效会被激活，并且播放点火音效，当酒精灯帽盖住后酒精灯就熄灭。
2.3豌豆杂交实验设计。体验者能够亲手种植豌豆，对其的基因进行检测，这样能够忽略现实中时间的限制，在现实中此类不太可能让体验者真正实现的实验我们能够在VR实验室体验。这样可以大大的解决时间和空间上的限制。我们能够用铲子将地表铲开，种植不同基因的种子，放入种子在坑中，盖上泥土，浇水就可以进行灌溉啦.达到一定程度便会长出对应的豌豆苗直至长大，得到的基因型我们可以通过VR设备进行观看，以达到学习的目的。铲土和盖土功能实现代码：privatevoidOnTriggerExit(Colliderother){if(isComplete)return;if(other.tag.Equals("Shovel")&&isOK&&time>0.5f&&downCount<3){downCount++;transform.position-=newVector3(0,0.05f,0);isOK=false;time=0;testMesh1.text="当前状态:拆开"+downCount+"/"+3;if(downCount>=3){testMesh1.text="当前状态:土壤被铲开";}}if(other.tag.Equals("Shovel")&&isOK&&time>0.5f&&downCount>=3&&upCount<3&&isBurywell){upCount++;transform.position+=newVector3(0,0.05f,0);isOK=false;time=0;testMesh1.text="当前状态:盖土"+upCount+"/"+3;if(upCount>=3){testMesh1.text="当前状态:土壤盖上";isComplete=true;}}}当铲子触发器离开土面时三次内每次土壤下降5厘米，并显示铲开的状态，另外盖土的次数三次内时每次土壤上升5厘米，并实现盖土状态，这两个功能真实模拟了铲土和盖土的状态。
2.4观察太阳天文实验设计。太阳的活动影响着地球上的一切以及生活作息。通过了解此次实验中的的道具，巴德膜以及ERF镜片观测太阳，让体验者学习到如何正确使用天文望远镜观测太阳的活动，也能观察月亮的自转，甚至还能进入宇宙近距离观察太阳等行星。
3结论
随着社会的进步，国家需要高素质人才，培养人员实验操作水平是当前物理、化学人才培养的主要任务之一，也是高素质人才培养的重要内容。但大部分普通基础操作者不具有实验操作用具，且实验内容很多，更何况有些化学实验药品，如果没有相关证明是不可以购买的，举例：盐酸属于易制毒化学品，需要到当地公安机关进行备案，然后申请办理易制毒备案证明，由当地公安机关批准，持证明才可以和有资质的厂家进行购买。自然科学实验如果没有专业人员指导，操作者可能不知道自己的操作什么地方存在失误，达不到训练要求，白费力气，这时本项目就可以发挥它的作用。作为一套软件，只需购买软件本体，VR设备本身可以租用或者购买二手，VR设备自身也可以用于其他方面的应用，而不仅限于实验操作的内容。使用虚拟现实进行自然科学实验操作，不仅安全可靠、方便快捷、不用考虑废料处理，还能通过实验软件直接对操作者的实验操作进行打分，指出操作时出现的问题，以真正达到训练目的，相信经过不懈努力，基于Unity3d引擎的虚拟现实自然科学实验项目能拥有更大的市场。
作者:李兵川 王剑峰 宋苗苗 吴文灵 黎江 单位:重庆航天职业技术学院