基于Unity3D的电能计量实验仿真教学系统

来源:用户上传      作者:王大虎　唐益民

　　摘 要： 针对当前高校电气工程专业电能计量课程实验教学环节存在的不足，设计并实现了电能计量实验仿真系统。该系统根据电能计量课程实验环节需求，采用3dsMax软件进行轻量化建模及三维动画制作，结合Premiere Pro软件完成动画后期处理，模型导入Unity3D引擎搭建虚拟场景，编写C#脚本程序开发系统交互功能及UI界面。实现了动画教学、仿真操作等功能，弥补了电能计量实验教学环节的不足。测试表明，系统运行稳定、交互性强，较好的满足了电能计量实验环节的要求。
　　关键词： 电能计量; Unity3D; 虚拟现实; 仿真系统
　　中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2022）04-66-04
　　Electric energy measurement experiment simulation teaching system based on Unity3D
　　Wang Dahu Tang Yimin
　　（School of Electrical Engineer and Automation， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， China）
　　Abstract： In view of the shortcomings of the current teaching link in the course of electrical energy measurement in electrical engineering specialty， an experimental simulation system for electric energy measurement is designed and implemented. In the system， according to the requirements of experiment， 3dsMax software is used for lightweight modeling and 3D animation production. Combined with Premiere Pro software， the animation post-processing is completed. The model is imported into the Unity3D engine to build a virtual scene. The system interaction function and UI interface are developed by C# script programs. The functions of animation teaching and simulation operation are realized， which makes up for the shortage of the experimental teaching of electric energy measurement. The test shows that the system is stable and interactive， which can well meet the requirements of the electric energy measurement experiment.
　　Key words： Electric energy measurement; Unity3D; Virtual reality; Simulation system
　　0 引言
　　电能计量是电网输、配电中的一个重要环节，对电网的安全、稳定运行具有重大意义[1]。电能计量技术课程是很多高校电气工程专业的必修课程，该课程专业实践性强，教学过程中要注重理论与实践相结合。调查发现，在传统的实验教学模式下，由老师演示并带领学生完成实验，由于实验条件的限制，很多学生实际并未参与实验，也有很多高校未能开展电能计量实验环节。
　　随着虚拟现实技术的兴起与发展，如今已被广泛应用于教育、医疗、工业等领域，并提供了可视化的解决方案[2]。针对上述存在的问题，文章将虚拟现实技术与电能计量实验相结合，设计并实现了电能计量实验仿真教学系统，打破了传统实验教学模式对客观条件的依赖性。系统具备设备认知、动画教学、仿真操作等功能，学生以随时使用系统进行多方位的学习，不受时间、地点、实验条件的限制，提高学习效率。
　　1 系统设计
　　1.1 需求分析
　　电能计量实验仿真系统主要用于高校电气工程专业电能计量实验教学环节，根据实验教学需求，学生使用该系统学习要掌握实验原理，能动手操作实验，做到交互式学习。根据使用需求，系统需要操作简单，界面美观，具有可扩展性。因此将系统模块化处理，系统分为实验设备、视频教学、实验仿真、考核测试四个模块。在实验设备模块，可以查看主要的实验设备，了解计量设备的规格。视频教学模块以视频动画的形式学习实验原理及实验操作。实验仿真模块模拟实验室及户外真场景，通过虚拟交互自主完成相关实验。考核测试模块以考题的方式检查自身的学习情况。
　　1.2 开发流程
　　电能计量实验仿真系统的实现可以分为前期准备与后期开发两个部分。在前期准备阶段，首先要收集整理实验相关资料，如设备外观照片、实验原理等，其次使用3dsMax软件创建模型及制作动画，并将模型及动画导入Unity3D中，搭建虚拟实验场景。在后期开发阶段，根据系统功能需求，编写C#脚本程序进行虚拟交互开发，同时结合UGUI系统开发系统UI界面。系统开发完成后测试并发布系统，并调查学生对系统的使用情况。

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