[發明專利]一種電阻應變測量實驗虛擬演示實現方法及系統

有效

• 申請號: 202110441986.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113160362B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 姚學鋒;張來彬;高旭豪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20;G06T15/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 董永輝;曹素云

本發明公開一種電阻應變測量實驗虛擬演示實現方法及系統，包括虛擬實驗場景創建和虛擬實驗演示，虛擬實驗場景創建包括：建立虛擬實驗器材模型，將虛擬實驗器材模型導入到3D開發平臺中；獲得虛擬實驗器材模型在虛擬實驗場景中對應的初始坐標參數，使虛擬實驗器材模型的布置與真實實驗場景中按比例保持一致；虛擬實驗演示包括：在3D開發平臺的動畫編輯器的時間軸上添加關鍵幀，在各關鍵幀對應輸入實驗操作步驟中虛擬實驗器材模型的移動坐標參數，使得隨著時間軸的移動，各虛擬實驗器材模型按照所述移動坐標參數進行移動。本發明既可作為現場實驗教學的補充，供學生課前熟悉實驗操作步驟和器材使用方法，也可作為網絡課程替代正常實驗教學。

技術領域

本發明涉及一種電阻應變測量實驗虛擬演示實現方法及系統，屬于實驗力學虛擬教學設計領域。

背景技術

虛擬現實技術隨著計算機與互聯網技術的飛速發展在國內外受到了廣泛的重視和應用，該技術打破了虛擬與現實的壁壘，將現實中的事物以計算機圖形技術虛擬再現，應用前景廣泛，主要涉及教育、醫學、建筑設計、軍事以及航空航天等領域。尤其是在教育領域，利用虛擬現實技術建立虛擬實驗室，對于克服傳統實驗教學受教學場地和學時限制等問題十分關鍵。因此，對實驗力學等實驗類課程進行虛擬實現，對于提高實驗教學效果具有非常重要的現實意義。

電阻應變測量方法(簡稱電測)是實驗應力分析方法中應用最為廣泛的一種方法。該方法是用應變敏感元件(電阻應變片)測量構件的表面應變，再根據應變與應力關系得到構件表面的應力狀態，從而對構件進行應力分析。

目前，實驗力學電測系列實驗主要采用傳統教學形式，通過現場實驗教學完成，這種教學方法雖然可以完成教學大綱課程要求，但是由于力學實驗器材繁瑣，操作技術要求高，在實際實驗教學中，普遍存在學生不清楚實驗器材如何使用、實驗步驟遺漏等問題。同時由于實驗場地和教學學時限制，為完成課程教學大綱內容，往往壓縮供學生思考和探索環節，通過助教演示操作完成實驗教學，難以保證每位同學在有限學時內真正掌握實驗操作步驟和實驗器材測量使用方法，已經成為實驗力學等實驗教學課程改革的關鍵問題。

發明內容

為解決以上問題，本發明創建了具有高還原度的虛擬實驗場景，并完成了電測力學系列實驗的虛擬實現，解決了傳統力學實驗受實驗場地和教學學時的限制問題，可作為力學實驗現場教學的補充，同時亦可以作為電測實驗的網絡培訓教程。

一種電阻應變測量實驗虛擬演示實現方法，包括：

虛擬實驗場景創建和虛擬實驗演示，所述虛擬實驗場景創建包括：

建立各個虛擬實驗器材模型，并將各虛擬實驗器材模型導入到3D開發平臺的虛擬場景項目中；

通過虛擬實驗場景與真實實驗場景之間的映射關系，獲得各虛擬實驗器材模型在虛擬實驗場景中對應的初始坐標參數，使得虛擬實驗器材模型的布置與真實實驗場景中按比例保持一致；

所述虛擬實驗演示包括：

在3D開發平臺的動畫編輯器的時間軸上添加關鍵幀，并在各關鍵幀對應輸入實驗操作步驟中虛擬實驗器材模型在虛擬實驗場景對應的移動坐標參數，使得隨著時間軸的移動，各虛擬實驗器材模型按照所述移動坐標參數進行移動。

可選地，還通過虛擬人物的位置坐標變化以及虛擬人物四肢的位置坐標變化來驅動所述虛擬人物移動和操作，并且，各虛擬實驗器材模型還設置有縮小副本，各縮小副本綁定在所述虛擬人物的手掌上，

且在動畫編輯器中添加縮放關鍵幀，在所述縮放關鍵幀執行縮放操作，使得當所述虛擬人物拾取某一虛擬實驗器材模型時，所述某一虛擬實驗器材模型的縮小副本放大，而所述某一虛擬實驗器材模型縮小。

可選地，所述某一虛擬實驗器材模型的縮小與虛擬實驗器材模型的縮小副本的放大的時間間隔小于等于1/60s。