一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统及方法与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统及方法。

背景技术

光纤测氧实验在生物医学工程、医学信息工程、生物化学，化学工程、材料学等专业中是一门非常重要的教学实验，由于条件限制，教学成本因素，学生不能按照要求完成基本的技能实验训练，造成了学生学习效率较低的问题，制约了人才的培养。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统，其将光纤工作原理、设备结构与实验室教学有机结合起来，能够逼着地模拟实际光纤测氧实验，便于用户学习，大大的节约了教学资源，提高了学习效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统，其包括：

三维模型生成模块，其用于生成光纤测氧实验设备、连接线、导管、实验台以及工作环境的三维模型，所述光纤测氧实验设备包括直流电源、示波器、波形发生器、锁相放大器、氧气配气仪、光源驱动电路、光源激发电路、滤光器和光纤传感器；

操作提示获取模块，其用于根据当前操作步骤，在预设的操作步骤数据库中获取对应操作步骤的操作内容提示信息；

三维模型显示模块，其用于显示所述三维模型；

碰撞感应模块，其用于检测到鼠标光标位于所述光纤测氧实验设备、连接线或导管的三维模型后突出显示该三维模型；

模型移动模块，其用于并根据鼠标的不同操作控制所述光纤测氧实验设备、连接线或导管的三维模型进行相应移动；

用户界面模块，其用于显示所述操作内容提示信息。

在上述技术方案的基础上，所述用户界面模块还用于使用文字和图片显示光纤测氧实验设备的工作原理说明。

在上述技术方案的基础上，所述用户界面模块还用于显示所述光纤测氧实验设备的屏幕界面。

在上述技术方案的基础上，所述用户界面模块还用于显示操作按钮，所述操作按钮用于切换操作步骤。

在上述技术方案的基础上，所述的光纤测氧实验虚拟仿真训练系统还包括视角转换模块，其用于调整显示的三维模型的视角。

在上述技术方案的基础上，所述的光纤测氧实验虚拟仿真训练系统，其特征在于还包括特效渲染模块，其用于对当前操作步骤的操作对象的三维模型进行渲染。

在上述技术方案的基础上，所述模型移动模块动拖动所述连接线或者导管连接相应的光纤测氧实验设备。

本发明的目的在于还提供一种使用上述系统的虚拟仿真训练方法，包括以下步骤：

用户点击鼠标的第一按钮，模型移动模块根据检测到的鼠标的第一操作指令控制所述连接线或者导管连接相应的光纤测氧实验设备。三维模型显示模块显示光纤测氧实验设备，设置光纤测氧实验设备的参数，同时用户界面模块显示光纤测氧实验步骤的操作内容提示信息，进行模拟光纤测氧实验；

用户点击鼠标的第二按钮，三维模型显示模块显示所述锁相放大器模型，且锁相放大器模型的屏幕界面显示光纤测氧实验结果，完成光纤测氧实验。

在上述技术方案的基础上，所述三维模型显示模块显示光纤测氧实验设备，所述用户界面模块显示光纤测氧实验设备工作原理的步骤。

在上述技术方案的基础上，所述用户界面模块显示所述光纤测氧实验设备的实物照片和该光纤测氧实验设备的名称。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的光纤测氧实验虚拟仿真训练系统能够高度逼真地模拟现实中光纤测氧实验设备，方便用户学习，节约了教学资源，提高了学习效率。

(2)本发明的光纤测氧实验虚拟仿真训练系统可在本地计算机上使用，也可以兼容web平台，通过挂载到学校的教务系统，用户只需登陆在线学习网站即可开展学习，不受时间和地点的约束。

附图说明

图1为本发明实施例中一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明的实施例提供一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统，包括三维模型生成模块、操作提示获取模块、三维模型显示模块、碰撞感应模块、模型移动模块以及用户界面模块。

三维模型模块，其用于生成光纤测氧实验设备、连接线、导管、实验台以及工作环境的三维模型。光纤测氧实验设备包括直流电源、示波器、波形发生器、锁相放大器、氧气配气仪、光源驱动电路、光源激发电路、滤光器和光纤。具体地，参观光纤测氧实验教学实验室并拍取照片，对图片进行收集和整理，根据图片利用3dstudiomax软件建立三维模型，使其能够逼真地体现光纤测氧实验设备、连接线、导管、实验台以及工作环境的特征，将建好的模型导出为.fbx格式保存。

操作提示获取模块，其用于根据当前操作步骤，在预设的操作步骤数据库中获取对应操作步骤的操作内容提示信息。具体地，建立操作步骤数据库，系统识别当前操作步骤的要求，从操作步骤数据库中获取对应操作步骤的操作内容提示信息。

碰撞感应模块，其用于检测到鼠标光标位于光纤测氧实验设备、连接线或导管的三维模型后突出显示该模型。具体地，利用unity3d的boxcollider主件检测鼠标进行触碰检测，根据需要对模型的大小、形状进行调节，使其突出显示。

模型移动模块，其用于并根据鼠标的不同操作控制光纤测氧实验设备、连接线或导管的三维模型进行相应移动。具体地，利用unity3d的插件dotween来控制模型的移动。

本发明实施例提供一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统还包括视角转换模块，其用于调整显示的三维模型的视角。具体地，利用unity3d的插件添加三个空物体，一个为父物体，两个子物体，将主摄像机(cameramain)作为关联对象，通过用鼠标的滑轮改变空物体的坐标，视角跟随相机转换到需要观察的场景中，拉近或延伸角度，可以让从全局或者局部了解场景。

本发明实施例提供一种光纤测氧实验虚拟仿真训练系统还包括特效渲染模块，其用于对光纤测氧实验设备、连接线或导管的三维模型进行特效渲染。具体地，光纤测氧实验设备、虚拟连接线或虚拟导管的三维模型会出现高亮显示效果，高亮的渲染效果是提前给系统导入highlighting插件，然后通过代码控制需要的渲染效果，可以根据需要使模型发出不同的高亮，如红色、蓝色以及黄色，还可以用代码控制模型以一定的频率闪烁不同的颜色。

本发明实施例还提供一种使用上述系统的光纤测氧实验虚拟仿真训练方法，其包括以下步骤：

用户启动光纤测氧实验虚拟仿真训练系统，系统提示操作进入模拟光纤测氧实验过程。用户点击鼠标的第一按钮，模型移动模块根据检测到的鼠标的第一操作指令控制连接线或者导管连接相应的光纤测氧实验设备。三维模型显示模块显示光纤测氧实验设备，用户界面模块显示光纤测氧实验设备工作原理、实物照片和该光纤测氧实验设备的名称，参考实际光纤测氧实验设置光纤测氧实验设备的参数，同时用户界面模块显示光纤测氧实验步骤的操作内容提示信息，进行模拟光纤测氧实验；

用户点击鼠标的第二按钮，三维模型显示模块显示锁相放大器模型，且锁相放大器模型的屏幕界面显示光纤测氧实验结果，完成光纤测氧实验。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。