张丽丽++倪建龙

摘要：阐述了利用Unity3D软件开发交互式多媒体课件的过程和关键技术的具体实现方法；开发出了逼真性强、交互性好、不受场地和时间限制的，可以全方位、多角度地观察齿轮油泵的内部结构、装配关系，并且能够实时拆装和动画演示的交互式多媒体课件。

关键词：Unity3D；齿轮油泵；交互式多媒体课件

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0190-02

1 概述

齿轮油泵是机器中用来输送润滑油的一个部件，传统的文字加图片的教学方法难以将其内部结构、装配关系、工作原理等表达清楚，学生理解起来比较困难，教学效果不理想。学生虽然可以通过实践教学项目亲自动手实践，但教学用具数量有限，时间不自由。因此，利用虚拟现实技术开发一种三维交互式课件，让学生自行鼠标操作、动画演示等形成直观感性的学习，提高了自主学习的积极，实现了以学生为中心的教学目标。

2 Unity3D技术

Unity3D[1]是由Unity Technologies开发用于创建三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具。可以实时处理大量的三维模型，同时支持 C#、Java script 等多种脚本语言[2] ，物理系统可以完成复杂的交互控制，符合三维交互式课件的制作。本文采用Unity3D 5.0。

3 三维交互式多媒体课件的设计

3.1 三维模型的构建和导入

本文采用Solidworks建模，建好的模型如图1所示。完成建模后以stl的面片格式导入到3DMax 软件中，进行模型渲染，最后导出为 fbx 格式。将导出的模型和贴图文件放到 Unity 工程文件夹下的 assets 文件夹中， 即可在 Project 视图中看到模型文件，完成模型导入[4]。

3.2 课件交互方式框架

课件交互方式的框架主要借鉴Model（模型）-View（视图）- Controller（控制器）- MVC（架构），如图2所示。交互模式主要是用户通过View部分即交互界面观察到齿轮泵的各种状态以及说明，同时通过按钮输入使用意愿，接收到用户意图之后， Controller部分将用户意愿转化为控制指令，并对相应的Model模型部分进行旋转、缩放、透明、拆卸等功能，并从View视图部分反映给用户。用户获取信息后，又进行下一步的意愿输入，如此不断地进行循环，实现该多媒体课件的主要优势与特点，即交互性与沉浸性。

3.2交互界面的设计

利用Unity3D的GUI，可以简单地对控件进行添加，通过多种UI控件如面板（Panel）、按钮（Button）、文本（Text）、图片（Image）、开关（Toggle）、可实现文本框（Input Field）的添加与配合，实现用户界面搭建，如图3所示。而对主要交互控件按钮，可通过其属性设置，将按钮大小、图形、不同状态进行定义，美化交互界面。

3.3交互控制技术的设计

1）旋转、缩放等展示功能

利用鼠标控制摄像机可以使齿轮油泵旋转、缩放、平移，该功能由Unity3D脚本语言实现。利用鼠标点击事件调用函数，同时获取鼠标的屏幕坐标，利用Camera.main类中的ScreenToWorldPoint函数将鼠标的屏幕坐标映射为与物体同一坐标系的世界坐标，并计算出物体与鼠标世界坐标的距离矢量offset，最后当鼠标左键按下时，将物体移动offset一段距离，实现物体与鼠标指向地点相对应。

2）拆卸功能

该动画以fbx格式可以直接导入到Unity3D场景中，并利用脚本实现控制动画播放。主要利用动画类中的Animation.Play命令实现动画的播放，同时利用Animation类中的其他命令，可实现动画播放速度控制、循环播放等功能，提高该3D多媒体课件的逼真性。对螺栓、螺母等小零件，可在改变 Transform 组件参数实现拆装动画的同时，改变其 Scale 参数，使小零件在拆卸后放大，便于观察和组装时寻找。

3）标签显示/隐藏功能

齿轮油泵的每个零部件都添加了实时名称标签，当鼠标移入该零部件区域时，标签出现；鼠标移出时标签消失。利用鼠标事件，当鼠标经过物体时，OnMouseEnter（）函数被调用，将布尔值isShowTip改为true，OnGUI函数检测到该布尔值为true时，利用SetActive（）函数将初始设置为未激活状态的标签Text激活，于是该标签就显现出来，同理在鼠标离开时，利用OnMouseExit（）函数修改标签状态使其隐藏。

4）软件发布

Unity3D 支持 Windows、Linux、Mac OS X 、Web等多平台发布。本课件发布为.exe 程序，直接双击即可运行。还可发布到iOS、Android等移动平台，满足学生随时随地利用该多媒体课件学习的需求。

4 结语

该交互式课件可以直观的、全方位的、多角度的展示齿轮油泵的内部结构和装配关系，并且学生可以在PC等移动平台上自行拆装、结构展示、动画演示等操作，提高了学生学习的积极性和主动性，弥补了教学用具数量有限，时间不自由，不允许每个学生在实践中反复练习提高的缺陷。

参考文献：

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

[2] 倪乐波；戚鹏；遇丽娜，等.Unity3d 虚拟展示技术的研究与应用[J]. 数字技术与应用，2010（12）：54-55.

[3] 陈军；蔡金玲.基于Unity3D三维多媒体课件的设计与制作[J].现代计算机，2014（12）上：64-67.

[4] 褚丽娜；李建增；谢志刚.基于Unity3D的无人机交互式课件开发[J].现代计算机，2015（08）下：39-42

[5] 刘嘉夫；齐昕；李前杰等.基于 Unity3D 的水污染控制工程多媒体课件开发[J].中国教育技术装备，2014（2）：98-100.

[6] 刘羽楠；高飞.基于Unity3D的虚拟仿真在《电机学》教学中的应用[J].黑龙江科技信息， 2015（5）： 59 .