基于VR技术的智能小车仿真学习系统设计与实现

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近年来,智能车的学习热度快速增长,对其学习方式也提出了新的挑战。传统的课堂教学方式存在场地限制、设备损耗等问题,已经不能充分满足智能车的学习需求。以人机交互为代表的虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术能够使用户沉浸在虚拟场景中,同时具备在场景中交互的能力。在此基础上,将虚拟现实技术应用于智能车学习领域,可以帮助学生更好的理解学习相关知识。本文在学校STEAM创新教育工坊项目需求下,将虚拟现实技术与智能车实训教学相结合,使用当下主流的VR设备HTC VIVE和C#脚本语言实现交互功能,搭建一个虚拟智能车实训教学平台,为学生提供一个虚拟实训场景,帮助学生更好的掌握和学习智能车相关知识。本文的具体工作概括如下:(1)相关理论的学习与研究。查阅文献及相关资料,调查研究VR技术的历史与发展,总结并分析了目前的虚拟现实开发平台及相关硬件设备的优势与不足,最后使用Unity3D引擎和HTC VIVE硬件设备来实现虚拟实训系统。(2)虚拟实训系统开发框架及功能设计。通过应用需求分析,明确虚拟实训系统的场景功能设计及呈现方式。研究分析了虚拟三维建模、空间跟踪定位、人机交互等关键VR技术,设计完成了智能车装配、虚拟数字课堂、智能车实验(寻迹、超声波避障)等典型场景模块的功能,搭建虚拟智能小车仿真实训系统开发框架。(3)虚拟现实系统功能实现与案例开发。以HTC VIVE为虚拟现实硬件平台,Unity3D引擎为软件开发平台,利用C#语言开发脚本,采用3Ds MAX进行三维模型构建,开发实现沉浸式交互实训系统。针对青少年的学习特点,编撰智能车寻迹、超声波避障等教学案例,开展项目式教学实践。通过调查问卷的方式,对所设计系统进行优化改进。综上,基于虚拟现实技术设计的智能小车实训系统,可以达到不受时空限制学习智能小车知识的目的。在头戴式显示器(HMD)中构建沉浸空间,系统通过手柄操作,摆脱对鼠标、键盘设备的依赖,模拟真实操作体验,实现了虚拟现实的实训效果。本系统具有良好的易用性和拓展性,实现了利用虚拟现实技术在智能车学习领域设计应用的目标。
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