三维软件在化学课堂上的运用

【前言】三维软件在化学课堂上的运用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。三、使用三维交互技术进行实验教学的优势 三维交互技术的引入能避免传统教学条件下理论知识抽象难懂的缺点，给学生以新颖、形象、真实的实验感受。不仅如此，在实验教学的过程中，三维交互技术更是有着传统实验教学无法比拟的优势。传统实验教学的过程中，如果学生实...

一、三维交互技术简介

在交互软件营造出的虚拟环境中，使用者可以对预先设计的实验环节进行操作，这是交互技术引入实验教学的基本功能，要实现这个功能需要解决两个方面的问题：一是保证交互操作的正确流畅进行；二是保证虚拟环境的拟真程度。第一个问题的解决需要设计者熟知实验的实际操作步骤及各步骤可能出现的不同情况，并在交互设计的过程中将所有步骤和情况依照逻辑关系置入系统。第二个问题的解决需要设计者熟练使用三维表现软件，完成场景的建模、材质贴图及光照系统的构建。目前主流的三维制作软件如Autodesk公司的3dsMax、Maya等均可以胜任三维交互系统的设计工作。其中3dsMax在工业设计、工程可视化、建筑表现、以及计算机辅助教学等领域的应用更加广泛，而Maya则在影视特效、广告等领域具有竞争力。本文所述交互式教学系统的三维制作部分采用3dsMax来完成，交互设计部分采用Virtools软件来实现。

二、三维交互技术在化学实验教学中的应用

1、交互式教学系统的制作过程。在明确系统制作目的和设计需求之后，交互式实验教学系统的制作首先从实验器材的三维建模开始。在3dsMax软件中利用多边形建模技术及针对二维图形的放样、车削等修改器完成整个实验室环境及实验器材的建模工作，并赋予各部分模型具有高度真实感的材质和贴图（此处需注意3dsMax和Virtools软件中材质类型的兼容性），完成整个建模和材质贴图工作之后，在虚拟场景中添加灯光以提高环境的拟真度，并对在实验过程中有移动、旋转等动作的物体进行动画的设置。三维制作完成后把完整的场景文件导出到Virtools软件中，进行交互设计部分的工作，最终完成整个系统的制作。

2.应用实例。以本文所述交互式实验教学系统场景中锥形瓶物体为例，简要说明系统制作的流程。锥形瓶的建模采用二维图形创建截面，再施加车削修改器的方法完成。首先在3dsMax软件的Creat面板中选择Shapes下的Line，在前视图创建闭合的二维样条线，转换二维曲线上的顶点属性为贝塞尔点，再通过拖动各点的权重手柄将曲线修改为锥形瓶半个轴向截面的二维图形（图1），然后对模型制作完成之后需要给锥形瓶赋予无色透明玻璃的材质，以使其在场景中具有真实感。3dsMax中的玻璃材质可通过调整材质球的反射、折射属性以及折射率等参数来制作，并将制作好的材质赋予锥形瓶物体。现实情况下，玻璃制品具有很高的反射和折射强度，并且反射光泽度和折射光泽度都较高，一般取其折射率为1.52。由于锥形瓶并无图案纹理，因此不需要进行贴图的制作。最终完成的锥形瓶玻璃材质效果如图3。锥形瓶是本实验的主要器械之一，它本身的运动比较复杂，有位移，也有旋转。因此需要在3dsMax中预先制作动画再导出到Virtools。动画的制作采用关键帧KeyFrame技术来完成。通过调节时间轴上各阶段锥形瓶处在试验台上的位置和方向，对锥形瓶在整个实验过程中的位移和旋转进行设定，设定好的动画可以在导出的时候跟随模型一起导出到Virtools中。完成动画设置的场景模型即可导入Virtools中进行最后的交互设计工作。此阶段主要的任务是进行交互系统的用户界面制作及交互行为的实现。用户界面设计的宗旨是让用户得到友好、便捷的使用体验，交互行为的实现则由Virtools软件所支持的各种行为模块来完成。行为模块的作用是使系统识别用户在操作端输入的指令，如鼠标的点击、拖动等，并将其引导向系统中预先设置好的各个实验过程，再将实验进行的结果和情况展示给用户，以进行下一步的指令输入。完成了交互设计工作之后，整个系统的制作即告完成，可以进行。

三、使用三维交互技术进行实验教学的优势

三维交互技术的引入能避免传统教学条件下理论知识抽象难懂的缺点，给学生以新颖、形象、真实的实验感受。不仅如此，在实验教学的过程中，三维交互技术更是有着传统实验教学无法比拟的优势。传统实验教学的过程中，如果学生实施了误操作，化学反应的过程将难以甚至无法逆转，整个实验即告失败而需要重新开始，这种情况对器材及试剂都将造成浪费。而在交互式实验教学系统中，系统会依据预设的实验过程来判断学生操作的正确性，错误的操作将使实验无法继续。此时学生可以通过系统的提醒认识到自己做出了错误的操作，并选择返回上步操作以进行修正。这样不仅避免了实际实验资源的浪费，又同样达到了纠正学生错误操作的教学目的。

四、结语

课题组将三维交互技术引入化学实验教学，所开发的交互式实验课件克服了传统实验教学过程易受设备条件、课时条件制约的缺点，使学生可以在任意时间，在普通个人电脑上进行化学实验的操作，大大增加了学生对实验过程的熟悉程度。整个系统操作简便，所表现的实验过程各个步骤都真实、直观，在教学实践中取得了良好的效果,受到了师生的一致好评。