虚拟化学论文提纲

论文题目：基于Unity和Spring Cloud的虚拟化学课堂的设计与实现

摘要：化学是中学阶段的重要课程,化学实验则是其典型教学场景,但传统化学实验存在许多弊端,如:危化品实验具有风险、教师无法充分指导全部学生等。虚拟教学一定程度上能够弥补传统教学手段的不足,但多数系统只局限于实验功能的考虑,没有完全解决传统教学弊端的同时也忽略了系统用户体验和可用性等因素。在此背景下,针对传统化学教学及现有虚拟化学课堂的不足,本文设计了虚拟化学课堂教学系统。通过探究虚拟现实相关开发工具,本文使用Visual Studio和Intelli J IDEA搭建开发环境,在此基础上构建基于Unity和Spring Cloud的系统总体框架。系统分为以下三大功能模块:（1）UI交互模块:利用UGUI实现用户界面的开发,具体场景包括:注册、登录、实验三部分。（2）智能实验模块:利用C#脚本、Shader等技术实现具体的虚拟实验。为支持学生自主学习,本文设计的实验支持提供文字、视频等提示和成绩排名查询功能;为更好地仿真硫酸稀释实验,本文提出了一种衡量实验放热量的方案。为保证系统可靠性,本文利用Redis实现了服务熔断策略。（3）后台管理模块:利用Spring Cloud实现系统的后台管理模块,具体管理对象包括用户、角色、权限等三部分。本文的创新点在于:（1）本文应用了基于A*算法的资源加载策略,依此决定加载虚拟化学实验资源的具体时机。测试结果表明,该策略能够在一定程度上提升系统的启动和运行效率。（2）本文应用了基于RBAC的权限策略,增加了实验、事件单元,对角色、模型及权限单元进行了细粒度划分,依据相关原则对虚拟角色进行权限分配。通过该教学系统,学生能够在虚拟环境下了解化学实验原理、利用智能提示自主学习、通过排名功能检测学习成果等。本文对化学实验课程对应的虚拟教学的研究应用具有一定参考价值,后期任务是增设更多虚拟课程和实验,进一步满足各种教学需求。

关键词：虚拟现实;Unity;Spring Cloud;虚拟仿真

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 虚拟课堂研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文的组织结构

第二章 相关技术理论

2.1 3ds Max软件

2.2 Unity引擎

2.2.1 组件化开发思想

2.2.2 UGUI

2.2.3 C#脚本

2.2.4 Shader编程

2.2.5 粒子系统

2.2.6 A*算法

2.3 Spring Cloud微服务

2.4 其它相关技术

2.5 本章小结

第三章 系统设计

3.1 系统设计原则

3.2 系统需求分析

3.2.1 功能性需求分析

3.2.2 非功能性需求分析

3.3 系统总体设计

3.3.1 系统整体结构

3.3.2 系统技术架构

3.4 系统数据库设计

3.4.1 系统E-R图

3.4.2 数据库表

3.5 本章小结

第四章 系统实现

4.1 虚拟场景建模

4.2 UI交互模块

4.3 智能实验模块

4.3.1 基于A*算法的资源加载策略

4.3.2 改进RBAC的动态权限控制策略

4.3.3 虚拟化学实验

4.3.4 智能提示和成绩排名查询

4.4 后台管理模块

4.5 系统优化

4.5.1 微服务拆分

4.5.2 基于Redis的服务熔断策略

4.6 本章小结

第五章 系统测试与发布

5.1 系统测试

5.1.1 功能性测试

5.1.2 非功能性测试

5.2 系统发布

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢