基于realmaxweb的物理虚拟仿真实验应用设计平台＊

（天津职业技术师范大学电子工程学院，天津 300222）

0.引言

近年来，伴随着AR技术的日趋成熟，国际众多知名公司纷纷试水：苹果、谷歌、微软、英特尔等众多高科技公司相继涌入AR领域，在智能显示技术、三维注册技术、人机交互技术不断发展的今天，引领了AR发展的潮流，形成了一个兼容并蓄的AR生态圈。在此基础上，本文将针对利用虚拟成像结合教学实验发展设计实验目标这一课题展开论述。

1.基于realmaxweb平台的虚拟实验设计

1.1 设计选择

市场背景：中国AR行业的发展离不开国家政策的支持，伴随着国家政策鼓励力度的不断加大，教育部产教协同育人项目的推进，中国AR行业将迎来飞速发展契机。

我国互联网的发展为AR行业的飞速发展提供了巨大动力，网民总体规模的提升、移动智能端上网总量的提升、企业“互联网+”应用的升温无疑将促使中国AR产业的腾飞。AR现实增强发展流程如图1所示。但目前AR在消费市场上广泛用于视觉体验、娱乐设施等领域。在教育教学应用领域还有大量空白，本课题针对这一现象确定了高校项目研究目标：借助仿真软件对光学较复杂实验实现现实实验步骤及结果的交互展示，提高课堂教学效果。

图1 AR现实增强发展流程

项目主要内容方向为：运用AR技术，将光学课程中难以实现的实验（比如光学全息实验受环境影响干扰较大）的实验原理、操作步骤以及实验展示虚拟立体化[1]。

1.2 设计实现

AR教学流程如图2所示。通过realmaxweb开发环境，掌握光学实验原理与实际实验搭建实现原理，由平台所需动画模型，设计实现教学模型需要，用平台javascript语言撰写脚本，导入仿真建模模型实现实验设计[2]。

图2 AR教学流程

2.项目开发原理

2.1 realmaxweb平台系统

项目基于 Realmaxweb平台，进行场景建模，通过算法实现对现实场景的虚拟化，用户可通过扫码使用。将虚拟世界融入现实世界并进行互动，做到将虚拟和现实同时显示出来，提升人们的感官体验[3]。

2.2 3DMax建模系统

根据平台导入模型所需fbx格式，通过对市场上建模模型的仔细研究，选取了3Dmax建模模型作为realmaxweb平台的模型设计软件。

2.3 教学实验选择

在实验基础上，以菲涅尔双棱镜干涉实验为例。菲涅尔双棱镜是在一块玻璃薄板上，将其上表面加工成两块楔形板，楔角很小，棱与端面垂直。由于干涉条纹宽度很小，实验中使用测微目镜进行测量，这时观测屏就是测微目镜的焦平面（分划板）。至于公式中的d值可用透镜二次成像的办法求出：即在双棱镜与测微目镜之间放置一会聚透镜L2，只要D>4f（大致测一下透镜焦距），当前后移动透镜时，就可以在两个不同位置上，通过测微目镜观测到虚光源S1、S2的一个放大的和一个缩小的实像，若测得放大实像间距为d1、缩小的实像间距为d2，则两虚光源之间距离d有：

根据实验数据精准计算出模型间的间距，可得最终导入realmax平台模型。

3.系统设计与实现

（1）通过动画模型模块精准控制实现预估动画。（2）通过JavaScript语言编辑实现功能,即可最终实现现实增强动画。（3）通过AR一体化电子开发平台可实现观看各种建模后的现实增强效果。

4.结语

通过realmaxweb平台创新的交互式学习方式，将知识的接收方式从被动变为主动，加深学习效果。以最直观的形式指导学生按照步骤依次操作，减少错误率，提高学习效率，对教学实验起到了极大的补充说明作用，将AR技术在教学领域中的应用进一步扩展。