开题报告内容：
一、课题研究背景：
实验教学一直是学生培养工作中不可或缺的重要组成部分，关系着学生的实践能力和创新能力提升。在传统的实验教学模式中，受各种条件的约束，学生只能在限定的时间和地点，利用指定的实验设备，完成实验内容[1]。因此，这些实验是完成具有“代表性”和“普适性”的“规定动作”，极大地制约了对学生动手能力及工程创新能力的培养[2]。此外，实验室的建设经费投入不可小觑，不论是实验仪器设备的购置与维护，还是实验场地的建设与管理，都需要花费大量的人力、物力和财力[3]。
随着高等教育改革的不断深化，虚拟仿真技术逐步应用到高等教学中[4]。利用VR构建虚拟仿真教学平台，为学生提供生动、逼真的学习环境，在虚拟环境中进行模拟操作，使教学活动更加生动形象、直观易懂，既能激发学生学习兴趣又能提高教学效率[5]。目前几乎70%的AR和VR都用在娱乐产业中，仅有20%应用在教育，18%应用在工业，15%应用在健康医疗。我们可以看到，在教育中VR、AR、XR的发展潜力还是巨大的。最近几年，有非常多的学校慢慢地开始从VR、AR到MR的不断探索，VR/AR实验室似乎也成为学校必备硬件设施[5]。
二、拟解决的问题：
在基于Unity3D的表面张力等温线测定的仿真交互中，大场景技术架构、场景交互以及数据交互是关键问题，面临挑战。大场景技术架构中我计划构建一个初始登陆页面以及一个实验操作页面，需将不同实验仪器摆放试验台上，试剂则放入背包中。这就涉及到解决学生账号信息的录入与引用问题，以及实验台上不同模型的摆放、构建。场景交互过程要达到逻辑通顺、合理且正确的基本要求，我们需要解决一个指令对应一个操作的问题，设计完善交互的实验脚本。另外，液体的动画制作也是难点，在实验过程中，需将液体倒入仪器以及从仪器中倒出。数据交互中关于主函数与子函数的引用可以运用C#函数。
三、可行性分析
《基于Unity3D的虚拟化学智能课堂系统》中我们可以找到这些解决方法。
①客户端采用Unity3D开发，表现层对控制模型材质的Shade进行渲染并以GUI形式作为交互接口，业务层完成虚拟课堂的核心功能，包括用户的注册登录、虚拟实验及智能模块。服务器端采用IDEA开发，客户端通过HTTP接口和服务器端进行数据交互，应用权限策略.MySQL存储学生基本信息等持久数据，Redis存储热点数据作为缓存。实验台中将所有仪器摆放好后，采用照相机聚焦的方式，呈现出学生所选择的仪器来。并在仪器旁放置不同功能按钮，方便下达指令。
②通过3dsMax制作虚拟化学课堂所需的三维模型构建模型时，既要保证模型质量，也要保证模型的顶点总数和三角切面总数不至过高，避免系统加载时占用大量内存开销，影响系统运行效率。制作实验仪器等小模型时，提高模型精细程度；制作教室墙体等大模型时，降低模型精细程度，模型构建完成后，在其材质贴图属性中添加贴图，实现高仿真视觉效果。此外还需将虚拟场景与真实课堂保持1:1比例，增强学生使用系统时的沉浸感[6]。对于液体动画的制作可以在仪器网格中加入碰撞体，使得液体状态的变化更容易实现。
