三维动画设计课程设计报告报.docx
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三维动画设计课程设计报告报
《三维动画设计》课程设计报告
题目：
基于Unity3D的大气压强物理实验
系别教育技术系
专业班级12级数字媒体2班
学生姓名李科朋
指导教师王丽
提交日期2015年1月18日
一、设计目的和意义1
1.1Unity3D软件简介1
1.2多媒体辅助教学研究意义1
1.3中学物理实验研究意义3
二、设计目标和要求5
2.1设计目标5
2.2设计要求5
三、设计内容6
3.1模型制作6
3.1.1场景的搭建6
3.1.2实验场景6
3.1.3动画制作7
3.2代码控制7
3.2.1摄像机代码7
3.2.2实验过程代码8
3.2.3主界面控制代码9
3.3模型整合发布9
四、本设计改进建议10
五、总结10
六、主要参考文献10
1、设计目的和意义
1.1Unity3D软件简介
Unity3D是由UnityTechnologies开发的一个让你轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。
Unity类似于Director,Blendergameengine,Virtools或TorqueGameBuilder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件其编辑器运行在Windows和MacOSX下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平台也可以利用Unitywebplayer插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。
它的网页播放器也被Macwidgets所支持。
Unity3D引擎特点：
1、可视化编程界面完成各种开发工作，高效脚本编辑，方便开发；
2、自动瞬时导入，Unity支持大部分3D模型，骨骼和动画直接导入，贴图材质自动转换为U3D格式；
3、只需一键即可完成作品的多平台开发和部署；
4、底层支持OpenGL和Direct11，简单实用的物理引擎，高质量粒子系统，轻松上手，效果逼真；
5、支持JavaScript、C#、Boo脚本语言；
6、Unity性能卓越，开发效率出类拔萃，极具性价比优势；
7、支持从单机应用到大型多人联网游戏开发
1.2多媒体辅助教学研究意义
一、优化教学效果，控制教学节奏
物理教学离不开实验，实验是物理研究的基础，可以很好的辅助教学，使教学效果事半功倍。
但是，不可能每个实验必做，一来需要很多的实验室准备工作，二来某些演示实验在教室中进行，效果不是很明显，教学秩序不易控制。
所以我在物理中很多重要的实验如用天平测固体液体的质量、牛顿第一定律、焦耳定律等在实验室进行，其他诸如安全用电等物理性质的示范性实验，则通过多媒体课件来进行辅助。
通过多媒体课件的演示，既有助于教学效果的实现，又能合理安排课堂教学计划，使教学过程能够按照预设的思路前进。
特别是对很多无法进行实验的理论知识，多媒体课件教学更是凸显了其极大的优势。
如，在讲解电动机和发电机的原理时，空洞的理论很难让学生理解，这时，完全可以借助于多媒体课件的模拟制作让学生有非常详尽的了解，对于这样的课堂教学，还会有学生觉得枯燥么？
再者，利用多媒体技术代替某些演示实验的操作，还可以有效的控制课堂节奏，因为物理实验的很多因素可能会导致实验现象的不明显，实验时间的无法控制，而多媒体课件则完全避免了这些可能的因素，使教学时间能够有条不紊的安排。
有些需要十分钟才能出现明显物理现象的实验，通过多媒体技术能够瞬间实现，有效的提高课堂效率。
二、设置情境，激发学习兴趣与乐趣
运用多媒体技术辅助教学能使学生看到图文并茂、视听一体的交互式集成信息，可以在多媒体课件中阅读教学内容，也可以从中听取与课堂教学相关联的声音信息，观看实验过程以及原理。
这种新的信息形式打破了沉闷的学习气氛，改变了枯燥单一的学习方式，使学生能够更加形象地理解信息，产生学习的兴趣与乐趣，主动、及时地获取信息，集中注意力，激发表达欲望，与教师形成互动，而不再是课堂教学的被动接受者。
这是传统教学模式所无法赋予的新的表达方式。
我在讲解“机械能的相互转化”这一章节时，利用Flash课件，使学生能够听到水流声，能够感受到气势磅礴的长江黄河所产生巨大的能量，带动水轮机转动发出电来，使没有见过大型水电站的农村学生也能认识到水电站的运转过程，以及我国在水资源利用上的成就。
通过这样的情境教学，不但让学生形象的理解了机械能的相互转化的水力发电原理，也让学生很好感受到保护水资源的重要性，节约水资源的必要性，教学内容中的“如何充分利用水资源、如何节约水资源”就自然而然的被学生自己提出。
可以说这样的教学才是真实的，贴近生活的，学生主动要求接受的。
三、实现全员参与，实时效果反馈
多媒体技术的参与，决定了新的课堂教学模式是互动的、全员参与的。
利用多媒体技术，能让全体学生始终积极参与，解决了“饶幸心理”（即传统教学中一次只问一个人）和“失落心理”（某些积极踊跃发言的同学没有机会进行回答）两大课堂提问的弊端，保持旺盛的学习劲头。
使学生在不断地参与中获得愉快的、成功的情感体验，从而使他们参与品质得到培养和提高。
反馈信息能让教师了解学生是否处于最佳思维状态，进行及时调整课堂策略，确保教学目标的实现。
这里所指的反馈是在课堂教学中的及时反馈，学生的思维状态、课堂的参与气氛、学习新知识后的情感表现等都是我们课堂教学反馈的“晴雨表”，都可以通过多媒体技术教学的参与及时被教师掌握。
这恰恰是传统教学的最大弱势。
四、充分利用课堂时间，密切关注学生动态
教者都希望能够在课堂教学的有限时间内，提高信息传播密度，尽可能多地传授知识，提高课堂教学效果。
在传统教学环境下，课堂教学常常因为处理与教学无直接关联的事件而浪费大量时间，诸如板书，不仅占用了课堂教学时间，打断教者的思维，个别学生还趁机讲话，做小动作，严重影响了教学效果。
现代多媒体技术的运用使许多准备工作能够事前准备好，从而有效地利用了课堂宝贵的时间，大大提高了学生参与教学的机会，整体优化了课堂教学的设计。
多媒体技术参与教学能够加大授课重点难点的讲授力度，提高知识传播密度，形成快节奏、高密度的现代课堂教学特点。
同时，还能够对传统教学板书的设计进行改进，利用多媒体技术进行风格各异的板书设计，使学生时时处于美的熏陶中。
五、与德育教育进行无缝融合
德育教育应该自始自终穿插在各学科的教学过程中，随着教育课程理念的更新，我们应该认识到传统的说教模式对于学生的德育教育是没有太大的帮助的，我们应该更多的使用知识性、趣味性的教育方式，信息技术教育在这一方面就显示了得天独厚的优势。
比如，在有关火箭的教学中，运用多媒体技术将我国的航天事业的重大发展成果进行浏览，使学生能够潜移默化的感受到爱国主义的教育；通过对内能的利用的多媒体技术演示，增强学生的环保意识。
利用多媒体技术采用这些喜闻乐见的方法渗透在各学科中可以说是对学校现行德育教育工作的一个强有力的补充，且效果也是显而易见的。
信息技术与课程整合，其主体是课程，而非多媒体信息技术。
要做多媒体技术的主人，而不是成为新一轮课程改革的奴隶。
绝不能为使用技术而使用技术，甚至不惜牺牲课程目标的实现为代价。
特别是在使用传统教学手段能够取得良好效果时，生硬地使用信息技术，这样就失去了多媒体信息技术与学科整合的价值。
在素质教育的今天，我们应该充分认识到多媒体信息技术在其中的巨大作用，不能简单的将它看作是一种手段，而应该更多的将它与学科进行整合，从传统的接受式学习转变为主动学习、探究学习和研究性学习，体现新课程的理念。
1.3中学物理实验研究意义
物理是一门以观察、实验为基础的探索自然界客观规律的科学，是理论和实验高度结合的精确科学。
实验教学是贯彻物理教学大纲，新课程改革推进计划的重要的途径。
作为一名物理教师，在教授学生物理知识的过程中，如果能转变传统的物理实验教学观念，正确的演示和指导学生实验，对培养学生严谨求实的科学态度和创新能力具有重要的现实意义。
一、实验教学中的理念
1．充分地发挥出实验教学的探究性功能
传统的实验教学过分重视实验技能的训练，忽视了实验的探究功能和培养学生科学素养方面的作用。
常常是刻板地把实验目的、原理、器材、操作步骤和结果一一交待给学生，让他们先记住，再按步骤操作实验。
学生他们根本体会不到自己动手后发现问题并总结出一些实验结论的乐趣，感受不到科学的魅力。
这种做法挫伤了大部分学生学习的积极性和创造性。
2．以学生发展为本，从学生需要出发
新教材把学生动手实践活动融入到学习内容之中，在实验教学中，老师应按照学生的认知规律和水平，使学生在和谐、宽松、民主的环境中自主合作，创造性地学习和实验，让学生尽可能地动手、动脑、动口。
让学生尽可能地“玩”够、想够、说够，不强迫学生去说老师框定了的话，要充分体现学生在实验教学中的主体地位。
传统的实验课和新课程理念下的探究性实验课中，师生的行为和地位是大不相同的。
在传统的实验课中强调学生课前预习，严格按照实验步骤和要求操作，实验结束后教师作讲评。
而在新课程下的探究性实验课则强调创设问题情境，激发学生实验的欲望，让学生自主设计实验步骤并交流、讨论，然后按自己设计的步骤实验，并由学生自己评价和小结，而后主动查找资料补充。
实验课中师生这种行为方式的转化就得靠教师教学理念及教学方式的转变。
在初中物理实验教学中，教师应留给学生足够的空间和时间，让学生去思考、交流、讨论与合作。
二、实验教学中的创新
1．在物理实验结论的应用与延伸中引导学生创新
掌握知识的最终目的是应用知识解决实际问题，从而进一步巩固和延伸所获取的知识并向知识与技能的深度、广度作更进一步的探索。
如通过实验探究获得了物态变化的规律后，及时向学生介绍了“神州飞船”发射中应用到的耐高温材料，“热管”技术等，同时我又启发学生进行创新联想“假如你是建筑师，你如何运用所学的物理知识使你们的居室一年四季保持舒适的温度呢？
”学生们说出了许多方法。
有一位学生的想象非常有创意：
“用某种材料，把它填充在墙壁内，室内温度升高时，它熔化吸热，阻止温度升高；当温度降低时，它的液态就凝固放热，阻止温度降低，从而始终使室内温度保持在一个舒适的温度，还可以将外墙壁的颜色设计成可变式，冬天为深黑色，夏天为白色。
”对于他富有创造力的想象以及其他学生“异想天开”的想象，我都能及时给予鼓励，学生们的创新欲望得到了提高。
2．在实验中及时帮助学生总结实验探究和创新实验的方法
在物理实验教学中，不仅要让学生学会实验的具体做法，掌握一些基本的实验技能，还要能根据典型的物理实验引导学生及时总结归纳出研究物理问题的实验方法，如常用的间接测量法、控制变量法、叠加法、等效替代法、比较法、转换法、推理法等，为培养他们的创新能力打下良好的基础。
3．在探究过程中寻求创新
传统物理实验教学，教师总是让学生预先知道实验的目的、原理以及最后的实验结论，要求学生背熟实验步骤后才能用固定的实验器材按部就班地进行实验，学生根本不考虑为何要这样做。
初中物理新教材中探究实验已明显增加，而演示实验、小实验也可挖掘一些探究的要素。
所以我在进行实验教学以前，想方设法将实验设计为探索性实验，有意识地创设一种探究的氛围，扩大探究空间和思维空间，并在学生探究过程中寻找创新的突破口。
二、设计目标和要求
2.1设计目标
使用虚拟技术把中学物理实验通过简单的动画形式表现出来，使学生能够更加直观的理解实验内容，并且通过实验内容去深入的掌握该物理实验的重要知识点，在实验中不止要注意保持实验过程的完整性，同时可以增加相应的试题以及问题来巩固所学知识，将实验仪器、实验环境、实验环节等全部由计算机仿真系统来完成，既可以仿真传统实验，也可以仿真传统教学实验无法涉及的条件要求很苛刻的实验，使得一些在实际实验中无法实现的实验现象或者是难以观察的实验现象变得直观明了。
2.2设计要求
实验的总体设计要符合物理实验的规范，在实验中要增加有趣的动画和提示，以提高学生学习的兴趣和积极性，同时发挥多媒体教学的优势，可以将巩固习题增加到演示实验中，达到较好的设计效果。
物理虚拟实验在实验教学中所发挥的作用是十分明显的，但虚拟的环境也有它明显的不足。
如完全虚拟，没有实物，缺乏物理实验的氛围；实验过程理想化，对真实实验中一些细节，特别是易出现的实验故障等问题缺乏模拟，不利于培养学生发现问题和解决问题的能力；数据采集具有统一性，不利于教师及时发现问题，学生的实际操做能力得不到锻炼。
学生只是观看教师按了几下鼠标，而没有实际操做。
这样做实验的目的只是让学生知道实验的结果，缺乏师生间的情感交流，较难做到教。
教学中不能盲目的用虚拟等手段去替代物理实验，因为实验比计算机模拟出来的，更具有真实性和说服力。
三、设计内容
3.1模型制作
3.1.1场景的搭建
首先搭建物理实验演示的主场景，在实验的主场景中背景使用天空盒子效果，通过在GUI中添加天空盒子来达到实验背景的目的，在主界面中设置了四个按钮，分别为实验目的，实验原理，实验过程，实验结果。
通过四个按钮链接四个实验演示场景。
图1演示实验主界面
3.1.2实验场景
分为四个实验演示场景，在每个场景中都将场景需要的演示内容通过文字形式呈现出来，详细的展示出每个场景的实验内容和要求。
包括实验目的，实验原理，实验结果等，让学生可以在每一步都对自己的操作有详细的了解，同时增加返回按钮，便于在学生了解了相关内容后返回主操作。
图二实验目的
3.1.3动画制作
在实验过程场景中，增加代码控制段，将实验过程以动画的形式展现出来，可以更加直观的了解实验的过程，实验过程为一个动画模拟任务在慢慢地随着爬山的过程中，身边的大气压强随着高度的增加而慢慢地增加的动画，其后随着动画的结束，出现大气压强岁高度变化的表格。
并且在界面中增加三个按钮，分别为演示，暂停，返回，便于学生的操作。
图三：
实验过程动画演示
3.2代码控制
3.2.1摄像机代码
摄像机部分控制代码如下：
publicvarbg:
Texture2D;
functionOnGUI（）
{
GUI.DrawTexture（Rect（0,0,Screen.width,Screen.height）,bg,ScaleMode.StretchToFill,true,0）;
if（GUI.Button（Rect（300,250,50,40）,"BACK"））
{
Application.LoadLevel（"daqi"）;
}
}
3.2.2实验过程代码
实验过程动画部分控制代码：
publicclassNewBehaviourScript:
MonoBehaviour{
publicMovieTexturemovTexture;
voidStart（）{
}
voidOnGUI（）
{
GUI.DrawTexture（newRect（0,0,Screen.width,Screen.height）,movTexture,ScaleMode.StretchToFill）;
if（GUILayout.Button（"Demonstrate"））
{
if（!
movTexture.isPlaying）
{
movTexture.Play（）;
}
}
if（GUILayout.Button（"Pause"））
{
movTexture.Pause（）;
}
if（GUILayout.Button（"Back"））
{
Application.LoadLevel（"daqi"）;
}
}}
3.2.3主界面控制代码
主界面控制代码如下：
varstr1:
String;
varstr2:
String;
functionStart（）{
str1="大气压强受高度的影响";
str2="制作者：
李科朋";
}
functionOnGUI（）{
if（GUI.Button（newRect（270,105,150,40）,"实验目的"））
{
Application.LoadLevel（"3"）;
}
if（GUI.Button（newRect（270,155,150,40）,"实验原理"））
{
Application.LoadLevel（"yuanli1"）;
}
if（GUI.Button（newRect（270,205,150,40）,"实验过程"））
{
Application.LoadLevel（"2"）;
}
if（GUI.Button（newRect（270,255,150,40）,"实验结果"））
{
Application.LoadLevel（"jieguo"）;
}
GUI.Label（newRect（280,50,150,50）,str1）;
GUI.Label（newRect（300,300,150,50）,str2）;
}
3.3模型整合发布
在实验完成后，通过整合场景，链接，借助游戏引擎强大的平台优势可以直接将演示实验打包成Windows平台可执行文件，直接在PC上发布，运行，能够方便的体验实验效果。
四、本设计改进建议
在实验过程中因为某些技术问题，导致有些实现效果不能实现或者实现效果不理想，所以在后期的处理中要多加学习，通过有针对性得学习对实验内容加以改进，比如在实验过程演示的时候，如果将画面做成3D效果，不但能取得更好的视觉体验，同时也更加符合软件的基本要求。
五、总结
通过一个学期的3D学习，对于软件的掌握有了更深层次的了解，在实验的制作过程中，使用了很多本学期学习过的建模技术，通过实践，将3D建模的精髓了解的更加深刻。
在试验中，首先使用3DSmax将实验过程中所需要的物理模型创建出来，导出为FBX格式的3D模型可以再两个软件中同时使用。
6、主要参考文献
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