基于Unity3D的茶文化專業(yè)虛擬實訓(xùn)平臺設(shè)計與開發(fā)

郭瓊瓊

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450000）

1 Unity3D技術(shù)介紹

1.1 主要概念

Unity3D這一開發(fā)環(huán)境體現(xiàn)出層級式特點，具體操作功能是視覺化編輯、數(shù)據(jù)整體編輯器以及游戲動態(tài)預(yù)算等；一個比較完整的Unity3D程式主要包括了若干個場景，每一個場景還包含了大量的模型，嚴格控制了腳本行為，我們看到的場景即是通過攝像頭呈現(xiàn)且操控的；Unity3D物流引擎功能異常強大，可以對現(xiàn)實世界中的物理現(xiàn)象有效模擬，并且創(chuàng)造了粒子系統(tǒng)其功能對很多炫麗特效有效實現(xiàn)。

1.2 主要優(yōu)勢

由于跨平臺特點，Unity3D程序修改并不復(fù)雜且可以向移動客戶端進行移植。

快速入門，功能完善：Unity3D屬于一個具有層級式特點的綜合開發(fā)環(huán)境，不僅能夠達到建模與編輯模型的作用，還可以對游戲積極開發(fā)，同時對現(xiàn)實環(huán)境有效虛擬創(chuàng)作，功能異常強大。

父子鏈式的組織結(jié)構(gòu)也與人的思維模式十分符合，并且擁有視覺化的編輯，因此Unity3D入門并不復(fù)雜，使用者可以在較短時間內(nèi)掌握U－nity3D技巧。

物理引擎：由于得到了Nvidia的大力支持，在虛擬現(xiàn)實世界的構(gòu)建、開發(fā)真實游戲中Unity3D體現(xiàn)出無窮的魅力。

2 茶文化專業(yè)實訓(xùn)管理存在的問題

2.1 采購茶葉、茶具等易耗品難度較大

在茶文化專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中，各種茶葉與茶具是必不可少的。高校開設(shè)茶文化專業(yè)實踐教學(xué)通常包括辨識各類茶葉以及沖泡紅茶、綠茶和烏龍茶等，辨識茶葉教學(xué)最少需要20幾種樣茶，并且將每一種樣茶劃分為兩個等級；而茶具是根據(jù)茶藝表演過程中所需的茶具規(guī)格進行配置，每套茶具至少包含了十幾件茶具，這樣大批量茶葉以及茶具需要根據(jù)實踐教學(xué)需求實施采購，形成較大的工作量和財務(wù)支出。

2.2 儲存茶葉方法需要不斷改進

茶藝實訓(xùn)室采購的茶葉會在整個學(xué)期使用，而茶葉體現(xiàn)出一個明顯的特點即吸味，儲存茶葉對容器的密閉性以及環(huán)境溫度產(chǎn)生了極高的要求，儲存方法不合理會導(dǎo)致茶葉變色變味，對實訓(xùn)課程的正常開展造成一定的影響。通常高校茶文化專業(yè)儲存茶葉的條件非常簡陋，直接影響了教學(xué)效果。

2.3 茶具損壞浪費現(xiàn)象嚴重

茶文化專業(yè)課程體現(xiàn)出較強的實踐性，在教學(xué)過程中學(xué)生會與茶葉以及茶具接觸，一部分學(xué)生由于好奇心作怪會帶走一部分茶樣在課下繼續(xù)辨識，或者是觀察茶葉時對其造成了損壞。有的學(xué)生在練習(xí)沖泡茶葉時無法輕拿輕放，導(dǎo)致茶杯出現(xiàn)了豁口，增加了損失率。

3 基于Unity3D的茶文化專業(yè)虛擬實訓(xùn)環(huán)境設(shè)計實現(xiàn)

在茶文化專業(yè)的虛擬實訓(xùn)平臺，通過Unity3D技術(shù)可以借助這一平臺更加全面的了解茶器、六大茶類制作流程以及三大類茶葉表演過程及實訓(xùn)場景，該虛擬仿真實訓(xùn)平臺設(shè)計具體圍繞三部分開展。

3.1 視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

教師和學(xué)習(xí)者通過視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)登錄虛擬實訓(xùn)平臺開展一對一、一對多教學(xué)，學(xué)習(xí)者在這一過程中不但得到虛擬實訓(xùn)的學(xué)習(xí)還可以跟老師語音或者是打字，進一步對有關(guān)茶道知識積極鞏固。

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建

Unity3D提出了該視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最佳的解決方案，構(gòu)建單純的無需服務(wù)器端的多層次應(yīng)用程序。借助于必需的所有工具、文檔和示例指導(dǎo)如何將多用戶應(yīng)用程序建立邏輯存儲。通過Unity3D技術(shù)累積了有關(guān)多人游戲和視頻語音的大量經(jīng)驗，將最佳的服務(wù)提供給單純的文字鏈條到所有類型的回合制游戲以及最為先進的頭像聊天。比如建設(shè)茶文化專業(yè)虛擬實訓(xùn)品臺，要求配置一臺較好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進一步獲得良好的服務(wù)性能。我們可以在該服務(wù)器上假設(shè)Unity3D服務(wù)器，外網(wǎng)介入有利于學(xué)生隨時在虛擬實訓(xùn)平臺上組織學(xué)習(xí)，可是對課堂教學(xué)的管理十分困難，針對這一難題可以通過登錄視頻網(wǎng)絡(luò)有效解決，如此在面板上將會出現(xiàn)全部學(xué)生的信息進一步了解學(xué)習(xí)者的聽講情況從而實現(xiàn)科學(xué)管理。對服務(wù)器模式進行理論分析，在線人數(shù)可以同時容納500人，若更多的學(xué)習(xí)者產(chǎn)生在線學(xué)習(xí)需求，則可以借助于網(wǎng)絡(luò)專業(yè)服務(wù)器或者是服務(wù)器集群。

3.1.2 配置服務(wù)器硬件及部署環(huán)境

服務(wù)器配置的第一步就是對服務(wù)器操作系統(tǒng)的合理性明確，為了與遠程教育茶文化專業(yè)要求相符，首先需要建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，采取配置較高的PC機替代專業(yè)化的服務(wù)器，在選擇操作系統(tǒng)的過程中，建議選擇windows網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，由于普通PC機完全兼容了大量軟件，修復(fù)和維護系統(tǒng)工作更加容易，因此確定虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為windows。

3.1.3 視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體設(shè)計

茶文化專業(yè)遠程教育虛擬實訓(xùn)平臺的視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以作為主要特色，不僅實現(xiàn)了教師與學(xué)習(xí)者一對一、一對多的隨時在線學(xué)習(xí)要求，還有效輔助了學(xué)習(xí)者參與虛擬實訓(xùn)操作。視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具體劃分為三部分：多人視頻語音系統(tǒng)、一對一教師輔導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)、PPT延時系統(tǒng)、加載虛擬實訓(xùn)平臺系統(tǒng)，相關(guān)的操作模塊包括：教師教學(xué)模塊、學(xué)習(xí)提問模塊、教師學(xué)生視頻語音私聊模塊、實施溝通模塊。PPT延時系統(tǒng)的相應(yīng)模塊有PPT生成、添加和教學(xué)模塊。

（1）教師教學(xué)模塊：進入視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)登錄界面以后，老師借助于系統(tǒng)實現(xiàn)了一對一、一對多的在線教學(xué)與問題解答性能。

（2）視頻語音私聊模塊：為學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生創(chuàng)造了一個面對面學(xué)習(xí)交流的機會從而有效鞏固了所學(xué)知識。

（3）學(xué)習(xí)提問模塊：在開展虛擬實訓(xùn)中，這一模塊主要提供給一部分操作不熟練者或者是在操作過程中出現(xiàn)問題的學(xué)習(xí)者。在學(xué)習(xí)提問模塊中，還引入了智能機器人，主要負責(zé)為學(xué)習(xí)者講解怎樣應(yīng)用虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)。學(xué)習(xí)者只需要在輸入文字框內(nèi)列出相關(guān)問題，智能機器人便可以快速給出準確的答復(fù)。

（4）實時聊天模塊：在語音視頻的過程中基本上可以利用文本或者是圖形開展聊天。

（5）PPT課件生成模塊：以網(wǎng)頁的形式展示不能在網(wǎng)絡(luò)上觀看的課件，進一步保證學(xué)習(xí)者順利通過互聯(lián)網(wǎng)實施在線學(xué)習(xí)。

（6）PPT課件添加模塊：本系統(tǒng)提供了傳輸可見的性能，有利于學(xué)習(xí)者更加積極的學(xué)習(xí)新知識。

（7）課件教學(xué)模塊：通過這一模塊教師可以和授課模塊整合使用，從而提高了教學(xué)水平并且順利完成教學(xué)任務(wù)。

（8）虛擬實訓(xùn)平臺加載系統(tǒng)：將有關(guān)的加載接口設(shè)計到虛擬實訓(xùn)平臺上，促使學(xué)生全方位接受虛擬實訓(xùn)教學(xué)。

3.1.4 視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具體功能模塊設(shè)計

（1）實時聊天模塊

本系統(tǒng)將實施聊天模塊作為基礎(chǔ)，缺少這一功能，什么都是紙上談兵，視頻語音系統(tǒng)更加無從構(gòu)建。在教師和學(xué)生之間利用實時聊天搭建了溝通的橋梁，加之視頻語音互動對教學(xué)虛擬實訓(xùn)問題有效進行了解決，在此模塊實現(xiàn)之前我們可以先與服務(wù)器進行連接，之后在聊天室應(yīng)用。

（2）視頻語音模塊

在視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中語音模塊為關(guān)鍵性內(nèi)容，其包括了多人視頻語音與私聊視頻語音模塊，在網(wǎng)絡(luò)面對面教學(xué)中應(yīng)用頻繁，利用一輔導(dǎo)多、一輔導(dǎo)一的方式開展教學(xué)。本模塊視頻語音強大功能具體是通過自帶軟件的擴展功能實現(xiàn)；幫助學(xué)習(xí)者可以擺脫互聯(lián)網(wǎng)的約束達到多個學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)的目標，不會對連接速度產(chǎn)生一定的影響。

（3）智能機器人

學(xué)習(xí)者在開展虛擬實訓(xùn)學(xué)習(xí)中劃分為兩部分提問模塊，分別是在線解答問題以及智能機器人，其中在線解答問題模塊與之前的模塊相似。

我們將智能機器人成功引入到學(xué)習(xí)提問模塊中，具體是幫助學(xué)習(xí)者對虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)全面理解和應(yīng)用，當老師不在時也可以得到較好的幫助，智能機器人主要采取了問答的模式，決定回答準確率的因素便是其包含的數(shù)據(jù)量，

3.2 學(xué)生實訓(xùn)系統(tǒng)

3.2.1 整體設(shè)計

在整個虛擬實訓(xùn)平臺中本系統(tǒng)是核心內(nèi)容，學(xué)習(xí)者在這一系統(tǒng)中可以研發(fā)茶文化專業(yè)的遠程虛擬實訓(xùn)項目，在真實實訓(xùn)中不必擔(dān)心發(fā)生意外等問題。學(xué)生實訓(xùn)系統(tǒng)可以劃分為三部分：對茶具全方位了解、六大茶類制作程序以及表演三大類茶的過程。這部分內(nèi)容統(tǒng)一組成了學(xué)生實訓(xùn)系統(tǒng)，對學(xué)習(xí)者遠程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題有效解決。通過茶壺、茶盤、茶碗、品茗茶、聞茶杯等對茶具整體進行了解；七大類茶的制作包括了對綠茶、紅茶、黑茶、白茶、烏龍茶、黃茶與花茶的整體過程。表演三大類茶藝則是借助于紫砂壺、玻璃杯和蓋碗沖泡茶葉的方法。在實訓(xùn)開展過程中，學(xué)習(xí)者可以通過視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將出現(xiàn)的問題反饋給教師組。

（1）了解茶具模塊：具體是對茶壺、茶盤、蓋碗、品茗杯、聞香杯、公道杯等一系列茶具全面了解，學(xué)習(xí)者通過虛擬實訓(xùn)平臺就能夠全面認知茶具教學(xué)的任務(wù)以及相應(yīng)的操作。

（2）六大茶類的制作過程模塊：總結(jié)整理制作綠茶、紅茶、黑茶、白茶、烏龍茶等程序，學(xué)習(xí)者通過實訓(xùn)平臺真實模擬制作七類茶的流程，在制作時，學(xué)習(xí)者就會獲得正確或者是錯誤的指令進一步鞏固制作茶的知識。

（3）三大類茶藝表演的操作模塊：在本模塊中，我們可以通過視屏的方式向?qū)W習(xí)者呈現(xiàn)三大類差異表演，之后學(xué)習(xí)者根據(jù)視頻操作流程對茶藝表演有效模擬。

3.2.2 三維建模

茶漏建模：在插口上精準擺放茶漏。漏取于茶，避免發(fā)現(xiàn)茶葉外漏問題。而對茶漏開展建模的操作并不復(fù)雜，可以借助于車削修改器對茶漏截面圖像進行旋轉(zhuǎn)從而獲得造型，之后采取布爾運算使其下面形成空體。建模完成之后，為了外觀形狀更加逼真，可以對一部分邊線開展圓角處理，并且賦予模型木質(zhì)材質(zhì)。在課余時間可以學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，僅需幾分鐘就可以完成建模，利用3dmax具備的易用性，十分容易上手，當結(jié)束虛擬實訓(xùn)建模工作之后，開始茶桶建模，其與茶漏建模十分類似，采取車削修改器，這里需要注意的是必須根據(jù)實物通過二維曲線仔細臨摹輪廓進一步獲得更加完美的車削造型。

茶匙建模：茶匙還稱為茶鏟，具體功能是儲存放置茶葉。采取二維線對實物的輪廓開展臨摹，利用倒角修改器令其成型，對茶匙頭部應(yīng)用曲線修改器促使其凸顯實物特性，將木質(zhì)材質(zhì)提供給模型。對茶針的建模類似于茶匙。

茶夾建模：使用茶夾架去茶葉，進一步對茶底認真觀察，從而可以更好的夾洗杯子。在建模整體過程中，首先可以應(yīng)用基礎(chǔ)模型BOX，在基本形狀制作時可以采取多邊形的基礎(chǔ)命令，借助于剪切和鏈接命令細化處理模型布線，由于細節(jié)的大量增多，可以利用turbosmooth模型開展光滑處理，實行鏡像，如此處理的茶夾會產(chǎn)生更加真實的外形。

通過建模茶漏、茶夾、茶匙、茶針等能夠發(fā)現(xiàn)，在三維建模功能方面Unity3D基本上與虛擬實訓(xùn)要求相符。軟件應(yīng)用比較簡單，在單人或者是團隊開發(fā)合作中尤為適用，軟件擁有的較強渲染作用以及相應(yīng)的渲染插件能夠獲得照片級的渲染效果，通過計算機建模能夠完全一致的渲染效果與實物。

結(jié)束語

基于Unity3D理論對茶文化專業(yè)虛擬平臺建設(shè)全面討論，不但全面了解了Unity3D技術(shù)還掌握了經(jīng)常在虛擬實訓(xùn)平臺上應(yīng)用的軟件技術(shù)，對自我修養(yǎng)和認知造成了一定的影響。目前，這一平臺可以成功應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，結(jié)合有關(guān)要求依次實現(xiàn)了各項性能?？墒怯捎谠谖覈訳nity3D技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬實訓(xùn)平臺發(fā)展時間相對較晚，加之自身技術(shù)問題，今后還需要對茶文化專業(yè)實驗開展更加深刻的研究。

[1]郭磊.仿真物理實驗教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國科技大學(xué)學(xué)報，2002(3):373-380.

[2]李雷雷.基于Unity3D虛擬裝置技術(shù)研究[D]蘭州理工大學(xué)，2015.