虚拟实验室设计是一种基于计算机技术，对实验过程还原并提供交互性的实验模式。虚拟实验室设计与远程教育特征非常相似，即都可以不受时间、地点约束，根据需要和时间进行自主学习。但相比远程教育，虚拟实验室设计可以让用户有更好的沉浸感、交互性及实时性。虚拟实验室不仅改变了学习方式，还因其低廉的成本而备受青睐。虚拟实验可使学生系统地参与实验，快速掌握实验过程和步骤，实时交互性和漫游系统可让使用者对实验全方位了解。虚拟现实与教育结合必须建立在教育理论基础上，促进教育事业发展。

本文以土木工程专业拟静力加载试验为例，设计了拟静力加载虚拟实验室。

1.系统总体设计虚拟实验室设计系统由虚拟场景搭建、数据处理存储及功能实现等模块组成。如图１所示，系统利用３DsMax三维建模技术及PhotoShop图片处理技术进行虚拟实验室、试验材料等场景搭建，结合ADINA有限元数值仿真分析软件进行数值仿真分析，将计算所得的数据在SQL数据库中保存，通过Unity３D技术和．Net脚本实现虚拟实验室功能。

2.虚拟实验室设计场景搭建虚拟场景搭建是虚拟实验室系统设计的核心内容，模型制作精细度、贴图真实度、光影调整以及周围环境的影响等都是需要考虑的重要因素。场景搭建分为３部分：①了解实验过程及实验仪器；②制作三维模型，进行贴图和导出工作；③导入Unity进行场景搭建。

图２、图３为实验室加载装置实物图。通过实际测量确定实验室和试验装置尺寸后，进行三维建模。建模使用３DsMax和Photoshop组合，将建好的模型保存为FBX格式，导入到Unity３D中，进行场景环境和灯光搭建。

3.数据处理虚拟试验系统的建立必须有实验数据支撑，从试验的加载到试验完成必须有数据显示和曲线生成。墙体拟静力试验，通过对有限元数值仿真分析软件（ADINA）和试验得出的数据比对，找到最优数据，一般以ADINA数值仿真分析软件提取的数据为主，建模过程如下：①点击Points，首先建立一个点，以点、线、面的形式建立物理模型；②点击ElementGroup，为模型分组。此处只有一个模型单元，使用３D实体单元；③点击MeshVolumes，为模型划分网格。ADINA为有限元计算软件，网格划分越细，计算精度越高；④为模型添加材料，输入泊松比、密度、杨氏模量、应力应变曲线等材料信息；⑤添加计算TimeStep和TimeFunction；⑥分别点击ApplyLoad和ApplyFixity按钮，为模型添加力和边界限制条件，墙体底面全固定，顶面分别施加一个竖向恒载和一个水平往复荷载。

入效果如图５所示，提取的数据加载到Excel中，最后导4功能实现功能实现即Unity３D的场景整合、．Net脚本控制以及Winform窗体实现。．Net脚本主要实现三维模型在U-nity３D场景中的移动、隐藏及显示等，Winform窗体主要完成数据库的读取、数据显示、曲线生成以及实验报告修改下载等功能。4．1Unity3D场景整合将在３DsMax中做好的模型导入到Unity３D中，根据实验室场景进行摆放安置，同时利用UGUI的Text、Image、RawImage、Button、Toggle、Slider、Scrollbar、Drop-Down、InputField、Canvas、Panel、ScrollView等基础控件完成两个场景的UI界面设计，即进入场景和实验场景。