[发明专利]一种基于SFX合成实验的虚拟仿真系统

说明书

本发明公开了一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，包括实验模块和功能模块；所述实验模块包含两个实验：一锅法制备SFX，微型流动反应器制备SFX，所述两个实验均包含教学、练习、考试模式的实验操作集成模块，通过组合不同的实验单元操作模拟制备SFX。本发明使用3Dsmax作为三维建模工具，Unity 3D与万维引擎作为开发平台，通过Excel编辑功能文本指令，实现虚拟仿真实验系统的开发。基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统能够生动形象地反映制备SFX的实验过程，有效扩展和延伸了现场实验教学生动形象的受训体验，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，能够大幅度提高教学质量。

技术领域

本发明涉及一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，属于光电材料技术领域。

背景技术

SFX（螺芴氧杂蒽）作为螺环芳香类化合物，具有独特的十字形构象，正交排列的芴和杂蒽基团，具有独立的电子性质，前线分子轨道分离，双极特性等，可以优化分子结构、提高溶解性和器件稳定性，减少电子耦合和电荷重组。此外，由于氧杂原子的存在，SFX具有多个活性位置，易于修饰。由于SFX衍生物具有优异的输运特性，可以有效平衡发射层中的空穴和电子密度。SFX已成为应用于有机电子领域的通用分子骨架，被广泛应用于一系列光电材料和器件中。同时，SFX合成实验作为典型的科研成果，历经十二年的努力，不仅推进了科学研究的进程，实现从实验室到产业化的跨越，而且实现了教学成果的转化，应用于“本硕博互动”培养模式，成为教研一体的优质素材，还作为典型案例被引入到《有机合成综合实验》课程、《有机功能材料与器件》课程中。因此，SFX合成实验对于培养材料领域优秀人才有着独特的优势。

然而，化学实验过程存在诸多风险因素，化学反应所需的材料往往为危险性物质，实验操作过程也伴随着许多危险，同时，环境污染严重，实验成本高，实验周期长等问题限制着科学实验的发展；另一方面，随着招生规模增加，许多工科高等院校面临教学场所拥挤、及专业实验仪器设备数量明显不足等问题。与此同时，虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）技术自首次提出，就引起了强烈关注。基于虚拟现实技术设计开发的虚拟仿真系统具有交互性、沉浸性等特点，经济性能好，效率高。虚拟现实技术也为科学实验的发展注入了新鲜血液。本发明将制备SFX的科学实验与虚拟现实技术结合，通过交互，沉浸的虚拟仿真形式进行展示，研究人员和学生只需要在PC机上就可以实现对SFX合成过程的操作，同时也可以对SFX合成过程进行反复学习和研究，大大减少了科研人员的学习周期，节约资源。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提出一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，能够模拟制备SFX(螺芴氧杂蒽)的实验操作流程，通过3D建模工具构建三维虚拟实验场景，让学生身临其境地感受整个化学实验的过程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，

包括：实验模块(1)和功能模块(2)；所述实验模块（1）是基于SFX合成实验，通过模拟真实实验环境，构建实验仿真流程，包括虚拟实验场景模块(11)和制备SFX虚拟仿真实验模块(12)；

所述的功能模块（2）作为虚拟仿真系统的辅助模块，包括场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)；

所述制备SFX虚拟仿真实验模块(12)是通过使用场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)等一系列辅助功能完成SFX仿真实验，有效扩展和延伸了现场实验教学生动形象的受训体验，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，能够大幅度提高教学质量。

所述的实验模块包括：虚拟实验场景模块，制备SFX的虚拟仿真实验模块；所述的功能模块包括：场景漫游模块、安全教育模块、软件简介模块、仪器装置介绍模块、视角切换模块；