基于Unity3D的烹饪专业虚拟仿真实训系统研究

第36卷第9期

文章编号：1006 -9348 (2019) 09 -0371 -05

计算机仿真

2019年9月

基于

Unity

3

D

的烹妊专业虚拟仿真实训系统研究

姚亮，邵晓冬，姜旭

(北京信息职业技术学院数字艺术系，北京100018)

摘要:为解决烹饪专业难以实训及教学成本高昂的问题，提出基于

Unity

3

D

的烹饪专业虚拟仿真的实训方法。采用3

ds

Max

、

Photoshop

等软件进行建模贴图，采用

Unity

3

D、Java

Script

、

C

#等语言开发烹饪流程的交互功能。结合烹饪专业的教学需求，

完成了家禽、家畜原料、鱼类及水产品原料、畜类原料部位分档、中餐厨房实训、西餐调味品原料、西餐厨房实训等功能模块，

开发了基于

Unity

3

D

的烹饪专业虚拟仿真实训系统。实训教学证明，上述系统具备良好的烹饪流程三维展示和交互烹饪功

能，操作简单，激发了学习兴趣，为培养和提高学生的创新实践能力提供了良好的实训平台。

关键词:虚拟仿真;教学实训;烹饪专业;交互设计

中图分类号:

TP

391.9 文献标识码：

B

Research of Virtual Reality Training System Of Cooking

Specialty Based On Unity

YAO Liang,SHAO Xiao-dong JIANG Xu

(Digital

Art

Department

,

Beijing

Information

Technology

College

,

Beijing

100018,

China

)

ABSTRACT

：

In

order

to

solve

the

problems

of

difficult

training

and

high

teaching

cost

of

cuisine

specialty

,

this

arti

­

cle

presented

a

virtual

simulation

training

method

for

cuisine

specialty

based

on

Unity

3

D

.

At

first

, 3

ds

Max

,

Photo

­

shop

were

used

for

modeling

and

mapping

.

Then

，

Unity

3

D

,

Java

script

,

C#language

were

used

to

develop

interactive

function

for

cooking

workflow

.

Based

on

the

teaching

requirement

of

cuisine

major

,

some

function

modules

were

fin

­

ished

,including

the

raw

materials

for

poultry

and

livestock

,

the

raw

materials

of

fish

and

aquatic

products

,

the

classi

­

fication

of

different

parts

of

raw

materials

for

domestic

animals

,

Chinese

kitchen

training

,

the

raw

materials

of

western

-style

food

condiment

,

and

western

kitchen

training

.

Finally

,

a

virtual

simulation

training

system

for

cuisine

major

based

on

Unity

3

D

was

developed

.

The

practical

training

results

prove

that

the

proposed

system

has

gocxl

3

D

display

of

cooking

workflow

and

interactive

cooking

function

.

It

is

easy

to

operate

and

stimulate

the

learning

interests

.

Thus

,

it

provides

a

good

training

platform

for

cultivating

and

improving

students

*

innovative

capability

.

KEYWORDS

：

Virtual

simulation

(

VS

) ；

Teacher

training

；

Cuisine

specialty

；

Interaction

design

i

引言

随着信息技术的发展，虚拟仿真技术已经得到社会各界

及其专业技术知识以外，特别注重实践性教学，而高档食材

同样价格高昂，进人社会星级酒店后厨熟悉环境，进行实践

更成为难点,专业餐厅实训的搭建建设费用之高，一般职校

很难承受。而虚拟仿真实训具有不受场地、食材等因素的限

制,可以根据教学特点搭建不同类型的后厨开设各种食材食

品的辨识、操作实训等课目，从而实现教学资源的最大利用，

弥补实体实训固有缺陷带来的不足。因此，为解决烹饪专业

难以实训及教学成本高昂的问题，提出了基于

Unity

3

D

的烹

饪专业虚拟仿真的实训方法，为烹饪专业的人才培养提供了

一个具有实际意义的重要手段,提高了学生的创新能力和工

程实践能力。

的认可，并在教育行业中得以广泛应用,

VR

提供的沉浸式场

景[1]能让教育场景更加丰富生动，它的出现对教育产生了深

远的影响，改变了以往一些教学观念和教学模式，构成了对

某些传统教学模式现实性的否定和解构。虚拟现实技术呈

现出教育技术发展的无限可能性，冲破了传统教学模式的狭

隘性，开拓了现行教学手段的发展空间，为教学的创新提供

新的空间。

烹饪专业除了熟练掌握本专业所必需的基础理论知识

基金项目：国家自然科学基金资助项目（21476020)

收稿日期:2018-07-04

Unity

3

D

技术脚本语

g

较多[2」，如

Java

Script

、

C#、Python

等，支持网页嵌人，且易与其它系统兼容共存,支持多种文件

—371

格式，同时对

Di-rect

X

和

OpenGL

拥有高度优化的图形逭染

管道[2]。本文以五星级酒店后厨为背景，基于

Unity

3

D

技

术，运用3

dS

Max

软件进行建模[3]，对职业院校烹饪与营养

专业的实训系统进行研究设计，通过建立家禽、家畜副产品、

禽制品原料，鱼类及其它水产品原料，畜类原料部位分档，中

餐厨房实训，蔬菜西餐原料，西餐调味品、烹饪用酒，西餐厨

房实训等功能模块，使学生可以在仿真教学中进行情景体

验，在

VR

展示,对特性和用途进行了描述；畜类原料部位分档模块对

中西餐常用的猪牛进行部位分解，重点突出各部位的加工特

性对应食物种类;蔬菜西餐原料模块和西餐调味品、烹饪用

酒模块对西餐烹饪中大量使用的蔬菜和调味用料进行了展

示，并配以特征特性描述；中餐厨房实训模块和西餐厨房实

训模块针对对几款常用菜品的制作过程结合各岗位特点进

行了分步骤操作，并对刀法、加工时间有详细的说明。

设备上进行演示互动，可以趣味性的参与教学、实

训全过程。体验、认识、理解、掌握相应的教学设计内容。以

解决职校学生专业知识较差，动手能力不足等问题,丰富学

习的实景体验，增强教学的临境感，提升教学质量。

3系统关键技术

主界面为该系统打开后的第一个场景为7个子模块展

3.1主界面交互设计

示。主要实现的功能包括:一是各功能模块展示，二是进人

2

虚拟仿真系统设计

根据教学实际，选取五星级酒店后厨烹饪流程，利用拍

摄、拍照等手段，取得场景、食材、烹饪等相关素材，通过3

D

建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段[4]，形象、生

动、有趣地展示实训中涉及到的后厨相关工作内容，具有很

强的体验感和交互性。

操作演示通过三维实体模型和动画给出形象，不受时间

和空间的限制，能够反复进行实验和学习；在外接头盔式

VR

设备上进行演示和交互,模型真实感强。虚拟仿真资源场景

内的全部模型采用法线贴图来描绘物体表面细节的凸凹变

化、使用颜色贴图表现物体的颜色和纹理.使用髙光贴图表

现物体在光线照射条件下的质感;用二维界面和三维模型的

交互模式说明实训的具体过程，突出表现实训的重点内容。

三维场景具有自主漫游功能，使用者既可以在一定空间范围

内自行走动,也可以通过交互手段快速在场景中漫游。

对于在实训中需要学生、老师亲自动手实操的内容，在

虚拟仿真系统中通过可穿戴设备让用户进行模拟操作;对于

需要重点训练的技术技能在模拟演练过程中加以指导和结

果评价；界面制作美观，符合当前系统主题风格，界面友好、

操作简单、实用性强的系统，不仅使学生可以了解烹饪专业

原料的种类形态、中西餐实训的主要特点；同时，还要可以利

用

VR

各功能模块的链接入口。主界面交互设计如图2所示。

图2主界面交互设计

主界面的交互方式为当用户使用

HTC

vive

手柄点击图

标时,激发响应相应的事件，实现交互。脚本代码实现及解

释如下：

namespace

LTYFrameWork

I

///〈

summary

〉加载场景管理

summary

>

public

class

LoadingManager

Manager

>

I

public

string

LoadUIName

=

：

MonoSingleton

<

Loading

-

""；

""；

public

string

LoadSceneName

=

虚拟仿真系统的“沉浸、交互、想象”的特点达到激发

public

bool

contain

3

DScene

=

false

；

学生的学习热情，增强教学的临境感，强化学习效果。系统

总体设计如图1所示。

(jPihdW## 入（

/// <

summary

>异步获取加载进度

summary

>

private

AsyncOperation

async

；

()~^

交互设计

///〈

summary

〉加载进度条场景

summary

〉

I

烹饪实调系统}<~~(交互设计

3.2模型浏览交互控制

为实现学生便于仔细观察各类物品，因此界面交互需要

能够控制控制三维场景中物品的浏览、部件的触发。通过

HTC

vive

来进行操控，因此柄圆盘左侧盟为自动演示图标,

右侧

A

图1系统总体设计

为返回总场景图标，如图3所示。

手柄下方夺为相关模型缩小图标，按下之后模型会缩

小，左方

O

为相关模型逆时针旋转图标，右方

G

为相关模型顺

时针旋转图标，如图4所示满足用户操作需求。

按下侧卧握键，扣下扳机，射线变绿#在左下方缩略图

系统包括7个模块，其中家禽、家畜副产品、禽制品原料

模块，鱼类及其它水产品原料模块主要对中餐常用食材进行

—372 —

图4模型旋转控制

上,在按住状态下移动手柄可左右拖拽图标栏以便观察找到

更多的模型。如图5所示。

图5模型选择控制

模型实现的脚本代码如下：

public

class

ModelRotateScale

：

MonoBehaviour

i

//旋转速度

public

float

rotateSpeed

；

//缩放速度

public

float

scaleSpeed

；

//最小尺寸

public

float

scaleMin

；

//最大尺寸

public

float

scaleMax

；

public

bool

isAuto

；

private

bool

isAutoRotate

；

public

void

SetRotateLeft

()

|

Vector

3

rotate

=

transform

,

eulerAngles

；

transform

.

eulerAngles

=new

Vector

3(0,

rotate

,

y

+

rotateSpeed

*

Time

.

deltaTime

, 0)；

i

public

void

AutoShowModel

()

|

isAuto

= !

isAuto

；

if

(

isAuto

)

i

isAutoRotate

=

true

；

StartCoroutine

( "

AutoShow

")；

(

else

if

( !

isAuto

)

I

isAutoRotate

=

false

；

StopAllCoroutines

()；

i

i

3.3模型局部交互技术

由于畜类原料部位分档模块需要根据教学要求,从整体

图像中调用部件并动画播放、高亮显示加以说明，因此，需要

通过

HTC

vive

手柄进行触发，场景交互控制。点击触发局部

部件后将动両赋予部件动画播放，高亮显示。并播放相应教

学说明。

图6模型局部交互

具体实现及注解如下：

public

class

VRController

：

MonoBehaviour

I

SteamVR_TrackedObject

trackedObject

；

VRTK_SimplePointer

simplePointer

；

private

bool

isRayModel

;//射线是否照射的是畜类

private

Modellnfo

defaultModellnfo

=

new

ModelInfo

()

—373 —

textureUrl

= " " ,

modelUrl

= "" ,

modelName

=

M

" ,

modelFeature

= " " ,

modelDescription

= " " | ；

private

Modellnfo

cum-entModellnfo

=

new

Modellnfo

()；

//畜类部位名字

private

string

domesticName

；

public

SetModellnfo

modellnfo

；

string

url

；

private

void

PointerExit

(

object

sender

,

DestinationMark

-

erEventArgs

e

)

I

if

(

e

.

target

,

tag

= = "

Domestic

")

I

//设置信息

GameController

.

instance

,

modellnfo

=

default

-

Modellnfo

；

domesticName

=

string

.

Empty

；

isRayModel

=

false

；

i t

modellnfo

.

SetInfo

()；

//显示畜类局部模型

private

void

SetModel

()

I

i

i

f

(domesticName

! =

string

.

Empty

)

if

(

domesticName

= =

GameController

.

in

­

stance

.

mainModelName

)

url

= ’’

Scenes

/畜类/

Model

/”+

Game

-

Controller

,

instance

.

mainModelName

;

else

url

= "

Scenes

/畜类/

Model/n

+

Game

-

Controller

.

instance

.

mainModelName

+

"/”+

domesticName

;//畜类

GameObject

objl

=

Resources

.

Load

(

url

)

as

GameObject

；

i

i

f

(

obj

1 ! =

null

)

string

audiollrl

= •'

Scenes

/畜类/

Audi

-

〇/" +

GameController

.

instance

.

main

­

ModelName

+ "/" +

domesticName

；

DeletePreviousModel

()；

ModelModuleController

.

instance

.

SetAu

-

dio

(

audioUrl

)；

GameObject

obj

=

Instantiate

(

objl

)；

obj

.

name

=

domesticName

；

obj

.

transform

.

SetParent

(

ModelController

.

—374 —

instance

.

modelPoint

)；

3.4

漫游教学实训及评价设计技术

由于烹饪专业的仿真系统注重菜肴的制作，因此，实训

是软件的重要环节，位置和操作步骤正确与否，是评价学习

效果的重要手段，以中餐实训为例，启动系统后，点击进人中

餐厨房场景菜单后，按下手柄圆盘时发出绿色射线完成移动

漫游功能，找到合适的工位，根据菜肴品种按教学要求分步

实现操作，并根据学生完成情况和时长进行效果评价，以下

为几个教学场景界面。

图9中餐实训界面03

主要实现及解释如下:

3

D

支持发布多种版本，包括单机版，网页版等，在此不进行

阐述。

5结语

基于

Unity

平台上开发了烹饪专业虚拟仿真实训系统，

实现了烹饪专业教学的虚拟可视化，并且对各种主要食材进

行了展示和说明，使操作者可以通过虚拟环境内对各种食材

和形态进行了解，并可在虚拟的中西餐厅中对种食材进行反

复加工训练，便于掌握烹饪各种食物所有的操作步骤，同时

图10中餐实训界面04

系统还设有考核模块，对操作者的知识掌握程度进行考评。

通过教学实践，教师反应，本系统调动了学生学习的热

情，学生学习的积极性从以往的要我学，变为了我要学，整体

学习氛围提升了档次，有效促进学生对知识点的深层次理

解，是职校教学模式的新突破。给传统的教学方式带来新的

思路，具备推广应用的价值。

参考文献：

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3

D

的人体运动捕获

系统[

J

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[6]

Hong

Won

-

Tak,Lee

Phill

-

Seung

.

Mesh

based

construction

of

flat

using

System

.

Collections

；

using

System

.

Collections

.

Generic

；

using

UnityEngine

.

UI

；

using

LTYFrameWork

;

using

UnityEngine

；

public

class

TXT

：

MonoSingleton

<

TXT

>

|

public

Dictionary

<

string

,

string

>

txt

=

new

Dictionary

<

string

,

string

>()；

public

Text

text

；

public

Text

textEnd

；

void

Awake

( ) |

txt

.

Add

("000.

I

'1 ,)；

txt

.

Add

("000

M

,)；

txt

.

Add

(

u

002",)；

txt

.

Add

("003

M

,)；

txt

.

Add

("005”，）；

txt

.

Add

("006",)；

txt

.

Add

("007",);

txt

.

Add

(

n

009",)；

txt

.

Add

(

M

010",)；

-top

partition

of

unity

functions

[

J

].

Applied

Mathemat-ics

and

Computation

, 2013,219(16) ：8687-8704.

[7]

Xie

Jingming

.

Research

on

key

technologies

base

Unity

3

D

game

engine

[

C

].

Proc

of

7

th

international

conference

on

computer

sci

­

ence

&

education

.

Melbourne

,

VIC

：

IEEE

, 2012：695-699.

("-l","

扣动扳机进行下一步

"）;

txt. Add("0"

, ••中

••）;

txt

.

Add("r

，

”良

n

);

txt

.

Add

(

n

2"，••优，，）；

i

[8] 相茂英，马纯永，韩勇，霍鹏，王春.基于

Unity

3

D

的化工设备虚

拟培训系统研究[

J

].计算机技术与发展，2014，（7):1%-

200

.

[作者简介]

货匕

亮（1979.5-)，男（汉族），北京市人，硕士研究

生,主要研究领域为:虚拟现实、增强现实、移动互联

网；

///〈

summary

〉读取信息更具键

summary

>

public

string

ReadTXT(string

key

)

|

return

txt

[

key

]；

I

邵晓冬

（1970. 12-)，男（汉族），北京市人，北京明

泰宝业科技发展有限公司总经理，主要研究方向为：

4系统发布

Unity

3

D

虚拟现实、系统仿真、移动互联网；

系统本身体有测试功能，发布软件前首先要对

姜旭

（1979.3-)，男（汉族），北京市人，系主任，主要研究方向为：

虚拟交互、平面设计、实训管理。

功能进行测试，然后再进行相关配置，在

“play

setting

.. ”按钮

中根据要发布版本进行相应设置，并生成

exe

文件。

Unity

—375 —