Fysiikan virtuaalilaboratorio Unity-pelimoottorilla
Aikio, Mikko (2025)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025121235329
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025121235329
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tutkia Unity-pelimoottorin soveltuvuutta fysiikan demonstraatioiden ja oppimispelien tekemiseen. Tavoitteena on tehdä pelimoottorilla lukion opetussuunnitelman mukaista fysiikan opetusmateriaalia sekä tutustua Unityn fysiikkamoottorin vahvuuksiin ja rajoitteisiin.
Opinnäytetyön tuloksena syntyneitä demonstraatioita voidaan käyttää suoraan opetusmateriaalina lukion fysiikan opetuksessa. Työssä syntynyttä kirjallista raporttia voi käyttää kaikki, jotka ovat kiinnostuneita oppimispelien tekemistä.
Työssä on tehty 3 omaa fysiikan demoa. Ensimmäinen havainnollistaa ideaalikaasua. Toinen auton jarrutusmatkaa eri olosuhteissa ja kolmas aineiden olomuodonmuutoksia ja niihin kuluvaa energiaa. Demot on pyritty toteuttamaan selkeiksi ja käyttäjälle helppokäyttöisiksi. Demojen aiheet ovat valittu erilaisiksi, jotta saisi laajemman kuvan Unityn toimivuudesta.
Unity-pelimoottori osoittautui erinomaiseksi työkaluksi fysiikan demojen tekemiseen. Fysiikkamoottorin työkaluissa oli enemmän kuin riittävästi ominaisuuksia eikä simulaatiot jumittaneet suurellakaan hiukkasmäärällä. Simulaatioissa saadut mittaustulokset osoittautuivat epärealistisen tarkoiksi, joten jatkokehityksen aiheena on käyttäjästä riippuvien mittausvirheiden liittäminen tuloksiin. The purpose of this thesis was to examine the suitability of the Unity game engine for creating physics demonstrations and educational games. The goal was to develop physics teaching materials in accordance with the high school curriculum using the game engine, as well as to explore the strengths and limitations of Unity’s physics engine.
The demonstrations produced can be used directly as teaching materials in high school physics education. The written report created in this work can be utilized by anyone interested in developing educational games.
Three physics demonstrations were created in this work. The first illustrates an ideal gas, the second demonstrates a car’s braking distance under different conditions, and the third shows changes in the state of matter and the energy involved in those changes. The demonstrations were designed to be visually appealing and user-friendly. The topics were chosen to be diverse to gain a better understanding of the strengths and limitations of the game engine.
The Unity game engine proved to be an excellent tool for creating high school–level physics demonstrations. The physics engine offered more than enough features, and the simulations ran smoothly even with a large number of particles. The measurement results obtained from the simulations turned out to be unrealistically accurate, so a potential topic for further development would be the inclusion of measurement errors in the results.
Opinnäytetyön tuloksena syntyneitä demonstraatioita voidaan käyttää suoraan opetusmateriaalina lukion fysiikan opetuksessa. Työssä syntynyttä kirjallista raporttia voi käyttää kaikki, jotka ovat kiinnostuneita oppimispelien tekemistä.
Työssä on tehty 3 omaa fysiikan demoa. Ensimmäinen havainnollistaa ideaalikaasua. Toinen auton jarrutusmatkaa eri olosuhteissa ja kolmas aineiden olomuodonmuutoksia ja niihin kuluvaa energiaa. Demot on pyritty toteuttamaan selkeiksi ja käyttäjälle helppokäyttöisiksi. Demojen aiheet ovat valittu erilaisiksi, jotta saisi laajemman kuvan Unityn toimivuudesta.
Unity-pelimoottori osoittautui erinomaiseksi työkaluksi fysiikan demojen tekemiseen. Fysiikkamoottorin työkaluissa oli enemmän kuin riittävästi ominaisuuksia eikä simulaatiot jumittaneet suurellakaan hiukkasmäärällä. Simulaatioissa saadut mittaustulokset osoittautuivat epärealistisen tarkoiksi, joten jatkokehityksen aiheena on käyttäjästä riippuvien mittausvirheiden liittäminen tuloksiin.
The demonstrations produced can be used directly as teaching materials in high school physics education. The written report created in this work can be utilized by anyone interested in developing educational games.
Three physics demonstrations were created in this work. The first illustrates an ideal gas, the second demonstrates a car’s braking distance under different conditions, and the third shows changes in the state of matter and the energy involved in those changes. The demonstrations were designed to be visually appealing and user-friendly. The topics were chosen to be diverse to gain a better understanding of the strengths and limitations of the game engine.
The Unity game engine proved to be an excellent tool for creating high school–level physics demonstrations. The physics engine offered more than enough features, and the simulations ran smoothly even with a large number of particles. The measurement results obtained from the simulations turned out to be unrealistically accurate, so a potential topic for further development would be the inclusion of measurement errors in the results.