基于CS-soure游戲引擎虛擬化工廠仿真系統(tǒng)的開發(fā)

何鵬飛，賴春明

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學院，湖南株洲 412011）

基于CS-soure游戲引擎虛擬化工廠仿真系統(tǒng)的開發(fā)

何鵬飛1，賴春明1

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學院，湖南株洲 412011）

利用3dsmax進行化工廠設備的建模，利用CS-soure游戲引擎來展現(xiàn)化工設備的實景效果。具有很強的操作性及良好的現(xiàn)實場景效果。

虛擬現(xiàn)實；游戲引擎；CS-soure；化工廠；化工設備

0 前 言

化工生產(chǎn)的多樣性和復雜性賦予了化工廠的特殊性。其牽涉設備多，安全要求高。

企業(yè)培訓及學校教學實習等，存在較多的限制。虛擬化工廠可以再現(xiàn)化工廠的各種場景，各種設備和機器由于現(xiàn)實種種因素制約，不能夠很好的展現(xiàn)其結(jié)構(gòu)和形態(tài)，通過計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效和方便的實現(xiàn)。也可為企業(yè)演練及學校教學提供場景練習。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間，提供使用者視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。現(xiàn)今虛擬技術(shù)日亦成熟。各種虛擬開發(fā)工具應有盡有，而大多數(shù)的開發(fā)工具不是太過專業(yè)就是太過昂貴。而現(xiàn)今3D網(wǎng)絡游戲日亦發(fā)展，其場景生靈活現(xiàn)，繪聲繪色。本身就是一個虛擬的世界。而這一切得得意于3D游戲引擎。游戲引擎因其良好的圖像效果使游戲更加的逼真。

1 游戲引擎

計算機的發(fā)展催化了3D游戲的發(fā)展，3D游戲開發(fā)的難點再于三維技術(shù)及其中聲、光、影、粒子系統(tǒng)、物理碰撞的實現(xiàn)等等。許多游戲開發(fā)都需要這方面的技術(shù)，于是專業(yè)的三維技術(shù)及相關用戶的交互軟件塊集出現(xiàn)，它可以用在很多的游戲當中，這個包含諸多三維技術(shù)及交互的軟件塊集就稱之為游戲引擎，就像一臺汽車的發(fā)動機可以裝配在不同的汽當中。不同的游戲公司利用相同的游戲引擎可以做出不同的游戲。著名游戲CS-soure和CS-GO就是一個例子。其中使用的引擎就是由美國VAVLE公司開發(fā)的CS-source引擎（簡稱source引擎）。

2 source引擎概論

CS-soure本是一款網(wǎng)絡游戲，其中應用的游戲引擎就是Source引擎，Source引擎是很復雜的3D引擎，擁有多套渲染器。Source引擎包含了很多不同的模組，開發(fā)者可以在引擎的源包中取出以及添加進其他的元素。

Source引擎有優(yōu)秀的光影效果。其渲染器是基于Microsoft Direct X 9.0的API，并借助Half-Life SL高階編程語言編寫引擎，Valve公司采用DirectX架構(gòu)，對Shader2.0b甚至是Shader3.0 Model的支持。Source引擎對用戶開放，其集成的HAMMER編輯器可以方便的自己創(chuàng)造自己想的游戲。

source引擎因其起靈活性、良好的交互、完整的模塊集成給予開發(fā)者更多的空間。且source引擎面向用用戶授權(quán)。虛擬化工廠仿真系統(tǒng)引入source引擎，使開發(fā)更加簡單。更能提供良好的網(wǎng)絡效果。而生成的bsp文件，具有更好的移植性。建立化工廠仿真實景，設計流程圖如圖1所示。

圖1 設計流程圖

3 3dsmax三維模型的建立

虛擬仿真的各種實物是利用虛擬模型來實現(xiàn)的。Source引擎特有的貼圖方式輻射度法線貼圖，可有效的展示實景的效果，又使系統(tǒng)在運行變的輕盈。Source引擎本身是可以做出一些模型的，但是對于復雜的模型，卻無能為力，這需要首先利用一些建模軟件進行建模。筆者所采用的是3dsmax軟件。3dsmax軟件建模靈活多變，正滿足了工廠的模型的多樣化和復雜性這一特點。3dsmax建立的模型更好的導入到Source引擎中，利用3dsmax對化工廠實景進行建模。3dsmax建模在移植到Source引擎中時，受到面片的限制，單個物體最好不要超過6 000個面。所以在用3dsmax在進行建模的時候，不能一味的追求細膩的效果，而過多增加設備的面片。所以在建模的時候盡可能精減面片，最好是用edit poly即多邊形建模方式去建。如下圖2利用3dsmax軟件建立的一個泵體模型。

圖2 edit poly泵體模型

圖3 泵體的面片統(tǒng)計數(shù)據(jù)

從圖3上可以看出此泵體面片為2 985片，而如果用其他建模方法，可能需要10萬甚至幾十萬的面片，當然面片越少越好。越少的面片在引擎中的表現(xiàn)，其處理速度也越快。尤其當模型較多的時候，更加的占用電腦的資源。

類似的可以進行構(gòu)建更多的設備模型。模型不需要很精細，重要與之的配合的是貼圖，良好的貼圖可以很好的反應實物，我們在引擎中不是用過于精細的模型去表現(xiàn)一個物體的細節(jié)，而是通過良好的貼圖去表現(xiàn)。模型的優(yōu)質(zhì)貼圖，最好在3dsmax中就做好，貼圖最好采用UVW貼圖的方式，把貼圖整合成一張圖片。比如說一個人物模型，其貼圖就是UVW貼圖方式。

類似的方法可建立的化工廠其中的一個機泵組的模型如圖4中所示。

圖4 機泵組的模型

4 Source引擎hammer編輯器

4.1 Source引擎

Source引擎本身自帶了hammer編輯器，用來編譯自己的地圖文件。Source引擎所驅(qū)動的游戲就是由這個功能強大的編輯里完成的。我們利用Source引擎也是用hammer編輯器。把用3dsmax做好的模型文件，導入到這個hammer編輯器，然后編譯成*.bsp文件，這樣Source引擎就能夠讀取了。而我們做的模型就會展現(xiàn)在計算機中。展現(xiàn)出豐富的實景效果。

圖5 hammer編輯器

4.2 3dsmax模型的導入

用3dsmax做好的模型，不能直接導入到，hammer編輯器中，需要進行格式的轉(zhuǎn)換。

須將MAX文件輸出成SMD文件，然后再把SMD文件利用相關軟件合成為*.mdl文件，才可以應用到hammer編輯器中。本文作者是應用的studiocompiler軟件合成的。由此變成Source引擎中的模型。注意模型的貼圖，格式為需要為tga格式，英文名稱。用rgb 8位模式進行編輯，而分辨率須是2的倍數(shù)，比如400X560，保存的時候選擇24位。如圖6所示。

圖6 3dsmax模型的導入流程

Hammer編輯中對Mdl格式文件的引用如圖所示。由于泵的模型是不可動模型，可采用靜物模式（prop＿static）。若要產(chǎn)生動態(tài)效果可選擇prop＿dynamic，不過所應用的Mdl格式文件應包含動態(tài)效果。這在場景的模擬中非常有用。如果要實現(xiàn)物理碰撞的效果，還需要對模型添加物理的碰撞，此時的Hammer編輯中需要用到prop＿physics這個命令。總之想得到什么樣的物理效果，Hammer編輯器都可以實現(xiàn)，但是需要你的Mdl格式文件已經(jīng)有這種效果在里面。

化工生產(chǎn)設備的模型在系統(tǒng)當在是一個空虛的模型，需要建立物理系統(tǒng)，比如材料、外觀、剛性等Source引擎有良好的剛體動力學以及約束、關節(jié)鏈，剛性物體不能在系統(tǒng)中被打碎、彎曲或者其他形式的扭曲。關節(jié)節(jié)點就是常說的活動連接，這種連接允許你將兩個物體有機地連接在一齊。

圖7 靜態(tài)命令的使用

4.3 文件的編譯

做好的場景是在hammer編輯器中，并沒有產(chǎn)生完全的實景的效果，并且各種物體都是可編輯的，這需要我們進行編譯。

編譯完畢的場景，在Source引擎中有優(yōu)良的顯示效果。其中的光影都非常的真實。如下圖所示。

圖8 hammer編輯器的泵的效果

圖9 hammer編輯器的編譯

圖10 編譯后的場景

5 網(wǎng)絡系統(tǒng)

Source引擎提供了多人聯(lián)機使用主從式（客戶端－服務器）網(wǎng)絡構(gòu)架。服務器通常指運行游戲的專用主機，客戶端指連接到服務器的玩家電腦。客戶端與服務器之前通過發(fā)送數(shù)據(jù)包（又稱封包）來通信（頻率很高，通常每秒20－30個封包）。客戶端從服務器接收到當前“世界”的狀態(tài)后，據(jù)這些數(shù)據(jù)來創(chuàng)建視頻和音頻輸出。客戶端同樣也從輸入設備（鍵盤、鼠標、麥克風等）采集數(shù)據(jù)并發(fā)回服務器進行進一步處理。客戶端僅僅與服務器進行著通信，而不與其他客戶端通信（即非P2P）。與單機游戲相比，多人聯(lián)機游戲需要解決各種各樣的通信問題。

此項功能可以使企業(yè)在應急演練中不是一個人，而是一個團隊進行合作進行響應。多人在進行聯(lián)機的時候進行相關對話。

6 系統(tǒng)的可移植性

用3dsmax制作模型，利用Source引擎編譯為*.bsp文件，具有良好的移植性，只需要對*.bsp文件進行操作就可行了，就是所謂的地圖文件。工廠的不同場景可以整合在一張地圖文件里，也可以生成多個地圖文件。

7 總結(jié)

基于3D和CS-soure的漫游系統(tǒng)開發(fā)流程快，并且仿真效果也十分好，具有更多交互形式等優(yōu)點。利用，3D＋CS-soure可以實現(xiàn)工廠的仿真效果，在企業(yè)的演練及學校的教學中都可以很好的應用。

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Based on the development of CS－soure game engine virtual chemical plant simulation system

He Peng-fei,Lai Chun-ming
（Hunan College of Chemical Technology，Zhuzhou，Hunan 412011 China）

Modeling of chemical plant equipment using 3dsmax，using the CS－soure game engine to show the real effect of chemical equipment.Has very strong operability and good realistic scene effect.

virtual reality；game engine；CS－soure；chemical plant Chemical equipment

TQ113.29

B

1003-6490（2015）04-0049-04

課題編號：HNHY2014003

2015－08－07

何鵬飛（1982－），男，安徽亳州人，講師，研究領域：過程裝備與控制工程。