基于Unity3D的“網絡綜合布線工程”教學仿真系統設計與實現

張立華++許興鹍

摘要：《網絡綜合布線工程》是網絡技術專業一門重要的課程，本文在介紹虛擬現實技術的基礎上，闡述使用專業3D引擎Unity3D，結合《綜合布線工程》中典型的實訓環節，最終開發了3D效果直觀、交互性強、具有一定考核功能的3D虛擬仿真系統。本系統豐富了綜合布線工程的課件資源，增加了學生學習的趣味性，對于課程的教學起到了良好的促進作用。

關鍵詞：Unity3D 虛擬現實 綜合布線

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0156-01

1 背景分析

虛擬現實技術在上個世紀八十年代由美國提出，最初主要集中在美國軍方對宇航員、飛行員的培訓任務中，后來逐漸在商業、教育領域傳播開來。虛擬現實之所以受到體驗者的青睞，很大程度上是因為它可以運用計算機技術創造出一個與現實環境相仿的模擬場景，并且可以讓用戶參與到其中。

虛擬現實技術在教育領域應用也非常廣泛，也更有影響。主動地去交互與被動的觀看，有著本質的區別。正是在虛擬現實的優勢背景下，作者在本學院的院級課題中，設計了基于Unity3D的3D虛擬網絡綜合布線仿真系統。不僅能通過本系統直觀地體驗、學習各個實訓的完整過程，而且還可以進行交互式展示、考核，同時也融合了傳統文字、圖片、視頻的展示內容，增加了學習和體驗的趣味性，對于教學起到了良好的促進作用。

2 “綜合布線工程”教學仿真系統的開發

2.1 平臺的選擇

本系統基于Unity3D平臺來設計與實現，Unity3D是一款跨平臺的游戲開發引擎，也非常適合開發虛擬現實產品。Unity3D屬于利用交互的圖型化開發環境為首要方式的引擎，可發布至Windows、Mac、Wii、iOS、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android等多個平臺，也可以利用Unity web player插件發布至網頁。而且發布至不同平臺，只需稍作修改，無須重新開發。Unity3D還提供免費版本，對于小型開發團隊，這無疑是一個非常理想的工具。

2.2 仿真系統開發流程

根據網絡綜合布線工程需要展示的內容和實際實訓項目，本系統選擇了2個展示場景和5個典型實訓項目進行設計與開發。開發的流程和思路具體如圖1所示。

根據仿真系統需要實現的功能和效果，本系統主要采用三維制作工具3ds Max進行前期場景的搭建，各種交互模型的制作，制作交互過程涉及到的動畫。利用Ps圖形處理工具進行貼圖的繪制。最后將相關資源導入到Unity3D中，進行交互功能的設計與串接，編寫交互腳本代碼，添加UI內容。最后通過Unity3D發布至Windows端及Web端。

2.3 仿真系統的設計以及各類美術資源的搭建

綜合布線工程仿真系統的設計，主要實現的功能包含：各類典型設備的交互展示，布線工程樣板場景交互展示，5個典型交互式實訓環節。因此涉及到的模型、貼圖等美術資源內容較多。

為了能滿足交互式實訓環節的需要，模型的尺寸必須盡量精確。在進行虛擬場景及模型制作時，首先需要對設備和場景進行尺寸的測量，同時拍攝盡可能多的各個角度的圖片，為后續構建奠定基礎和積累素材。

仿真系統所有的模型均采用多邊形建模技術，包括布線工程樣板間漫游場景，各類設備與實訓工具。模型制作完成之后，還需要真實還原各種設備的色彩和質感，因此需要對模型展平UV，并且設置好UV的編號，再對它們進行貼圖的繪制。

美術資源導入到Unity3D中進行構建時，是沒有燈光照射的，缺乏真實感。在Unity3D中雖然自帶了幾種類型的光源，若采用Unity3D中的實時光照，對系統資源的消耗會較大，效果也并不是非常理想。因此，本系統采用貼圖加光照貼圖的思路來進行，這樣能大大加快系統運行效率。燈光貼圖就是將滿意的光照信息保存在一張貼圖上，模擬物體接受到光照的效果。本系統中，場景中大部分模型都是采用此類方案來處理的。

2.4 Unity3D中交互功能的實現

將3ds Max中制作的模型、燈光貼圖等美術資源導入到Unity3D中，然后添加相應的操作交互腳本，來控制游戲對象在虛擬場景的交互行為。這其中就使用了Unity3D原生的第一人稱角色控制系統來實現角色在漫游場景中的行走與觀察。以及設計了物體交互瀏覽、視頻播放、動畫控制、整個系統UI交互的腳本。

2.5 仿真系統的測試與發布

系統完成之后需要對系統進行測試，根據測試結果對系統進行調試與優化。Unity3D發布整個系統相對來說還是比較方便，選擇對應的平臺，將要發布的關卡放入列表中，以及設置好相應的一些發布參數，比如屏幕分辨率、啟動畫面及LOGO、渲染方式等，即可發布。

3 最終效果

基于Unity3D的綜合布線工程教學仿真系統，最終發布了PC端和網頁端的兩個版本，能在這兩個平臺上流暢運行，滿足了設計時的需求。系統效果如圖2。

4 結語

應用虛擬現實技術，采用Unity3D專業3D引擎設計開發了一款PC版和web版的綜合布線工程的教學仿真平臺。通過使用該平臺來進行教學實訓，比傳統教學課件更加直觀和更具吸引力，也更加具有互動性。可以說，虛擬現實技術特別適合教育領域，尤其是一些不太直觀、操作性較強的學科，通過虛擬現實技術可以大大增強學習的代入感，激發學生的內在潛力與動力。

參考文獻

[1]王利，向陽.三維課件在船舶輔機教學中的應用實踐[J].教育教學論壇，2016（5）：194-195.

[2]陳軍，蔡金玲.基于Unity3D三維多媒體課件的設計與制作[J].現代計算機：專業版，2015（34）.

[3]臘國慶.虛擬現實技術在教育中的應用研究[J].宿州教育學院學報，2015（3）：93-94.

收稿日期：2016-08-31

作者簡介：張立華（1983—），男，湖北潛江人，碩士，教師，講師，研究方向：虛擬現實、3D游戲美術、數字繪畫；許興鹍（1980—），男，廣東遂溪人，

碩士，教師，講師，研究方向：計算機網絡技術。