基于Unity的虛擬交通教學研究

付軍

摘 要：由于交通工程相關問題場景復雜，較難進行實地試驗與計算，為使學生更好解決復雜交通工程問題，思考道路車輛與周邊環境的聯系，基于Unity 3D設計了交通工程相關的虛擬仿真系統，通過虛擬仿真模擬現實中復雜的人、車、路等環境問題，培養交通工程專業學生的創新思維與意識。

關鍵詞：虛擬仿真;交通工程;教學研究

0 引言

交通工程涉及到人、車、路、環境及能源等多個方面，在傳統的以教師講授為主的課堂中難以實現現實環境并進行講解，無法讓學生感受真實的人、車、路相結合的復雜環境，教學效果也隨之下降，因此交通工程中的教學方式迫切需要結合新模式，融合新方法。將實際教學課程與Unity 3D的虛擬仿真技術相結合，利用高還原度的虛擬環境模擬輔助傳統的實驗教學過程，提高交通工程課程的專業性與教學效果，有效解決實驗教學中的設備成本過高、實驗可操作性差、重復實驗積極性差等問題，對培養學生獨立思考問題與實際情況下處理問題能力等方面有重要意義。

虛擬仿真技術是繼多媒體信息技術之后，近年來工程教育領域最流行的技術之一[1]。自2015年教育部部署開展國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設工作后各高校開始進行虛擬仿真建設[2]，各領域也將虛擬仿真應用于建設中。中國石油大學針對吸力錨安裝工藝基于Unity 3D 研制了一套虛擬的安裝船等與三維海洋環境構成的虛擬仿真系統[3]，增強了立體感、真實感和身臨其境沉浸感以及可擴展性;基于Unity 3D的虛擬仿真，濰坊科技館將其與Web3D結合建立網上數字科技平臺，建立了網絡數字科技館[4]，以新穎的方式激發參觀者參觀興趣。

本文基于Unity 3D，構建交通工程虛擬現實系統，使汽車造型特點、道路環境特征等在虛擬現實場景中真實的體現出來通過對模型的格式轉換與渲染處理，幫助學生在虛擬現實場景中體驗虛擬交通，并以此來培養學生解決復雜交通工程的問題。

1 虛擬現實交通工程場景與模型建立

建立虛擬的交通系統，第一步需要建立虛擬場景，通過建立模型轉換后導入Unity中建立場景。在本虛擬交通場景的建立中，通過三維作圖軟件3D MAX中建立城市交通場景，并進行渲染，將城市建筑、道路環境等特色場景建立，轉換為FBX后再將經過渲染后的汽車數模導入到虛擬場景中，完成虛擬現實中道路與車輛的造型展示。

2 虛擬場景漫游的實現

在建立了虛擬城市場景并在Unity中顯示后，需要導入C#編輯的虛擬漫游程序實現虛擬視野在導入場景中的移動與切換，進入系統的操作者可在場景中對渲染過的汽車等模型中全方位觀察道路環境的細節，從多方面評價道路交通環境與車輛交互影響的關系，其建立步驟及車內視角圖如下所示。

3 虛擬交通系統與專業教學結合

在對交通專業學生進行培養和教學過程中，需具備深入扎實的公共課與專業理論基礎，形成系統的知識體系，形成交通工程專業理論基礎。通過交通工程學、運籌學、道路通行能力、交通運輸組織等方面知識的建立，結合Unity 3D中虛擬交通場景與車輛通行與運輸的模擬解決相關問題;例如針對城市擁堵的交叉口

開展信號配時的優化，需以學生為主導，虛擬交通系統為輔助，在老師的指導下引導學生自主設計試驗，開展交通問題的分析并進行方案設計在系統中進行模擬試驗，從而解決交通工程相關問題，評價相關優化交通方案，確定解決交通問題的方案，從而培養學生具備解決復雜交通工程的綜合能力。

參考文獻：

[1]Li Y X，Lu X P，Yu C，Guo H X，Zhang D.Research and application of the virtual simulation system teaching method in NC machining course[J]. International Journal of Modeling，Simulation，and Scientific Computing.2018，9（1）：1850007.

[2]付秋濤，李迪，李孟迪，等.汽車車身結構拆裝虛擬仿真實驗系統的開發[J].當代教育實踐與教學研究（電子刊），2020（15）：267-268+316.

[3]柳依何，顧繼俊.基于Unity 3D的吸力錨安裝工藝虛擬仿真系統[J].科技創新與應用，2021（2）：117-121.

[4]徐鵬.基于Unity3D開發平臺的Web3D技術的數字科技館展示系統設計制作[J].科技與創新，2021（3）：51-52.