基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構建

摘要：傳統的三維可視化場景往往需要大量的數據傳輸，尤其是在遠距離無線傳輸時，數據延遲和丟失可能會成為問題。Unity 3D通過優化數據壓縮和傳輸協議，可以提高數據傳輸的效率和穩定性。因此，文章提出基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構建。文章通過設計無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構，構建遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真模型，生成Unity 3D傳輸用戶界面，實現了三維可視化虛擬仿真場景的構建。實驗結果表明，設計的方法在繞射損耗、大氣損耗、反射損耗、自由空間損耗等方面均較低，符合無線傳輸數據測量要求，提高了遠距離無線傳輸質量。

關鍵詞：Unity 3D；遠距離；無線傳輸；三維可視化；虛擬仿真場景

中圖分類號：TP391.9""文獻標志碼：A

0"引言

遠距離無線傳輸存在安全加密性差以及傳輸的延時長等問題，難以保證傳輸的質量^［1］。三維可視化虛擬仿真技術可以將無線傳輸數據、圖像、視頻等信息轉換為仿真場景，使用戶全面進行數據感知，與虛擬環境進行實時互動^［2-4］。但是受到遠距離無線傳輸的客觀因素限制，可視化虛擬仿真場景的構建難度較高。

相關研究人員針對遠距離無線傳輸特點設計了幾種常規的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構建方法。例如：徐凱等^［5］利用數據驅動技術調整I/O信號傳輸結構，結合3D Max建模軟件進行逐一調試，降低了場景的調試成本，但該方法的直觀性不足。連遠鋒等^［6］基于數據結構與算法可視化技術生成了DSAVDVR架構，設置了契合參量，滿足了場景的真實性要求，但易受突發場景影響，整體偏差較高。

Unity 3D以其卓越的跨平臺能力、強大的圖形渲染技術、實時開發環境、豐富的資源和插件市場、靈活的編程語言支持、內置的物理引擎和動畫系統、完善的網絡功能、龐大的社區支持和持續的技術更新，成了游戲開發、虛擬現實、增強現實、模擬訓練、教育、建筑可視化等領域的首選開發工具。無論是經驗豐富的開發者還是初學者，都能在Unity 3D的直觀界面和可視化腳本系統中找到適合自己的開發方式，快速高效地實現創意，打造出視覺震撼且性能卓越的應用和游戲。為了解決上述方法存在的問題，滿足傳輸交互要求，本文基于Unity 3D設計了一種有效的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構建方法。

1"傳輸三維可視化虛擬仿真場景Unity 3D構建方法設計

1.1"設計無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構

無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景對傳輸頻段覆蓋度要求較高，須要根據實際需求構建三維可視化虛擬仿真場景架構。在登入虛擬仿真場景后，須要立即進行身份驗證，按照虛擬通信狀態完成交互。具體的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構如圖1所示。

1.2"構建遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型

在實際遠距離無線傳輸的過程中，接收信號功率均值會發生動態變化，容易受到外界環境干擾，導致仿真場景的擬合度不足。針對該問題，本文分析了遠距離無線傳輸特性，構建了三維可視化虛擬仿真場景模型，須要計算傳輸總損耗L，計算如公式（1）所示。

L=L0+LR+LD+LA（1）

公式（1）中，L0代表無線傳輸自由空間損耗，LR代表無線傳輸反射損耗，LD代表傳輸繞射損耗，LA代表通道吸收損耗。任何介質都會阻擋無線傳輸效果，造成一定的傳輸損耗，因此，可以根據自由空間的傳輸關系，計算空間傳輸權重D，如公式（2）所示。

D=lgf+lgd（2）

公式（2）中，f代表無線傳輸信號頻率，d代表傳輸距離。確定通信點的收發高度，計算無線通信傳輸損耗因子M，如公式（3）所示。

M=1+2RREtanθ（3）

公式（3）中，R代表發射點與接收機之間的距離，RE代表涅菲爾損耗系數，結合反射系數與損耗因子，可以進行傳輸修正，構建的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型vs如公式（4）所示。

vs=‖Xs-∑mi=1ωiXs‖，s=1，2，…，m（4）

公式（4）中，Xs代表傳輸差異參量，ωi代表傳輸異常偏差，使用上述設計的仿真場景模型可以對傳輸狀態進行分類描述，獲取更真實的傳輸參數，保證了虛擬仿真場景的擬合性。

2"實驗

2.1"實驗準備

為了驗證遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景傳輸效果，本文選取MATLAB作為實驗平臺，獲取實時傳輸數據。本文以VHF標準作基礎，設置基礎發射頻率與接收頻率范圍，創設實驗交互界面。根據傳輸場景中的光照強度等參數，選擇海上無線傳輸場景作為實驗場景。共設置6種不同類型的無線傳輸實驗節點，包括物理傳輸節點、操作傳輸節點以及特殊節點。

2.2"實驗結果與討論

本實驗在預設的無線傳輸空間中，通過設置路由和調整URL域，按照編程要求隨機生成了無線傳輸實驗場景。實驗對比了基于Unity 3D的方法、數據驅動技術方法和數據結構與算法可視化技術方法在不同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，通過DEE工具輸出。對比實驗結果可知，本文提出的虛擬仿真場景構建方法在通信距離分別為4.545km、6.264km、8.845km、10.363km、12.846km和14.259km時，繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗的數值均低于徐凱等^［5］和連遠鋒等^［6］的虛擬仿真場景構建方法。具體來看，本文方法在不同通信距離下的繞射損耗分別為85.125 dB、86.414 dB、88.253 dB、84.945 dB、85.241 dB和86.285 dB，大氣損耗為12.541 dB、11.242 dB、13.594 dB、15.852 dB、14.254 dB和12.268 dB，反射損耗為9.045 dB、9.182 dB、9.363 dB、9.584 dB、9.253 dB和9.021 dB，而自由空間損耗則極低，分別為0.001 dB、0.001 dB、0.002 dB、0.003 dB、0.002 dB和0.001 dB。相比之下，徐凱等^［5］的方法在相同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗均較高，分別為102.155 dB至103.298 dB、22.246 dB至29.531 dB、11.154 dB至15.226 dB和0.015 dB至0.035 dB。連遠鋒等^［6］的方法同樣顯示出較高的損耗值，繞射損耗在105.256 dB至109.856 dB之間，大氣損耗在26.825 dB至28.236 dB之間，反射損耗在14.254 dB至16.185 dB之間，自由空間損耗在0.054 dB至0.089 dB之間。

綜上所述，本文的虛擬仿真場景構建方法在各項損耗指標上均優于徐凱等^［5］和連遠鋒等^［6］的方法，表明本文方法在模擬通信場景時能夠更有效地減少信號傳輸過程中的損耗，從而提高通信效率和可靠性。

3"結語

綜上所述，隨著無線通信技術的快速發展，5G技術逐漸普及，在各個領域應用廣泛，為遠距離無線傳輸提供更高的帶寬、更低的延遲和更穩定的連接支持。遠距離無線傳輸指在相對廣闊的范圍內進行無線信號傳輸，例如：衛星通信、無線電廣播等，覆蓋幾百千米甚至更遠的范圍，其交互難度較高。本研究成功開發了一種基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構建方法，有效解決了用戶觸發事件導致的傳輸損耗問題。通過精心設計的場景架構、模型構建和用戶界面生成，該方法顯著降低了繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，確保了數據傳輸的準確性和穩定性。實驗結果驗證了該方法在提升無線傳輸質量方面的優越性，滿足了實際應用中的數據測量要求。該方法有望在無線通信領域發揮更大的作用，為遠距離無線傳輸技術的發展提供強有力的支持。

參考文獻

［1］楊昆，傅學振，于文艷，等.應用物聯網通信技術的大氣污染物監測信息無線傳輸方法研究［J］.環境科學與管理，2024（2）：131-135.

［2］杜娟，馬紅波，魏清新，等.實現3 kW功率與50 Mb/s速率的電能-數據同步無線傳輸的解耦設計技術［J］.電工技術，2023（23）：50-55.

［3］何世文，官沛雯，安振宇，等.基于圖神經網絡的低復雜度無蜂窩大規模MIMO無線傳輸［J］.無線電通信技術，2023（3）：393-401.

［4］劉宇，胡上茂，劉剛，等.基于LoRa和GPRS的山區輸電線路監測信號無線傳輸方案［J］.高壓電器，2023（2）：177-183，189.

［5］徐凱，曹錦江，王瑞琪，等.基于數據驅動的加工單元虛擬調試可視化平臺設計與實現［J］.機械工程師，2024（4）：100-104，108.

［6］連遠鋒，張鑫，莊永琪，等.數據結構與算法可視化調試虛擬仿真實驗系統設計［J］.實驗技術與管理，2023（5）：122-129，159.

（編輯"王永超）

Construction of a 3D visualization virtual simulation scene for long-distance wireless transmission based on Unity 3D

TANG "Mei， ZHOU "Yu， MENG "Li

（College of Electronic and Information Engineering， Wuzhou Vocational College， Wuzhou 543002， China）

Abstract： "Traditional 3D visualization scenes often require a large amount of data transmission， especially in long-distance wireless transmission， where data delay and loss may become problems. Unity 3D can improve the efficiency and stability of data transmission by optimizing data compression and transmission protocols. Therefore， a method for constructing a three-dimensional visualization virtual simulation scene for long-distance wireless transmission based on Unity 3D is proposed. By designing a three-dimensional visualization virtual simulation scene architecture for wireless transmission， constructing a long-distance wireless transmission three-dimensional visualization virtual simulation model， and generating a Unity 3D transmission user interface， the construction of a three-dimensional visualization virtual simulation scene has been achieved. The experimental results show that the designed method has low diffraction loss， atmospheric loss， reflection loss， free space loss， etc.， which meets the requirements of wireless transmission data measurement and improves the quality of long-distance wireless transmission..

Key words： Unity 3D; long distance; wireless transmission; 3D visualization; virtual simulation scene