基于Unity3D的網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程教學(xué)仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于Unity3D的“網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程”教學(xué)仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張立華++許興鹍摘要：《網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程》是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)一門重要的課程，本文在介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上，闡述使用專業(yè)3D引擎Unity3D，結(jié)合《綜合布線工程》中典型的實訓(xùn)環(huán)節(jié)，最終開發(fā)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(tǒng)。本系統(tǒng)豐富了綜合布線工程的課件資源，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，對于課程的教學(xué)起到了良好的促進作用。關(guān)鍵詞：Unity3D虛擬現(xiàn)實綜合布線：TP391.41：A：1007-9416（2016）10-0156-011背景分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(xùn)任務(wù)中，后來逐漸在商業(yè)、教育領(lǐng)域傳播開來。虛擬現(xiàn)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(shù)創(chuàng)造出一個與現(xiàn)實環(huán)境相仿的模擬場景，并且可以讓用戶參與到其中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)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(zhì)的區(qū)別。正是在虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢背景下，作者在本學(xué)院的院級課題中，設(shè)計了基于Unity3D的3D虛擬網(wǎng)絡(luò)綜合布線仿真系統(tǒng)。不僅能通過本系統(tǒng)直觀地體驗、學(xué)習(xí)各個實訓(xùn)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(tǒng)文字、圖片、視頻的展示內(nèi)容，增加了學(xué)習(xí)和體驗的趣味性，對于教學(xué)起到了良好的促進作用。2“綜合布線工程”教學(xué)仿真系統(tǒng)的開發(fā)2.1平臺的選擇本系統(tǒng)基于Unity3D平臺來設(shè)計與實現(xiàn)，Unity3D是一款跨平臺的游戲開發(fā)引擎，也非常適合開發(fā)虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品。Unity3D屬于利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的引擎，可發(fā)布至Windows、Mac、Wii、iOS、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android等多個平臺，也可以利用Unitywebplayer插件發(fā)布至網(wǎng)頁。而且發(fā)布至不同平臺，只需稍作修改，無須重新開發(fā)。Unity3D還提供免費版本，對于小型開發(fā)團隊，這無疑是一個非常理想的工具。2.2仿真系統(tǒng)開發(fā)流程根據(jù)網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程需要展示的內(nèi)容和實際實訓(xùn)項目，本系統(tǒng)選擇了2個展示場景和5個典型實訓(xùn)項目進行設(shè)計與開發(fā)。開發(fā)的流程和思路具體如圖1所示。根據(jù)仿真系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能和效果，本系統(tǒng)主要采用三維制作工具3dsMax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(guān)資源導(dǎo)入到Unity3D中，進行交互功能的設(shè)計與串接，編寫交互腳本代碼，添加UI內(nèi)容。最后通過Unity3D發(fā)布至Windows端及Web端。2.3仿真系統(tǒng)的設(shè)計以及各類美術(shù)資源的搭建綜合布線工程仿真系統(tǒng)的設(shè)計，主要實現(xiàn)的功能包含：各類典型設(shè)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(xùn)環(huán)節(jié)。因此涉及到的模型、貼圖等美術(shù)資源內(nèi)容較多。為了能滿足交互式實訓(xùn)環(huán)節(jié)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(shè)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(xù)構(gòu)建奠定基礎(chǔ)和積累素材。仿真系統(tǒng)所有的模型均采用多邊形建模技術(shù)，包括布線工程樣板間漫游場景，各類設(shè)備與實訓(xùn)工具。模型制作完成之后，還需要真實還原各種設(shè)備的色彩和質(zhì)感，因此需要對模型展平UV，并且設(shè)置好UV的編號，再對它們進行貼圖的繪制。美術(shù)資源導(dǎo)入到Unity3D中進行構(gòu)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(tǒng)資源的消耗會較大，效果也并不是非常理想。因此，本系統(tǒng)采用貼圖加光照貼圖的思路來進行，這樣能大大加快系統(tǒng)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(tǒng)中，場景中大部分模型都是采用此類方案來處理的。2.4Unity3D中交互功能的實現(xiàn)將3dsMax中制作的模型、燈光貼圖等美術(shù)資源導(dǎo)入到Unity3D中，然后添加相應(yīng)的操作交互腳本，來控制游戲?qū)ο笤谔摂M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(tǒng)來實現(xiàn)角色在漫游場景中的行走與觀察。以及設(shè)計了物體交互瀏覽、視頻播放、動畫控制、整個系統(tǒng)UI交互的腳本。2.5仿真系統(tǒng)的測試與發(fā)布系統(tǒng)完成之后需要對系統(tǒng)進行測試，根據(jù)測試結(jié)果對系統(tǒng)進行調(diào)試與優(yōu)化。Unity3D發(fā)布整個系統(tǒng)相對來說還是比較方便，選擇對應(yīng)的平臺，將要發(fā)布的關(guān)卡放入列表中，以及設(shè)置好相應(yīng)的一些發(fā)布參數(shù)，比如屏幕分辨率、啟動畫面及LOGO、渲染方式等，即可發(fā)布。3最終效果基于Unity3D的綜合布線工程教學(xué)仿真系統(tǒng)，最終發(fā)布了PC端和網(wǎng)頁端的兩個版本，能在這兩個平臺上流暢運行，滿足了設(shè)計時的需求。系統(tǒng)效果如圖2。4結(jié)語應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，采用Unity3D專業(yè)3D引擎設(shè)計開發(fā)了一款PC版和web版的綜合布線工程的教學(xué)仿真平臺。通過使用該平臺來進行教學(xué)實訓(xùn)，比傳統(tǒng)教學(xué)課件更加直觀和更具吸引力，也更加具有互動性?？梢哉f，虛擬現(xiàn)實技術(shù)特別適合教育領(lǐng)域，尤其是一些不太直觀、操作性較強的學(xué)科，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以大大增強學(xué)習(xí)的代入感，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)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(xué)中的應(yīng)用實踐[J].教育教學(xué)論壇，2016（5）：194