采用Unity3D引擎开发建筑类三维虚拟仿真实训系统研究

[摘 要]从系统虚拟仿真实训系统建设思路入手，设计“网络化、数字化、个性化”的基于“互联网+”、虚拟现实技术的虚拟仿真数字化建筑类仿真实训系统，构建系统主要设计内容和主要技术指标，找出开发过程中存在的主要问题，并制订恰当的解决方案，以开发出具有沉浸式的“人人皆学、处处能学、时时可学”的泛在学习环境下建筑类三维虚拟仿真实训平台。

[关键词]Unity3D;建筑;虚拟仿真实训系统;研究

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.085

[中图分类号]TP391.9[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2019）24-0-02

0     引 言

基于“互联网+”、移动通讯技术、虚拟现实技术、虚拟仿真数字化教学资源现状，研究构建“网络化、数字化、个性化”建筑类仿真实训场的架构设计、技术路线和解决方案;以桌面虚拟现实技术为基础，采用Unity3D引擎开发具有沉浸式的“人人皆学、处处能学、时时可学”的泛在学习环境下建筑类三维虚拟仿真实训系统，有针对性地培养具有工匠精神的技术技能人才。

1     虚拟仿真实训系统建设思路

电氣工程虚拟仿真实训系统的总体建设思路是以建筑电气工程实训教学需要为基础，以生态节能实验楼为蓝本，以一线教师编写的教学设计脚本为依据，突出专业岗位群设置特点，不求知识点全面覆盖，重点解决建筑电气安装工程实训教学过程中难以实物化操作的施工工艺及质量检验环节教学难题，通过虚拟仿真技术构建实训场景及相关材料、设备及人物，通过大量交互功能设置，满足不同层次专业教师个性化实训教学、学生项目化学习及岗位技能考核需要，可操作、可考核。设计深度兼顾高等职业教育人才培养标准及中等职业教育人才培养规格要求，理论性与操作技能性相得益彰。项目建设以《高等职业学校专业教学标准（试行）》和《建筑与市政工程施工现场专业人员职业标准（JGJ/T 250-2011）》为依据。遵循仿真实训与实操实训互补的原则确定实训内容，仿真实训项目分别设置施工工艺仿真实训、质量检验仿真实训，充分发挥仿真实训内容由抽象到直观的教学优势。结合省内土木水利类院校现有校内外实操型实训基地及实训教学需求，按照“虚实”结合、虚拟仿真与实际操作有效融合的要求建设仿真实训场;突出解决传统实操实训模式中存在的工程隐蔽部位可视性差、工程建设周期长、学生缺乏职业参与、实训安全隐患多、实训成本高、实训受季节限制等教学难题;提升专业教师信息化资源开发与应用水平，为土建类专业职业教育信息化实现建设常态化和可持续发展奠定人才基础。

2     虚拟仿真实训系统研究的主要内容及主要技术指标

2.1   主要研究内容

信息化环境下的建筑类三维虚拟仿真实训系统，主要解决“看不见、进不去、摸不着、难再现、小概率、高污染、高风险、周期长和成本高”等现场实践教学难以解决的教学问题。①构建“网络化、数字化、个性化”的建筑类虚拟仿真实训场架构设计、技术路线和解决方案，设计满足教师和学习者个性化教学、考核、学习需求的虚拟仿真数字化实训场建设方案。②采用Unity3D引擎开发具有沉浸式的“人人皆学、处处能学、时时可学”建筑类三维虚拟仿真实训系统，设计开发以项目为引领、任务为驱动、工艺为主线的实训项目虚拟仿真模型。③构建线上线下自主实训训练及考核评价运行机制，开发应用示范案例。

2.2   主要技术指标

①所有物件均按1∶1比例建模，按照精细建模要求，每个建筑模型控制在20 000个三角面以内，平面尺度的整体误差不大于5%，模型中不少于100种常用工具和设备。②热点设置不少于100个，不少于50个场景交互，不少于40个可交互物体，场景中不少于100条知识点。③数据库读取响应速度要快，不大于0.05 s。

2.3   虚拟仿真实训项目建设内容

职业教育数字化教学资源建设项目电气工程仿真实训系统，根据建筑电气安装工程的特点，结合教学过程需要，项目组拟定了需要开发的仿真实训项目，共设有5个一级子目、13个二级子项目。项目建设进度按照二级子项目内容安排，分两期进行招投标、教学设计、软件制作和校内验收。一期共建设电缆桥架安装、镀锌钢管安装、配电柜安装、电缆直埋敷设、灯具安装、接地电阻测试点安装6个二级子项目;二期建设剩余7个二级子目，具体如表1所示。

3     开发过程中存在的主要问题及解决措施

3.1   项目有效建设时间紧

项目建设从招投标到具体实施时间较长，参与脚本编写的专业教师大多在学校承担较大的教学工作任务，能够集中进行脚本写作的时间大多在假期，因此，有效的工作时间相对较为紧张。

3.2   脚本编写人员与软件技术人员意思表达存在障碍

负责脚本编写的教师往往从教学设计的角度思考问题，没有软件设计脚本编写经验，写出来的脚本达不到软件技术人员要求，双方意思表达不一致，软件设计理念受制现有开发团队技术、成本等因素制约。

3.3   脚本编写人员实践经验有限

参与脚本编写的专业教师往往一线教学经验丰富，对建筑电气施工的具体施工工艺和质量检验把握不足，对新材料、新工艺的了解不够，尤其是具体细节没有深入了解，容易在设计过程中针对性不强。针对上述存在的主要问题，项目组从以下几个方面采取措施：①争取有效工作时间，保证编写质量;②进一步设计出双方都容易理解、习惯和认可的脚本模板;③加大项目组人员调研力度，多深入施工现场及大型施工企业了解具体施工工艺及操作规程;④优化仿真流程和表现形式。可以在其中的一些步骤中操作完成后链接一个填空题，主要填带数值的内容，如“当线槽的直线长度超过6 m时，为方便线槽内穿线也宜加装分线盒”“线槽与分线盒连接时，线槽插入分线盒的长度不宜大于10 mm”等。这样答案唯一好判断，即有具体操作又有答题，整体风格接近，重点考核施工程序。在资料中给出项目的施工流程图，供实训前阅读，解决不知道怎么做的问题。

4     结 语

采用Unity3D引擎开发建筑类三维虚拟仿真实训系统，主要是关注解决那些需要仿真的项目及需要仿真的内容，重点在于解决那些实际操作风险大、成本高，或者实际难以实施的实训项目，通过计算机技术进行高度模拟，最大限度地实现虚拟仿真实训系统的价值。

主要参考文献

[1]孙文静，刘珂，张孟喜，等.互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用初探[J].实验室研究与探索，2018（1）.

[2]岳井峰.基于互联网+Unity3D技术的建筑类虚拟实训场设计与应用研究[J].居舍，2018（29）.

[3]郑尧军，冯勇，陈开考，等.高职汽检专业虚拟仿真实训教学应用研究[J].电脑知识与技术，2015（2）.

[4]孙育英，吴旭，王伟，等.Dymola空调风平衡调试虚拟仿真实训平台开发[J].实验室研究与探索，2016（7）.