基于Unity引擎的土木工程专业Web3D模型开发★

陆永涛 袁继峰 汪健人

(南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州 225300)

·计算机技术及应用·

基于Unity引擎的土木工程专业Web3D模型开发★

陆永涛 袁继峰 汪健人

(南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州 225300)

介绍了基于Unity引擎的土木工程专业Web3D模型的开发流程，阐述了Web3D模型的主要功能与实现方法，并说明了已开发的Web3D模型的特点及其作用，指出采用Web3D模型克服了传统教学媒体的不足，取得了良好的效果，具有广阔的应用前景。关键词：Unity，Web3D，模型，土木工程

Web3D技术是一种虚拟现实技术，Unity引擎是基于Web3D技术的优秀开发工具，采用Unity引擎将土木工程专业中的各种结构组成，尤其是一些节点构造制作成Web3D模型，用户可以任意缩放、移动、旋转模型，实现360°全景浏览，能够对模型中各种构件的显示或隐藏进行控制，还可以实现更加复杂的人机交互功能[1]。如此让学生“主体性，个性化”地学习，有助于解决教学中的重点难点问题，从而提高教学效果。

1 Unity引擎简介

Unity是由Unity Technologies公司开发的跨平台专业游戏引擎，它打造了一个完美的游戏开发生态链，用户可以通过它轻松实现各种游戏创意和三维互动开发，创作出精彩的2D和3D游戏内容，然后一键部署到各种游戏平台上[2]。Unity并不仅仅是一款游戏引擎，它还被广泛地应用在陆海空军事训练、房地产开发、虚拟展馆、家具设计展示、石油加工管理系统、化工厂管理系统、水电站管理系统、煤炭生产安全监控系统、培训系统、城市社区监控管理系统、污水处理系统、数理化教学系统、家庭自动化系统、安全监控系统等各行各业中。

2 土木工程专业Web3D模型开发流程

土木工程专业的Web3D模型制作开发流程如下：1)根据专业规范、标准图集和施工图纸确定结构构造。2)采用AutoCAD或3ds Max软件，根据结构构造建立三维模型。3)采用3ds Max软件，将三维模型导出为FBX文件格式。4)将FBX格式的三维模型导入Unity引擎。5)在Unity中，为三维模型开发交互功能。6)利用Unity，将Web3D模型发布为网页或可执行文件。

3 主要功能与实现方法

采用Unity引擎，通过相关设置和编写C#，JavaScript脚本，为Web3D模型实现了视图切换、视图控制、显示与隐藏物体、自动演示、显示物体说明、移动物体与物体复位等交互功能，如图1所示。

1)视图切换。视图切换功能允许用户任意切换自由视图、俯视图、前视图、左视图，可以方便地观察三维模型与其平面投影之间的关系。该功能的实现方法为：在场景中分别设置主摄像机、俯视摄像机、前视摄像机、左视摄像机各一台，其中主摄像机为透视投影模式，其余摄像机为正交投影模式；根据用户的选择，打开相应的摄像机，同时关闭其余的摄像机，从而切换到相应的视图。2)视图控制。视图控制功能允许用户自由缩放、移动、旋转视图，从而可以从任意位置、任意角度观察三维模型。在自由视图中，缩放视图功能通过改变摄像机与目标点之间的距离实现，移动视图功能通过改变摄像机的位置实现，旋转视图功能通过摄像机围绕目标点旋转实现。在俯视图、前视图、左视图中，仅可以缩放、移动视图，缩放视图功能通过改变摄像机的视口尺寸实现，移动视图功能的实现方法与在自由视图中的相同。3)显示与隐藏物体。该功能允许用户通过点击用户界面的按钮，显示或隐藏对应的物体，从而可以根据用户的意愿，仅显示需要观察的物体，而隐藏其余的物体。用户还可以通过点击“全部显示”或“全部隐藏”按钮，显示或隐藏全部的物体。该功能的实现方法为：将所有的物体分类存储到变量中，根据用户的操作，打开或关闭对应的物体。4)自动演示。自动演示功能可按指定的时间间隔，根据预先设定的顺序显示物体，从而模拟结构、构件或节点的施工流程。5)显示物体说明。当鼠标移动到物体上时，该物体的颜色变为蓝色，并显示相关说明，在鼠标移出后，物体恢复为原有的颜色。利用该功能，可清晰地显示物体的相关信息，便于用户了解和学习。6)移动物体与物体复位。移动物体功能允许用户通过按住鼠标左键并移动鼠标，自由拖动鼠标指向的物体，从而对模型进行拆解和拼装。物体复位功能可以将所有物体恢复到原有位置，该功能的实现方法为：将所有物体的初始坐标存储到变量中，当用户点击“物体复位”按钮时，将所有物体的坐标修改为其初始坐标。

4 已开发的Web3D模型

利用Unity引擎，采用上述的开发流程和实现方法，目前已开发完成了10个土木工程专业的Web3D模型，详见表1。

土木工程制图课程对抽象思维和空间想象力要求较高，为其制作了圆柱—圆锥相贯、同坡屋面交线两个Web3D模型，用户可以通过移动模型中各个物体的位置，观察不同的圆柱—圆锥相贯线、同坡屋面交线。简支梁配筋、螺旋箍筋柱、工字形截面柱配筋、杯口独立基础配筋、独立基础配筋、双柱联合基础配筋等6个模型直观地显示了各类构件中的钢筋配置和构造要求，便于用户理解和掌握。利用框架三维模型，用户可以熟悉组成混凝土框架结构的各类构件。梯形钢屋架支座节点模型清晰地显示了该节点的构造，使用户一目了然。

表1 完成的Web3D模型

5 结语

采用Unity引擎开发的土木工程专业Web3D模型克服了图片、视频、三维动画等传统教学媒体的不足，能够直观清晰地显示教学内容，在教学实践中取得了良好的效果，具有广阔的应用前景。在已有工作的基础上，可以针对土木工程专业的相关课程，开发制作更多的Web3D模型，还应提高三维模型的质量，并开发更加丰富的交互功能。

[1] 蒋汶宏,汪健人,张 驰.Web3D技术及其在土木工程专业教学中的应用[J].山西建筑,2014,40(25):287-288.

[2] Unity Technologies. Unity 4.X从入门到精通[M].北京:中国铁道出版社,2013:2.

Development of civil engineering Web3D model based on Unity★

LU Yong-tao YUAN Ji-feng WANG Jian-ren

(TaizhouInstituteofSci. &Tech.,NUST.,Taizhou225300,China)

The development process of civil engineering Web3D model based on Unity is introduced, and the main functions of Web3D model and their implementation methods are discussed. Then the characteristics and functions of finished Web3D models are briefed， pointed out that using the Web3D model overcame the shortcomings of traditional teaching media, achieved good results, had broad application prospects.

Unity, Web3D, model, civil engineering

1009-6825(2014)35-0287-02

2014-09-30★：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(项目编号：201313842015Y)

陆永涛(1980- )，男，讲师； 袁继峰(1980- )，男，讲师； 汪健人(1992- )，男，在读本科生

TP317.4

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