关于VR技术的城市地面轨道交通工程仿真开发应用探索

张 磊

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132000）

0 前言

VR 技术（Virtual Reality）是指虚拟现实技术，虚拟现实这一概念最早提出是在20 世纪80 年代初，主要是讲人们以计算机及最新传感技术作为辅助，创造出的一种人机交互方式。而利用VR 技术进行城市地面轨道交通工程仿真开发，便可实现在虚拟环境中根据需求生成新的“部件”与“设备”，从而避免了在轨道交通规划设计中因购置设施、设备而耗费的大量资金。

1 VR 技术的开发分析

VR 技术本质是关于计算机与应用者之间通信的一种技术，从广义上来看，VR 技术几乎可用于支持任何人类活动，也就是说其可以应用在任何领域，但在实际应用中，VR 技术也会因为硬件设备的不同而受到一定程度的限制。通过VR 技术，可以为用户创设一个身临其境的虚拟现实空间，通过建立三维立体的、计算机生成的替代物，用户可以在这个环境中任意移动自己想移动的物体。VR 技术也可将流程模型与物理空间模型相联接，创造出用户在实际生活中可能会遇到的任何场景，以此来满足用户需求，为用户带来高灵活性、快速、经济的程序构造与配置[1]。

2 VR 技术在城市地面轨道交通工程仿真开发的应用

2.1 仿真开发工具分析

VR 技术中的虚拟开发工具主要包括Java 3D、Umlty 3D、Clnema 4D，其中Java 3D 属于java 语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程的接口（API），其是在OpenGL 的基础上发展而成的。

（1）实际应用中，可通过Java 3D 所提供的API，基于网页下，编写出城市地面轨道交通工程中所需的三维动画、计算机辅助教学软件等。Java 3D 对虚拟场景具有很强的动态控制能力，在应用于轨道交通工程时，可将3D 模型利用导入器导入到Java 3D 中，便可应用该技术对其进行可视化操作。

（2）Umlty 3D 可看作是一个游戏引擎，也可看作是一个多平台的动画开发工具，Umlty 3D 所具有的简单、生成效果好、开发周期短、上手快等特点，也使其在城市地面轨道交通工程仿真开发中的应用非常广泛。利用Umlty 3D 技术，可以在一个统一的编辑器中创建相关项目，并很方便的完成类似游戏场景般的特效，在轨道交通工程仿真开发中，便可通过Umlty 3D 技术实现3D 模型的导入，从而达到编辑模拟机械设备、场景动画、操作人员的目的[2]。

（3）Cinema 4D 属于VR 开发工具中最重要的一项，其完整的包含有建模、渲染、动画、粒子、角色等模块，为3D 仿真创作提供了一个功能强大、完整的平台。Cinema 4D 不仅具有软件运行稳定，兼容性良好等特点，还具有强大的3D 建模功能，使初学者都可以快速的上手使用。

2.2 仿真开发流程分析

将VR 技术实际应用于城市地面轨道交通工程仿真开发中时，主要是通过以下流程来实现的，如图1：

如图1 流程所示，首先，应用三维建模软件Cinema 4D，建立起虚拟的城市地面轨道交通结构模型，并以FBX 格式将其保存。其次，利用uvw 贴图方法，对已保存的三维模型进行渲染，并将渲染好的模型通过导入Umlty 3D，进行场景虚拟。再次，应用控制设置软件Java 3D，根据自己需求对虚拟设备、场景动画、操作人员等进行控制，并编译生成可执行性软件。

2.3 仿真开发的功能与实现

在基于VR 技术的城市地面轨道交通工程仿真开发应用中，通过建立虚拟构件模型、响应用户操作，从而达到对钢轨、道床、轨枕、道岔等轨道交通结构进行实时3D 显示的效果。此外，在VR 技术的充分应用下，所有形成的轨道交通结构3D 显示图，均可配以主要的参数与技术要点的文字介绍，以供用户在实际使用时得到全面、透彻的了解。除了该技术对用户的使用带来了多方面益处外，VR 技术下的城市地面轨道交通工程仿真开发，其功能与实现还体现在如下方面：

（1）大量三维模型与纹理数据的出现，可以为城市地面轨道交通建设时地质选线难决策的问题提供解决措施，从而合理的进行换乘枢纽交通组织设计，保障轨道网的高速运转，进一步提高乘客在使用轨道交通时的快速性、便捷性与舒适性。（2）该仿真技术可以更加直观的将轨道交通线路与沿线周边环境融合在一起，展示出清晰、精准、高仿真的画面，使人在观看时一目了然，印象深刻，如身临其境。（3）利用VR 技术，将城市地面轨道交通的平面、纵面图与三维动画完美结合，做成平、纵、剖三度空间实时同步的仿真动画效果，将复杂结构简单化，更加直观的表现出轨道交通的设计思路与设计理念[3]。

基于VR 技术应用的城市地面轨道交通工程仿真开发，轨道交通的三维可交互式虚拟，人机互动式轨道交通结构，主要如图2、图3 所示。

图2 城市地面轨道交通的虚拟效果图

图3 城市地面轨道交通的虚拟效果图

3 结束语

从当前形势来看，我国城市地面轨道交通工程设计与规划还存在有一定的限制，这是由于城市地面轨道交通的涉及面广、工程庞大，实际规划设计时很难给相关人员提供所需场景。基于这种情况，将VR技术应用于城市地面轨道交通工程仿真开发应用中，便也成了必然趋势，通过VR 技术，便可以实现地面轨道交通工程领域常见结构构件的三维模型、互动式地面施工技术的三维虚拟，使用户能够反复练习、认知轨道结构地面施工工艺，最终提高自身的专业技能水平。

［1］尹力明,刘俊艳,程佳.车载信号系统软件开发用半实物仿真平台[J].城市轨道交通研究,2011,4(4)：126-127.

［2］黄晓梅.浅谈虚拟现实技术在轨道交通工程投标中的应用[J].铁道勘察,2011,13(6)：11-12.

［3］王延龙,吴强.某轨道交通装备公司数据中心基础架构虚拟化整体的实施[J].天津科技,2014,8(4)：25-26.