基于Unity3D的“网络综合布线工程”教学仿真系统设计与实现

张立华++许兴鹍

摘要：《网络综合布线工程》是网络技术专业一门重要的课程，本文在介绍虚拟现实技术的基础上，阐述使用专业3D引擎Unity3D，结合《综合布线工程》中典型的实训环节，最终开发了3D效果直观、交互性强、具有一定考核功能的3D虚拟仿真系统。本系统丰富了综合布线工程的课件资源，增加了学生学习的趣味性，对于课程的教学起到了良好的促进作用。

关键词：Unity3D 虚拟现实 综合布线

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0156-01

1 背景分析

虚拟现实技术在上个世纪八十年代由美国提出，最初主要集中在美国军方对宇航员、飞行员的培训任务中，后来逐渐在商业、教育领域传播开来。虚拟现实之所以受到体验者的青睐，很大程度上是因为它可以运用计算机技术创造出一个与现实环境相仿的模拟场景，并且可以让用户参与到其中。

虚拟现实技术在教育领域应用也非常广泛，也更有影响。主动地去交互与被动的观看，有着本质的区别。正是在虚拟现实的优势背景下，作者在本学院的院级课题中，设计了基于Unity3D的3D虚拟网络综合布线仿真系统。不仅能通过本系统直观地体验、学习各个实训的完整过程，而且还可以进行交互式展示、考核，同时也融合了传统文字、图片、视频的展示内容，增加了学习和体验的趣味性，对于教学起到了良好的促进作用。

2 “综合布线工程”教学仿真系统的开发

2.1 平台的选择

本系统基于Unity3D平台来设计与实现，Unity3D是一款跨平台的游戏开发引擎，也非常适合开发虚拟现实产品。Unity3D属于利用交互的图型化开发环境为首要方式的引擎，可发布至Windows、Mac、Wii、iOS、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android等多个平台，也可以利用Unity web player插件發布至网页。而且发布至不同平台，只需稍作修改，无须重新开发。Unity3D还提供免费版本，对于小型开发团队，这无疑是一个非常理想的工具。

2.2 仿真系统开发流程

根据网络综合布线工程需要展示的内容和实际实训项目，本系统选择了2个展示场景和5个典型实训项目进行设计与开发。开发的流程和思路具体如图1所示。

根据仿真系统需要实现的功能和效果，本系统主要采用三维制作工具3ds Max进行前期场景的搭建，各种交互模型的制作，制作交互过程涉及到的动画。利用Ps图形处理工具进行贴图的绘制。最后将相关资源导入到Unity3D中，进行交互功能的设计与串接，编写交互脚本代码，添加UI内容。最后通过Unity3D发布至Windows端及Web端。

2.3 仿真系统的设计以及各类美术资源的搭建

综合布线工程仿真系统的设计，主要实现的功能包含：各类典型设备的交互展示，布线工程样板场景交互展示，5个典型交互式实训环节。因此涉及到的模型、贴图等美术资源内容较多。

为了能满足交互式实训环节的需要，模型的尺寸必须尽量精确。在进行虚拟场景及模型制作时，首先需要对设备和场景进行尺寸的测量，同时拍摄尽可能多的各个角度的图片，为后续构建奠定基础和积累素材。

仿真系统所有的模型均采用多边形建模技术，包括布线工程样板间漫游场景，各类设备与实训工具。模型制作完成之后，还需要真实还原各种设备的色彩和质感，因此需要对模型展平UV，并且设置好UV的编号，再对它们进行贴图的绘制。

美术资源导入到Unity3D中进行构建时，是没有灯光照射的，缺乏真实感。在Unity3D中虽然自带了几种类型的光源，若采用Unity3D中的实时光照，对系统资源的消耗会较大，效果也并不是非常理想。因此，本系统采用贴图加光照贴图的思路来进行，这样能大大加快系统运行效率。灯光贴图就是将满意的光照信息保存在一张贴图上，模拟物体接受到光照的效果。本系统中，场景中大部分模型都是采用此类方案来处理的。

2.4 Unity3D中交互功能的实现

将3ds Max中制作的模型、灯光贴图等美术资源导入到Unity3D中，然后添加相应的操作交互脚本，来控制游戏对象在虚拟场景的交互行为。这其中就使用了Unity3D原生的第一人称角色控制系统来实现角色在漫游场景中的行走与观察。以及设计了物体交互浏览、视频播放、动画控制、整个系统UI交互的脚本。

2.5 仿真系统的测试与发布

系统完成之后需要对系统进行测试，根据测试结果对系统进行调试与优化。Unity3D发布整个系统相对来说还是比较方便，选择对应的平台，将要发布的关卡放入列表中，以及设置好相应的一些发布参数，比如屏幕分辨率、启动画面及LOGO、渲染方式等，即可发布。

3 最终效果

基于Unity3D的综合布线工程教学仿真系统，最终发布了PC端和网页端的两个版本，能在这两个平台上流畅运行，满足了设计时的需求。系统效果如图2。

4 结语

应用虚拟现实技术，采用Unity3D专业3D引擎设计开发了一款PC版和web版的综合布线工程的教学仿真平台。通过使用该平台来进行教学实训，比传统教学课件更加直观和更具吸引力，也更加具有互动性。可以说，虚拟现实技术特别适合教育领域，尤其是一些不太直观、操作性较强的学科，通过虚拟现实技术可以大大增强学习的代入感，激发学生的内在潜力与动力。

参考文献

[1]王利，向阳.三维课件在船舶辅机教学中的应用实践[J].教育教学论坛，2016（5）：194-195.

[2]陈军，蔡金玲.基于Unity3D三维多媒体课件的设计与制作[J].现代计算机：专业版，2015（34）.

[3]腊国庆.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].宿州教育学院学报，2015（3）：93-94.

收稿日期：2016-08-31

作者简介：张立华（1983—），男，湖北潜江人，硕士，教师，讲师，研究方向：虚拟现实、3D游戏美术、数字绘画；许兴鹍（1980—），男，广东遂溪人，

硕士，教师，讲师，研究方向：计算机网络技术。