基于Unity 3D虚拟仿真实训系统的开发、应用和共享研究

丘美玲 谢建华 陈惠红

摘要：探索如何有效地利用Unity 3D游戏引擎设计和开发虚拟仿真的实训系统，研究如何有效的实现实训系统的漫游功能、演示功能、互动功能、考核功能、管理功能五大核心功能模块，并且分析在实现五大功能过程中遇到的技术难点，为其提供相关的解决方法。为优质数字教育资源开发、应用和共享研究提供依据，探索出一条基于Unity 3D技术进行VR/VA教学资源开发与设计的道路。

关键词：Unity 3D；仿真实训系统；开发设计；共享

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0204-02

随着计算机技术的飞速发展，VR/AR仿真技术的发展也日渐成熟，并开始引入到教育教学领域，VR/AR仿真技术在教育教学中的应用，具有开创性价值，打破传统教学的局限性，创造出一种崭新的虚拟现实教学模式，是教育教学信息化发展的一个重要方向。

1 基于Unity 3D虚拟仿真实训系统的五大功能模块的开发技术

主要研究在Unity 3D游戏引擎中，如何有效的实现实训系统的漫游功能、演示功能、互动功能、考核功能、管理功能五大核心功能模块（图1），并且，总结在实现五大功能过程中遇到的技术难点，为其提供相关的解决方法。

基于unity的三维虚拟仿真技术结合vr的设备，通过漫游功能使学生有一种现实场景的沉浸式体验，提高学生在面对现实操作中对场景、设备的正确认识，从而增强学生实际操作的正确率力，避免重复性的错误。实训系统的演示功能，能清晰明了的为学生展示实习操作的注意事项和关键要点，为学生在真实的实践中，提供准确的提示；三维仿真系统的仿真的互动功能，三维立体的UI界面，使学生能通过鼠标或者VR操纵器，对项目进行仿真的练习，为学生提供可操作的仿真联系，实现对真实项目实训操作前的课堂模拟教学。传统教学中存在的限制性和机械性的问题，得到了很好的解决；在管理的功能模块，主要包括：学生基本信息的处理，学生的权限设置，学生成绩的统计和管理，知识内容的添加和修改、管理，平台的自身的管理和维护等等。

2 研究基于Unity 3D虚拟仿真实训系统的开发流程

使用Unity 3D平台开发仿真实训系统，主要有四个阶段（图2）：第一阶是段准备和收集仿真系统相关素材，图片、文字、音乐、视频、动画等富媒体。第二阶段是对素材进行筛选并且重新加或再创作，是素材复合仿真系统的标准和设计要求。

第三阶段，用三维建模工具，maya或3Dmax软件，把实验实训的环境和操作对象进行建模，还原现实场景，并且导出符合标准的模型，例如，单个模型的面数不得超过6.5W个三角面在Unity中，图片一般可以分为两种：Texture和Sprite，可以简单的理解为3D模型使用图片和2DUI使用的图片。Texture一般作为3D模型上的贴图，需要有对应的材质球并关联到相应3D网格模型去使用。一般来说Texture会是一个长宽像素都是2的n次方的正方形，这也是大部分建模软件如maya规定的。Sprite一般作為UI上的图片，一般不会去制作对应的材质球。在UGUI上一般是拖动到相应的控件上就可以了。Sprite是一个资源导入的方式，一个资源导入后并非只能是单个Sprite，在Sprite Mode选项上可以选择Multiple去生成多个Sprite，不过需要在Sprite Editor选项上对图片进行切割，Sprite一般对大小不会做限制，UI需要多大就用多大，但是Unity在压缩上，对4的倍数分辨率的图片支持上会更好一点（应该是方便图片在POT下的位置计算），所以在制作时可以对PS的画布大小进行适当调整。

无论是模型、材质球、贴图都不能有中文，unity3d里面任何路径、名称也不能有中文，否则可能会导致未知的错误。最后对系统进行优化并发布，调试完善并提交。虚拟仿真实训系统的开发时间较长，技术难度大，如何设计和总结出合理得，科学的开发流程，能有效的提高真实训系统的开发效率。

第四个阶段使用unity把所有素材和资源进行整合，并且设计操作的交互方式。最后对系统进行优化和发布测试。

3 实现基于Unity 3D虚拟仿真实训系统的校际共享

目前各高校之间的虚拟实训系统集成度不高，异构平台下资源难以共享的问题，提出利用Unity的跨平台发布技术优势（图3），并结合Unity Analytics分析服务技术，在网络API与.NET环境下设计实现了校际教学资源共享平台。在实现高校教育教学资源共享中，研究如何有效利用基于Unity Analytics分析服务的云计算技术，构建高性能、高可用、多服务器计算集群，能够提高资源共享的综合性能。

通过实训室局域网经vpn网关与校园网连接，使学生在完成实训预约后可以通过校园网访问虚拟仿真实训系统、下载实训资源进行虚拟仿真实验。所以，基于Unity 3D虚拟仿真实训系统，便捷且效经地解决了校际虚拟实验系统的交互性困难、教学资源共享问题。

4 结束语

信息技术融合后，教育教学不单在形式上突显出新技术，教育教学的价值、本质和功能都相应地发生了巨大的改变。从教育信息化发展研究，VR/AR技术将会成为教育技术领域中最具潜力和发展前景的新型技术。对基于Unity 3D的虚拟仿真系统开发的实践研究，将为各个学科课程教学的演示和实训模式提供了创新性的方向。为教育信息技术与学科课程教学有效整合的研究提供依据。

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