關于VR技術的城市地面軌道交通工程仿真開發應用探索

張 磊

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132000）

0 前言

VR 技術（Virtual Reality）是指虛擬現實技術，虛擬現實這一概念最早提出是在20 世紀80 年代初，主要是講人們以計算機及最新傳感技術作為輔助，創造出的一種人機交互方式。而利用VR 技術進行城市地面軌道交通工程仿真開發，便可實現在虛擬環境中根據需求生成新的“部件”與“設備”，從而避免了在軌道交通規劃設計中因購置設施、設備而耗費的大量資金。

1 VR 技術的開發分析

VR 技術本質是關于計算機與應用者之間通信的一種技術，從廣義上來看，VR 技術幾乎可用于支持任何人類活動，也就是說其可以應用在任何領域，但在實際應用中，VR 技術也會因為硬件設備的不同而受到一定程度的限制。通過VR 技術，可以為用戶創設一個身臨其境的虛擬現實空間，通過建立三維立體的、計算機生成的替代物，用戶可以在這個環境中任意移動自己想移動的物體。VR 技術也可將流程模型與物理空間模型相聯接，創造出用戶在實際生活中可能會遇到的任何場景，以此來滿足用戶需求，為用戶帶來高靈活性、快速、經濟的程序構造與配置[1]。

2 VR 技術在城市地面軌道交通工程仿真開發的應用

2.1 仿真開發工具分析

VR 技術中的虛擬開發工具主要包括Java 3D、Umlty 3D、Clnema 4D，其中Java 3D 屬于java 語言在三維圖形領域的擴展，是一組應用編程的接口（API），其是在OpenGL 的基礎上發展而成的。

（1）實際應用中，可通過Java 3D 所提供的API，基于網頁下，編寫出城市地面軌道交通工程中所需的三維動畫、計算機輔助教學軟件等。Java 3D 對虛擬場景具有很強的動態控制能力，在應用于軌道交通工程時，可將3D 模型利用導入器導入到Java 3D 中，便可應用該技術對其進行可視化操作。

（2）Umlty 3D 可看作是一個游戲引擎，也可看作是一個多平臺的動畫開發工具，Umlty 3D 所具有的簡單、生成效果好、開發周期短、上手快等特點，也使其在城市地面軌道交通工程仿真開發中的應用非常廣泛。利用Umlty 3D 技術，可以在一個統一的編輯器中創建相關項目，并很方便的完成類似游戲場景般的特效，在軌道交通工程仿真開發中，便可通過Umlty 3D 技術實現3D 模型的導入，從而達到編輯模擬機械設備、場景動畫、操作人員的目的[2]。

（3）Cinema 4D 屬于VR 開發工具中最重要的一項，其完整的包含有建模、渲染、動畫、粒子、角色等模塊，為3D 仿真創作提供了一個功能強大、完整的平臺。Cinema 4D 不僅具有軟件運行穩定，兼容性良好等特點，還具有強大的3D 建模功能，使初學者都可以快速的上手使用。

2.2 仿真開發流程分析

將VR 技術實際應用于城市地面軌道交通工程仿真開發中時，主要是通過以下流程來實現的，如圖1：

如圖1 流程所示，首先，應用三維建模軟件Cinema 4D，建立起虛擬的城市地面軌道交通結構模型，并以FBX 格式將其保存。其次，利用uvw 貼圖方法，對已保存的三維模型進行渲染，并將渲染好的模型通過導入Umlty 3D，進行場景虛擬。再次，應用控制設置軟件Java 3D，根據自己需求對虛擬設備、場景動畫、操作人員等進行控制，并編譯生成可執行性軟件。

2.3 仿真開發的功能與實現

在基于VR 技術的城市地面軌道交通工程仿真開發應用中，通過建立虛擬構件模型、響應用戶操作，從而達到對鋼軌、道床、軌枕、道岔等軌道交通結構進行實時3D 顯示的效果。此外，在VR 技術的充分應用下，所有形成的軌道交通結構3D 顯示圖，均可配以主要的參數與技術要點的文字介紹，以供用戶在實際使用時得到全面、透徹的了解。除了該技術對用戶的使用帶來了多方面益處外，VR 技術下的城市地面軌道交通工程仿真開發，其功能與實現還體現在如下方面：

（1）大量三維模型與紋理數據的出現，可以為城市地面軌道交通建設時地質選線難決策的問題提供解決措施，從而合理的進行換乘樞紐交通組織設計，保障軌道網的高速運轉，進一步提高乘客在使用軌道交通時的快速性、便捷性與舒適性。（2）該仿真技術可以更加直觀的將軌道交通線路與沿線周邊環境融合在一起，展示出清晰、精準、高仿真的畫面，使人在觀看時一目了然，印象深刻，如身臨其境。（3）利用VR 技術，將城市地面軌道交通的平面、縱面圖與三維動畫完美結合，做成平、縱、剖三度空間實時同步的仿真動畫效果，將復雜結構簡單化，更加直觀的表現出軌道交通的設計思路與設計理念[3]。

基于VR 技術應用的城市地面軌道交通工程仿真開發，軌道交通的三維可交互式虛擬，人機互動式軌道交通結構，主要如圖2、圖3 所示。

圖2 城市地面軌道交通的虛擬效果圖

圖3 城市地面軌道交通的虛擬效果圖

3 結束語

從當前形勢來看，我國城市地面軌道交通工程設計與規劃還存在有一定的限制，這是由于城市地面軌道交通的涉及面廣、工程龐大，實際規劃設計時很難給相關人員提供所需場景?；谶@種情況，將VR技術應用于城市地面軌道交通工程仿真開發應用中，便也成了必然趨勢，通過VR 技術，便可以實現地面軌道交通工程領域常見結構構件的三維模型、互動式地面施工技術的三維虛擬，使用戶能夠反復練習、認知軌道結構地面施工工藝，最終提高自身的專業技能水平。

［1］尹力明,劉俊艷,程佳.車載信號系統軟件開發用半實物仿真平臺[J].城市軌道交通研究,2011,4(4)：126-127.

［2］黃曉梅.淺談虛擬現實技術在軌道交通工程投標中的應用[J].鐵道勘察,2011,13(6)：11-12.

［3］王延龍,吳強.某軌道交通裝備公司數據中心基礎架構虛擬化整體的實施[J].天津科技,2014,8(4)：25-26.