采用Unity3D引擎開發建筑類三維虛擬仿真實訓系統研究

[摘 要]從系統虛擬仿真實訓系統建設思路入手，設計“網絡化、數字化、個性化”的基于“互聯網+”、虛擬現實技術的虛擬仿真數字化建筑類仿真實訓系統，構建系統主要設計內容和主要技術指標，找出開發過程中存在的主要問題，并制訂恰當的解決方案，以開發出具有沉浸式的“人人皆學、處處能學、時時可學”的泛在學習環境下建筑類三維虛擬仿真實訓平臺。

[關鍵詞]Unity3D;建筑;虛擬仿真實訓系統;研究

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.085

[中圖分類號]TP391.9[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2019）24-0-02

0 ? ? 引 言

基于“互聯網+”、移動通訊技術、虛擬現實技術、虛擬仿真數字化教學資源現狀，研究構建“網絡化、數字化、個性化”建筑類仿真實訓場的架構設計、技術路線和解決方案;以桌面虛擬現實技術為基礎，采用Unity3D引擎開發具有沉浸式的“人人皆學、處處能學、時時可學”的泛在學習環境下建筑類三維虛擬仿真實訓系統，有針對性地培養具有工匠精神的技術技能人才。

1 ? ? 虛擬仿真實訓系統建設思路

電氣工程虛擬仿真實訓系統的總體建設思路是以建筑電氣工程實訓教學需要為基礎，以生態節能實驗樓為藍本，以一線教師編寫的教學設計腳本為依據，突出專業崗位群設置特點，不求知識點全面覆蓋，重點解決建筑電氣安裝工程實訓教學過程中難以實物化操作的施工工藝及質量檢驗環節教學難題，通過虛擬仿真技術構建實訓場景及相關材料、設備及人物，通過大量交互功能設置，滿足不同層次專業教師個性化實訓教學、學生項目化學習及崗位技能考核需要，可操作、可考核。設計深度兼顧高等職業教育人才培養標準及中等職業教育人才培養規格要求，理論性與操作技能性相得益彰。項目建設以《高等職業學校專業教學標準（試行）》和《建筑與市政工程施工現場專業人員職業標準（JGJ/T 250-2011）》為依據。遵循仿真實訓與實操實訓互補的原則確定實訓內容，仿真實訓項目分別設置施工工藝仿真實訓、質量檢驗仿真實訓，充分發揮仿真實訓內容由抽象到直觀的教學優勢。結合省內土木水利類院校現有校內外實操型實訓基地及實訓教學需求，按照“虛實”結合、虛擬仿真與實際操作有效融合的要求建設仿真實訓場;突出解決傳統實操實訓模式中存在的工程隱蔽部位可視性差、工程建設周期長、學生缺乏職業參與、實訓安全隱患多、實訓成本高、實訓受季節限制等教學難題;提升專業教師信息化資源開發與應用水平，為土建類專業職業教育信息化實現建設常態化和可持續發展奠定人才基礎。

2 ? ? 虛擬仿真實訓系統研究的主要內容及主要技術指標

2.1 ? 主要研究內容

信息化環境下的建筑類三維虛擬仿真實訓系統，主要解決“看不見、進不去、摸不著、難再現、小概率、高污染、高風險、周期長和成本高”等現場實踐教學難以解決的教學問題。①構建“網絡化、數字化、個性化”的建筑類虛擬仿真實訓場架構設計、技術路線和解決方案，設計滿足教師和學習者個性化教學、考核、學習需求的虛擬仿真數字化實訓場建設方案。②采用Unity3D引擎開發具有沉浸式的“人人皆學、處處能學、時時可學”建筑類三維虛擬仿真實訓系統，設計開發以項目為引領、任務為驅動、工藝為主線的實訓項目虛擬仿真模型。③構建線上線下自主實訓訓練及考核評價運行機制，開發應用示范案例。

2.2 ? 主要技術指標

①所有物件均按1∶1比例建模，按照精細建模要求，每個建筑模型控制在20 000個三角面以內，平面尺度的整體誤差不大于5%，模型中不少于100種常用工具和設備。②熱點設置不少于100個，不少于50個場景交互，不少于40個可交互物體，場景中不少于100條知識點。③數據庫讀取響應速度要快，不大于0.05 s。

2.3 ? 虛擬仿真實訓項目建設內容

職業教育數字化教學資源建設項目電氣工程仿真實訓系統，根據建筑電氣安裝工程的特點，結合教學過程需要，項目組擬定了需要開發的仿真實訓項目，共設有5個一級子目、13個二級子項目。項目建設進度按照二級子項目內容安排，分兩期進行招投標、教學設計、軟件制作和校內驗收。一期共建設電纜橋架安裝、鍍鋅鋼管安裝、配電柜安裝、電纜直埋敷設、燈具安裝、接地電阻測試點安裝6個二級子項目;二期建設剩余7個二級子目，具體如表1所示。

3 ? ? 開發過程中存在的主要問題及解決措施

3.1 ? 項目有效建設時間緊

項目建設從招投標到具體實施時間較長，參與腳本編寫的專業教師大多在學校承擔較大的教學工作任務，能夠集中進行腳本寫作的時間大多在假期，因此，有效的工作時間相對較為緊張。

3.2 ? 腳本編寫人員與軟件技術人員意思表達存在障礙

負責腳本編寫的教師往往從教學設計的角度思考問題，沒有軟件設計腳本編寫經驗，寫出來的腳本達不到軟件技術人員要求，雙方意思表達不一致，軟件設計理念受制現有開發團隊技術、成本等因素制約。

3.3 ? 腳本編寫人員實踐經驗有限

參與腳本編寫的專業教師往往一線教學經驗豐富，對建筑電氣施工的具體施工工藝和質量檢驗把握不足，對新材料、新工藝的了解不夠，尤其是具體細節沒有深入了解，容易在設計過程中針對性不強。針對上述存在的主要問題，項目組從以下幾個方面采取措施：①爭取有效工作時間，保證編寫質量;②進一步設計出雙方都容易理解、習慣和認可的腳本模板;③加大項目組人員調研力度，多深入施工現場及大型施工企業了解具體施工工藝及操作規程;④優化仿真流程和表現形式。可以在其中的一些步驟中操作完成后鏈接一個填空題，主要填帶數值的內容，如“當線槽的直線長度超過6 m時，為方便線槽內穿線也宜加裝分線盒”“線槽與分線盒連接時，線槽插入分線盒的長度不宜大于10 mm”等。這樣答案唯一好判斷，即有具體操作又有答題，整體風格接近，重點考核施工程序。在資料中給出項目的施工流程圖，供實訓前閱讀，解決不知道怎么做的問題。

4 ? ? 結 語

采用Unity3D引擎開發建筑類三維虛擬仿真實訓系統，主要是關注解決那些需要仿真的項目及需要仿真的內容，重點在于解決那些實際操作風險大、成本高，或者實際難以實施的實訓項目，通過計算機技術進行高度模擬，最大限度地實現虛擬仿真實訓系統的價值。

主要參考文獻

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