基于Unity的虛擬交通教學(xué)研究

付軍

摘 要：由于交通工程相關(guān)問題場(chǎng)景復(fù)雜，較難進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)與計(jì)算，為使學(xué)生更好解決復(fù)雜交通工程問題，思考道路車輛與周邊環(huán)境的聯(lián)系，基于Unity 3D設(shè)計(jì)了交通工程相關(guān)的虛擬仿真系統(tǒng)，通過虛擬仿真模擬現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的人、車、路等環(huán)境問題，培養(yǎng)交通工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維與意識(shí)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;交通工程;教學(xué)研究

0 引言

交通工程涉及到人、車、路、環(huán)境及能源等多個(gè)方面，在傳統(tǒng)的以教師講授為主的課堂中難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境并進(jìn)行講解，無法讓學(xué)生感受真實(shí)的人、車、路相結(jié)合的復(fù)雜環(huán)境，教學(xué)效果也隨之下降，因此交通工程中的教學(xué)方式迫切需要結(jié)合新模式，融合新方法。將實(shí)際教學(xué)課程與Unity 3D的虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，利用高還原度的虛擬環(huán)境模擬輔助傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，提高交通工程課程的專業(yè)性與教學(xué)效果，有效解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)備成本過高、實(shí)驗(yàn)可操作性差、重復(fù)實(shí)驗(yàn)積極性差等問題，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題與實(shí)際情況下處理問題能力等方面有重要意義。

虛擬仿真技術(shù)是繼多媒體信息技術(shù)之后，近年來工程教育領(lǐng)域最流行的技術(shù)之一[1]。自2015年教育部部署開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作后各高校開始進(jìn)行虛擬仿真建設(shè)[2]，各領(lǐng)域也將虛擬仿真應(yīng)用于建設(shè)中。中國石油大學(xué)針對(duì)吸力錨安裝工藝基于Unity 3D 研制了一套虛擬的安裝船等與三維海洋環(huán)境構(gòu)成的虛擬仿真系統(tǒng)[3]，增強(qiáng)了立體感、真實(shí)感和身臨其境沉浸感以及可擴(kuò)展性;基于Unity 3D的虛擬仿真，濰坊科技館將其與Web3D結(jié)合建立網(wǎng)上數(shù)字科技平臺(tái)，建立了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字科技館[4]，以新穎的方式激發(fā)參觀者參觀興趣。

本文基于Unity 3D，構(gòu)建交通工程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，使汽車造型特點(diǎn)、道路環(huán)境特征等在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中真實(shí)的體現(xiàn)出來通過對(duì)模型的格式轉(zhuǎn)換與渲染處理，幫助學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中體驗(yàn)虛擬交通，并以此來培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜交通工程的問題。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)交通工程場(chǎng)景與模型建立

建立虛擬的交通系統(tǒng)，第一步需要建立虛擬場(chǎng)景，通過建立模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入U(xiǎn)nity中建立場(chǎng)景。在本虛擬交通場(chǎng)景的建立中，通過三維作圖軟件3D MAX中建立城市交通場(chǎng)景，并進(jìn)行渲染，將城市建筑、道路環(huán)境等特色場(chǎng)景建立，轉(zhuǎn)換為FBX后再將經(jīng)過渲染后的汽車數(shù)模導(dǎo)入到虛擬場(chǎng)景中，完成虛擬現(xiàn)實(shí)中道路與車輛的造型展示。

2 虛擬場(chǎng)景漫游的實(shí)現(xiàn)

在建立了虛擬城市場(chǎng)景并在Unity中顯示后，需要導(dǎo)入C#編輯的虛擬漫游程序?qū)崿F(xiàn)虛擬視野在導(dǎo)入場(chǎng)景中的移動(dòng)與切換，進(jìn)入系統(tǒng)的操作者可在場(chǎng)景中對(duì)渲染過的汽車等模型中全方位觀察道路環(huán)境的細(xì)節(jié)，從多方面評(píng)價(jià)道路交通環(huán)境與車輛交互影響的關(guān)系，其建立步驟及車內(nèi)視角圖如下所示。

3 虛擬交通系統(tǒng)與專業(yè)教學(xué)結(jié)合

在對(duì)交通專業(yè)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)和教學(xué)過程中，需具備深入扎實(shí)的公共課與專業(yè)理論基礎(chǔ)，形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，形成交通工程專業(yè)理論基礎(chǔ)。通過交通工程學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、道路通行能力、交通運(yùn)輸組織等方面知識(shí)的建立，結(jié)合Unity 3D中虛擬交通場(chǎng)景與車輛通行與運(yùn)輸?shù)哪M解決相關(guān)問題;例如針對(duì)城市擁堵的交叉口

開展信號(hào)配時(shí)的優(yōu)化，需以學(xué)生為主導(dǎo)，虛擬交通系統(tǒng)為輔助，在老師的指導(dǎo)下引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)試驗(yàn)，開展交通問題的分析并進(jìn)行方案設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中進(jìn)行模擬試驗(yàn)，從而解決交通工程相關(guān)問題，評(píng)價(jià)相關(guān)優(yōu)化交通方案，確定解決交通問題的方案，從而培養(yǎng)學(xué)生具備解決復(fù)雜交通工程的綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Li Y X，Lu X P，Yu C，Guo H X，Zhang D.Research and application of the virtual simulation system teaching method in NC machining course[J]. International Journal of Modeling，Simulation，and Scientific Computing.2018，9（1）：1850007.

[2]付秋濤，李迪，李孟迪，等.汽車車身結(jié)構(gòu)拆裝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究（電子刊），2020（15）：267-268+316.

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[4]徐鵬.基于Unity3D開發(fā)平臺(tái)的Web3D技術(shù)的數(shù)字科技館展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作[J].科技與創(chuàng)新，2021（3）：51-52.