牵引供电三维虚拟仿真系统的设计与开发

摘要

随着现代计算机水平的不断进步，虚拟仿真技术被应用于游戏、教育、医疗等各个领域。现行的牵引供电培训系统主要还是依赖视频、书本等传统方式，容易受到场地、时间、经济成本等因素的制约，已明显落后信息化教学的步伐。为了使培训学员们拥有更好的学习资源并达到更好的学习效果。本文设计并开发了一套功能完备的可视化牵引供电三维虚拟仿真系统，具有一定的教学实践意义。　　本文首先通过现实牵引供电系统的相关资料设计了系统内主场景结构，之后根据对学员的实际需求分析确定了系统中需要开发实现的各功能模块，并利用分层系统架构对底层、功能层、交互层进行管理。　　明确系统功能需求之后，本文就牵引供电虚拟仿真系统的实现展开了叙述。在底层资源层中，本文首先设计了在3dsMax中按照创建模型、设置材质贴图、动画封装、渲染导出的三维建模流程，并按照该流程对场景中重要设备牵引变压器的三维建模进行了介绍。在功能实现层中，本文对Unity引擎中的场景进行了组织，包括对地形、光源、天空盒子等外部环境也进行了设置；同时设计了一种基于粒子动画系统的动态天气控制插件，利用该插件可以模拟雨雪、雷电、昼夜交替等效果。在交互层中，本文利用主表分类封装、分层调用的结构实现了对实验步骤的脚本解析，实现了对实验操作的数据交互管理；同时本文还在视角模块设计了漫游视角、对象视角与红外仿真视角，使学员可以在不同模式下进行操作。再者，本文考虑到跨平台发布到网络端无法调用脚本内数据，对此设计了相应的数据接口。　　最终本文对系统进行了各方面的功能测试与性能测试，并根据测试结果进行发布前的评估，根据评估结果，该系统具有仿真画面良好、沉浸感强、操作简易、考评性强等特点，可以用于高校虚拟实验室教师线上教学或学员线下学习，也可以作为企业培训员工牵引供电系统知识原理的辅助工具。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状分析

1.2.1 虚拟仿真技术发展历程

1.2.2 牵引供电系统仿真软件研究现状

1.2.3 研究现状综合分析

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要研究内容

1.4论文章节安排

第2章 虚拟仿真系统开发工具及技术

2.1开发工具

2.1.1 3dsMax建模简介

2.1.2 Unity3D游戏开发引擎简介

2.2.1 LOD技术简述

2.2.2 碰撞检测技术

2.3 本章小结

第3章 虚拟仿真系统总体架构与功能设计

3.1系统需求分析

3.1.1 虚拟场景及设备仿真需求分析

3.1.2 人机交互管理需求分析

3.1.3 数据管理需求分析

3.1.4 情景实验需求分析

3.1.5 多平台发布需求分析

3.2.1 系统开发设计流程

3.2.2 系统功能结构设计

3.2.3 系统分层结构设计

3.3本章小结

第4章 牵引供电三维虚拟仿真系统开发实现

4.1.1 场景内容组织

4.1.2 三维建模基本流程

4.2 牵引变压器三维建模示例

4.2.1创建模型

4.2.2设置材质贴图

4.2.3动画封装

4.2.4渲染导出

4.3 模型组织与场景搭建

4.3.1 Unity网格模型描述

4.3.2 Unity场景搭建

4.3.3 光源及天空盒子

4.4三维控制技术的研究

4.4.1 三维坐标变换

4.4.2 三维旋转的控制

4.4.3 空间平移的控制

4.4.4对象缩放的控制

4.5.1 雨雪粒子效果

4.5.2 闪电效果

4.5.3 昼夜交替及其他

4.6.1 交互界面

4.6.2 交互响应

4.6.3 交互事件逻辑管理

4.6.4 操作交互设计

4.7 设备巡视功能的实现

4.7.1 设备查看功能

4.7.2 设备原理功能与巡视指南功能

4.7.3 习题考核功能

4.8 虚拟仿真实验的设计与实现

4.8.1 实验流程的脚本解析

4.8.2 实验成绩的管理

4.9 场景视角的控制

4.9.1 漫游视角及对象视角的实现

4.9.2 红外检修仪仿真视角的实现

4.10 HTML数据接口的设计

4.11 本章小结

第5章 牵引供电三维虚拟仿真系统测试

5.1 系统功能测试

5.1.1 场景仿真效果测试

5.1.2 系统交互测试

5.1.3 系统其他功能测试

5.1.4 HTML数据接口的测试

5.2 系统性能测试

5.2.1 PC端性能测试

5.2.2 网页端性能测试

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果