基于虚拟现实和增强现实的虚拟仿真实训室平台

来源:用户上传      作者:丁亚军，应治国，陈一民

　　摘 要： 基于虚拟现实与增强现实等技术，探讨了楼宇智能化设备安装与运行专业课程技能实训在线仿真虚拟培训方法，对其中的三维场景可视化、设施设备仿真、人机交互仿真等关键技术展开研究。以Unity3D引擎为平台，采用多源化混合方式建立模型。利用几何优化、贴图置换、LOD分级显示等技术控制模型总片面数。建立虚拟仿真实训室平台，并将该平台成功发布到PC、手机及平板等客户端。应用结果表明，该平台能够直观展示智能化楼宇的复杂环境，支持开展沉浸式虚拟漫游和虚拟实训，为楼宇智能化设备安装与运行课程的实训提供了新的方式，对提升学生的实战和动手能力具有重要意义。
　　关键词： 虚拟现实; 虚拟仿真; 三维可视化; Unity3D; 沉浸式交互
　　中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2022）08-46-06
　　Design and implementation of simulation training platform on
　　virtual reality and augmented reality
　　Ding Yajun1， Yin Zhiguo1， Chen Yimin2
　　（1. Shanghai Wiserun Information Technology Co.，Ltd， Shanghai 200050， China; 2. School of information， Shanghai JianQiao University）
　　Abstract： In this paper， a virtual training platform is developed based on virtual reality and augmented reality. The key technologies such as 3D scene visualization， facility and equipment simulation， and human-computer interaction simulation are researched. Based on the Unity3D engine， the model is built in a multi-source hybrid way. Geometry optimization， map replacement， LOD hierarchical display and other technologies are used to control the total pieces of the system model. A simulation training platform is build and applied in the form of PC， PAD and mobile device. The application results indicate that the platform can visually display the complex environment of an intelligent building， perform immersive virtual roaming and virtual drill， provide a new solution for the training of installation and operation of intelligent building equipment. It has important significance for improving the student practical ability.
　　Key words： virtual reality; virtual simulation; 3D visualization; Unity3D; immersive interaction
　　0 引言
　　虚拟仿真实训室平台的建设是“未来校园”开展线上线下相融合的混合实训教学重要的组成部分，也是人工智能环境下，教师人技协作有效开展实训教学的重要载体。虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种将计算机图形技术与相关设备相结合，可为人们创造一个具有沉浸感、互动性和想象力的良好虚拟环境的仿真技术。增强现实（Augmented Reality，简称AR）是将计算机建立的虚拟物体信息叠加在真实的现实场景中，通过三维注册技术来实现对真实场景的增强[1-2]。近年来，VR、AR已广泛应用于国内外教育与培训领域[3]，包括设计方案评估[4]、虚拟维修培训[5-6]等。VR、AR技术在楼宇智能化设备安装与运行专业课程（楼控系统的安装与维护课程，综合布线课程）技能实训方面具有独特的优势，可创造一个高逼真度的训练环境，使受训人员沉浸在良好交互的场景中，为受训人员提供身临其境般的三维空间虚拟感受[7]。
　　本虚拟仿真实训室平台基于数据驱动理念，聚焦楼宇智能化设备安装与运行专业课程技能实训功能，采集和积累学生实训过程数据，通过分析模型，准确判断学生的学习情况，适时特性化的推送实训资源，从而缩短实训学习时长，提升学生的动手能力。
　　本文将VR、AR技术应用于楼宇智能化设备安装与运行专业课程技能实训环节，应用了上海长润信息技术有限公司技术团队自主研发的长润虚拟仿真实训管理和共享平台、长润虚拟化仿真实训软件V1.0.0[8]以及面向职教的智慧教学云计算平台[9]等技术研究成果，搭建了一种楼宇智能化设备安装与运行专业课程技能平台，该平台应用3ds Max和Unity3D软件创建高逼真度的虚拟场景，采用有限状态机模型作为模拟实训过程的核心算法，采用Java及C#实现程序编制，图形界面采用UGUI插件进行设计，仿真中引入了粒子系y。该平台能够直观展现楼宇智能化设备安装与运行课程中各复杂环境与运行仿真场景，为学生提供一种高逼真度的训练环境，对提升学生的实战能力具有重要的意义和价值。

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