采用Unity3D引擎開發(fā)建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)研究

[摘 要]從系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)思路入手，設(shè)計(jì)“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化”的基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬仿真數(shù)字化建筑類仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和主要技術(shù)指標(biāo)，找出開發(fā)過程中存在的主要問題，并制訂恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，以開發(fā)出具有沉浸式的“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

[關(guān)鍵詞]Unity3D;建筑;虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng);研究

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.085

[中圖分類號(hào)]TP391.9[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2019）24-0-02

0 ? ? 引 言

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、移動(dòng)通訊技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬仿真數(shù)字化教學(xué)資源現(xiàn)狀，研究構(gòu)建“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化”建筑類仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)路線和解決方案;以桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Unity3D引擎開發(fā)具有沉浸式的“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，有針對(duì)性地培養(yǎng)具有工匠精神的技術(shù)技能人才。

1 ? ? 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)思路

電氣工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的總體建設(shè)思路是以建筑電氣工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要為基礎(chǔ)，以生態(tài)節(jié)能實(shí)驗(yàn)樓為藍(lán)本，以一線教師編寫的教學(xué)設(shè)計(jì)腳本為依據(jù)，突出專業(yè)崗位群設(shè)置特點(diǎn)，不求知識(shí)點(diǎn)全面覆蓋，重點(diǎn)解決建筑電氣安裝工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中難以實(shí)物化操作的施工工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)難題，通過虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景及相關(guān)材料、設(shè)備及人物，通過大量交互功能設(shè)置，滿足不同層次專業(yè)教師個(gè)性化實(shí)訓(xùn)教學(xué)、學(xué)生項(xiàng)目化學(xué)習(xí)及崗位技能考核需要，可操作、可考核。設(shè)計(jì)深度兼顧高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及中等職業(yè)教育人才培養(yǎng)規(guī)格要求，理論性與操作技能性相得益彰。項(xiàng)目建設(shè)以《高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和《建筑與市政工程施工現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)人員職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T 250-2011）》為依據(jù)。遵循仿真實(shí)訓(xùn)與實(shí)操實(shí)訓(xùn)互補(bǔ)的原則確定實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目分別設(shè)置施工工藝仿真實(shí)訓(xùn)、質(zhì)量檢驗(yàn)仿真實(shí)訓(xùn)，充分發(fā)揮仿真實(shí)訓(xùn)內(nèi)容由抽象到直觀的教學(xué)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合省內(nèi)土木水利類院校現(xiàn)有校內(nèi)外實(shí)操型實(shí)訓(xùn)基地及實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求，按照“虛實(shí)”結(jié)合、虛擬仿真與實(shí)際操作有效融合的要求建設(shè)仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng);突出解決傳統(tǒng)實(shí)操實(shí)訓(xùn)模式中存在的工程隱蔽部位可視性差、工程建設(shè)周期長、學(xué)生缺乏職業(yè)參與、實(shí)訓(xùn)安全隱患多、實(shí)訓(xùn)成本高、實(shí)訓(xùn)受季節(jié)限制等教學(xué)難題;提升專業(yè)教師信息化資源開發(fā)與應(yīng)用水平，為土建類專業(yè)職業(yè)教育信息化實(shí)現(xiàn)建設(shè)常態(tài)化和可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。

2 ? ? 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 ? 主要研究內(nèi)容

信息化環(huán)境下的建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要解決“看不見、進(jìn)不去、摸不著、難再現(xiàn)、小概率、高污染、高風(fēng)險(xiǎn)、周期長和成本高”等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)難以解決的教學(xué)問題。①構(gòu)建“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化”的建筑類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)路線和解決方案，設(shè)計(jì)滿足教師和學(xué)習(xí)者個(gè)性化教學(xué)、考核、學(xué)習(xí)需求的虛擬仿真數(shù)字化實(shí)訓(xùn)場(chǎng)建設(shè)方案。②采用Unity3D引擎開發(fā)具有沉浸式的“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)以項(xiàng)目為引領(lǐng)、任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、工藝為主線的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目虛擬仿真模型。③構(gòu)建線上線下自主實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練及考核評(píng)價(jià)運(yùn)行機(jī)制，開發(fā)應(yīng)用示范案例。

2.2 ? 主要技術(shù)指標(biāo)

①所有物件均按1∶1比例建模，按照精細(xì)建模要求，每個(gè)建筑模型控制在20 000個(gè)三角面以內(nèi)，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(shè)備。②熱點(diǎn)設(shè)置不少于100個(gè)，不少于50個(gè)場(chǎng)景交互，不少于40個(gè)可交互物體，場(chǎng)景中不少于100條知識(shí)點(diǎn)。③數(shù)據(jù)庫讀取響應(yīng)速度要快，不大于0.05 s。

2.3 ? 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

職業(yè)教育數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)項(xiàng)目電氣工程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)建筑電氣安裝工程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)過程需要，項(xiàng)目組擬定了需要開發(fā)的仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，共設(shè)有5個(gè)一級(jí)子目、13個(gè)二級(jí)子項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度按照二級(jí)子項(xiàng)目內(nèi)容安排，分兩期進(jìn)行招投標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、軟件制作和校內(nèi)驗(yàn)收。一期共建設(shè)電纜橋架安裝、鍍鋅鋼管安裝、配電柜安裝、電纜直埋敷設(shè)、燈具安裝、接地電阻測(cè)試點(diǎn)安裝6個(gè)二級(jí)子項(xiàng)目;二期建設(shè)剩余7個(gè)二級(jí)子目，具體如表1所示。

3 ? ? 開發(fā)過程中存在的主要問題及解決措施

3.1 ? 項(xiàng)目有效建設(shè)時(shí)間緊

項(xiàng)目建設(shè)從招投標(biāo)到具體實(shí)施時(shí)間較長，參與腳本編寫的專業(yè)教師大多在學(xué)校承擔(dān)較大的教學(xué)工作任務(wù)，能夠集中進(jìn)行腳本寫作的時(shí)間大多在假期，因此，有效的工作時(shí)間相對(duì)較為緊張。

3.2 ? 腳本編寫人員與軟件技術(shù)人員意思表達(dá)存在障礙

負(fù)責(zé)腳本編寫的教師往往從教學(xué)設(shè)計(jì)的角度思考問題，沒有軟件設(shè)計(jì)腳本編寫經(jīng)驗(yàn)，寫出來的腳本達(dá)不到軟件技術(shù)人員要求，雙方意思表達(dá)不一致，軟件設(shè)計(jì)理念受制現(xiàn)有開發(fā)團(tuán)隊(duì)技術(shù)、成本等因素制約。

3.3 ? 腳本編寫人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限

參與腳本編寫的專業(yè)教師往往一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)建筑電氣施工的具體施工工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)把握不足，對(duì)新材料、新工藝的了解不夠，尤其是具體細(xì)節(jié)沒有深入了解，容易在設(shè)計(jì)過程中針對(duì)性不強(qiáng)。針對(duì)上述存在的主要問題，項(xiàng)目組從以下幾個(gè)方面采取措施：①爭取有效工作時(shí)間，保證編寫質(zhì)量;②進(jìn)一步設(shè)計(jì)出雙方都容易理解、習(xí)慣和認(rèn)可的腳本模板;③加大項(xiàng)目組人員調(diào)研力度，多深入施工現(xiàn)場(chǎng)及大型施工企業(yè)了解具體施工工藝及操作規(guī)程;④優(yōu)化仿真流程和表現(xiàn)形式?？梢栽谄渲械囊恍┎襟E中操作完成后鏈接一個(gè)填空題，主要填帶數(shù)值的內(nèi)容，如“當(dāng)線槽的直線長度超過6 m時(shí)，為方便線槽內(nèi)穿線也宜加裝分線盒”“線槽與分線盒連接時(shí)，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(fēng)格接近，重點(diǎn)考核施工程序。在資料中給出項(xiàng)目的施工流程圖，供實(shí)訓(xùn)前閱讀，解決不知道怎么做的問題。

4 ? ? 結(jié) 語

采用Unity3D引擎開發(fā)建筑類三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要是關(guān)注解決那些需要仿真的項(xiàng)目及需要仿真的內(nèi)容，重點(diǎn)在于解決那些實(shí)際操作風(fēng)險(xiǎn)大、成本高，或者實(shí)際難以實(shí)施的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行高度模擬，最大限度地實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的價(jià)值。

主要參考文獻(xiàn)

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