基于VR的空客A320演示與逃生教學平臺的設計與制作

丁佳明，施浩，王建章

摘要：VR（虛擬現(xiàn)實）作為一種近年來備受關注的新興技術，在囊括傳統(tǒng)多媒體各式形式的同時具有其無法比擬的高度沉浸感和強大自由度。以上特點意味著通過VR傳遞內容更直觀，更具可交互性。本文以A320虛擬教學平臺制作為案例，按測繪、建模、排布、貼圖以及VR交互的實現(xiàn)提供一種制作相關軟件的具體思路及在制作過程中需要注意的細節(jié)問題。

關鍵詞：A320逃生演練;虛擬仿真教學平臺;UNITY 3D;VR交互實現(xiàn)

中圖分類號：TP311`? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0103-03

1 引言

歷史證明每隔30年VR技術總會隨著人們對其狂熱度的增加而發(fā)展。到2016年，隨著高端顯卡市場的崛起，電腦算力已完全滿足VR環(huán)境搭建需求的情況下， HTC、Oculus、Sony三大頭顯相繼發(fā)貨標志著這一年為VR元年。此后，VR技術在各個領域大放異彩 VR+智慧城市、VR+區(qū)域文旅、VR+文化教育各種概念層出不窮。

航空領域內，我國自主研發(fā)的C919飛機試飛成功的背后少不了VR模擬飛行系統(tǒng)的支持。該技術依靠計算機實現(xiàn)駕駛員在整個飛行階段進行機內操控以及對實際飛機中飛行的參數(shù)進行監(jiān)控分析，確保飛機在預飛和實際飛行中相關參數(shù)的準確和正常，為C919成功首飛提供堅實的數(shù)據(jù)保障。

本文采用虛擬現(xiàn)實技術與空客A320客艙模擬相結合的方法，基于3Dmax2018和Unity3D建立起一個可以兼具機型演示和機內逃生的教學平臺。項目所做模型均依照飛機真實的尺寸和比例進行搭建，利用VR無可比擬的優(yōu)勢：強大的可交互性和虛擬沉浸性，通過項目內置多媒體語音和文字幫助體驗者直觀地了解空客A320的飛機結構和飛機布局。不僅如此，該項目還是一款逃生模擬器，盡管現(xiàn)今交通工具關于安全的規(guī)章制度已較為完善，但是緊急情況的逃生意識和能力仍是人們所必備的，本項目旨在加強體驗者在突發(fā)狀況下的處理能力，以教學性的方式傳達正確做法。

2 建模與場景搭建

2.1測繪

目的是通過記錄數(shù)據(jù)為后續(xù)項目以真實比例呈現(xiàn)奠定基礎。

通過對客艙圖紙的查詢以及A320模擬器中的物件進行實地測量。運用千分尺、游標卡尺等工具采取多次測量取平均值的方法幫助獲得相對精準的測量值。將測繪好的數(shù)據(jù)經過掃描數(shù)字化后導入計算機，經圖像配準后進行矢量化，之后將拍攝得到的圖片資料導入計算機，為之后的貼圖做準備。

2.2模型建立

為了更真實地還原飛機內部各個物件，本項目將3dmax2018作為建模的主要平臺，realitycapture為輔助設計平臺。

部分較為復雜的模型實則可拆解為多個基本立體圖形，之后通過計算得出該模型的各項幾何參數(shù)和三維坐標，并分別在3dmax的xyz中輸入。將所建復雜模型的子模型的位置參數(shù)設置完畢后，需要選定所有模型并點擊組命令，為的是方便后續(xù)的修改操作。對于復雜的模型而言，主要有兩種創(chuàng)建手段。其一是通過3dmax中模型修改工具，例如布爾運算（將多種模型按交、并、補的方式進行疊加），擠出（二維圖形轉為三維物體）、FFD（可將模型以頂點分為不同區(qū)域，并對其中的部分頂點進行基本操作：平移、縮放、旋轉）等，針對不同模型，首先需要分析其組合的形式和特點，靈活運用3dmax的修改工具以求達到準確高效。

其二便是利用RealityCapture這款軟件了，首先需要準備單一物體的全方位照片40張左右，統(tǒng)一導入軟件里，點擊start系統(tǒng)就會自動進行計算物體的3d模型并生成。然后在reconstruction的欄目里選定normal detail 增加物體的細節(jié)，最后點擊texture，電腦會自動獲取照片的貼圖信息并自動貼圖。最后把模型導出為obj格式并導入3damx進行略微修改便可完成。

2.3從3dmax平臺到unity3d平臺的過渡

模型搭建完畢后，為了實現(xiàn)VR的各項交互功能，需要將模型導入游戲開發(fā)平臺Unity3D進行下一步處理。

在模型保存為obj或fbx格式之前，需要將所有圖形的三角面轉化為四邊面，操作方法是對模型右鍵轉化為可編輯多邊形后，點擊塌陷命令其作用是刪除所選定模型的各種修改記錄，只保留點線面的位置關系，降低電腦內存占用。接著對于某些看起來不平整的模型需要對其添加渦輪平滑的命令以增加其視覺效果。最后還要注意模型的坐標是否統(tǒng)一，因為如果不統(tǒng)一，進入unity中模型就會產生錯位。為此需要在3dmax中選定模型，點擊重置工作軸命令。

待所有物體均導入unity中，則要進行模型的排布工作。合理運用軟件中的xyz坐標和三視圖來幫助修改位置參數(shù)，由于模型之前綁定過組的命令，那么如果要移動某一模型時，該模型的子模型也會同步移動。小組嚴格按照A320的空間位置進行放置，保證所建場景的真實性。

2.4 貼圖

模型真實程度與建模質量與貼圖質量均密切相關，為了呈現(xiàn)最好的效果，項目研究了貼圖的相關知識。

對一個模型按照pbr材質的要求進行貼圖。圖片的選取上均采用4k超高清的分辨率，為了增加物體的材質感 還需要添加高度貼圖、法線貼圖、凹凸貼圖等。同時還要在unity的貼圖欄中對相關參數(shù)進行一定的修改。

2.5 火焰特效

由于項目逃生基于火災場景，項目需要自行創(chuàng)建火焰特效，力求逃生場景的真實。

需要在燃燒的物體上添加一個點光源并添加一個粒子特效，調整粒子發(fā)出的范圍，調整start lifetime為合適的值取0.8，創(chuàng)建一個material，將shader更改為particles/additive設置texture為火焰燃燒不同階段的連續(xù)性圖片，最后設置tiles調整為適合的火焰大小，火焰特效基本完成。