基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建

摘要：傳統(tǒng)的三維可視化場景往往需要大量的數(shù)據(jù)傳輸，尤其是在遠距離無線傳輸時，數(shù)據(jù)延遲和丟失可能會成為問題。Unity 3D通過優(yōu)化數(shù)據(jù)壓縮和傳輸協(xié)議，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。因此，文章提出基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建。文章通過設(shè)計無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)，構(gòu)建遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真模型，生成Unity 3D傳輸用戶界面，實現(xiàn)了三維可視化虛擬仿真場景的構(gòu)建。實驗結(jié)果表明，設(shè)計的方法在繞射損耗、大氣損耗、反射損耗、自由空間損耗等方面均較低，符合無線傳輸數(shù)據(jù)測量要求，提高了遠距離無線傳輸質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Unity 3D；遠距離；無線傳輸；三維可視化；虛擬仿真場景

中圖分類號：TP391.9""文獻標志碼：A

0"引言

遠距離無線傳輸存在安全加密性差以及傳輸?shù)难訒r長等問題，難以保證傳輸?shù)馁|(zhì)量^［1］。三維可視化虛擬仿真技術(shù)可以將無線傳輸數(shù)據(jù)、圖像、視頻等信息轉(zhuǎn)換為仿真場景，使用戶全面進行數(shù)據(jù)感知，與虛擬環(huán)境進行實時互動^［2-4］。但是受到遠距離無線傳輸?shù)目陀^因素限制，可視化虛擬仿真場景的構(gòu)建難度較高。

相關(guān)研究人員針對遠距離無線傳輸特點設(shè)計了幾種常規(guī)的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法。例如：徐凱等^［5］利用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)調(diào)整I/O信號傳輸結(jié)構(gòu)，結(jié)合3D Max建模軟件進行逐一調(diào)試，降低了場景的調(diào)試成本，但該方法的直觀性不足。連遠鋒等^［6］基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法可視化技術(shù)生成了DSAVDVR架構(gòu)，設(shè)置了契合參量，滿足了場景的真實性要求，但易受突發(fā)場景影響，整體偏差較高。

Unity 3D以其卓越的跨平臺能力、強大的圖形渲染技術(shù)、實時開發(fā)環(huán)境、豐富的資源和插件市場、靈活的編程語言支持、內(nèi)置的物理引擎和動畫系統(tǒng)、完善的網(wǎng)絡(luò)功能、龐大的社區(qū)支持和持續(xù)的技術(shù)更新，成了游戲開發(fā)、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、模擬訓(xùn)練、教育、建筑可視化等領(lǐng)域的首選開發(fā)工具。無論是經(jīng)驗豐富的開發(fā)者還是初學(xué)者，都能在Unity 3D的直觀界面和可視化腳本系統(tǒng)中找到適合自己的開發(fā)方式，快速高效地實現(xiàn)創(chuàng)意，打造出視覺震撼且性能卓越的應(yīng)用和游戲。為了解決上述方法存在的問題，滿足傳輸交互要求，本文基于Unity 3D設(shè)計了一種有效的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法。

1"傳輸三維可視化虛擬仿真場景Unity 3D構(gòu)建方法設(shè)計

1.1"設(shè)計無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)

無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景對傳輸頻段覆蓋度要求較高，須要根據(jù)實際需求構(gòu)建三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)。在登入虛擬仿真場景后，須要立即進行身份驗證，按照虛擬通信狀態(tài)完成交互。具體的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)如圖1所示。

1.2"構(gòu)建遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型

在實際遠距離無線傳輸?shù)倪^程中，接收信號功率均值會發(fā)生動態(tài)變化，容易受到外界環(huán)境干擾，導(dǎo)致仿真場景的擬合度不足。針對該問題，本文分析了遠距離無線傳輸特性，構(gòu)建了三維可視化虛擬仿真場景模型，須要計算傳輸總損耗L，計算如公式（1）所示。

L=L0+LR+LD+LA（1）

公式（1）中，L0代表無線傳輸自由空間損耗，LR代表無線傳輸反射損耗，LD代表傳輸繞射損耗，LA代表通道吸收損耗。任何介質(zhì)都會阻擋無線傳輸效果，造成一定的傳輸損耗，因此，可以根據(jù)自由空間的傳輸關(guān)系，計算空間傳輸權(quán)重D，如公式（2）所示。

D=lgf+lgd（2）

公式（2）中，f代表無線傳輸信號頻率，d代表傳輸距離。確定通信點的收發(fā)高度，計算無線通信傳輸損耗因子M，如公式（3）所示。

M=1+2RREtanθ（3）

公式（3）中，R代表發(fā)射點與接收機之間的距離，RE代表涅菲爾損耗系數(shù)，結(jié)合反射系數(shù)與損耗因子，可以進行傳輸修正，構(gòu)建的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型vs如公式（4）所示。

vs=‖Xs-∑mi=1ωiXs‖，s=1，2，…，m（4）

公式（4）中，Xs代表傳輸差異參量，ωi代表傳輸異常偏差，使用上述設(shè)計的仿真場景模型可以對傳輸狀態(tài)進行分類描述，獲取更真實的傳輸參數(shù)，保證了虛擬仿真場景的擬合性。

2"實驗

2.1"實驗準備

為了驗證遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景傳輸效果，本文選取MATLAB作為實驗平臺，獲取實時傳輸數(shù)據(jù)。本文以VHF標準作基礎(chǔ)，設(shè)置基礎(chǔ)發(fā)射頻率與接收頻率范圍，創(chuàng)設(shè)實驗交互界面。根據(jù)傳輸場景中的光照強度等參數(shù)，選擇海上無線傳輸場景作為實驗場景。共設(shè)置6種不同類型的無線傳輸實驗節(jié)點，包括物理傳輸節(jié)點、操作傳輸節(jié)點以及特殊節(jié)點。

2.2"實驗結(jié)果與討論

本實驗在預(yù)設(shè)的無線傳輸空間中，通過設(shè)置路由和調(diào)整URL域，按照編程要求隨機生成了無線傳輸實驗場景。實驗對比了基于Unity 3D的方法、數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法可視化技術(shù)方法在不同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，通過DEE工具輸出。對比實驗結(jié)果可知，本文提出的虛擬仿真場景構(gòu)建方法在通信距離分別為4.545km、6.264km、8.845km、10.363km、12.846km和14.259km時，繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗的數(shù)值均低于徐凱等^［5］和連遠鋒等^［6］的虛擬仿真場景構(gòu)建方法。具體來看，本文方法在不同通信距離下的繞射損耗分別為85.125 dB、86.414 dB、88.253 dB、84.945 dB、85.241 dB和86.285 dB，大氣損耗為12.541 dB、11.242 dB、13.594 dB、15.852 dB、14.254 dB和12.268 dB，反射損耗為9.045 dB、9.182 dB、9.363 dB、9.584 dB、9.253 dB和9.021 dB，而自由空間損耗則極低，分別為0.001 dB、0.001 dB、0.002 dB、0.003 dB、0.002 dB和0.001 dB。相比之下，徐凱等^［5］的方法在相同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗均較高，分別為102.155 dB至103.298 dB、22.246 dB至29.531 dB、11.154 dB至15.226 dB和0.015 dB至0.035 dB。連遠鋒等^［6］的方法同樣顯示出較高的損耗值，繞射損耗在105.256 dB至109.856 dB之間，大氣損耗在26.825 dB至28.236 dB之間，反射損耗在14.254 dB至16.185 dB之間，自由空間損耗在0.054 dB至0.089 dB之間。

綜上所述，本文的虛擬仿真場景構(gòu)建方法在各項損耗指標上均優(yōu)于徐凱等^［5］和連遠鋒等^［6］的方法，表明本文方法在模擬通信場景時能夠更有效地減少信號傳輸過程中的損耗，從而提高通信效率和可靠性。

3"結(jié)語

綜上所述，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G技術(shù)逐漸普及，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為遠距離無線傳輸提供更高的帶寬、更低的延遲和更穩(wěn)定的連接支持。遠距離無線傳輸指在相對廣闊的范圍內(nèi)進行無線信號傳輸，例如：衛(wèi)星通信、無線電廣播等，覆蓋幾百千米甚至更遠的范圍，其交互難度較高。本研究成功開發(fā)了一種基于Unity 3D的遠距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法，有效解決了用戶觸發(fā)事件導(dǎo)致的傳輸損耗問題。通過精心設(shè)計的場景架構(gòu)、模型構(gòu)建和用戶界面生成，該方法顯著降低了繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果驗證了該方法在提升無線傳輸質(zhì)量方面的優(yōu)越性，滿足了實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)測量要求。該方法有望在無線通信領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為遠距離無線傳輸技術(shù)的發(fā)展提供強有力的支持。

參考文獻

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（編輯"王永超）

Construction of a 3D visualization virtual simulation scene for long-distance wireless transmission based on Unity 3D

TANG "Mei， ZHOU "Yu， MENG "Li

（College of Electronic and Information Engineering， Wuzhou Vocational College， Wuzhou 543002， China）

Abstract： "Traditional 3D visualization scenes often require a large amount of data transmission， especially in long-distance wireless transmission， where data delay and loss may become problems. Unity 3D can improve the efficiency and stability of data transmission by optimizing data compression and transmission protocols. Therefore， a method for constructing a three-dimensional visualization virtual simulation scene for long-distance wireless transmission based on Unity 3D is proposed. By designing a three-dimensional visualization virtual simulation scene architecture for wireless transmission， constructing a long-distance wireless transmission three-dimensional visualization virtual simulation model， and generating a Unity 3D transmission user interface， the construction of a three-dimensional visualization virtual simulation scene has been achieved. The experimental results show that the designed method has low diffraction loss， atmospheric loss， reflection loss， free space loss， etc.， which meets the requirements of wireless transmission data measurement and improves the quality of long-distance wireless transmission..

Key words： Unity 3D; long distance; wireless transmission; 3D visualization; virtual simulation scene