基于CS-soure游戏引擎虚拟化工厂仿真系统的开发

何鹏飞，赖春明

（湖南化工职业技术学院，湖南株洲 412011）

基于CS-soure游戏引擎虚拟化工厂仿真系统的开发

何鹏飞1，赖春明1

（湖南化工职业技术学院，湖南株洲 412011）

利用3dsmax进行化工厂设备的建模，利用CS-soure游戏引擎来展现化工设备的实景效果。具有很强的操作性及良好的现实场景效果。

虚拟现实；游戏引擎；CS-soure；化工厂；化工设备

0 前 言

化工生产的多样性和复杂性赋予了化工厂的特殊性。其牵涉设备多，安全要求高。

企业培训及学校教学实习等，存在较多的限制。虚拟化工厂可以再现化工厂的各种场景，各种设备和机器由于现实种种因素制约，不能够很好的展现其结构和形态，通过计算机虚拟现实技术可以有效和方便的实现。也可为企业演练及学校教学提供场景练习。

虚拟现实技术是利用计算机模拟产生一个三维空间，提供使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。现今虚拟技术日亦成熟。各种虚拟开发工具应有尽有，而大多数的开发工具不是太过专业就是太过昂贵。而现今3D网络游戏日亦发展，其场景生灵活现，绘声绘色。本身就是一个虚拟的世界。而这一切得得意于3D游戏引擎。游戏引擎因其良好的图像效果使游戏更加的逼真。

1 游戏引擎

计算机的发展催化了3D游戏的发展，3D游戏开发的难点再于三维技术及其中声、光、影、粒子系统、物理碰撞的实现等等。许多游戏开发都需要这方面的技术，于是专业的三维技术及相关用户的交互软件块集出现，它可以用在很多的游戏当中，这个包含诸多三维技术及交互的软件块集就称之为游戏引擎，就像一台汽车的发动机可以装配在不同的汽当中。不同的游戏公司利用相同的游戏引擎可以做出不同的游戏。著名游戏CS-soure和CS-GO就是一个例子。其中使用的引擎就是由美国VAVLE公司开发的CS-source引擎（简称source引擎）。

2 source引擎概论

CS-soure本是一款网络游戏，其中应用的游戏引擎就是Source引擎，Source引擎是很复杂的3D引擎，拥有多套渲染器。Source引擎包含了很多不同的模组，开发者可以在引擎的源包中取出以及添加进其他的元素。

Source引擎有优秀的光影效果。其渲染器是基于Microsoft Direct X 9.0的API，并借助Half-Life SL高阶编程语言编写引擎，Valve公司采用DirectX架构，对Shader2.0b甚至是Shader3.0 Model的支持。Source引擎对用户开放，其集成的HAMMER编辑器可以方便的自己创造自己想的游戏。

source引擎因其起灵活性、良好的交互、完整的模块集成给予开发者更多的空间。且source引擎面向用用户授权。虚拟化工厂仿真系统引入source引擎，使开发更加简单。更能提供良好的网络效果。而生成的bsp文件，具有更好的移植性。建立化工厂仿真实景，设计流程图如图1所示。

图1 设计流程图

3 3dsmax三维模型的建立

虚拟仿真的各种实物是利用虚拟模型来实现的。Source引擎特有的贴图方式辐射度法线贴图，可有效的展示实景的效果，又使系统在运行变的轻盈。Source引擎本身是可以做出一些模型的，但是对于复杂的模型，却无能为力，这需要首先利用一些建模软件进行建模。笔者所采用的是3dsmax软件。3dsmax软件建模灵活多变，正满足了工厂的模型的多样化和复杂性这一特点。3dsmax建立的模型更好的导入到Source引擎中，利用3dsmax对化工厂实景进行建模。3dsmax建模在移植到Source引擎中时，受到面片的限制，单个物体最好不要超过6 000个面。所以在用3dsmax在进行建模的时候，不能一味的追求细腻的效果，而过多增加设备的面片。所以在建模的时候尽可能精减面片，最好是用edit poly即多边形建模方式去建。如下图2利用3dsmax软件建立的一个泵体模型。

图2 edit poly泵体模型

图3 泵体的面片统计数据

从图3上可以看出此泵体面片为2 985片，而如果用其他建模方法，可能需要10万甚至几十万的面片，当然面片越少越好。越少的面片在引擎中的表现，其处理速度也越快。尤其当模型较多的时候，更加的占用电脑的资源。

类似的可以进行构建更多的设备模型。模型不需要很精细，重要与之的配合的是贴图，良好的贴图可以很好的反应实物，我们在引擎中不是用过于精细的模型去表现一个物体的细节，而是通过良好的贴图去表现。模型的优质贴图，最好在3dsmax中就做好，贴图最好采用UVW贴图的方式，把贴图整合成一张图片。比如说一个人物模型，其贴图就是UVW贴图方式。

类似的方法可建立的化工厂其中的一个机泵组的模型如图4中所示。

图4 机泵组的模型

4 Source引擎hammer编辑器

4.1 Source引擎

Source引擎本身自带了hammer编辑器，用来编译自己的地图文件。Source引擎所驱动的游戏就是由这个功能强大的编辑里完成的。我们利用Source引擎也是用hammer编辑器。把用3dsmax做好的模型文件，导入到这个hammer编辑器，然后编译成*.bsp文件，这样Source引擎就能够读取了。而我们做的模型就会展现在计算机中。展现出丰富的实景效果。

图5 hammer编辑器

4.2 3dsmax模型的导入

用3dsmax做好的模型，不能直接导入到，hammer编辑器中，需要进行格式的转换。

须将MAX文件输出成SMD文件，然后再把SMD文件利用相关软件合成为*.mdl文件，才可以应用到hammer编辑器中。本文作者是应用的studiocompiler软件合成的。由此变成Source引擎中的模型。注意模型的贴图，格式为需要为tga格式，英文名称。用rgb 8位模式进行编辑，而分辨率须是2的倍数，比如400X560，保存的时候选择24位。如图6所示。

图6 3dsmax模型的导入流程

Hammer编辑中对Mdl格式文件的引用如图所示。由于泵的模型是不可动模型，可采用静物模式（prop＿static）。若要产生动态效果可选择prop＿dynamic，不过所应用的Mdl格式文件应包含动态效果。这在场景的模拟中非常有用。如果要实现物理碰撞的效果，还需要对模型添加物理的碰撞，此时的Hammer编辑中需要用到prop＿physics这个命令。总之想得到什么样的物理效果，Hammer编辑器都可以实现，但是需要你的Mdl格式文件已经有这种效果在里面。

化工生产设备的模型在系统当在是一个空虚的模型，需要建立物理系统，比如材料、外观、刚性等Source引擎有良好的刚体动力学以及约束、关节链，刚性物体不能在系统中被打碎、弯曲或者其他形式的扭曲。关节节点就是常说的活动连接，这种连接允许你将两个物体有机地连接在一齐。

图7 静态命令的使用

4.3 文件的编译

做好的场景是在hammer编辑器中，并没有产生完全的实景的效果，并且各种物体都是可编辑的，这需要我们进行编译。

编译完毕的场景，在Source引擎中有优良的显示效果。其中的光影都非常的真实。如下图所示。

图8 hammer编辑器的泵的效果

图9 hammer编辑器的编译

图10 编译后的场景

5 网络系统

Source引擎提供了多人联机使用主从式（客户端－服务器）网络构架。服务器通常指运行游戏的专用主机，客户端指连接到服务器的玩家电脑。客户端与服务器之前通过发送数据包（又称封包）来通信（频率很高，通常每秒20－30个封包）。客户端从服务器接收到当前“世界”的状态后，据这些数据来创建视频和音频输出。客户端同样也从输入设备（键盘、鼠标、麦克风等）采集数据并发回服务器进行进一步处理。客户端仅仅与服务器进行着通信，而不与其他客户端通信（即非P2P）。与单机游戏相比，多人联机游戏需要解决各种各样的通信问题。

此项功能可以使企业在应急演练中不是一个人，而是一个团队进行合作进行响应。多人在进行联机的时候进行相关对话。

6 系统的可移植性

用3dsmax制作模型，利用Source引擎编译为*.bsp文件，具有良好的移植性，只需要对*.bsp文件进行操作就可行了，就是所谓的地图文件。工厂的不同场景可以整合在一张地图文件里，也可以生成多个地图文件。

7 总结

基于3D和CS-soure的漫游系统开发流程快，并且仿真效果也十分好，具有更多交互形式等优点。利用，3D＋CS-soure可以实现工厂的仿真效果，在企业的演练及学校的教学中都可以很好的应用。

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Based on the development of CS－soure game engine virtual chemical plant simulation system

He Peng-fei,Lai Chun-ming
（Hunan College of Chemical Technology，Zhuzhou，Hunan 412011 China）

Modeling of chemical plant equipment using 3dsmax，using the CS－soure game engine to show the real effect of chemical equipment.Has very strong operability and good realistic scene effect.

virtual reality；game engine；CS－soure；chemical plant Chemical equipment

TQ113.29

B

1003-6490（2015）04-0049-04

课题编号：HNHY2014003

2015－08－07

何鹏飞（1982－），男，安徽亳州人，讲师，研究领域：过程装备与控制工程。