基于Unity3D的接地电阻测量仪虚拟操作设计

冯宗杰 火箭军工程大学士官学院

基于Unity3D的接地电阻测量仪虚拟操作设计

冯宗杰 火箭军工程大学士官学院

良好的沉浸感、交互性和实时性是虚拟现实技术的重要特点，虚拟现实技术是通过建立逼真的环境，使用户沉浸在虚拟环境中，具有身临其境的感受。利用虚拟现实技术，不仅能够构建具有真实感的虚拟仿真展示平台，在产品开发设计过程中通过虚拟设计平台降低研发成本，避免新产品开发的风险。Unity3D作为虚拟现实软件的后起之秀，起步就定义为多平台高端大型游戏开发引擎。它对DirectX和OpenGL的图形渲染管道进行了高度优化，使低端硬件也可以流畅地运行漫游展示、虚拟仿真、交互式动画等，并能够创造出高质量3D仿真系统和真实视觉效果。它能够与HTML、Flash等进行良好的交互，并支持C#、JavaScript等多种脚本语言。针对接地电阻测量仪使用培训、工作原理学习等方面的需求，基于Unity 3D游戏开发引擎，设计并实现了接地电阻测量仪虚拟操作平台。

一、接地电阻测量仪虚拟操作设计流程

基于Unity 3D的接地电阻测量仪虚拟操作设计的设计流程如图1所示。

图1　接地电阻测量仪虚拟操作设计流程

二、接地电阻测量仪虚拟操作设计实现

（一）接地电阻测量仪Solidworks建模及装配

虚拟现实三维模型是整个虚拟操作平台的基础，模型的好坏直接影响运行速度和效果，平台首选Solidworks进行接地电阻测量仪的三维建模。该软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

实现接地电阻测量仪三维建模的步骤如下：

（1）根据接地电阻测量仪外形进行设备拆分，获得接地电阻测量仪结构组成及相关外形尺寸；

（2）根据设计思路，选择合适的基准面，选取截面进行基本特征绘制，通过拉伸，阵列、拔模等命令建立单个零件三维逼真模型。

（3）利用Solidworks的强大功能，通过各种约束条件，将接地电阻测量仪所有零件进行装配。

（4）将完整的接地电阻测量仪导出3DMAX能够识别的格式文件。

（二）接地电阻测量仪三维模型贴图

为了是接地电阻测量仪及相应场景具有逼真的效果，需要通过3DMAX软件对接地电阻测量仪进行渲染，配合相关贴图编辑软件对接地电阻测量仪进行表面材质处理，提高渲染效果。

对于在Solidworks中难实现的不规则形状，可以通过3DMAX软件进行修改设计，达到逼真效果。同时对于用到的接地电阻测量仪操作动画，可以在3DMAX软件中进行编辑并保存。制作完成的接地电阻测量仪如图2所示。

图2　接地电阻测量仪外观图

（三）接地电阻测量仪虚拟操作设计

（1）虚拟场景设计

将3DMAX处理后的接地电阻测量仪导出为*.FBX文件，并放在Unity 3D的资源文件夹Assets中，Unity 3D将自动导入相应的贴图和动画文件，然后将模型添加到虚拟场景中，通过拖放、缩放、旋转等指令对接地电阻测量仪模型进行属性设置，达到理想效果。

为了进行可视化虚拟操作，必须对场景增加主摄像机和灯光，为了多视角观察操作效果，可以在场景中不同角度添加不同的摄像机建立相应的从属关系，通过设置选取不同的观察角度。

（2）虚拟脚本设计

Unity3D支持JavaScript、C#、BOO三种不同的脚本，其中C#功能最强大。但对于初学之来说，格外是没有编程语言基础的人来说，这无疑增加了设计难度，为此，有人开发设计了Unity3D Playmaker插件，Playmaker既是一个可视化脚本工具，又是一个分层逻辑框架。设计师、程序员使用Playmaker能够很快地完成游戏原型制作，既适合独立开发者，又适用于团队协作。Playmaker能够大大提高开发效率，让你的游戏变得更加完美，它可以实现不需要编写代码，并可以完成虚拟操作的功能。因此采用该插件进行编写，从而缩短开发周期。其编写代码如图3所示。

图3　Playmarker编写的部分可视化代码

三、接地电阻测量仪虚拟操作效果展示

虚拟操作平台搭建完成后，可实现整体场景与操作场景切换，操作场景缩放、平移、旋转，线路安装，仪表操作，数值读取等功能，基本实现与实际操作一直的效果，提到训练效果，整体效果如图4所示。

图4　虚拟操作效果图

四、小结

基于Unity3D软件平台，采用Playmaker第三方插件，针对接地电阻测量仪的使用培训，工作原理学习等方面的需求，设计了接地电阻测量仪的虚拟操作平台，并对虚拟场景交互进行了深入研究。该平台逼真度高，交互性强，对职业院校的学生进行学习接地电阻测量仪的结构原理，掌握其使用方法具有很大的应用价值。