基于VR的空客A320演示与逃生教学平台的设计与制作

丁佳明，施浩，王建章

摘要：VR（虚拟现实）作为一种近年来备受关注的新兴技术，在囊括传统多媒体各式形式的同时具有其无法比拟的高度沉浸感和强大自由度。以上特点意味着通过VR传递内容更直观，更具可交互性。本文以A320虚拟教学平台制作为案例，按测绘、建模、排布、贴图以及VR交互的实现提供一种制作相关软件的具体思路及在制作过程中需要注意的细节问题。

关键词：A320逃生演练;虚拟仿真教学平台;UNITY 3D;VR交互实现

中图分类号：TP311`      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0103-03

1 引言

历史证明每隔30年VR技术总会随着人们对其狂热度的增加而发展。到2016年，随着高端显卡市场的崛起，电脑算力已完全满足VR环境搭建需求的情况下， HTC、Oculus、Sony三大头显相继发货标志着这一年为VR元年。此后，VR技术在各个领域大放异彩 VR+智慧城市、VR+区域文旅、VR+文化教育各种概念层出不穷。

航空领域内，我国自主研发的C919飞机试飞成功的背后少不了VR模拟飞行系统的支持。该技术依靠计算机实现驾驶员在整个飞行阶段进行机内操控以及对实际飞机中飞行的参数进行监控分析，确保飞机在预飞和实际飞行中相关参数的准确和正常，为C919成功首飞提供坚实的数据保障。

本文采用虚拟现实技术与空客A320客舱模拟相结合的方法，基于3Dmax2018和Unity3D建立起一个可以兼具机型演示和机内逃生的教学平台。项目所做模型均依照飞机真实的尺寸和比例进行搭建，利用VR无可比拟的优势：强大的可交互性和虚拟沉浸性，通过项目内置多媒体语音和文字帮助体验者直观地了解空客A320的飞机结构和飞机布局。不仅如此，该项目还是一款逃生模拟器，尽管现今交通工具关于安全的规章制度已较为完善，但是紧急情况的逃生意识和能力仍是人们所必备的，本项目旨在加强体验者在突发状况下的处理能力，以教学性的方式传达正确做法。

2 建模与场景搭建

2.1测绘

目的是通过记录数据为后续项目以真实比例呈现奠定基础。

通过对客舱图纸的查询以及A320模拟器中的物件进行实地测量。运用千分尺、游标卡尺等工具采取多次测量取平均值的方法帮助获得相对精准的测量值。将测绘好的数据经过扫描数字化后导入计算机，经图像配准后进行矢量化，之后将拍摄得到的图片资料导入计算机，为之后的贴图做准备。

2.2模型建立

为了更真实地还原飞机内部各个物件，本项目将3dmax2018作为建模的主要平台，realitycapture为辅助设计平台。

部分较为复杂的模型实则可拆解为多个基本立体图形，之后通过计算得出该模型的各项几何参数和三维坐标，并分别在3dmax的xyz中输入。将所建复杂模型的子模型的位置参数设置完毕后，需要选定所有模型并点击组命令，为的是方便后续的修改操作。对于复杂的模型而言，主要有两种创建手段。其一是通过3dmax中模型修改工具，例如布尔运算（将多种模型按交、并、补的方式进行叠加），挤出（二维图形转为三维物体）、FFD（可将模型以顶点分为不同区域，并对其中的部分顶点进行基本操作：平移、缩放、旋转）等，针对不同模型，首先需要分析其组合的形式和特点，灵活运用3dmax的修改工具以求达到准确高效。

其二便是利用RealityCapture这款软件了，首先需要准备单一物体的全方位照片40张左右，统一导入软件里，点击start系统就会自动进行计算物体的3d模型并生成。然后在reconstruction的栏目里选定normal detail 增加物体的细节，最后点击texture，电脑会自动获取照片的贴图信息并自动贴图。最后把模型导出为obj格式并导入3damx进行略微修改便可完成。

2.3从3dmax平台到unity3d平台的过渡

模型搭建完毕后，为了实现VR的各项交互功能，需要将模型导入游戏开发平台Unity3D进行下一步处理。

在模型保存为obj或fbx格式之前，需要将所有图形的三角面转化为四边面，操作方法是对模型右键转化为可编辑多边形后，点击塌陷命令其作用是删除所选定模型的各种修改记录，只保留点线面的位置关系，降低电脑内存占用。接着对于某些看起来不平整的模型需要对其添加涡轮平滑的命令以增加其视觉效果。最后还要注意模型的坐标是否统一，因为如果不统一，进入unity中模型就会产生错位。为此需要在3dmax中选定模型，点击重置工作轴命令。

待所有物体均导入unity中，则要进行模型的排布工作。合理运用软件中的xyz坐标和三视图来帮助修改位置参数，由于模型之前绑定过组的命令，那么如果要移动某一模型时，该模型的子模型也会同步移动。小组严格按照A320的空间位置进行放置，保证所建场景的真实性。

2.4 贴图

模型真实程度与建模质量与贴图质量均密切相关，为了呈现最好的效果，项目研究了贴图的相关知识。

对一个模型按照pbr材质的要求进行贴图。图片的选取上均采用4k超高清的分辨率，为了增加物体的材质感 还需要添加高度贴图、法线贴图、凹凸贴图等。同时还要在unity的贴图栏中对相关参数进行一定的修改。

2.5 火焰特效

由于项目逃生基于火災场景，项目需要自行创建火焰特效，力求逃生场景的真实。

需要在燃烧的物体上添加一个点光源并添加一个粒子特效，调整粒子发出的范围，调整start lifetime为合适的值取0.8，创建一个material，将shader更改为particles/additive设置texture为火焰燃烧不同阶段的连续性图片，最后设置tiles调整为适合的火焰大小，火焰特效基本完成。