基于Unity 3D的远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景构建

摘要：传统的三维可视化场景往往需要大量的数据传输，尤其是在远距离无线传输时，数据延迟和丢失可能会成为问题。Unity 3D通过优化数据压缩和传输协议，可以提高数据传输的效率和稳定性。因此，文章提出基于Unity 3D的远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景构建。文章通过设计无线传输三维可视化虚拟仿真场景架构，构建远距离无线传输三维可视化虚拟仿真模型，生成Unity 3D传输用户界面，实现了三维可视化虚拟仿真场景的构建。实验结果表明，设计的方法在绕射损耗、大气损耗、反射损耗、自由空间损耗等方面均较低，符合无线传输数据测量要求，提高了远距离无线传输质量。

关键词：Unity 3D；远距离；无线传输；三维可视化；虚拟仿真场景

中图分类号：TP391.9""文献标志码：A

0"引言

远距离无线传输存在安全加密性差以及传输的延时长等问题，难以保证传输的质量^［1］。三维可视化虚拟仿真技术可以将无线传输数据、图像、视频等信息转换为仿真场景，使用户全面进行数据感知，与虚拟环境进行实时互动^［2-4］。但是受到远距离无线传输的客观因素限制，可视化虚拟仿真场景的构建难度较高。

相关研究人员针对远距离无线传输特点设计了几种常规的无线传输三维可视化虚拟仿真场景构建方法。例如：徐凯等^［5］利用数据驱动技术调整I/O信号传输结构，结合3D Max建模软件进行逐一调试，降低了场景的调试成本，但该方法的直观性不足。连远锋等^［6］基于数据结构与算法可视化技术生成了DSAVDVR架构，设置了契合参量，满足了场景的真实性要求，但易受突发场景影响，整体偏差较高。

Unity 3D以其卓越的跨平台能力、强大的图形渲染技术、实时开发环境、丰富的资源和插件市场、灵活的编程语言支持、内置的物理引擎和动画系统、完善的网络功能、庞大的社区支持和持续的技术更新，成了游戏开发、虚拟现实、增强现实、模拟训练、教育、建筑可视化等领域的首选开发工具。无论是经验丰富的开发者还是初学者，都能在Unity 3D的直观界面和可视化脚本系统中找到适合自己的开发方式，快速高效地实现创意，打造出视觉震撼且性能卓越的应用和游戏。为了解决上述方法存在的问题，满足传输交互要求，本文基于Unity 3D设计了一种有效的远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景构建方法。

1"传输三维可视化虚拟仿真场景Unity 3D构建方法设计

1.1"设计无线传输三维可视化虚拟仿真场景架构

无线传输三维可视化虚拟仿真场景对传输频段覆盖度要求较高，须要根据实际需求构建三维可视化虚拟仿真场景架构。在登入虚拟仿真场景后，须要立即进行身份验证，按照虚拟通信状态完成交互。具体的无线传输三维可视化虚拟仿真场景架构如图1所示。

1.2"构建远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景模型

在实际远距离无线传输的过程中，接收信号功率均值会发生动态变化，容易受到外界环境干扰，导致仿真场景的拟合度不足。针对该问题，本文分析了远距离无线传输特性，构建了三维可视化虚拟仿真场景模型，须要计算传输总损耗L，计算如公式（1）所示。

L=L0+LR+LD+LA（1）

公式（1）中，L0代表无线传输自由空间损耗，LR代表无线传输反射损耗，LD代表传输绕射损耗，LA代表通道吸收损耗。任何介质都会阻挡无线传输效果，造成一定的传输损耗，因此，可以根据自由空间的传输关系，计算空间传输权重D，如公式（2）所示。

D=lgf+lgd（2）

公式（2）中，f代表无线传输信号频率，d代表传输距离。确定通信点的收发高度，计算无线通信传输损耗因子M，如公式（3）所示。

M=1+2RREtanθ（3）

公式（3）中，R代表发射点与接收机之间的距离，RE代表涅菲尔损耗系数，结合反射系数与损耗因子，可以进行传输修正，构建的远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景模型vs如公式（4）所示。

vs=‖Xs-∑mi=1ωiXs‖，s=1，2，…，m（4）

公式（4）中，Xs代表传输差异参量，ωi代表传输异常偏差，使用上述设计的仿真场景模型可以对传输状态进行分类描述，获取更真实的传输参数，保证了虚拟仿真场景的拟合性。

2"实验

2.1"实验准备

为了验证远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景传输效果，本文选取MATLAB作为实验平台，获取实时传输数据。本文以VHF标准作基础，设置基础发射频率与接收频率范围，创设实验交互界面。根据传输场景中的光照强度等参数，选择海上无线传输场景作为实验场景。共设置6种不同类型的无线传输实验节点，包括物理传输节点、操作传输节点以及特殊节点。

2.2"实验结果与讨论

本实验在预设的无线传输空间中，通过设置路由和调整URL域，按照编程要求随机生成了无线传输实验场景。实验对比了基于Unity 3D的方法、数据驱动技术方法和数据结构与算法可视化技术方法在不同通信距离下的绕射损耗、大气损耗、反射损耗和自由空间损耗，通过DEE工具输出。对比实验结果可知，本文提出的虚拟仿真场景构建方法在通信距离分别为4.545km、6.264km、8.845km、10.363km、12.846km和14.259km时，绕射损耗、大气损耗、反射损耗和自由空间损耗的数值均低于徐凯等^［5］和连远锋等^［6］的虚拟仿真场景构建方法。具体来看，本文方法在不同通信距离下的绕射损耗分别为85.125 dB、86.414 dB、88.253 dB、84.945 dB、85.241 dB和86.285 dB，大气损耗为12.541 dB、11.242 dB、13.594 dB、15.852 dB、14.254 dB和12.268 dB，反射损耗为9.045 dB、9.182 dB、9.363 dB、9.584 dB、9.253 dB和9.021 dB，而自由空间损耗则极低，分别为0.001 dB、0.001 dB、0.002 dB、0.003 dB、0.002 dB和0.001 dB。相比之下，徐凯等^［5］的方法在相同通信距离下的绕射损耗、大气损耗、反射损耗和自由空间损耗均较高，分别为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。连远锋等^［6］的方法同样显示出较高的损耗值，绕射损耗在105.256 dB至109.856 dB之间，大气损耗在26.825 dB至28.236 dB之间，反射损耗在14.254 dB至16.185 dB之间，自由空间损耗在0.054 dB至0.089 dB之间。

综上所述，本文的虚拟仿真场景构建方法在各项损耗指标上均优于徐凯等^［5］和连远锋等^［6］的方法，表明本文方法在模拟通信场景时能够更有效地减少信号传输过程中的损耗，从而提高通信效率和可靠性。

3"结语

综上所述，随着无线通信技术的快速发展，5G技术逐渐普及，在各个领域应用广泛，为远距离无线传输提供更高的带宽、更低的延迟和更稳定的连接支持。远距离无线传输指在相对广阔的范围内进行无线信号传输，例如：卫星通信、无线电广播等，覆盖几百千米甚至更远的范围，其交互难度较高。本研究成功开发了一种基于Unity 3D的远距离无线传输三维可视化虚拟仿真场景构建方法，有效解决了用户触发事件导致的传输损耗问题。通过精心设计的场景架构、模型构建和用户界面生成，该方法显著降低了绕射损耗、大气损耗、反射损耗和自由空间损耗，确保了数据传输的准确性和稳定性。实验结果验证了该方法在提升无线传输质量方面的优越性，满足了实际应用中的数据测量要求。该方法有望在无线通信领域发挥更大的作用，为远距离无线传输技术的发展提供强有力的支持。

参考文献

［1］杨昆，傅学振，于文艳，等.应用物联网通信技术的大气污染物监测信息无线传输方法研究［J］.环境科学与管理，2024（2）：131-135.

［2］杜娟，马红波，魏清新，等.实现3 kW功率与50 Mb/s速率的电能-数据同步无线传输的解耦设计技术［J］.电工技术，2023（23）：50-55.

［3］何世文，官沛雯，安振宇，等.基于图神经网络的低复杂度无蜂窝大规模MIMO无线传输［J］.无线电通信技术，2023（3）：393-401.

［4］刘宇，胡上茂，刘刚，等.基于LoRa和GPRS的山区输电线路监测信号无线传输方案［J］.高压电器，2023（2）：177-183，189.

［5］徐凯，曹锦江，王瑞琪，等.基于数据驱动的加工单元虚拟调试可视化平台设计与实现［J］.机械工程师，2024（4）：100-104，108.

［6］连远锋，张鑫，庄永琪，等.数据结构与算法可视化调试虚拟仿真实验系统设计［J］.实验技术与管理，2023（5）：122-129，159.

（编辑"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