基于Unity3D和3DSMax的水库虚拟仿真系统设计.pdf
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1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER107第 40卷第 2期基于 Unity3D 和 3DSMax 的水库虚拟仿真系统设计薛宇彤1,贺泽星1,郭永刚1,苏立彬1,2(1.西藏农牧学院水利土木工程学院,西藏 林芝 860000;2.西藏土木水利电力工程技术研究中心,西藏 林芝 860000)摘要:随着技术的发展和应用范围的扩大,数字孪生技术已经被广泛应用于诸如能源、制造、交通、医疗、城市规划等领域,成为数字化转型的重要手段之一。介绍了基于 Unity3D 和 3DSMax 的水库虚拟仿真系统的设计。该系统旨在利用虚拟现实技术提供沉浸式的漫游体验。设计过程包括场景建模、材质处理和交互功
2、能的实现。以西藏某大坝为例,通过 3DSMax软件对实际大坝建筑结构进行建模,创建了一个高度详细的三维模型并添加材质。通过准确的测量数据和参考图纸,精细地重现了大坝的各个细节。通过使用WorldComposer 地形建模插件重现了山脉、水体、道路和建筑物,通过 Unity3D 平台实现飞行、漫游等功能,使用户能够自由地在大坝周围移动和探索。通过细致的场景建模、材质处理和交互功能的实现,用户可以在虚拟环境中自由探索大坝及周围库区的壮丽景观和建筑结构,提供了一种全新的观赏和学习方式。该系统具有广泛的应用前景,可在旅游、教育和工程领域等方面发挥重要作用。关键词:Unity3D;三维场景建模;交互;碰
3、撞检测中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1006-3951(2024)02-0107-05DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.025Design of Virtual Simulation System for Reservoir Based on Unity3D and 3DSMaxXUE Yutong1,HE Zexing1,GUO Yonggang1,SU Libin1,2(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering,Tibet Agriculture and Animal
4、 Husbandry University,Linzhi 860000,China;2.Tibet Civil Water Resources and Hydropower Engineering Technology Research Center,Linzhi 860000,China)Abstract:With the development of technology and the expansion of its application scope,digital twin technology has been widely applied in fields such as e
5、nergy,manufacturing,transportation,healthcare,urban planning,and has become one of the important means of digital transformation.This article introduces the design of a reservoir virtual simulation system based on Unity3D and 3DSMAx.The system aims to provide an immersive roaming experience using vi
6、rtual reality technology.The design process includes scene modeling,material processing,and implementation of interactive functions.Taking a dam in Xizang as an example,the actual dam building structure was modeled through 3DSMAx software,and a highly detailed 3D model was created and materials were
7、 added.Through accurate measurement data and reference drawings,various details of the dam were finely reproduced.By using the WorldComposer terrain modeling plugin to recreate mountains,water bodies,roads,and buildings,flying,roaming,and other functions are achieved through the Unity3D platform,all
8、owing users to freely move and explore around the dam.Through detailed scene modeling,material processing,and interactive functions,users can freely explore the magnificent landscape and architectural structure of the dam and surrounding reservoir areas in a virtual environment,providing a new way o
9、f viewing and learning.This system has broad application prospects and can play an important role in tourism,education,and engineering fields.Keywords:Unity3D;3D scene modeling;interactive;collision detection收稿日期:2023-10-10基金项目:西藏自治区科技重点研发计划项目(XZ202201ZY0034G);国家自然科学基金重点支持项目(U21A20158)作者简介:薛宇彤(1999-
10、),女,山西吕梁人,硕士研究生,主要从事数字孪生水利工程建设方面的研究工作。通信作者:郭永刚(1966-),男,黑龙江双城人,教授,博士生导师,主要从事水利水电工程强震安全检测及数字孪生水利工程建设等研究工作。*108云南水力发电2024 年第 2 期0 引言虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)是一种通过计算机技术创建的模拟虚拟环境,使用户能够身临其境地感受和体验其中的场景和情境。虚拟现实技术在各个领域都有广泛的应用。在娱乐和游戏行业,虚拟现实提供了更加沉浸式和逼真的游戏体验1。在教育和培训领域,虚拟现实可以创建真实场景的模拟环境,帮助学生进行实践和体验2。在医疗领域,虚拟现
11、实可以用于手术模拟、康复训练和心理治疗等方面3。在建筑和设计领域,虚拟现实可以帮助设计师和客户可视化建筑和室内设计方案4。虚拟现实技术正在不断发展和创新,随着硬件设备的进步和软件技术的提升,它在未来将会有更广泛的应用和更深入的影响。如今,虚拟现实技术广泛运用于旅游文化、智能制造、影视娱乐、军事演练等领域5-8。为人们提供了一种全新的体验方式,拓展了人们的感知界限,让人们能够与数字世界更加紧密地互动。为了更好地建立大坝虚拟漫游系统,利用 3DSMax 创建大坝的三维模型,然后将三维模型导入 Unity 3D,生成周围地形环境,搭建整个交互式的漫游平台,从而形成有交互功能的库区虚拟仿真系统9。1
12、三维虚拟库区的总体设计1.1 虚拟库区开发总体框架虚拟库区的设计总体框架如图 1 所示。如图 1 所示,首先通过查阅相关网站、论文等方式获取所建大坝的信息数据。包括大坝平面图 AutoCAD 和地理坐标等信息。使用 AutoCAD创建大坝三维线框模型;使用 3D 建模软件例如Maya、3DSMax 等专业建模软件,制作三维数字模型。该系统使用的是最为流行的 3DSMax 对大坝模型进行加工和渲染,从而得到更加真实的三维立体模型10。在 Unity3D 中利用插件生成真实地形,使用 Terrain 地形编辑工具调整地形,合理添加树木等自然元素;添加真实水面效果,包括水流速度,水面反射效果,水波纹
13、效果等;将建好的三维大坝模型根据其地理坐标添加到 Unity3D 的地形场景中,最后进行场景融合11。设置虚拟角色,通过给其添加 C#脚本文件,实现碰撞检测功能和第一人称漫游功能。最后利用 Unity3D 的跨平台性,生成可以通过网页浏览的 Web 格式的虚拟社区。1.2 Unity3D 中虚拟场景的设计Unity3D 是一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具12。1.2.1 Unity3D 中的地形建立使用 WorldComposer 插件完成大坝周围真实地形环境的建立。World Composer 是一个强大的地形编辑工具,可
14、以帮助开发者快速创建具有真实感的地形,并实现自然地形特征、纹理、植被等的生成和布置。在 Unity Asset Store 中搜索并下载World Composer 插件。安装完成后,将其导入到Unity 项目中。导入完成之后从“Window”菜单中找到“WorldComposer”选项,点击打开插件的工作界面。在该界面中输入大坝坐标,然后选择所需地形的经纬度范围及对应的高程和地形贴图的精度并下载,完成后可以通过“CreateTerrain”界面将地形导出至 Unity 工作场景中。1.2.2 Unity3d中真实水面效果的建立1)水面模型的导入。使用水资源包(Water Asset Pack
15、ages):Unity Asset Store 提供了各种水资源包,这些资源包提供了预先制作好的水效果。可以在 Asset Store 中搜索并下载适合系统需求的水资源包。安装和导入资源包后,可以将其添加到场景中,调整参数和效果来实现水的外观和动效。这些资源包通常提供了各种选项,如水的颜色、透明度、波浪、反射和折射等效果,可以根据需图 1 虚拟大坝总体设计流程图薛宇彤,贺泽星,郭永刚,苏立彬 基于Unity3D和3DSMax的水库虚拟仿真系统设计109求进行调整。为了增加水面的真实感,可以使用反射和折射效果。通过将水面材质的着色器设置为支持反射和折射,可以在水面上反射和扭曲周围环境的场景。这可
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