馮劍川　杜軼焜+伊鑫

摘要：針對(duì)院校各類型專業(yè)競(jìng)賽逐年增多但競(jìng)賽組織效率偏低的現(xiàn)狀，基于Unity3D開發(fā)了通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有三維場(chǎng)景生成、可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)布置、競(jìng)賽流程模擬演練和方案報(bào)表生成等功能，有效提高了競(jìng)賽組織效率，具有廣泛的應(yīng)用前景和較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Unity3D；競(jìng)賽流程；模擬演練

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）13-2971-03

A Simulation System of Communication Competition Based on Unity3D

FENG Jian-chuan1， DU Yi-kun 2， YI Xin 1

（1.Bengbu Naval Petty Officer Academy， Bengbu 233012， China； 2.China Aerodynamics Research and Development Center with High-speed， Mianyang 621000， China）

Abstract： According to the actuality of the low organizational efficiency for all types of professional competitions which is increasing every year， ， we design a professional communication competition process simulation training system based on Unity3D. The system has a three-dimensional scene generation， visualization contest site layout， process simulation and report generation capabilities. The work of this paper improves the efficiency of the organization of the competitions， with a wide range of applications and high promotional value.

Key words： Unity3D； competition process； simulation exercise

目前，院校組織的各類型專業(yè)競(jìng)賽逐年增多。通常，競(jìng)賽組織者根據(jù)競(jìng)賽總體要求，先期熟悉場(chǎng)地環(huán)境，之后進(jìn)行競(jìng)賽準(zhǔn)備方案撰寫，主要包括場(chǎng)地布置、人員車輛分配調(diào)度、流程安排等，進(jìn)而召集相關(guān)人員召開競(jìng)賽前期準(zhǔn)備協(xié)調(diào)會(huì)，通報(bào)準(zhǔn)備情況，部署競(jìng)賽組人員具體分工，之后按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)檢查落實(shí)情況。在競(jìng)賽前組織兩至三次預(yù)演，熟悉整個(gè)流程，發(fā)現(xiàn)存在的問題并及時(shí)修正。

在組織競(jìng)賽過程中，普遍存在方案制定繁瑣復(fù)雜、前期預(yù)演效率低下、人員組織協(xié)調(diào)難度大等諸多問題。因此，競(jìng)賽組織者迫切需要一種能夠輔助其進(jìn)行競(jìng)賽組織的工具。為解決以上問題，以通信類專業(yè)競(jìng)賽為切入點(diǎn)，該文提出“基于Unity3D的通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)”。Unity3D是一款專業(yè)3D引攀，具備跨平臺(tái)發(fā)布、高效能優(yōu)化、高性價(jià)比、AAA級(jí)畫面渲染效果等特點(diǎn)。該引擎最大的優(yōu)勢(shì)是性價(jià)比高，并且可以發(fā)布成網(wǎng)頁(yè)瀏覽的方式，不用下載客戶端，就能直接體驗(yàn)[1]。該文所提出的通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)即基于該引擎開發(fā)。

1 系統(tǒng)的目標(biāo)功能

1.1 可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)布置功能

改變以往“現(xiàn)場(chǎng)看、腦子想、紙上畫”的場(chǎng)地布置方式，為競(jìng)賽組織者呈現(xiàn)三維可視化的競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)，將競(jìng)賽所需器材設(shè)備用品等分門別類作為競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)布置基本模塊單元，使組織者可采用拖拽的形式進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置。同時(shí)，組織者可對(duì)布置的基本模塊進(jìn)行屬性信息編輯，明確人員分工、對(duì)外協(xié)調(diào)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，待實(shí)時(shí)查看最終效果且滿意后，可將完整的場(chǎng)地布置信息報(bào)表輸出。

1.2 競(jìng)賽流程模擬演練功能

改變以往大規(guī)模人員調(diào)動(dòng)困難、組織協(xié)調(diào)復(fù)雜等競(jìng)賽前期模擬演練存在的問題，以競(jìng)賽時(shí)間軸為主線，在可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)競(jìng)賽方案設(shè)定各時(shí)間節(jié)點(diǎn)人員位置編排、任務(wù)分工、行進(jìn)路線、行進(jìn)速率、到達(dá)時(shí)間等信息，先期在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行整個(gè)競(jìng)賽流程模擬演練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，為進(jìn)一步修改完善方案提供依據(jù)。待模擬演練效果滿意后，可召集競(jìng)賽組人員在競(jìng)賽前期準(zhǔn)備協(xié)調(diào)會(huì)期間進(jìn)行流程展示宣講[2]。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

“通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)”由可視化場(chǎng)地布置和流程模擬演練兩大模塊構(gòu)成，總體構(gòu)成見圖1。其中，可視化場(chǎng)地布置模塊由三維場(chǎng)景生成、競(jìng)賽場(chǎng)地布置、場(chǎng)地方案報(bào)表生成等子模塊組成。流程模擬演練模塊由節(jié)點(diǎn)設(shè)定、模擬演練和流程方案報(bào)表生成等子模塊組成。

圖1 通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)總體構(gòu)成

2.2 主要模塊

“通信專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練系統(tǒng)”主要用于通信專業(yè)競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，輔助競(jìng)賽組織者進(jìn)行前期方案制定，并根據(jù)方案要求進(jìn)行前期競(jìng)賽流程的模擬演練，以便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)方案制定中存在的問題，從而有效提高競(jìng)賽組織效率。

1）可視化場(chǎng)地布置

該功能模塊主要包含“三維場(chǎng)景生成”、“競(jìng)賽場(chǎng)地布置”、“場(chǎng)地方案報(bào)表生成”三個(gè)子模塊?！叭S場(chǎng)景生成”模塊可實(shí)現(xiàn)通信專業(yè)競(jìng)賽場(chǎng)地的三維場(chǎng)景生成，為后續(xù)功能模塊提供基礎(chǔ)平臺(tái)，這是整個(gè)系統(tǒng)可視化的基礎(chǔ)；“競(jìng)賽場(chǎng)地布置”模塊通過前期分析，將裝設(shè)備、電腦、打印機(jī)、桌椅、標(biāo)牌、橫幅、指示牌等競(jìng)賽過程中所需器材設(shè)備用品等分別歸類，生成競(jìng)賽用品布置基本模塊單元庫(kù)，基于前期生成的可視化三維競(jìng)賽場(chǎng)景，組織者可采用拖拽的形式進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，實(shí)時(shí)查看最終效果。同時(shí)，組織者可對(duì)布置的基本模塊進(jìn)行屬性信息編輯，明確人員分工、對(duì)外協(xié)調(diào)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。在與競(jìng)賽組人員進(jìn)行溝通交流的過程中，若發(fā)現(xiàn)不適宜之處，可及時(shí)修改相應(yīng)屬性信息，使方案更進(jìn)一步趨于完善；在“場(chǎng)地方案報(bào)表生成”模塊中組織者在競(jìng)賽場(chǎng)地布置完成查看最終效果且滿意后，可將完整的場(chǎng)地布置信息報(bào)表按預(yù)定需求輸出打印，方便查看。

2）流程模擬演練

該功能模塊主要包含“節(jié)點(diǎn)設(shè)定”、“模擬演練”和“流程方案報(bào)表生成”三個(gè)子模塊。“節(jié)點(diǎn)設(shè)定”模塊以競(jìng)賽總體方案為依據(jù)，以競(jìng)賽時(shí)間軸為主線，在可視化三維競(jìng)賽場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者可設(shè)定各時(shí)間節(jié)點(diǎn)人員的位置編排、任務(wù)分工、行進(jìn)路線、速率等信息，并存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；“模擬演練”模塊在節(jié)點(diǎn)設(shè)定的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者先期在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行整個(gè)競(jìng)賽流程的模擬演練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并修改節(jié)點(diǎn)設(shè)定，使方案更進(jìn)一步趨于完善；“流程方案報(bào)表生成”模塊在流程模擬演練順利結(jié)束后，競(jìng)賽組織者可將存于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的競(jìng)賽流程方案報(bào)表輸出打印。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景生成

可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)先期獲得的競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)建筑的CAD圖紙進(jìn)行相應(yīng)整理，之后導(dǎo)入3dsMax軟件實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景建模。對(duì)三維模型的建立，主要依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景本身的物理狀態(tài)，即具體的大小尺寸，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時(shí)提高逼真度[3]。

3.2 競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練

將3dsMax軟件生成的可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎，在其中進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練功能開發(fā)[4]。競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練所需的大量人機(jī)交互功能均在該引擎中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1）利用剛體碰撞器物理引擎實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置時(shí)的定位；

2）利用角色控制器進(jìn)行視角轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)第一人稱視角場(chǎng)景檢視和第三人稱視角流程模擬演練功能；

3）利用鍵盤鼠標(biāo)自定義按鍵等輸入控制事件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

4）利用路點(diǎn)功能設(shè)置人員行進(jìn)路徑以實(shí)現(xiàn)流程模擬演練；

5）利用MySQL實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置信息和節(jié)點(diǎn)設(shè)定信息的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并報(bào)表輸出。

3.3 方案報(bào)表生成

由于Unity3D本身提供的持久化數(shù)據(jù)僅能存取少量數(shù)據(jù)，故本系統(tǒng)采用第三方MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)場(chǎng)地布置方案和流程設(shè)定方案信息。MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，相較于SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，其體積小、速度快、總體擁有成本低[5]。

為生成相應(yīng)方案報(bào)表，系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中自帶的MySQL For Excel插件實(shí)現(xiàn)，該插件作為加載項(xiàng)嵌入Excel軟件中，可將MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出至Excel表格中，方便后期打印輸出，輔助競(jìng)賽組織者進(jìn)行前期方案生成。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）競(jìng)賽場(chǎng)地布置

在真3D環(huán)境下進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置，具有較好的沉浸式真實(shí)感。如何實(shí)現(xiàn)真3D環(huán)境下物品擺放的三維坐標(biāo)精確控制，是競(jìng)賽場(chǎng)地布置功能需要著重解決的問題。為使組織者可采用拖拽的方式進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，需要相應(yīng)的拖拽算法，主要解決如何將鼠標(biāo)的二維坐標(biāo)移動(dòng)轉(zhuǎn)換成三維世界的移動(dòng)向量，該算法流程如下圖2所示。

圖2 Unity3D拖拽功能實(shí)現(xiàn)流程

2）模擬演練

流程模擬演練可鑒定通用塔防游戲的設(shè)計(jì)思路[6]，通過創(chuàng)建二維數(shù)組保存場(chǎng)景信息，攝像機(jī)始終由上至下俯視整個(gè)場(chǎng)景，自定義路徑節(jié)點(diǎn)引導(dǎo)人員按規(guī)定速率行動(dòng)，并實(shí)時(shí)記錄行動(dòng)耗時(shí)信息。為使路徑節(jié)點(diǎn)人員能夠按設(shè)定程序依次有序行進(jìn)演練，自定義路徑節(jié)點(diǎn)信息設(shè)定完畢后，需要對(duì)設(shè)定信息進(jìn)行沖突檢測(cè)，防止邏輯混亂，出現(xiàn)一人在同一時(shí)間分處不同兩地的情形。設(shè)置人員尋路的流程如圖3所示。

圖3 設(shè)置人員尋路流程

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)初期可滿足院校通信類專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練，使競(jìng)賽組織者可進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，有效輔助其進(jìn)行前期方案制定。同時(shí)，可依照組織者的需求進(jìn)行競(jìng)賽前期的整體流程模擬演練，以便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)方案制定中存在的問題，從而有效提高競(jìng)賽組織效率。此外，該系統(tǒng)具有較好的推廣性，結(jié)合各院校其它專業(yè)競(jìng)賽具體要求進(jìn)行二次開發(fā)，即可滿足其專業(yè)競(jìng)賽的模擬演練功能。后期若構(gòu)建全校的三維模型，可將該系統(tǒng)推廣到全校大型活動(dòng)時(shí)的流程模擬演練。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王星捷，李春花.基于Unity3D平臺(tái)的三維虛擬城市研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（4）：241-244.

[2] 張博倫，王寧，馬慧敏.有限狀態(tài)機(jī)在模擬演練系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2013（2）：100-104.

[3] 高月.3ds Max建筑模型完全學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].科學(xué)出版社，2010：97-105.

[4] 宣雨松.Unity3D游戲開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2012：105-140.

[5] 朱一凡，陳曦.基于PHP語(yǔ)言的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的多種輸出方案[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2013（8）：58-59.

[6] 金璽曾.Unity3D手機(jī)游戲開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013：210-218.

2）流程模擬演練

該功能模塊主要包含“節(jié)點(diǎn)設(shè)定”、“模擬演練”和“流程方案報(bào)表生成”三個(gè)子模塊?！肮?jié)點(diǎn)設(shè)定”模塊以競(jìng)賽總體方案為依據(jù)，以競(jìng)賽時(shí)間軸為主線，在可視化三維競(jìng)賽場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者可設(shè)定各時(shí)間節(jié)點(diǎn)人員的位置編排、任務(wù)分工、行進(jìn)路線、速率等信息，并存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；“模擬演練”模塊在節(jié)點(diǎn)設(shè)定的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者先期在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行整個(gè)競(jìng)賽流程的模擬演練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并修改節(jié)點(diǎn)設(shè)定，使方案更進(jìn)一步趨于完善；“流程方案報(bào)表生成”模塊在流程模擬演練順利結(jié)束后，競(jìng)賽組織者可將存于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的競(jìng)賽流程方案報(bào)表輸出打印。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景生成

可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)先期獲得的競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)建筑的CAD圖紙進(jìn)行相應(yīng)整理，之后導(dǎo)入3dsMax軟件實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景建模。對(duì)三維模型的建立，主要依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景本身的物理狀態(tài)，即具體的大小尺寸，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時(shí)提高逼真度[3]。

3.2 競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練

將3dsMax軟件生成的可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎，在其中進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練功能開發(fā)[4]。競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練所需的大量人機(jī)交互功能均在該引擎中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1）利用剛體碰撞器物理引擎實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置時(shí)的定位；

2）利用角色控制器進(jìn)行視角轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)第一人稱視角場(chǎng)景檢視和第三人稱視角流程模擬演練功能；

3）利用鍵盤鼠標(biāo)自定義按鍵等輸入控制事件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

4）利用路點(diǎn)功能設(shè)置人員行進(jìn)路徑以實(shí)現(xiàn)流程模擬演練；

5）利用MySQL實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置信息和節(jié)點(diǎn)設(shè)定信息的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并報(bào)表輸出。

3.3 方案報(bào)表生成

由于Unity3D本身提供的持久化數(shù)據(jù)僅能存取少量數(shù)據(jù)，故本系統(tǒng)采用第三方MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)場(chǎng)地布置方案和流程設(shè)定方案信息。MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，相較于SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，其體積小、速度快、總體擁有成本低[5]。

為生成相應(yīng)方案報(bào)表，系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中自帶的MySQL For Excel插件實(shí)現(xiàn)，該插件作為加載項(xiàng)嵌入Excel軟件中，可將MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出至Excel表格中，方便后期打印輸出，輔助競(jìng)賽組織者進(jìn)行前期方案生成。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）競(jìng)賽場(chǎng)地布置

在真3D環(huán)境下進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置，具有較好的沉浸式真實(shí)感。如何實(shí)現(xiàn)真3D環(huán)境下物品擺放的三維坐標(biāo)精確控制，是競(jìng)賽場(chǎng)地布置功能需要著重解決的問題。為使組織者可采用拖拽的方式進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，需要相應(yīng)的拖拽算法，主要解決如何將鼠標(biāo)的二維坐標(biāo)移動(dòng)轉(zhuǎn)換成三維世界的移動(dòng)向量，該算法流程如下圖2所示。

圖2 Unity3D拖拽功能實(shí)現(xiàn)流程

2）模擬演練

流程模擬演練可鑒定通用塔防游戲的設(shè)計(jì)思路[6]，通過創(chuàng)建二維數(shù)組保存場(chǎng)景信息，攝像機(jī)始終由上至下俯視整個(gè)場(chǎng)景，自定義路徑節(jié)點(diǎn)引導(dǎo)人員按規(guī)定速率行動(dòng)，并實(shí)時(shí)記錄行動(dòng)耗時(shí)信息。為使路徑節(jié)點(diǎn)人員能夠按設(shè)定程序依次有序行進(jìn)演練，自定義路徑節(jié)點(diǎn)信息設(shè)定完畢后，需要對(duì)設(shè)定信息進(jìn)行沖突檢測(cè)，防止邏輯混亂，出現(xiàn)一人在同一時(shí)間分處不同兩地的情形。設(shè)置人員尋路的流程如圖3所示。

圖3 設(shè)置人員尋路流程

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)初期可滿足院校通信類專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練，使競(jìng)賽組織者可進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，有效輔助其進(jìn)行前期方案制定。同時(shí)，可依照組織者的需求進(jìn)行競(jìng)賽前期的整體流程模擬演練，以便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)方案制定中存在的問題，從而有效提高競(jìng)賽組織效率。此外，該系統(tǒng)具有較好的推廣性，結(jié)合各院校其它專業(yè)競(jìng)賽具體要求進(jìn)行二次開發(fā)，即可滿足其專業(yè)競(jìng)賽的模擬演練功能。后期若構(gòu)建全校的三維模型，可將該系統(tǒng)推廣到全校大型活動(dòng)時(shí)的流程模擬演練。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王星捷，李春花.基于Unity3D平臺(tái)的三維虛擬城市研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（4）：241-244.

[2] 張博倫，王寧，馬慧敏.有限狀態(tài)機(jī)在模擬演練系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2013（2）：100-104.

[3] 高月.3ds Max建筑模型完全學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].科學(xué)出版社，2010：97-105.

[4] 宣雨松.Unity3D游戲開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2012：105-140.

[5] 朱一凡，陳曦.基于PHP語(yǔ)言的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的多種輸出方案[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2013（8）：58-59.

[6] 金璽曾.Unity3D手機(jī)游戲開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013：210-218.

2）流程模擬演練

該功能模塊主要包含“節(jié)點(diǎn)設(shè)定”、“模擬演練”和“流程方案報(bào)表生成”三個(gè)子模塊。“節(jié)點(diǎn)設(shè)定”模塊以競(jìng)賽總體方案為依據(jù)，以競(jìng)賽時(shí)間軸為主線，在可視化三維競(jìng)賽場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者可設(shè)定各時(shí)間節(jié)點(diǎn)人員的位置編排、任務(wù)分工、行進(jìn)路線、速率等信息，并存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；“模擬演練”模塊在節(jié)點(diǎn)設(shè)定的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽組織者先期在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行整個(gè)競(jìng)賽流程的模擬演練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并修改節(jié)點(diǎn)設(shè)定，使方案更進(jìn)一步趨于完善；“流程方案報(bào)表生成”模塊在流程模擬演練順利結(jié)束后，競(jìng)賽組織者可將存于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的競(jìng)賽流程方案報(bào)表輸出打印。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景生成

可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)先期獲得的競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)建筑的CAD圖紙進(jìn)行相應(yīng)整理，之后導(dǎo)入3dsMax軟件實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景建模。對(duì)三維模型的建立，主要依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景本身的物理狀態(tài)，即具體的大小尺寸，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時(shí)提高逼真度[3]。

3.2 競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練

將3dsMax軟件生成的可視化競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎，在其中進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練功能開發(fā)[4]。競(jìng)賽場(chǎng)地布置和流程模擬演練所需的大量人機(jī)交互功能均在該引擎中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1）利用剛體碰撞器物理引擎實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置時(shí)的定位；

2）利用角色控制器進(jìn)行視角轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)第一人稱視角場(chǎng)景檢視和第三人稱視角流程模擬演練功能；

3）利用鍵盤鼠標(biāo)自定義按鍵等輸入控制事件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

4）利用路點(diǎn)功能設(shè)置人員行進(jìn)路徑以實(shí)現(xiàn)流程模擬演練；

5）利用MySQL實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景布置信息和節(jié)點(diǎn)設(shè)定信息的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并報(bào)表輸出。

3.3 方案報(bào)表生成

由于Unity3D本身提供的持久化數(shù)據(jù)僅能存取少量數(shù)據(jù)，故本系統(tǒng)采用第三方MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)場(chǎng)地布置方案和流程設(shè)定方案信息。MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，相較于SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，其體積小、速度快、總體擁有成本低[5]。

為生成相應(yīng)方案報(bào)表，系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中自帶的MySQL For Excel插件實(shí)現(xiàn)，該插件作為加載項(xiàng)嵌入Excel軟件中，可將MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出至Excel表格中，方便后期打印輸出，輔助競(jìng)賽組織者進(jìn)行前期方案生成。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）競(jìng)賽場(chǎng)地布置

在真3D環(huán)境下進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地布置，具有較好的沉浸式真實(shí)感。如何實(shí)現(xiàn)真3D環(huán)境下物品擺放的三維坐標(biāo)精確控制，是競(jìng)賽場(chǎng)地布置功能需要著重解決的問題。為使組織者可采用拖拽的方式進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，需要相應(yīng)的拖拽算法，主要解決如何將鼠標(biāo)的二維坐標(biāo)移動(dòng)轉(zhuǎn)換成三維世界的移動(dòng)向量，該算法流程如下圖2所示。

圖2 Unity3D拖拽功能實(shí)現(xiàn)流程

2）模擬演練

流程模擬演練可鑒定通用塔防游戲的設(shè)計(jì)思路[6]，通過創(chuàng)建二維數(shù)組保存場(chǎng)景信息，攝像機(jī)始終由上至下俯視整個(gè)場(chǎng)景，自定義路徑節(jié)點(diǎn)引導(dǎo)人員按規(guī)定速率行動(dòng)，并實(shí)時(shí)記錄行動(dòng)耗時(shí)信息。為使路徑節(jié)點(diǎn)人員能夠按設(shè)定程序依次有序行進(jìn)演練，自定義路徑節(jié)點(diǎn)信息設(shè)定完畢后，需要對(duì)設(shè)定信息進(jìn)行沖突檢測(cè)，防止邏輯混亂，出現(xiàn)一人在同一時(shí)間分處不同兩地的情形。設(shè)置人員尋路的流程如圖3所示。

圖3 設(shè)置人員尋路流程

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)初期可滿足院校通信類專業(yè)競(jìng)賽流程模擬演練，使競(jìng)賽組織者可進(jìn)行競(jìng)賽場(chǎng)地可視化布置，有效輔助其進(jìn)行前期方案制定。同時(shí)，可依照組織者的需求進(jìn)行競(jìng)賽前期的整體流程模擬演練，以便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)方案制定中存在的問題，從而有效提高競(jìng)賽組織效率。此外，該系統(tǒng)具有較好的推廣性，結(jié)合各院校其它專業(yè)競(jìng)賽具體要求進(jìn)行二次開發(fā)，即可滿足其專業(yè)競(jìng)賽的模擬演練功能。后期若構(gòu)建全校的三維模型，可將該系統(tǒng)推廣到全校大型活動(dòng)時(shí)的流程模擬演練。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王星捷，李春花.基于Unity3D平臺(tái)的三維虛擬城市研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（4）：241-244.

[2] 張博倫，王寧，馬慧敏.有限狀態(tài)機(jī)在模擬演練系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2013（2）：100-104.

[3] 高月.3ds Max建筑模型完全學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].科學(xué)出版社，2010：97-105.

[4] 宣雨松.Unity3D游戲開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2012：105-140.

[5] 朱一凡，陳曦.基于PHP語(yǔ)言的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的多種輸出方案[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2013（8）：58-59.

[6] 金璽曾.Unity3D手機(jī)游戲開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013：210-218.