李金永，吳寅生，鄭建峰，趙 婭（.華北油田公司第三采油廠，河北河間 06450；.東北石油大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶 6338）

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基于Unity3D的油田作業(yè)仿真考核系統(tǒng)移動設(shè)備客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)

李金永1，吳寅生1，鄭建峰1，趙 婭2
（1.華北油田公司第三采油廠，河北河間 062450；2.東北石油大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶 163318）

摘 要：本文旨在研究和開發(fā)可運(yùn)行于智能移動設(shè)備之上的、脫離網(wǎng)絡(luò)的油田作業(yè)崗前5分鐘仿真考核系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)需要，文中分析了服務(wù)器端和移動客戶端的功能需求，針對移動客戶端需求進(jìn)行了功能設(shè)計；研究了移動客戶端系統(tǒng)功能實現(xiàn)時所涉及的部分關(guān)鍵技術(shù)；闡述了系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn)流程；最終完成了一個可流暢運(yùn)行于移動設(shè)備終端上的仿真考核系統(tǒng)客戶端。該系統(tǒng)在油田作業(yè)崗前測試中投入使用后，取得了良好的測試效果，能幫助油田作業(yè)工在上崗前充分熟悉作業(yè)流程，有效避免作業(yè)事故的產(chǎn)生，深受油田作業(yè)單位的認(rèn)可，具有向其他油田作業(yè)單位推廣的潛質(zhì)。

關(guān)鍵詞：仿真考核；移動學(xué)習(xí)；Unity3D；移動客戶端

1　引 言

安全性是油田在進(jìn)行各項作業(yè)時永恒的追求目標(biāo)，為了降低作業(yè)事故發(fā)生率，油田工人上崗前需要進(jìn)行正確的作業(yè)培訓(xùn)及考核。傳統(tǒng)的培訓(xùn)采取書本知識、視頻演示及跟班學(xué)習(xí)等方式，采取統(tǒng)一的集中測試方式，所需時間集中、耗時長、耗費(fèi)人力物力財力且效果一般。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，各種各樣的油田作業(yè)仿真培訓(xùn)考核系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這些系統(tǒng)大大節(jié)省了培訓(xùn)時間及培訓(xùn)消耗，虛擬現(xiàn)實的特性保證了作業(yè)的真實體驗感、提高了培訓(xùn)效率。

隨著油田對作業(yè)安全性的重視程度再提升，提出使用仿真系統(tǒng)利用崗前5分鐘的時間對上崗工人進(jìn)行作業(yè)前考核的想法，考核合格上崗，不合格不允許上崗，旨在將油田作業(yè)事故出現(xiàn)的可能性降至最低。前述的仿真系統(tǒng)一般以登錄PC機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器的方式進(jìn)行訪問使用，對油田野外作業(yè)而言其局限性不言自明，而智能移動設(shè)備的便攜性及移動學(xué)習(xí)的成熟發(fā)展為這種想法帶來新的契機(jī)。

基于此前提，本文旨在研究可運(yùn)行于智能移動設(shè)備之上的、脫離網(wǎng)絡(luò)的油田作業(yè)仿真考核系統(tǒng)。此系統(tǒng)作為客戶端獨(dú)立運(yùn)行于智能移動設(shè)備之上，系統(tǒng)考核所需的前期數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下從數(shù)據(jù)服務(wù)器下載至本機(jī)存儲，考核所得的后期數(shù)據(jù)亦可以暫時存儲在本機(jī)上，然后在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，以便油田管理人員對上崗工人的崗前考核情況進(jìn)行監(jiān)管。

2　Unity3D游戲引擎簡介

Unity3D由Unity Technologies公司發(fā)行，是一個全面整合的輕量級專業(yè)游戲引擎，能輕松實現(xiàn)三維互動功能［1～2］。Unitye3D的交互式圖形化開發(fā)環(huán)境友好且簡潔，具有可快速開發(fā)的特性。Unitye3D自身擁有圖形渲染管道，且支持來自max、maya等建模平臺的模型文件及動畫的導(dǎo)入，其擁有的高逼真物理引擎PhysX能有效結(jié)合三維模型、視音頻等素材元素，打造具有真實感和沉浸感的三維場景。Unity3D編輯器可運(yùn)行在W indows和Mac OS X系統(tǒng)下，只需要對其工程文件設(shè)置進(jìn)行簡單調(diào)整，同一個項目文件既可方便的發(fā)布至不同游戲平臺：W indows、Android、Web、Mac、iOS PS3、XBox 360和W indows Phone 8等，避免了重復(fù)開發(fā)和移植開發(fā)，節(jié)省了開發(fā)成本，提高了開發(fā)效益。

Unity3D游戲引擎的開發(fā)框架包含四個層次：Project工程，Scene場景，GameObject模型物體和ComPonent腳本組件，這四個層次相互配合共同作用完成項目的開發(fā)工作。

3　系統(tǒng)功能需求及設(shè)計

3.1服務(wù)器端功能需求

基于移動設(shè)備的系統(tǒng)客戶端的正常運(yùn)行離不開系統(tǒng)服務(wù)器端的支持［3］，根據(jù)系統(tǒng)功能分析，系統(tǒng)服務(wù)器端主要為客戶端提供數(shù)據(jù)支持和通信支持，其功能需求主要涵蓋數(shù)據(jù)庫需求及數(shù)據(jù)通信需求。

（1）數(shù)據(jù)庫需求。

用戶在移動設(shè)備上運(yùn)行虛擬仿真考核系統(tǒng)客戶端時，需要事先從數(shù)據(jù)庫中下載相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，包括：用戶角色信息、具體考核作業(yè)模塊相關(guān)信息、各個作業(yè)模塊的操作工序信息等，只有這些信息是完備的，才可以保證系統(tǒng)在移動客戶端上的正常運(yùn)行及使用?？己送戤吅?，用戶需要將其考核信息上傳至服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫中，以便油田管理人員在服務(wù)器端進(jìn)行用戶考核信息的查看及統(tǒng)計?；谙到y(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需求及數(shù)據(jù)信息的安全性考慮，系統(tǒng)在開發(fā)時選用了Oracle 10g數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)通信需求。

在此系統(tǒng)中，客戶端和服務(wù)器端之間的數(shù)據(jù)傳輸通過數(shù)據(jù)通信協(xié)議以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行。因此需要建立一套準(zhǔn)確完善的數(shù)據(jù)通信協(xié)議以及和協(xié)議配套使用的高效簡潔的數(shù)據(jù)交換格式。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包要保證其完整性和準(zhǔn)確性，因此包結(jié)構(gòu)的定義要規(guī)范，并注意傳輸過程中的保密性。

3.2客戶端功能需求及設(shè)計

（1）系統(tǒng)客戶端功能需求。

運(yùn)行于移動設(shè)備上的虛擬仿真考試系統(tǒng)客戶端是整個系統(tǒng)的核心功能。根據(jù)系統(tǒng)功能分析，系統(tǒng)客戶端一方面需要服務(wù)器端為其提供數(shù)據(jù)支持，即數(shù)據(jù)通信功能的實現(xiàn)；另一方面是系統(tǒng)虛擬考核功能的實現(xiàn)。

系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信功能是由兩者相配合實現(xiàn)的。

系統(tǒng)客戶端在實現(xiàn)各作業(yè)模塊考核功能時，需要構(gòu)建各作業(yè)模塊三維物體模型及角色模型，集成場景并優(yōu)化，編寫控制邏輯完成系統(tǒng)的考核功能。

（2）系統(tǒng)客戶端的設(shè)計。

根據(jù)客戶端的功能需求分析，客戶端的設(shè)計分為三個層級：表現(xiàn)層（即三維建模、場景集成及優(yōu)化），邏輯層（即控制邏輯腳本的考核功能編寫），數(shù)據(jù)通信層（即客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信）。此外，針對系統(tǒng)客戶端中所含的各個獨(dú)立考核作業(yè)模塊，還需要進(jìn)行模塊內(nèi)容的功能結(jié)構(gòu)及考核流程設(shè)計。

4　系統(tǒng)所涉及關(guān)鍵技術(shù)

4.1模型動態(tài)顯示技術(shù)

由于硬件限制，移動設(shè)備的運(yùn)行速率有限。而為了追求逼真度，系統(tǒng)所含各個作業(yè)模塊的場景消耗非常大，如果在模塊運(yùn)行時一次性加載場景中的所有模型，系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性不易保證。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行速率，系統(tǒng)采用了模型的動態(tài)顯示技術(shù)。

系統(tǒng)在運(yùn)行時，每個被考核的用戶在虛擬場景中都有一個模擬考核用戶視點(diǎn)的攝像機(jī)，考核時視點(diǎn)觀察范圍主要集中在該攝像機(jī)周圍。模型動態(tài)顯示技術(shù)通過編寫類來獲取該攝像機(jī)的位置信息，并獲取場景中其他模型及角色的位置信息，給定一個閾值，通過計算這些模型及虛擬角色與模擬用戶視點(diǎn)的攝像機(jī)之間的距離，將距離與閾值進(jìn)行對比，距離在閾值范圍內(nèi)的模型及虛擬角色進(jìn)行渲染，從而有效地提升了系統(tǒng)的運(yùn)行流暢性。模型動態(tài)顯示判定方法如圖1所示。

圖1　模型動態(tài)顯示判定方法示意Fig.1 Dynam ic d isp lay determ ining m ethod of m odels

4.2Shader的使用

Shader是GPU渲染流水線中的一個可編程渲染單元，可以用來控制圖形渲染的輸出效果，其代碼直接在GUP上運(yùn)行［4］。Unity 3D內(nèi)置了ShaderLab語言進(jìn)行Shader腳本的編寫。

Shader分為頂點(diǎn)Shader及像素Shader，頂點(diǎn)shader進(jìn)行三維模型各個三角面片頂點(diǎn)位置的計算，并為后期像素渲染做準(zhǔn)備；像素shader是以像素為單位來計算光照和顏色的一系列算法。

為了進(jìn)一步提高模型的質(zhì)感及場景真實感，依據(jù)現(xiàn)實生活中真實物體的物理屬性，系統(tǒng)對虛擬模型進(jìn)行了紋理貼圖及Shader腳本的設(shè)置，以模型的法線貼圖為例：

void surf（InPut IN，inout SurfaceOutPut o）

｛

half4 c=tex2D（MainTex，IN.uvMainTex）*_ Color；

o.Albedo=c.rgb；

o.AlPha=c.a；

o.Normal=UnPackNormal（tex2D（BumPTex，IN.uvBumPTex））*4.0f-1.0 f；

｝

4.3自動的相機(jī)視點(diǎn)切換控制

虛擬仿真考核系統(tǒng)離不開視點(diǎn)的交互，通過視點(diǎn)交互用戶才能正確地觀察虛擬場景中的物體。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)作業(yè)模塊考核的過程中，視點(diǎn)需要隨著場景中的工具或者角色的位置變化而變化，以保證用戶所觀察物體的正確性。在虛擬場景中，用戶的視點(diǎn)是由攝像機(jī)來模擬的，通過調(diào)整系統(tǒng)攝像機(jī)的位置和角度可以模擬用戶的視點(diǎn)切換。

系統(tǒng)各模塊虛擬場景中的物體眾多，要根據(jù)所觀察的物體靈敏且準(zhǔn)確迅速地進(jìn)行準(zhǔn)確的攝像機(jī)位置調(diào)整和角度變換有一定的難度。綜合考慮視點(diǎn)切換的準(zhǔn)確性及視點(diǎn)定位的快捷性，系統(tǒng)采用了一種通用的自動相機(jī)視點(diǎn)切換方法：為攝像機(jī)設(shè)置父物體。這樣當(dāng)用戶的視點(diǎn)需要切換時，將攝像機(jī)的父物體更改為視點(diǎn)附近的某一物體以確定其位置信息，并對攝像機(jī)進(jìn)行角度調(diào)整以達(dá)到最佳觀察視角，即可達(dá)到準(zhǔn)確變換視點(diǎn)從而觀察物體的目的。這種方法簡潔且通用，充分保證了相機(jī)切換的快捷性和準(zhǔn)確性。

4.4虛擬角色自動尋路

虛擬角色的自動尋路是三維游戲以及虛擬仿真系統(tǒng)中不可避免要解決的問題，尋路問題的解決在于在虛擬場景中進(jìn)行合理的路徑規(guī)劃，關(guān)于路徑規(guī)劃算法的研究與應(yīng)用也是長期以來人們所關(guān)注的焦點(diǎn)，比較典型的路徑規(guī)劃算法有Dijkstra算法以及A*算法等［5］。

本文所實現(xiàn)的系統(tǒng)中多處需要實現(xiàn)虛擬角色的自動尋路，該功能的實現(xiàn)主要利用了Unity提供的一種類似于A*算法的優(yōu)化算法。該算法對于障礙物靜止、運(yùn)動空間確定的靜態(tài)環(huán)境，其路徑規(guī)劃可分為場景坐標(biāo)化建模和路徑搜索兩個步驟。Unity3D利用NavMesh（導(dǎo)航網(wǎng)格）組件將系統(tǒng)場景中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組織關(guān)系簡化為帶有一定信息的網(wǎng)格，即進(jìn)行場景坐標(biāo)化建模；接著在這些網(wǎng)格的基礎(chǔ)上通過一系列的計算來實現(xiàn)虛擬角色的自動尋路，即進(jìn)行虛擬角色的路徑搜索。

具體應(yīng)用時將NavMesh（導(dǎo)航網(wǎng)格）組件掛載到虛擬角色模型身上，在腳本控制邏輯中設(shè)置角色要到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)值；自動尋路功能啟用時，虛擬角色便自行根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)來尋找最直接的路線，并沿著該線路到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

4.5屏幕自適應(yīng)

本文所實現(xiàn)的系統(tǒng)運(yùn)行在移動設(shè)備之上，受生產(chǎn)廠商的限制，市場上的移動設(shè)備有不同的分辨率，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，如果不考慮設(shè)備分辨率，系統(tǒng)的UI在不同分辨率的移動設(shè)備上將會被壓縮或者拉伸，失去界面原有的美感。為解決這個問題，就要充分考慮系統(tǒng)在不同分辨率移動設(shè)備上的界面定位問題，即系統(tǒng)的屏幕自適應(yīng)問題，具體實現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2　屏幕自適應(yīng)功能的實現(xiàn)流程Fig.2 Realization p rocess of screen adap tability function

自選擇具體的作業(yè)模塊開始，首先進(jìn)行模塊在所運(yùn)行移動設(shè)備上的UI原點(diǎn)定位，該系統(tǒng)中把定位坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定在移動設(shè)備的左上角，然后獲取設(shè)備的分辨率，根據(jù)分辨率進(jìn)行設(shè)備屏幕的顯示比例計算，從而進(jìn)行UI重定位，完成之后再進(jìn)行最終的模塊加載顯示，這樣能保證系統(tǒng)在不同分辨率的移動設(shè)備上都能正常顯示和使用。

5　系統(tǒng)功能實現(xiàn)

5.1前期物體及角色建模、動畫制作

虛擬仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是三維模型構(gòu)建，包括物體模型及角色模型。三維模型構(gòu)建是將現(xiàn)實世界中的物體及屬性轉(zhuǎn)化為機(jī)器世界表達(dá)的方法［6］。三維模型構(gòu)建的質(zhì)量將直接影響虛擬仿真系統(tǒng)的真實感。三維模型構(gòu)建的主要流程包括：素材整理，模型構(gòu)建及美化，動畫制作。

5.1.1素材整理

為構(gòu)建一個高度仿真的虛擬井場作業(yè)環(huán)境，素材整理是至關(guān)重要的第一步。

在調(diào)研明確油田作業(yè)具體的場景信息、作業(yè)中所涉及的設(shè)備及工具信息、具體的作業(yè)流程信息、參與作業(yè)的人員信息等信息之后，對信息進(jìn)行分類，劃分為物體類和角色類，以便后期分別采用不同的方法進(jìn)行模型的構(gòu)建。

根據(jù)三維模型的信息分類進(jìn)行素材整理。物體類：勾畫作業(yè)井場布局平面圖，搜集井場所含設(shè)備和工具的外形照片、具體尺寸、內(nèi)外部構(gòu)造等參數(shù)，并拍攝盡可能多的圖片以便進(jìn)行模型真實感貼圖。角色類：明確角色外部特征，本系統(tǒng)中主要是不同作業(yè)工的服飾、隨身配備工具等。

5.1.2模型構(gòu)建及美化

根據(jù)素材整理的內(nèi)容，進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。模型構(gòu)建的原則是：在盡量保持模型真實感的情況下，所建模型面數(shù)盡可能的少，材質(zhì)球盡可能的少。模型面數(shù)及采用的材質(zhì)球數(shù)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

物體類模型：利用基礎(chǔ)建模、復(fù)合建模、Nurbs建模、命令器編輯修改等多種建模方法對系統(tǒng)中所含的物體模型進(jìn)行構(gòu)建，并進(jìn)行合理的材質(zhì)貼圖設(shè)置，保證所構(gòu)建物體的真實感。

角色類模型：通過幾何建模的方法來構(gòu)建虛擬角色的外形；接著構(gòu)建骨骼，以支撐虛擬角色后期的運(yùn)動；然后進(jìn)行角色蒙皮，為虛擬角色設(shè)置材質(zhì)貼圖，保證所構(gòu)建虛擬角色的外形是類真人的。

圖3為所構(gòu)建的抽油機(jī)物體模型及虛擬角色模型示例。

圖3　抽油機(jī)物體模型及虛擬角色模型Fig.3 M odels of oil pum ping m achine and virtual character

5.1.3動畫制作

系統(tǒng)中某些物體的自身周期運(yùn)動（如抽油機(jī)的往復(fù)運(yùn)動）及虛擬角色的固定動作在Unity3D中實現(xiàn)起來復(fù)雜且效果不好，而這些動作在max中實現(xiàn)起來較為簡單。便捷的是，Unity3D提供了直接引用max動畫的組件，因此，為了追求更加逼真的動作效果，可以在max中將一些物體運(yùn)動及角色動作直接制作成動畫片段，導(dǎo)出后在Unity3D中直接引用。

物體運(yùn)動和角色動作在max中動畫的制作，都是采用max中最為常見的關(guān)鍵幀動畫的方式來實現(xiàn)。

5.2場景集成及優(yōu)化

系統(tǒng)所含的各個作業(yè)模塊具有不同的作業(yè)設(shè)備及工具，因此，在進(jìn)行模型構(gòu)建時采用單一模型構(gòu)建法，構(gòu)建完成的模型形成三維模型庫，在搭建各個作業(yè)模塊虛擬場景時，從庫中實時抽取該作業(yè)場景所含的模型文件，進(jìn)行場景集成，搭建和真實作業(yè)場景一致的虛擬作業(yè)場景。

集成完畢的虛擬作業(yè)場景只是在場景物體及角色構(gòu)成上完成了對真實作業(yè)場景的實體仿真，在光效及周圍環(huán)境上還需要進(jìn)一步美化才能達(dá)到物理仿真。這些美化包括：自然的光照、真實的光照陰影以及周圍的自然環(huán)境。

通過在Unity3D環(huán)境中進(jìn)行場景集成、為場景設(shè)置光源、創(chuàng)建場景物體的物體陰影、為場景添加天空盒子等操作可以完成場景的優(yōu)化，達(dá)到高度的場景實體仿真和物理仿真。

5.3控制邏輯的實現(xiàn)

系統(tǒng)各作業(yè)模塊的考核功能主要是通過編寫控制邏輯來實現(xiàn)的，系統(tǒng)包括以下幾部分邏輯功能：數(shù)據(jù)通信邏輯、考核數(shù)據(jù)邏輯、用戶登錄邏輯、場景加載邏輯、操作響應(yīng)邏輯、成績管理邏輯，邏輯走向圖如圖4所示。

數(shù)據(jù)通信邏輯主要完成移動設(shè)備客戶端與服務(wù)器端之間的數(shù)據(jù)通信。包括數(shù)據(jù)通信協(xié)議的制定及數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)。

考核數(shù)據(jù)邏輯通過數(shù)據(jù)通信邏輯從服務(wù)器端調(diào)取模塊考核所需的用戶信息及操作工序信息等數(shù)據(jù)信息到移動設(shè)備客戶端并進(jìn)行本地保存。

圖4　控制邏輯走向圖Fig.4 A lignm entm ap of control logic

用戶登錄邏輯用來實現(xiàn)油田作業(yè)工在各個考核模塊中的按角色登錄，以提取該角色在該作業(yè)模塊中的考核操作工序信息。

場景加載邏輯在用戶登錄后加載用戶所進(jìn)入的作業(yè)模塊虛擬場景，用戶的仿真考核在該虛擬場景中進(jìn)行。

操作響應(yīng)邏輯針對用戶的考核操作進(jìn)行響應(yīng)：播放操作工序內(nèi)容、啟用作業(yè)工具、變更設(shè)備狀態(tài)等，以順序有效地進(jìn)行具體作業(yè)的操作工序展示。

成績管理邏輯對用戶考核過程中的考核成績進(jìn)行管理，包括記錄各個考核操作工序的完成與否、各個考核操作工序的具體得分、以及考核完成時用戶的總成績，記錄完成后將這些信息暫時保存在移動終端的數(shù)據(jù)文件當(dāng)中，以便聯(lián)網(wǎng)時通過數(shù)據(jù)通信邏輯存儲到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫中。

5.4客戶端與服務(wù)器數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)

系統(tǒng)中，客戶端需要和服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，才能進(jìn)行用戶信息、操作工序信息等考核相關(guān)數(shù)據(jù)信息的下載；將用戶的考核成績等信息回傳?？蛻舳撕头?wù)器端數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)包含三個過程：通信協(xié)議的定義、協(xié)議數(shù)據(jù)文件的編寫及序列化和數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)。

5.4.1通信協(xié)議的定義

通信協(xié)議是指在客戶端和服務(wù)器端之間事先約定好一定的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)識碼（請求標(biāo)識和應(yīng)答標(biāo)識），二者在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，將通信數(shù)據(jù)通過這種格式進(jìn)行封裝，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行傳送，接收到的數(shù)據(jù)包再按照協(xié)議約定進(jìn)行解析，還原所傳輸數(shù)據(jù)，從而完成二者之間的數(shù)據(jù)通信。在定義通信協(xié)議時，要充分考慮通信過程中的效率問題及安全性等問題［7］，因此協(xié)議所包含數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的編碼解碼方式至關(guān)重要。

本系統(tǒng)定義的通信協(xié)議是基于數(shù)據(jù)包的交互式協(xié)議，經(jīng)由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)包的定義格式為：標(biāo)識碼+包整體長度+包類型+包頭+包體。

4.4.2協(xié)議數(shù)據(jù)文件的編寫及序列化

Protocol Buffers是Google公司內(nèi)部的混合語言數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種輕便高效的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲格式，可以用于序列化結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)［1 -2］?；谄涮攸c(diǎn)，所開發(fā)的系統(tǒng)使用它來進(jìn)行通信協(xié)議的序列化和通信實現(xiàn)，具體實現(xiàn)過程如下：

（1）在記事本中進(jìn)行數(shù)據(jù)定義文件的編寫，完成后選擇編碼為UTF-8、后綴為.Proto的方式進(jìn)行保存；

（2）將第一步保存的數(shù)據(jù)定義文件利用轉(zhuǎn)化工具ProtoGen進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為以.cs為后綴的數(shù)據(jù)訪問類文件；

（3）將上一步生成的數(shù)據(jù)訪問類文件進(jìn)行編譯，編譯進(jìn)動態(tài)鏈接庫進(jìn)行調(diào)用。

5.4.3數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)

在實現(xiàn)系統(tǒng)客戶端與服務(wù)器端的通信時，根據(jù)數(shù)據(jù)通信的定義方法，系統(tǒng)編寫了兩個數(shù)據(jù)定義文件：

（1）請求數(shù)據(jù)定義文件：此文件由客戶端用來向服務(wù)器端發(fā)起請求。

（2）應(yīng)答數(shù)據(jù)定義文件：此文件由服務(wù)器端用來向客戶端發(fā)回應(yīng)答。

系統(tǒng)啟用數(shù)據(jù)通信功能時，由客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求指令及數(shù)據(jù)包，服務(wù)器端接收后進(jìn)行包的解析，明確客戶端的操作需求，驗證所請求操作的合法性，執(zhí)行所請求操作；服務(wù)器端向客戶端發(fā)送應(yīng)答指令及結(jié)果數(shù)據(jù)包，客戶端接收后進(jìn)行包的解析，獲取自己所需數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)操作。具體的通信流程如圖5所示。

圖5　數(shù)據(jù)通信流程Fig.5 Data comm unication flow

6　結(jié)束語

基于Unity3D的油田作業(yè)仿真考核系統(tǒng)架構(gòu)于C/S模式之上，文中主要討論了運(yùn)行于移動設(shè)備之上的客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)。所實現(xiàn)的系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行于移動設(shè)備之上，充分滿足了油田作業(yè)工利用崗前5分鐘進(jìn)行考核、考核合格才能上崗的要求，能充分幫助油田作業(yè)工在崗前充分熟悉作業(yè)流程，有效避免作業(yè)事故的產(chǎn)生，深受油田作業(yè)單位的認(rèn)可，具有向其他油田作業(yè)單位推廣的潛質(zhì)。

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李金永 男（1970 -），山東利津人，高級工程師，主要研究方向為信息技術(shù)在采油工程中的應(yīng)用

吳寅生 男（1962 -），上海人，工程師，主要研究方向為采油工程管理。

The Design and lmplementation ofMobile Device Client Based on Unity3D for Oilfield Operation Simulation Exam ination System

LI Jinyong1，WU Yinsheng1，ZHENG Jianfeng1，ZHA0 Ya2
（1.The Third ExPloit Factory Of Huabei Oilfield ComPany，Hejian 062450，China；2.ComPuter&Information Technology College，Northeast Petroleum Institute，Daqing 163318，China）

Abstrac t：This PaPer aim s to research and develoP the oilfield oPeration simulation exam ination system used in 5 m inutes before going to w ork，which can run on the intelligent mobile devices w ithout netw ork.According to the system needs，the PaPer analyzes the functional requirements of the server and the mobile client；designs the functions according to the mobile client needs；researches some key technologies involved in the im Plementation of the mobile client；describes the concrete realization Process of the system functions，finally com Pletes the simulation exam ination system clientwhich can run on the mobile devices smoothly.The system obtains good test effect after being used in oilfield oPeration，can helP the workers be fam iliarw ith the oPeration Process before going to work，can avoid the generation of oPeration accidents effectively，is recognized by the oilfield com Pany，has the Potential of being Promoted to other oilfields.

Key words：simulation exam ination；mobile learning；Unity 3D；mobile device

中圖分類號：TP 391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項目：黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題（GJB1215019）；黑龍江省研究生教育創(chuàng)新工程資助項目（JGXM-HLJ-2015111）