摘要：傳統(tǒng)的三維可視化場景往往需要大量的數(shù)據(jù)傳輸，尤其是在遠(yuǎn)距離無線傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)延遲和丟失可能會(huì)成為問題。Unity 3D通過優(yōu)化數(shù)據(jù)壓縮和傳輸協(xié)議，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。因此，文章提出基于Unity 3D的遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建。文章通過設(shè)計(jì)無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)，構(gòu)建遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真模型，生成Unity 3D傳輸用戶界面，實(shí)現(xiàn)了三維可視化虛擬仿真場景的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的方法在繞射損耗、大氣損耗、反射損耗、自由空間損耗等方面均較低，符合無線傳輸數(shù)據(jù)測量要求，提高了遠(yuǎn)距離無線傳輸質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Unity 3D；遠(yuǎn)距離；無線傳輸；三維可視化；虛擬仿真場景

中圖分類號：TP391.9""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0"引言

遠(yuǎn)距離無線傳輸存在安全加密性差以及傳輸?shù)难訒r(shí)長等問題，難以保證傳輸?shù)馁|(zhì)量^［1］。三維可視化虛擬仿真技術(shù)可以將無線傳輸數(shù)據(jù)、圖像、視頻等信息轉(zhuǎn)換為仿真場景，使用戶全面進(jìn)行數(shù)據(jù)感知，與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)^［2-4］。但是受到遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)目陀^因素限制，可視化虛擬仿真場景的構(gòu)建難度較高。

相關(guān)研究人員針對遠(yuǎn)距離無線傳輸特點(diǎn)設(shè)計(jì)了幾種常規(guī)的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法。例如：徐凱等^［5］利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)調(diào)整I/O信號傳輸結(jié)構(gòu)，結(jié)合3D Max建模軟件進(jìn)行逐一調(diào)試，降低了場景的調(diào)試成本，但該方法的直觀性不足。連遠(yuǎn)鋒等^［6］基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法可視化技術(shù)生成了DSAVDVR架構(gòu)，設(shè)置了契合參量，滿足了場景的真實(shí)性要求，但易受突發(fā)場景影響，整體偏差較高。

Unity 3D以其卓越的跨平臺能力、強(qiáng)大的圖形渲染技術(shù)、實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境、豐富的資源和插件市場、靈活的編程語言支持、內(nèi)置的物理引擎和動(dòng)畫系統(tǒng)、完善的網(wǎng)絡(luò)功能、龐大的社區(qū)支持和持續(xù)的技術(shù)更新，成了游戲開發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、模擬訓(xùn)練、教育、建筑可視化等領(lǐng)域的首選開發(fā)工具。無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)者還是初學(xué)者，都能在Unity 3D的直觀界面和可視化腳本系統(tǒng)中找到適合自己的開發(fā)方式，快速高效地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，打造出視覺震撼且性能卓越的應(yīng)用和游戲。為了解決上述方法存在的問題，滿足傳輸交互要求，本文基于Unity 3D設(shè)計(jì)了一種有效的遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法。

1"傳輸三維可視化虛擬仿真場景Unity 3D構(gòu)建方法設(shè)計(jì)

1.1"設(shè)計(jì)無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)

無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景對傳輸頻段覆蓋度要求較高，須要根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)。在登入虛擬仿真場景后，須要立即進(jìn)行身份驗(yàn)證，按照虛擬通信狀態(tài)完成交互。具體的無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景架構(gòu)如圖1所示。

1.2"構(gòu)建遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型

在實(shí)際遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)倪^程中，接收信號功率均值會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，容易受到外界環(huán)境干擾，導(dǎo)致仿真場景的擬合度不足。針對該問題，本文分析了遠(yuǎn)距離無線傳輸特性，構(gòu)建了三維可視化虛擬仿真場景模型，須要計(jì)算傳輸總損耗L，計(jì)算如公式（1）所示。

L=L0+LR+LD+LA（1）

公式（1）中，L0代表無線傳輸自由空間損耗，LR代表無線傳輸反射損耗，LD代表傳輸繞射損耗，LA代表通道吸收損耗。任何介質(zhì)都會(huì)阻擋無線傳輸效果，造成一定的傳輸損耗，因此，可以根據(jù)自由空間的傳輸關(guān)系，計(jì)算空間傳輸權(quán)重D，如公式（2）所示。

D=lgf+lgd（2）

公式（2）中，f代表無線傳輸信號頻率，d代表傳輸距離。確定通信點(diǎn)的收發(fā)高度，計(jì)算無線通信傳輸損耗因子M，如公式（3）所示。

M=1+2RREtanθ（3）

公式（3）中，R代表發(fā)射點(diǎn)與接收機(jī)之間的距離，RE代表涅菲爾損耗系數(shù)，結(jié)合反射系數(shù)與損耗因子，可以進(jìn)行傳輸修正，構(gòu)建的遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景模型vs如公式（4）所示。

vs=‖Xs-∑mi=1ωiXs‖，s=1，2，…，m（4）

公式（4）中，Xs代表傳輸差異參量，ωi代表傳輸異常偏差，使用上述設(shè)計(jì)的仿真場景模型可以對傳輸狀態(tài)進(jìn)行分類描述，獲取更真實(shí)的傳輸參數(shù)，保證了虛擬仿真場景的擬合性。

2"實(shí)驗(yàn)

2.1"實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景傳輸效果，本文選取MATLAB作為實(shí)驗(yàn)平臺，獲取實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。本文以VHF標(biāo)準(zhǔn)作基礎(chǔ)，設(shè)置基礎(chǔ)發(fā)射頻率與接收頻率范圍，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)交互界面。根據(jù)傳輸場景中的光照強(qiáng)度等參數(shù)，選擇海上無線傳輸場景作為實(shí)驗(yàn)場景。共設(shè)置6種不同類型的無線傳輸實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，包括物理傳輸節(jié)點(diǎn)、操作傳輸節(jié)點(diǎn)以及特殊節(jié)點(diǎn)。

2.2"實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)在預(yù)設(shè)的無線傳輸空間中，通過設(shè)置路由和調(diào)整URL域，按照編程要求隨機(jī)生成了無線傳輸實(shí)驗(yàn)場景。實(shí)驗(yàn)對比了基于Unity 3D的方法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法可視化技術(shù)方法在不同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，通過DEE工具輸出。對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文提出的虛擬仿真場景構(gòu)建方法在通信距離分別為4.545km、6.264km、8.845km、10.363km、12.846km和14.259km時(shí)，繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗的數(shù)值均低于徐凱等^［5］和連遠(yuǎn)鋒等^［6］的虛擬仿真場景構(gòu)建方法。具體來看，本文方法在不同通信距離下的繞射損耗分別為85.125 dB、86.414 dB、88.253 dB、84.945 dB、85.241 dB和86.285 dB，大氣損耗為12.541 dB、11.242 dB、13.594 dB、15.852 dB、14.254 dB和12.268 dB，反射損耗為9.045 dB、9.182 dB、9.363 dB、9.584 dB、9.253 dB和9.021 dB，而自由空間損耗則極低，分別為0.001 dB、0.001 dB、0.002 dB、0.003 dB、0.002 dB和0.001 dB。相比之下，徐凱等^［5］的方法在相同通信距離下的繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗均較高，分別為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。連遠(yuǎn)鋒等^［6］的方法同樣顯示出較高的損耗值，繞射損耗在105.256 dB至109.856 dB之間，大氣損耗在26.825 dB至28.236 dB之間，反射損耗在14.254 dB至16.185 dB之間，自由空間損耗在0.054 dB至0.089 dB之間。

綜上所述，本文的虛擬仿真場景構(gòu)建方法在各項(xiàng)損耗指標(biāo)上均優(yōu)于徐凱等^［5］和連遠(yuǎn)鋒等^［6］的方法，表明本文方法在模擬通信場景時(shí)能夠更有效地減少信號傳輸過程中的損耗，從而提高通信效率和可靠性。

3"結(jié)語

綜上所述，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G技術(shù)逐漸普及，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為遠(yuǎn)距離無線傳輸提供更高的帶寬、更低的延遲和更穩(wěn)定的連接支持。遠(yuǎn)距離無線傳輸指在相對廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行無線信號傳輸，例如：衛(wèi)星通信、無線電廣播等，覆蓋幾百千米甚至更遠(yuǎn)的范圍，其交互難度較高。本研究成功開發(fā)了一種基于Unity 3D的遠(yuǎn)距離無線傳輸三維可視化虛擬仿真場景構(gòu)建方法，有效解決了用戶觸發(fā)事件導(dǎo)致的傳輸損耗問題。通過精心設(shè)計(jì)的場景架構(gòu)、模型構(gòu)建和用戶界面生成，該方法顯著降低了繞射損耗、大氣損耗、反射損耗和自由空間損耗，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法在提升無線傳輸質(zhì)量方面的優(yōu)越性，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)測量要求。該方法有望在無線通信領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

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（編輯"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