摘要：针对THDS的工作原理、地铁车辆组成、故障现象及故障学习原因等方面的需求，设计并实现了THDS地铁车辆检修智能检修系统，对THSD的原理、组成和故障处理进行检修和测试。在传统的检修中，有效必须在真实的环境中进行，但有限的地铁车辆数量难以保证人员有足够的实际操作，因此，在进行真实的检修作业前，先进行虚拟仿真模拟操作，可以解决地铁车辆不足、工作量大以及费用高等问题，对相应的THDS地铁车辆检修智能检修系统的研发很有必要。
关键词：虚拟现实；Unity3D；地铁车辆
引言
虚拟现实技术依托技术优势模拟真实场景，将客户带入一个虚拟空间，用户在虚拟世界获得如同现实情况一般的真实感受，其强大的交互性和实时性对用户构成了极大的吸引力。通过借助虚拟现实技术，可以搭建一个具有真实互动感的仿真检修平台，进行原理及思路的直观展示。Unity 3D三维虚拟技术是当前最为先进的技术类型，该技术能快速生成虚拟场景，改变了检修受制于时空界限的现状，检修中使用此技术有助于对人员开展针对性检修， 对提升人员理解和实操能力有很大帮助，同时这种技术还有助于避免实操训练中出现的训练安全事故。
1系统整体框架
THDS地铁车辆检修智能检修系统主要包括用户管理系统， 原理展示系统，故障预判系统，智能检修系统和测评考试系统。其中用户管理系统用来管理人员的账户信息；原理展示系统用视频的方式展示了THDS地铁车辆的地铁车辆组成和工作原理；故障预判系统展示了地铁车辆常见的故障和处理方式； 智能检修系统还原真实作业场景并模仿故障现象提供PC和VR两种虚拟现实模式，使职工在其内部体验沉浸式虚拟漫游形势，体验如同真实作业一般的作业流程，并从其中判断故障，修复故障；测评考试系统从理论和实践操作两方面对人员进行测评。
2系统开发流程
THDS地铁车辆检修智能检修系统根据客户的需求，设计不同的功能模块，实现对人员的全面和测试，具体开发流程如下：根据TFDS地铁车辆和周边场景的图纸和照片，建立仿真的三维模型，并将收集到的TFDS地铁车辆的信息进行整理，将需要的部分录入数据库；Unity3D支持C#脚本语言和JS脚本语言，使用更强大和更方便的C#语言编写程序， 实现系统的交互；通过Unity3D平台将完成的系统发布到Windows平台。系统开发流程图如图1所示。
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图1 THDS地铁车辆检修智能检修系统开发流程图
2.1创设模型
3D仿真模型的质量好坏是虚拟场景实际效果的直接影响因素，一般在已知模型详细参数情况下，主要使用CATIA、UG等建模软件构建三维模型，其后运用3DMAX 开展形体调整及动画制作。若没有THDS地铁车辆和场景的精准参数码应直接使用3DMAX开展建模和场景制作，依据先后顺序开始THDS地铁车辆的工控机、探头箱、卡轨器、配电箱、UPS和电涌保护箱等模型建设工作，最后在使用阵列、镜像等功能实现THDS地铁车辆的科学装配。
要求使用3DMAX软件工具开始建模时，必须注意选择“背面隐消”功能，不然当使用Unity3D进行虚拟仿真实验时，所创模型将不可用。为使模型效果更加真实，使用渲染器进行模型渲染和贴图时，必须注意选择合适材质，特别是金属、橡胶和玻璃类材质的选用。但装配及渲染结束后，必须对THDS零件模型进行分类和重命名，并对分类后的模型实行坐标轴调节。通常为确保虚拟仿真的最佳效果，还必须调整模型面数。为使模型更好地导入虚拟场景，首先将3DMAX所创建的已进行渲染后的THDS模型以fbx的文件格式导出，再将fbx文件复制到Unity3D根目录下，并激活Unity3D主程序实现模型导入。在将模型导入Unity3D中时，如果模型在场景中出现闪烁以及材质缺损现象时，要退回3DMAX对模型进行修复，直至实现最佳模型效果。
2.2虚拟交互脚本设计
Unity3D实质上是一个面向组件的开发引擎，多个场景组成了一个工程，而一个场景内的全部物体就是对象。就各个对象而言，可利用添加组件的方法实现对象的相关功能，具体来讲就是对象的全部功能都需要由组件来实现。脚本属于一种特殊的组件，将其添加至游戏对象上，从而实现用户自定义的部分功能。在设计某个对象的相关功能时通常可把组件分为三个层次，从低到高依次为基础组件，包括物理组件、声音组件、渲染组件等。就模块功能脚本组件而言，主要利用脚本实现，是相对独立、可重用的一种功能模块组件。就高层的整合代码脚本而言，其通过整合引擎基础组件以及模块功能组件，达到最终对象逻辑的目的。
3关键功能的实现
3.1THSD地铁车辆的组成及其原理模块
本系统将THDS分为三个部分，分别是室内组成、室外组成和附属设施。其中室内组成分为工控机、控制箱背后插口、智能跟踪器和远程管理向；室外组成部分分为探头箱卡轨器、探头、磁头和车号天线；附属设施分为配电箱、UPS、空调、电涌保护箱和接地装置。点击地铁车辆名字就会播放所点击物体的详细信息介绍。原理介绍了每个地铁车辆的功能。最后还以连线和选择的形式对上述的讲解内容进行测试。
3.2故障处理模块
本系统根据故障发生的位置将THDS故障分为内探头故障、外探头故障、热靶大门故障、电源故障、磁头故障和环温故障。人员可以按分类查找故障，也可以在搜索栏输入故障的名字找到故障进行学习。在故障处理中，本系统将故障现象可能的原因都罗列出来，人员可以点击不同的故障来观看故障检修流程的演示。故障处理界面如图5所示。
3.3故障智能检修模块
本模块提供真实作业场景并模仿故障现象，部分故障还提供了VR虚拟现实模式，使人员在其内部体验沉浸式虚拟漫游形式，体验如同真实作业一般的作业流程，并从其中判断故障，修复故障。在PC检修故障场景中主要分为室内地铁车辆，环温箱和轨边地铁车辆三部分，人员点击屏幕右边的标签即可到达对应位置。人员将鼠标移动到物体上时，屏幕上或弹出物体的名字，点击物体镜头就会移动到物体前面，再次点击物体， 就会弹出该物体可以进行的操作，并会得到操作正确或操作错误的提示。右下角会记录人员所执行的操作。当人员忘记流程时，点击右上角的提示按钮就可以看到当前故障的处理流程从而起到检修的作用。在VR检修场景中，人员按下左手的触摸板会射出一条曲线，松开圆盘人就会移动到曲线与地面接触的位置，人员可以凭借此功能在场景中随意移动。场景中有介绍当前步骤的详细提示。人员按照提示即可完成对地铁车辆的检修。
4结语
传统的铁路THDS地铁车辆运维检修需要购置THDS 实物地铁车辆并安装到基地中，该方法存在占地面积大、灌输式的传授内容比较枯燥乏味、无法透析地铁车辆结构原理和作用原理，检修地铁车辆无法及时更新故障设置等问题。通过将虚拟现实技术融入THDS地铁车辆检修活动中，利用Unity3D简单的用户界面、多脚本语言支持以及强大的物理引擎功能与易部署性等优点研发出THDS地铁车辆智能检修系统。与实物购置的方式相比，本系统成本更显低廉， 可无数次重复使用，可随意为地铁车辆设置各种故障。
参考文献：
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