论文题目：基于Unity3D的铁路信号机三维建模及原理仿真
摘要：铁路信号是保证行车安全、提高区间和车站通过能力以及解编能力的手动控制、自动控制及远程控制技术的总称。信号机作为轨旁基础设备,是铁路信号室外三大设备之一,对保证列车安全运行以及提高运输效率具有重要意义。目前的铁路信号系统,在设计、施工、培训、维护的整个生命周期中,都以二维图纸为主,但是仅用二维图纸来展示复杂的三维铁路并不能实现所见即所得。而三维仿真技术可以实现模型的可视化,让模型直观的展示在人们面前。因此,本文从铁路信号机的三维建模及工作原理仿真两个方面进行研究,设计了基于Unity3d的信号机三维仿真系统,使用户可以直观的观察设备的真实状态及连接关系。本文以信号机的结构特征、工作原理、工程设计等专业知识为依据,以三维仿真技术为理论支持,以3ds Max、Unity3d为开发工具,以真实地再现信号机的工作场景为目的,完成了基于Unity3d的铁路信号机三维建模及原理仿真系统。本文首先通过查阅国内外在铁路行业应用三维仿真技术的研究现状,并结合信号机的相关知识,设计了基于Unity3d的铁路信号机三维建模及原理仿真系统的总体架构和开发流程。接着在3ds Max中建立系统所需的三维模型,包括室外的不同类型的信号机、道岔、轨道电路,以及室内的继电器组合和组合柜、接口柜、防雷分线柜、I/O柜、联锁柜等。在建模时,通过分析信号设备的结构,综合使用几何体建模法、样条线建模法、复合对象建模法、多边形建模法等多种建模方法,初步完成模型的构建;通过赋予模型材质与贴图,提高模型的逼真程度;通过减少模型的点线面及数量对模型进行优化,从而提高系统的运行效率。接着利用关键帧将模型制作成动画,并将所有的模型及动画导入Unity3d中。在Unity3d中使用C#语言,通过读取用户配置的数据,实现了信号机室内、外工作场景的自动生成;通过与联锁机的通信,实现了信号机工作原理的仿真;还实现了继电电路的配线、信号灯的拆装、场景漫游等功能。最后借助实验室既有的计算机联锁仿真系统,对本文的主要功能进行了测试。
关键词：铁路信号;信号机;三维仿真;3ds Max;Unity3d
学科专业：交通信息工程及控制
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 三维仿真技术研究现状
1.3 研究内容
第2章 信号机三维仿真系统的总体设计
2.1 信号机及其联锁控制概述
2.1.1 信号机概述
2.1.2 信号机的联锁控制原理
2.1.3 信号点灯电路
2.2 信号机三维仿真系统开发工具的选择
2.2.1 三维建模工具的选择
2.2.2 场景开发引擎的选择
2.3 信号机三维仿真系统的总体设计
2.3.1 系统总体架构
2.3.2 系统总体功能
2.3.3 系统开发流程
第3章 信号机及其控制设备的三维建模
3.1 信号机及其控制设备的建模内容及流程
3.1.1 建模内容
3.1.2 建模流程
3.2 信号机及其控制设备模型的建立
3.2.1 信号机及其控制设备的结构分析
3.2.2 信号机及其控制设备模型的构建
3.2.3 材质及贴图
3.2.4 模型的优化
3.3 拆装信号灯的动画制作
3.3.1 动画制作原理与步骤
3.3.2 系统演示动画的制作
第4章 信号机三维仿真系统的设计
4.1 信号机工作场景设计
4.1.1 固定场景的搭建
4.1.2 室外站场的动态加载
4.1.3 联锁控制设备的动态加载
4.2 通信模块设计
4.2.1 与联锁机的通信设计
4.2.2 对联锁数据的处理
4.3 信号机点灯设计
4.3.1 点灯电路逻辑设计
4.3.2 信号机点灯设计
4.3.3 边缘高亮设计
4.4 控制信号机点灯的继电电路配线设计
4.4.1 画线脚本设计
4.4.2 机柜间的配线设计
4.4.3 继电器组合的配线设计
4.5 拆装信号机设计
4.5.1 动画演示设计
4.5.2 手动拆装设计
4.6 UI框架设计
第5章 信号机三维仿真系统的实现
5.1 信号机原理仿真的实现
5.1.1 动态加载场景的实现
5.1.2 信号机点灯的实现
5.1.3 场景漫游的实现
5.2 控制信号机点灯的继电电路配线的实现
5.3 拆装信号机的实现
5.3.1 拆装信号灯的实现
5.3.2 分解信号机的实现
结论
致谢
参考文献