随着我国高铁事业的迅猛发展,人们对于高铁更深入了解的需求和相关部门对于规划和建设高铁的效率也提出了更高的要求。随着虚拟现实技术越来越成熟,高铁和虚拟现实技术的结合带来了重要的意义。虚拟高铁仿真系统便是虚拟现实的一个应用,它不仅能够为研究高铁车辆编组、线路的选取设计、模拟运行等提供了很好的手段和方法,而且基于它安全、经济、可移植性强的特点,减少了很多实际操作,提高了安全性,节省了大量的人力物力。本文就“人、车、环境”整体的几个关键性问题进行了相关研究。首先使用Maya对高铁列车、车站等进行建模;然后使用建好的模型在虚幻引擎中进行三维重建;通过对Unity和虚幻引擎的对比,使用渲染效果更好的虚幻引擎作为仿真工具;由于仿真地形非常大,为了优化场景,首先使用关卡流对大规模地形采用分块加载进行第一次优化,然后在LOD的基础上提出剔除未使用LOD的方法,并结合纹理材质技术等对场景进行第二次优化;由于实际地形中会有不同的高程值,那么为了不出现嵌入地下或飘在空中的现象,本文对地形模型和线路模型的融合算法进行了研究,对已有的算法进行更加详细的描述;基于实际地形的列车运动仿真是本文的重点之一,首先提出了基于实际地形的仿真模型,由于传统的质点模型不能很好的模拟出坡道地段的运动情况,本文提出了一种基于实际地形的绳体模型,然后分别在三种不同的运行工况下对绳体模型进行动力学分析;高铁的仿真自然离不开人的存在,根据高铁的运行特点,它的停站时间基本上很短,为了满足时间上的需求,本文在A*算法的基础上,结合Nav mesh和最快速度方法提出了一种NF-A*算法来模拟乘客的上下车行为。通过各个实验结果分析,使用关卡流和剔除未使用的LOD的方法对渲染效果、运行效率和内存占用有了很大的提高;地形模型和线路模型算法的运用使融合效果达到了要求;通过对质点模型和绳体模型的对比,随着坡道地段的不断增加,质点模型失去了适用性,而绳体模型能够很好的模拟出在复杂地形上的运行情况;通过对5组实验数据的分析,NF-A*算法比A*算法在时间上缩短了30%左右,满足实际需求。