基于Unity3D的无人机虚拟巡检平台设计与开发

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随着无人机技术的发展,各行各业都在进行无人机作业的探索与应用,例如电力巡检、农业植保、影视拍摄等。对无人机需求量与日俱增的同时,无人机飞手的需求量和技术要求也在逐渐提高,如何快速便捷地进行无人机的巡检训练成为了亟待解决的问题。传统的无人机飞行模拟软件大多运行在PC端且功能比较单一,基于此本文设计并实现了一款基于Unity3D的Android端无人机虚拟巡检平台。平台实现的功能主要包括无人机控制、机型选择、巡检路线、NPC(Non-Player Character,非玩家角色)自主寻路、伤害计算、场景选择、登录注册、多机协同、参数配置和后台管理。无人机控制是平台的基础,通过设计的摇杆控制无人机仿真飞行,并在参数配置中可设置不同的操作方式。平台提供多种无人机和场景供用户选择。其中无人机机型有四种,包括三种四旋翼无人机和一种双旋翼无人机。场景主要分为三种模式:单机模式、联机模式和更多模式,三种模式中包含五种场景:无人机巡检训练场景、飞行模拟场景、野外多功能巡检场景、多机协同场景和无人机机箱场景,其余功能都在这些场景中实现。无人机巡检训练场景中主要是模拟真实巡检,并设置巡检引导线和巡检框,用户操纵无人机穿框完成整个巡检路线,平台记录用户操作完成用时并上传至服务器端;飞行模拟场景是根据无人机比赛及现实中无人机作业的场景设计的,用户可在此模块自由飞行,设计合理的飞行路线完成任务;野外多功能巡检场景是一个多样性模块,用户可在此场景中进行无人机飞行、射击、变形等功能,场景中设置的野兽NPC会通过NavMesh(导航网格)算法自主寻路,当无人机靠近时会主动攻击以模拟动物对无人机的干扰,攻击的同时会进行伤害的计算;多机协同是一个联网进行的场景,进入多机协同场景可看到其他在线用户的无人机状态,利用PhotonServer(光子服务器)搭建的平台服务器可实现实时更新各个用户的无人机位置与状态,从而实现多机协同功能,便于用户模拟执行多架无人机协同任务;无人机机箱场景是一个展示场景,在这个场景中演示了无人机机箱工作运行的情况。后台管理是基于Vue框架搭建的平台数据管理系统,管理员可在系统中查看、统计用户完成巡检的时间记录和对用户基本信息的管理。本文设计实现的无人机虚拟巡检平台通过Unity3D发布到手机移动端,用户可通过手机进行巡检训练,方便快捷不受限制;用户训练之余还可进行多功能飞行,缓解了巡检训练带来的枯燥;利用后台服务器实现了多用户共同飞行的功能,便于用户间的互动;利用NavMesh算法为NPC添加自主寻路功能,模拟动物对无人机的干扰。
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