利用 Unity 场景编辑功能构建仿真环境

利用Unity的场景编辑功能构建仿真环境

1. 前言

在Unity中，通过将3D模型放置在场景中并调整其位置、旋转和尺寸，可以构建设备布局。

本文介绍使用Unity的场景编辑功能创建仿真用设备环境的基本操作。

主要涉及以下功能。

• Scene视图的操作
• 对象的移动、旋转、缩放
• 快捷键
• 顶点吸附
• 网格吸附
• 对象复制
• 视角切换
• 资产搜索
• 碰撞体设置
• 灯光调整

※本文参考了Unity 2018的演讲资料。在Unity 6中，部分菜单名称和界面布局可能有所不同。

2. Unity的基本界面

Unity编辑器主要包含以下窗口。

2.1 场景视图的显示

1. 在 Unity 中打开项目。
2. 点击顶部的“Scene”标签页。
3. 在场景视图中操作鼠标。

场景视图是用于布置设备和调整尺寸的工作画面。

3. Scene 视图的视角操作

3.1 基本操作

3.2 Flythrough模式

按住鼠标右键的同时使用WASD键，可以在3D空间中移动。

操作手順：

1. 将光标移至Scene视图。
2. 按住鼠标右键。
3. 使用WASD键移动。
4. 移动鼠标以改变视线方向。
5. 松开右键结束操作。

配合Shift键可提高移动速度。

此功能在直观确认机器人设备的通道宽度和设备间距时非常有效。

4. 对象的基本操作

4.1 创建对象

以创建Cube为例。

1. 在Hierarchy中的空白区域右键单击。
2. 选择“3D Object”。
3. 点击“Cube”。
4. 在 Scene 视图中生成 Cube。

4.2 快捷键

※Windows环境为假设。

4.3 移動操作

1. 选择Cube。
2. 按下W键。
3. 显示红、绿、蓝箭头。
4. 拖动箭头进行移动。

轴的含义：

• X：左右
• Y：上下
• Z：前后

如需指定精确位置，请使用 Inspector 中的 Transform。

例：

Position

• X = 5
• Y = 0
• Z = 3

4.4 回転操作

1. 选择对象。
2. 按下E键。
3. 拖动旋转环。

在Inspector中输入精确的角度。

例：

旋转

• X = 0
• Y = 90
• Z = 0

4.5 拡大縮小

1. 选择对象。
2. 按 R 键。
3. 拖动各轴的句柄。

Cube 的初始尺寸为 1 米见方。

例如，在创建地板时：

Scale（缩放）

• X = 20
• Y = 0.2
• Z = 20

これにより、20m×20mの床を作成できる。

5. Transformの操作

5.1 Transformとは

Transformは、オブジェクトの位置・回転・拡大縮小を管理するコンポーネントである。

5.2 重置变换

1. 选择对象。
2. 打开检查器。
3. 打开变换组件的菜单。
4. 选择“Reset”。

初期値：

位置 = (0, 0, 0)

Rotation = (0, 0, 0)

Scale = (1, 1, 1)

配置 CAD 模型时，用于确认非预期的坐标或旋转。

6. Pivot与Center

在Unity中，可以切换用于操作对象的基准点。

6.1 轴心（Pivot）

使用对象自身的基准点。

用途：

• 机器人关节的旋转
• 确认旋转轴
• 设备模型的位置调整

6.2 中心

以选中对象的显示中心为基准进行操作。

用途：

• 批量移动多个设备
• 调整多个对象的位置

6.3 切换方法

1. 查看 Scene 视图顶部的工具栏。
2. 查找切换「Pivot / Center」的选项。
3. 选择要使用的模式。

如果要确认机器人的关节位置，请使用 Pivot。

7. 本地与全局

7.1 全局

基于世界坐标系进行移动和旋转。

适合设备布局的对齐。

7.2 局部坐标系

以对象自身的轴为基准进行操作。

用于调整旋转后的设备或机器人部件。

7.3 切换

切换 Scene 视图顶部的“局部/全局”选项。

例：

当需要将旋转90度的设备沿其自身前方移动时，使用Local模式便于操作。

8. 顶点捕捉

顶点捕捉是一种将模型的顶点相互对齐的功能。

可用于设备的定位对齐。

8.1 操作手順

1. 选择要移动的对象。
2. 按W键切换到Move工具。
3. 按住V键。
4. 拖动源顶点附近。
5. 对齐到目标顶点。
6. 松开鼠标按钮。
7. 松开V键。

8.2 使用例

• 设备底座与地面的对准
• 多个墙壁的连接
• 传送装置的校准
• 临时设备模型的排列

9. 网格捕捉

这是一种按固定间隔放置对象的功能。

9.1 操作方法

1. 打开 Scene 视图。
2. 打开“网格与吸附”设置。
3. 设置移动单位。
4. 选择对象。
5. 按住Ctrl键的同时进行移动。

例：

将Move的吸附值设为1，即可实现以1米为单位的移动。

※吸附设置及操作可能因Unity版本不同而有所差异。

9.2 用途

• 柱的等间距布置
• 安全护栏的布置
• 设备的排列
• 通道宽度的调整

10. 对象的复制

10.1 基本操作

1. 选择要复制的对象。
2. 按下 Ctrl + D。
3. 复制到相同位置。
4. 用 W 键移动。

10.2 设备的等间距布置

例：

以2m间距布置安全栅栏。

1. 创建最初的安全栅栏。
2. 按 Ctrl + D 复制。
3. 将Position X增加2m。
4. 再次复制。
5. 同样调整位置。

11. 使用俯视图・侧视图

11.1 场景辅助图标

使用Scene视图右上角的坐标轴显示。

点击各轴即可切换视角。

• Top：上面
• Front：正面
• Right：右侧面

11.2 平行投影

点击 Scene Gizmo 的中央部分，即可在 Perspective 和 Orthographic 之间切换。

正交投影下，远近造成的视觉缩小效果会消失。

能够以接近图纸的直观方式确认设备布局。

12. 选择多个对象

12.1 使用 Ctrl 进行选择

在按住 Ctrl 键的同时点击层级结构（Hierarchy）中的对象，即可进行多选。

12.2 使用 Shift 进行范围选择

使用 Shift 可以在层次结构中连续选择对象。

12.3 一括移動

1. 选择多个对象。
2. 按下 W 键。
3. 拖动移动手柄。

在整体移动设备组时使用。

13. 对象的父子关系

13.1 创建父子关系

1. 在Hierarchy中选择要设为子对象的对象。
2. 将其拖拽到要设为父对象的对象上。
3. 该对象将放置在父对象下方。

例：

Robot

• Base
  • Joint1
    • Joint2
      • Joint3

13.2 亲子关系的特征

移动父对象时，子对象也会随之跟随。

在构建机器人的关节结构时这一点非常重要。

但是，如果关节的旋转轴没有正确设置，则无法实现预期的旋转动作。

14. 资产搜索

14.1 在Project窗口中进行搜索

1. 打开项目窗口。
2. 在搜索栏中输入名称。
3. 显示相应的资源。

例：

机器人

传送带

材料

14.2 按种类搜索

使用Unity的搜索过滤器可以指定资产的种类。

例：

t:Material

搜索材质。

t:Prefab

搜索预制体。

模型

搜索模型资产。

14.3 使用标签

为资产设置标签，可以按照设备类型或用途进行分类。

例：

• 机器人
• 传送带
• Fixture
• Simulation

在标签搜索中使用“l:标签名”。

15. Collider的设置

Collider用于物体之间的碰撞检测。

15.1 添加Box Collider

1. 选择一个对象。
2. 打开检查器。
3. 点击「Add Component」。
4. 搜索“Box Collider”。
5. 追加。

15.2 Collider 的调整

调整Box Collider的以下项目。

• Center
• Size
• Is Trigger

15.3 用途

• 与地面的碰撞检测
• 与设备的碰撞检测
• 机器人干涉确认
• 进入作业区域检测

※仅使用Collider无法完成干涉检测功能。根据需要，请结合Rigidbody或C#进行判定处理。

16. 光照设置

16.1 创建Light

1. 在Hierarchy中右键单击。
2. 选择「Light」。
3. 添加所需的灯光。

主要灯光：

• 方向光
• 点光源
• 聚光灯

16.2 点光源

用于设备周边的局部照明。

設定項目：

• 颜色
• 强度
• 范围
• 阴影

16.3 反射探针

这是一种用于辅助反射表现的功能。

追加方法：

1. 在Hierarchy中右键单击。
2. 从“Light”中选择“Reflection Probe”。
3. 调整应用反射的区域。

※根据Unity的渲染管线，设置项会有所不同。

17. 在机器人仿真环境中的应用

组合到目前为止的操作，构建简易设备布局。

17.1 床的制作

1. 生成Cube。
2. 将名称改为Floor。
3. 设置 Scale。

X = 20

Y = 0.2

Z = 20

1. 将位置 Y 设置为 -0.1。

17.2 设备的临时布置

1. 生成 Cube。
2. 设置设备的外形尺寸。
3. 输入Position。
4. 根据需要复制。

17.3 替换为 CAD 模型

1. 将FBX模型导入到Assets中。
2. 配置到 Scene 视图中。
3. 确认临时模型的坐标。
4. 将 CAD 模型放置在相同位置。
5. 确认尺寸和轴向。

17.4 机器人的配置

1. 将机器人模型配置到Scene中。
2. 在 Hierarchy 中确认父子关系。
3. 确认枢轴。
4. 确认每个关节的旋转方向。

17.5 動作確認

1. 确认设备布局。
2. 确认机器人的位置。
3. 设置所需的控制脚本。
4. 按下播放按钮。
5. 确认操作结果。

18. 快捷键一览

※快捷键可能因Unity的设置或版本而有所不同。

19. 总结

使用Unity的场景编辑功能，无需借助外部建模工具即可进行设备的临时摆放和布局调整。

以下操作尤为重要：

1. Scene视图中的视角操作
2. 通过Transform调整位置、旋转和尺寸
3. Pivot与Local/Global的切换
4. 通过顶点吸附进行对齐
5. 通过网格吸附实现等距排列
6. 通过复制创建设备布局
7. 通过父子关系管理机器人模型结构

掌握这些操作后，可以在导入CAD模型之前高效地进行设备布置方案探讨和仿真环境调整。

20. 参考資料

Unity Technologies Japan

「在Unity中制作关卡」（2018年）

Unity官方手册