本發(fā)明為核電相關(guān)行業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)與信息的基本框架，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種能夠有效降低設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)成本的手段被引入到工業(yè)化生產(chǎn)中已有多年。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就給設(shè)計(jì)者提供良好的交互驗(yàn)證可能性。設(shè)計(jì)者可以參考虛擬驗(yàn)證的結(jié)果快速迭代和更新設(shè)計(jì)內(nèi)容，而無(wú)需等待漫長(zhǎng)且昂貴的原型階段，從而大大節(jié)約時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

在核電行業(yè)中，部分項(xiàng)目已經(jīng)將全廠范圍的三維模型搭建和更新作為設(shè)計(jì)周期一個(gè)常規(guī)組成部分，以解決多專業(yè)之間的設(shè)備空間干涉等傳統(tǒng)二維圖紙和計(jì)算書難以處理的問(wèn)題。但是，要將虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)系統(tǒng)在類似核電這樣的大型設(shè)備和復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中進(jìn)行全范圍實(shí)質(zhì)的應(yīng)用，卻一直存在困難和障礙。其中一個(gè)重要的原因就是，當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實(shí)都屬于針對(duì)性開發(fā)應(yīng)用，很少能夠提供泛用性的平臺(tái)，與設(shè)計(jì)的主流程是脫節(jié)的，往往造成現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用案例展示目的多于實(shí)效實(shí)施。而造成這一問(wèn)題的主要原因通常都與工業(yè)設(shè)計(jì)所使用的平臺(tái)與當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)所使用的技術(shù)較難直接相容有關(guān)。具體來(lái)說(shuō)就是，工業(yè)設(shè)計(jì)使用的平臺(tái)大多是基于曲面或者實(shí)體的專業(yè)造型系統(tǒng)，而虛擬現(xiàn)實(shí)所使用的渲染引擎基本上只能支持多邊形的幾何體。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，大多是在應(yīng)用開發(fā)階段對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)或半手動(dòng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，甚至重新建模。這種轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)是顯而易見的，特別在核電這樣構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的數(shù)量非常巨大的行業(yè)：

1)單次手動(dòng)或半手動(dòng)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)量巨大，且容易出錯(cuò)。

2)靜態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)無(wú)法跟隨設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的頻繁更新而更新。例如，在某核電項(xiàng)目中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每天發(fā)布一版新的全廠三維模型，版本滯后的虛擬現(xiàn)實(shí)模型無(wú)法支持設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。

3)多邊形數(shù)據(jù)本身只能包含有限的具有現(xiàn)實(shí)意義的信息，更多數(shù)據(jù)信息難以關(guān)聯(lián)。

4)多邊形數(shù)據(jù)的不精確性在工業(yè)應(yīng)用中也是無(wú)法接受的問(wèn)題，特別是需要在應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、約束等高精度操作時(shí)。

無(wú)法按照設(shè)計(jì)主流程迭代速度進(jìn)行高效更新的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，無(wú)法關(guān)聯(lián)除了三維模型之外更多設(shè)計(jì)信息，在工業(yè)界中的可用性是大打折扣的。而尺寸精確度無(wú)法保證的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，其產(chǎn)生的驗(yàn)證結(jié)果效力也是無(wú)法保證的，在核電這樣高度重視安全，且設(shè)計(jì)管控嚴(yán)格的行業(yè)，則完全無(wú)法應(yīng)用。本發(fā)明力圖通過(guò)一種模型的動(dòng)態(tài)管理方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型向虛擬現(xiàn)實(shí)模型的大規(guī)模、快速、自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并解決虛擬現(xiàn)實(shí)模型多邊形幾何體不準(zhǔn)確的問(wèn)題，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)中的實(shí)質(zhì)應(yīng)用鋪平道路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)。

場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分和運(yùn)行時(shí)部分；其中所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分將設(shè)計(jì)平臺(tái)的原始格式讀取，按照所使用的曲面/實(shí)體處理引擎能夠使用的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；曲面/實(shí)體數(shù)據(jù)、多邊形數(shù)據(jù)以及相互關(guān)系分別以實(shí)體數(shù)據(jù)文件，多邊形文件以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表的方式保存；在虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)按照多邊形的來(lái)源文件、頂點(diǎn)序號(hào)、邊線序號(hào)以及多邊形序號(hào)查詢?cè)紝?shí)體的索引信息。

優(yōu)選地，原始數(shù)據(jù)在被保存為實(shí)體數(shù)據(jù)文件前，對(duì)原曲面/實(shí)體模型的頂點(diǎn)、邊界和表面分別添加索引；在多邊形文件中不僅保存頂點(diǎn)列表和多邊形列表，同時(shí)還保存邊界線描述列表。

優(yōu)選地，在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，將實(shí)體文件中加入的索引與多邊形文件中頂點(diǎn)、邊界、多邊形的序號(hào)建立關(guān)系表。

優(yōu)選地，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用使用動(dòng)態(tài)鏈接或進(jìn)程通訊方式調(diào)用運(yùn)行時(shí)實(shí)體引擎演化出來(lái)的曲面計(jì)算單元，加載對(duì)應(yīng)的實(shí)體數(shù)據(jù)，并按需進(jìn)行曲面/實(shí)體相關(guān)的計(jì)算，將結(jié)果反饋給虛擬現(xiàn)實(shí)引擎。

優(yōu)選地，由處理引擎將曲面/實(shí)體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多邊形，并記錄多邊形與原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)系。

優(yōu)選地，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的發(fā)生可以按照定時(shí)或數(shù)據(jù)源更新的事件觸發(fā)，因此可以保證虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中所使用的模型在允許一定延時(shí)的情況下總是最新的。

2、本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，能夠提供虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用對(duì)原始設(shè)計(jì)文件中曲面/實(shí)體等參數(shù)化幾何體高精度的訪問(wèn)和計(jì)算。

3、本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，能夠加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的整合。

4.本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，可在完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)部分的組件使用，為虛擬現(xiàn)實(shí)的各項(xiàng)應(yīng)用提供來(lái)源于工程數(shù)據(jù)平臺(tái)且可實(shí)時(shí)瀏覽、具備精確尺寸信息、可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，大大提高了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中數(shù)據(jù)來(lái)源的時(shí)效性、完整性、準(zhǔn)確性和精確性，建立了工業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間動(dòng)態(tài)的橋梁，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本實(shí)施例提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)由三部分組成，分別為轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分和運(yùn)行時(shí)部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分將設(shè)計(jì)平臺(tái)的原始格式讀取，按照所使用的曲面/實(shí)體處理引擎能夠使用的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。由處理引擎將曲面/實(shí)體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多邊形，并記錄多邊形與原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)系，關(guān)系圖如圖2所示。

曲面/實(shí)體數(shù)據(jù)、多邊形數(shù)據(jù)以及相互關(guān)系分別以實(shí)體數(shù)據(jù)文件，多邊形文件以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表的方式保存。

原始數(shù)據(jù)在被保存為實(shí)體數(shù)據(jù)文件前，對(duì)原曲面/實(shí)體模型的頂點(diǎn)、邊界和表面分別添加索引。在多邊形文件中不僅保存頂點(diǎn)列表和多邊形列表，同時(shí)還保存邊界線描述列表。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，將實(shí)體文件中加入的索引與多邊形文件中頂點(diǎn)、邊界、多邊形的序號(hào)建立關(guān)系表。

在虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)按照多邊形的來(lái)源文件、頂點(diǎn)序號(hào)、邊線序號(hào)以及多邊形序號(hào)查詢?cè)紝?shí)體的索引信息。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用使用動(dòng)態(tài)鏈接或進(jìn)程通訊方式調(diào)用運(yùn)行時(shí)實(shí)體引擎演化出來(lái)的曲面計(jì)算單元，加載對(duì)應(yīng)的實(shí)體數(shù)據(jù)，并按需進(jìn)行曲面/實(shí)體相關(guān)的計(jì)算，將結(jié)果反饋給虛擬現(xiàn)實(shí)引擎。

本實(shí)施例以數(shù)據(jù)原始的設(shè)計(jì)平臺(tái)為PDS系統(tǒng)為例，其主要的模型文件為DGN v7格式，將應(yīng)用所關(guān)心的所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)保存在一存儲(chǔ)服務(wù)器上，作為圖1-①所指的實(shí)際平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

建立一周期運(yùn)行的服務(wù)，定時(shí)掃描該目錄中更新情況。當(dāng)模型文件發(fā)生更新時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)程，將DGN v7格式讀取出來(lái)，在圖1-②所示的處理引擎中轉(zhuǎn)換為BREP格式，存儲(chǔ)在圖1-③所示的曲面/實(shí)體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中。在BREP格式中使用頂點(diǎn)、邊、與面的原始序號(hào)作為索引。同時(shí)執(zhí)行三角化處理，不僅對(duì)面進(jìn)行三角化、也對(duì)邊界進(jìn)行多邊形化處理，并記錄頂點(diǎn)、多邊形邊以及三角型列表，存儲(chǔ)在圖1-④所示的多邊形模型存儲(chǔ)中。將索引序號(hào)連同實(shí)體文件文件名記錄在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1-⑤)中，將多邊形文件文件名以及其中各模型塊的記錄寫入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1-⑤)，根據(jù)面的三角形化以及邊界的多邊形化結(jié)果在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1-⑤)中寫入源實(shí)體部分與多邊形文件中頂點(diǎn)序列、多邊形序列以及多邊形邊的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

使用Virtools 5.0作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的引擎(圖1-⑥)，使用單獨(dú)的進(jìn)程運(yùn)行曲面/實(shí)體處理引擎實(shí)現(xiàn)的曲面計(jì)算單元(圖1-⑦)，使用UDP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。Virtools通過(guò)射線求交方式找到需要處理的模型塊，獲得模型名稱(含來(lái)源文件信息)以及面序號(hào)。使用這兩者信息提交曲面處理單元，處理單元查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索出該來(lái)源該文件的該模型塊中范圍包含該三角形序號(hào)的段落。并找到原始相關(guān)的BREP文件，加載該文件，并按照之前搜索所得的實(shí)體索引定位實(shí)體元素進(jìn)行計(jì)算。將結(jié)果返回Virtools完成整個(gè)操作過(guò)程。

如圖1所示，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)行時(shí)三大部分組成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更新時(shí)頻繁運(yùn)行以保證轉(zhuǎn)換后的結(jié)果始終為最新的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分將轉(zhuǎn)換完畢的結(jié)果永久化存儲(chǔ)。運(yùn)行時(shí)部分與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，復(fù)雜處理應(yīng)用對(duì)曲面/實(shí)體操作的請(qǐng)求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例具有以下有益效果：

1、本實(shí)施例提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的發(fā)生可以按照定時(shí)或數(shù)據(jù)源更新的事件觸發(fā)，因此可以保證虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中所使用的模型在允許一定延時(shí)的情況下總是最新的。

2、本實(shí)施例提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，能夠提供虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用對(duì)原始設(shè)計(jì)文件中曲面/實(shí)體等參數(shù)化幾何體高精度的訪問(wèn)和計(jì)算。

3、本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，能夠加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的整合。

4.本發(fā)明提供的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模型管理系統(tǒng)，可在完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)部分的組件使用，為虛擬現(xiàn)實(shí)的各項(xiàng)應(yīng)用提供來(lái)源于工程數(shù)據(jù)平臺(tái)且可實(shí)時(shí)瀏覽、具備精確尺寸信息、可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，大大提高了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中數(shù)據(jù)來(lái)源的時(shí)效性、完整性、準(zhǔn)確性和精確性，建立了工業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間動(dòng)態(tài)的橋梁，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說(shuō)明即可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。