CN105488839A - 三维场景交互式操作系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种三维场景交互式操作系统及其操作方法，3D模型库存储三维场景模型几何信息数据，关系型数据库存储模型属性信息数据，信息解析模块将3D模型库和关系型数据库中的数据信息输出到交互式同步模块，输入模块获取外部操作指令，以控制虚拟摄像机的运动，交互式同步模块根据输入模块的外部操作指令，对3D模型库和关系型数据库中的数据信息进行逻辑处理，显示模块实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。本发明可以分别维护模型的几何信息和属性信息，使二维平面图与三维场景同步显示，且能即时的访问场景中模型的属性信息，增强了直观感，用户体验好，操作简便。

Description

三维场景交互式操作系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种三维场景交互式操作系统及其操作方法。

背景技术

虚拟现实的核心思想是对现实或超现实世界的模拟和再现，是一种随计算机技术、图形学技术等发展而来的跨学科技术。随着社会信息化进程进一步加快，人们对于信息的表示方式不再局限文本类的形式，更多是趋向于看的见、摸的着、可交互的、可反馈的形式。虚拟现实技术正是基于此需求而诞生的。

虚拟现实技术关键在于信息的可视化实现，信息的数据源形式具有复杂性和多样性特点，主要包含场景的各种几何数据、外界对场景的触发数据以及场景的反馈数据等。场景的再现过程涉及到计算机图形学、数据库、人工智能、数值计算和分析等多个学科领域，研究内容包括场景建模、场景图组织、场景控制和场景漫游等问题。

如果建立的虚拟场景没有任何的交互功能，那么作为一个孤寂的场景，将没有任何的实际应用价值

而目前可以实现交互的虚拟场景，在三维场景漫游方面，还不能做到操控自如，三维场景不能和二维平面图同时显示，缺乏全局观，并且模型的几何信息和属性信息存放在一起，每次修改模型都需要重新导出模型信息，效率低下且管理混乱。

发明内容

本发明提供一种三维场景交互式操作系统及其操作方法，可以分别维护模型的几何信息和属性信息，使二维平面图与三维场景同步显示，且能即时的访问场景中模型的属性信息，增强了直观感，用户体验好，操作简便。

为了达到上述目的，本发明提供一种三维场景交互式操作系统，包含：

3D模型库，其中存储三维场景模型几何信息数据；

关系型数据库，其中存储模型属性信息数据；

信息解析模块，其连接3D模型库和关系型数据库，该信息解析模块将3D模型库和关系型数据库中的数据信息解析输出到交互式同步模块；

输入模块，其用于获取外部操作指令，以控制虚拟摄像机的运动；

交互式同步模块，其连接信息解析模块和输入模块，该交互式同步模块根据输入模块的外部操作指令，对3D模型库和关系型数据库中的数据信息进行逻辑处理；

显示模块，其连接交互式同步模块，该显示模块实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

所述的3D模型库中的三维场景模型几何信息数据包含模型顶点、模型材质和模型名称，所述的三维场景模型几何信息数据存储在若干二进制的3D模型文件中。

所述的关系型数据库中的模型属性信息数据包含模型的详细信息，该模型属性信息数据可以自定义扩展。

所述的输入模块包含鼠标、键盘，所述的显示模块为液晶屏、投影仪。

本发明还提供一种三维场景交互式操作方法，包含以下步骤：

步骤S1、生成三维场景模型几何信息数据，并存储在3D模型库中；

步骤S2、获取模型的属性信息数据，并存储在关系型数据库中；

步骤S3、信息解析模块读取3D模型库关系型数据库中的数据信息，转换为内部格式输出给交互式同步模块；

步骤S4、输入模块将外部操作指令发送给交互式同步模块；

步骤S5、交互式同步模块根据输入模块发送的外部操作指令，对3D模型库和关系型数据库中的数据信息进行逻辑处理；

步骤S6、显示模块实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

所述的步骤S4中，所述的外部操作指令包含：前进、后退、左移、右移、上升、下降、转向、选中。

所述的步骤S5中，

如果接收到前进指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机前进，三维场景中的视角向前推进，二维平面图中的摄像机位置同步前进；

如果接收到后退指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机后退，三维场景中的视角向后回退，二维平面图中的摄像机位置同步后退；

如果接收到左移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机左移，三维场景中的视角向左移动，二维平面图中的摄像机位置同步左移；

如果接收到右移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机右移，三维场景中的视角向右移动，二维平面图中的摄像机位置同步右移；

如果接收到上升指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机上升，三维场景中的视角向上提升，二维平面图中的摄像机位置同步上升，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；

如果接收到下降指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机下降，三维场景中的视角向下降落，二维平面图中的摄像机位置同步下降，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；

如果接收到转向指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机转向，三维场景中的视角随之转向，二维平面图中的摄像机位置不变，虚拟摄像机可视范围标识同步转向；如果接收到选中指令，则交互式同步模块控制被选中的模型对象以高亮方式显示在三维场景中，同时在对应的二维平面图中同步高亮显示该模型对象的位置，同时交互式同步模块进行关键字匹配，获得被选中模型对象的模型属性信息数据。

所述的交互式同步模块可以控制虚拟摄像机360度转向。

在多个模型对象被选中的情况下，用不同的高亮颜色来标示不同的模型对象。

所述的步骤S4中，显示模块同时显示三维场景和对应的二维平面图，并显示被选中模型对象的模型属性信息数据。

本发明具有以下优点：

1、将模型的几何信息和属性信息进行了分离，几何信息在建模软件中完成，而属性信息在信息管理系统中完成，这样当模型修改时，不影响属性信息，当属性信息修改时，不影响模型，可以分别进行维护；

2、三维场景漫游的同时，提供了二维平面图同步，直观地显示了模型对象在整个场景中的位置，能够获得更多信息；

3、能即时的访问场景中的模型的属性信息，而这些信息可以来源于数据库或者是其他的信息管理系统，比如企业信息管理系统，施工管理系统等等，甚至能接受某些预警系统推送的报警数据，然后立即在三维场景中显示出来。

附图说明

图1是本发明提供的三维场景交互式操作系统的系统框图。

图2是本发明提供的三维场景交互式操作方法的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种三维场景交互式操作系统，包含：

3D模型库101，其中存储三维场景模型几何信息数据；

关系型数据库102，其中存储模型属性信息数据；

信息解析模块103，其连接3D模型库101和关系型数据库102，该信息解析模块将3D模型库101和关系型数据库102中的数据信息解析输出到交互式同步模块105；

输入模块104，其用于获取外部操作指令，以控制虚拟摄像机的运动；

交互式同步模块105，其连接信息解析模块103和输入模块104，该交互式同步模块105根据输入模块104的外部操作指令，对3D模型库101和关系型数据库102中的数据信息进行逻辑处理；

显示模块106，其连接交互式同步模块105，该显示模块106实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

所述的3D模型库101中的三维场景模型几何信息数据包含模型顶点、模型材质和模型名称，模型名称一般推荐使用设备编号，这样可以保证不重复；采用所述的三维场景模型几何信息数据存储在若干二进制的3D模型文件中，所述的干二进制的3D模型文件就是3D模型格式的文件，一般就是现有的.fbx格式等。

所述的关系型数据库102中的模型属性信息数据包含模型的详细信息，该模型属性信息数据可以自定义扩展；所述的模型属性信息数据通过关键字与三维场景模型几何信息数据进行关联；不同类型的模型的属性信息也不同，比如：风机的转速和电压，离心泵的采购日期和上次维修记录等等。所述的输入模块104包含鼠标、键盘等外部输入设备。

所述的显示模块106为液晶屏、投影仪等显示设备。

如图2所示，本发明还提供一种三维场景交互式操作方法，包含以下步骤：

步骤S1、生成三维场景模型几何信息数据，并存储在3D模型库中；

采用建模软件或者BIM（建筑信息模型，BuildingInformationModeling）软件生成三维场景模型几何信息数据；

步骤S2、获取模型的属性信息数据，并存储在关系型数据库中；

从信息管理系统（比如企业信息管理系统，施工管理系统、预警系统等等）中获取模型的属性信息数据；

步骤S3、信息解析模块读取3D模型库和关系型数据库中的数据信息，转换为内部格式输出给交互式同步模块；

所述的内部格式是指程序内部定义的类，包含模型名称和模型的属性信息数据；

通过数据库访问接口读取3D模型库和关系型数据库中的数据，将其转换为程序内部定义的类；步骤S4、输入模块将外部操作指令发送给交互式同步模块；

步骤S5、交互式同步模块根据输入模块发送的外部操作指令，对3D模型库和关系型数据库中的数据信息进行逻辑处理；步骤S6、显示模块实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

所述的步骤S4中，所述的外部操作指令包含：前进、后退、左移、右移、上升、下降、转向、选中。

所述的步骤S5中，如果接收到前进指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机前进，三维场景中的视角向前推进，二维平面图中的摄像机位置同步前进；如果接收到后退指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机后退，三维场景中的视角向后回退，二维平面图中的摄像机位置同步后退；如果接收到左移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机左移，三维场景中的视角向左移动，二维平面图中的摄像机位置同步左移；如果接收到右移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机右移，三维场景中的视角向右移动，二维平面图中的摄像机位置同步右移；如果接收到上升指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机上升，三维场景中的视角向上提升，二维平面图中的摄像机位置同步上升，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；如果接收到下降指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机下降，三维场景中的视角向下降落，二维平面图中的摄像机位置同步下降，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；如果接收到转向指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机转向（360度转向），三维场景中的视角随之转向，二维平面图中的摄像机位置不变，虚拟摄像机可视范围标识同步转向；如果接收到选中指令，则交互式同步模块控制被选中的模型对象以高亮方式显示在三维场景中，同时在对应的二维平面图中同步高亮显示该模型对象的位置，同时交互式同步模块进行关键字匹配，获得被选中模型对象的模型属性信息数据；

所述的关键字采用模型名称；

在多个模型对象被选中的情况下，可以用不同的高亮颜色来标示不同的模型对象。

所述的步骤S6中，显示模块同时显示三维场景和对应的二维平面图，并显示被选中模型对象的模型属性信息数据。

本发明将模型的几何信息和属性信息进行了分离，几何信息在建模软件中完成，而属性信息在信息管理系统中完成，这样当模型修改时，不影响属性信息，当属性信息修改时，不影响模型，可以分别进行维护；在进行三维场景漫游的同时，提供了二维平面图同步，直观地显示了模型对象在整个场景中的位置，能够获得更多信息；能即时的访问场景中的模型的详细信息，而这些信息可以来源于数据库或者是其他的信息管理系统，比如企业信息管理系统，施工管理系统等等，甚至能接受某些预警系统推送的报警数据，然后立即在三维场景中显示出来。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种三维场景交互式操作系统，其特征在于，包含：

3D模型库（101），其中存储三维场景模型几何信息数据；

关系型数据库（102），其中存储模型属性信息数据；

信息解析模块（103），其连接3D模型库（101）和关系型数据库（102），该信息解析模块将3D模型库（101）和关系型数据库（102）中的数据信息解析输出到交互式同步模块（105）；

输入模块（104），其用于获取外部操作指令，以控制虚拟摄像机的运动；

交互式同步模块（105），其连接信息解析模块（103）和输入模块（104），该交互式同步模块（105）根据输入模块（104）的外部操作指令，对3D模型库（101）和关系型数据库（102）中的数据信息进行逻辑处理；

显示模块（106），其连接交互式同步模块（105），该显示模块（106）实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

2.如权利要求1所述的三维场景交互式操作系统，其特征在于，所述的3D模型库（101）中的三维场景模型几何信息数据包含模型顶点、模型材质和模型名称，所述的三维场景模型几何信息数据存储在若干二进制的3D模型文件中。

3.如权利要求1所述的三维场景交互式操作系统，其特征在于，所述的关系型数据库（102）中的模型属性信息数据包含模型的详细信息，该模型属性信息数据可以自定义扩展。

4.如权利要求1所述的三维场景交互式操作系统，其特征在于，所述的输入模块（104）包含鼠标、键盘，所述的显示模块（106）为液晶屏、投影仪。

5.一种利用如权利要求1-4中任意一个所述的三维场景交互式操作系统进行的三维场景交互式操作方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、生成三维场景模型几何信息数据，并存储在3D模型库中；

步骤S2、获取模型的属性信息数据，并存储在关系型数据库中；

步骤S3、信息解析模块读取3D模型库关系型数据库中的数据信息，转换为内部格式输出给交互式同步模块；

步骤S4、输入模块将外部操作指令发送给交互式同步模块；

步骤S5、交互式同步模块根据输入模块发送的外部操作指令，对3D模型库和关系型数据库中的数据信息进行逻辑处理；

步骤S6、显示模块实时显示交互式同步模块的逻辑处理结果。

6.如权利要求5所述的三维场景交互式操作方法，其特征在于，所述的步骤S4中，所述的外部操作指令包含：前进、后退、左移、右移、上升、下降、转向、选中。

7.如权利要求5所述的三维场景交互式操作方法，其特征在于，所述的步骤S5中，

如果接收到前进指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机前进，三维场景中的视角向前推进，二维平面图中的摄像机位置同步前进；

如果接收到后退指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机后退，三维场景中的视角向后回退，二维平面图中的摄像机位置同步后退；

如果接收到左移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机左移，三维场景中的视角向左移动，二维平面图中的摄像机位置同步左移；

如果接收到右移指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机右移，三维场景中的视角向右移动，二维平面图中的摄像机位置同步右移；

如果接收到上升指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机上升，三维场景中的视角向上提升，二维平面图中的摄像机位置同步上升，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；

如果接收到下降指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机下降，三维场景中的视角向下降落，二维平面图中的摄像机位置同步下降，如虚拟摄像机穿越楼层，则同步切换到当前楼层的二维平面图；

如果接收到转向指令，则交互式同步模块控制虚拟摄像机转向，三维场景中的视角随之转向，二维平面图中的摄像机位置不变，虚拟摄像机可视范围标识同步转向；

如果接收到选中指令，则交互式同步模块控制被选中的模型对象以高亮方式显示在三维场景中，同时在对应的二维平面图中同步高亮显示该模型对象的位置，同时交互式同步模块进行关键字匹配，获得被选中模型对象的模型属性信息数据。

8.如权利要求7所述的三维场景交互式操作方法，其特征在于，所述的交互式同步模块可以控制虚拟摄像机360度转向。

9.如权利要求7所述的三维场景交互式操作方法，其特征在于，在多个模型对象被选中的情况下，用不同的高亮颜色来标示不同的模型对象。

10.如权利要求5所述的三维场景交互式操作方法，其特征在于，所述的步骤S4中，显示模块同时显示三维场景和对应的二维平面图，并显示被选中模型对象的模型属性信息数据。