CN103412973A - 三维仿真的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维仿真的生成方法及系统，该方法包括：以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图；将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储后进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据；对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理后以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。本申请以解决现有技术中通过三维仿真设计系统所设计完成的三维仿真环境景象不能直接与交互式三维仿真技术对接的问题。

Description

三维仿真的生成方法及系统

技术领域

本申请涉及数字图像处理领域，具体地说，是涉及一种三维仿真的生成方法及系统。

背景技术

三维仿真技术也可称作虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术。三维仿真是利用电脑模拟产生一个对应于现实世界特定范围的三维空间的虚拟世界，可让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。

以往，对于工业领域来说，大型工厂(如电厂)整体布局、大型机械设备结构设计等重要的工业规划方案都依赖于设计图纸，但设计图纸也仅仅是采用六面视图、透视图及结构图等平面视图的方式，并不能全面、真实地反映工业设计的整体方案。因此，三维仿真技术广泛应用于工业设计领域，尤其对于大型工厂(如：电厂)的整体设施布局规划和内部设备结构的布局起到至关重要的作用。可运用三维仿真技术对大型工厂(如：电厂)的内部设备甚至是设备上的复杂器件进行探索。

在现有技术中，对大型工厂(如：电厂)的三维仿真的精密性要求极高，既要展现整体结构，又要展现精细结构，但目前的交互式三维仿真技术(max)虽然有良好的平台兼容性和显示性能，仍无法满足实时可视化的要求，所以采用solidworks系统(一种三维仿真设计系统)进行三维仿真设计，之后由交互式三维仿真技术显示呈现。

上述solidworks系统所设计完成的三维仿真环境景象以sldprt和dwg两种格式输出，该sldprt格式不能被交互式三维仿真技术所识别，故考虑以dwg格式与交互式三维仿真技术对接，但是由于dwg格式是二维格式，不能直接与交互式三维仿真技术对接。

因此，如何解决现有技术中通过三维仿真设计系统所设计完成的三维仿真环境景象不能直接与交互式三维仿真技术对接，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种三维仿真的生成方法及系统，以解决现有技术中通过三维仿真设计系统所设计完成的三维仿真环境景象不能直接与交互式三维仿真技术对接的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种三维仿真的生成方法，包括：以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图；将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据；对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。

进一步地，所述设计图，为特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

进一步地，将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进一步为以纯文本方式对所述三维仿真环境景象的设计图进行存储。

进一步地，所述实体化三维仿真环境景象数据，进一步为与现实场景完全对应且能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据。

进一步地，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，进一步为识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构。

进一步地，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，进一步为获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格去除，根据网格均匀化方式以及所述弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

进一步地，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，进一步还包括：在对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种三维仿真的生成系统，其特征在于，包括：三维仿真设计模块、实体模拟处理模块和仿真加载模块；其中，

所述三维仿真设计模块，用于以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图，将三维仿真环境景象设计图数据发送给所述实体模拟处理模块；

所述实体模拟处理模块，用于将接收的所述三维仿真环境景象设计图数据备份存储。进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据发送给所述仿真加载模块；

所述仿真加载模块，用于对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。

进一步地，所述设计图，为特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

进一步地，所述实体模拟处理模块，用于以纯文本方式对三维仿真环境景象的设计图进行存储。

进一步地，所述实体化三维仿真环境景象数据，为与现实场景完全对应且能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据。

进一步地，所述仿真加载模块，用于识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构。

进一步地，所述仿真加载模块，用于获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格去除，根据网格均匀化方式以及原弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

进一步地，所述仿真加载模块，还用于在对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载后，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上。

与现有技术相比，本申请所述的一种三维仿真的生成方法及系统，达到了如下效果：

1)本申请采用特定可视化模拟处理技术，能够实现通过三维仿真设计系统生成的三维仿真环境景象直接与交互式三维仿真技术对接；

2)本申请运用特定的处理方式，有效提高了数据的渲染速度和加载速度，并且有效减少了数据占用的存储空间；

3)本申请所述的技术方案，同时还具有了整体操作的简易性，有很高的实用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一所述的三维仿真的生成方法的流程示意框图；

图2为本申请实施例二所述的三维仿真的生成系统的结构框图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。

如图1所示，是本申请实施例一所述的一种三维仿真的生成方法流程。

步骤101，以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图。

进一步地，通过三维仿真设计系统(solidworks)完成建模设计后将生成特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据，例如为sldprt格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

步骤102，将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据。

进一步地，以纯文本方式对三维仿真环境景象的设计图进行存储，同时，通过可视化实体模拟系统对三维仿真环境景象的设计图进行可视化实体模拟处理得到与现实场景完全对应的实体化三维仿真环境景象数据。其中，需要说明的是，所述实体化三维仿真环境景象数据是一种能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据，例如为dwg格式的三维仿真环境景象文件或数据。

步骤103，对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。

对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上，完成三维仿真。

因为最后需要通过贴图来展示具体各器件和总体布局，因此具体各器件和总体布局的结构只需要简单地轮廓轨迹就足够了，内部复杂的结构线并不是必要的，而且还会增加计算量，因此，需要对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理。

三维建模平台较为多元化，各平台之间的最大差异在于模型网格形式，其中工业设计类建模平台所建模型属于三角面片网格，虚拟现实类建模平台所建模型属于四边形网格。因为在交互仿真过程中采用四边形网格模型，可以使模型在虚拟现实环境中纹理映射效果更理想，所以本申请的目的在于将工业设计类建模平台的模型转化为虚拟现实类建模平台的模型，即三角面片网格向四边形网格转化。而这种跨平台模型转化会造成模型面数增加、信息丢失，影响模型表现效果。在实际的简化计算中采用的转换技术是利用NEBUS曲面对三角面片网格进行识别，从而对三角面片网格进行简化，转化为四边形网格，有效降低了模型的面数，提高了模型显示质量。

进一步地，在三角面片网格向四边形网格的简化处理时，遵循以下方式：

1)识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构，这样可以大大减少面的数量，极大降低计算量；

2)获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格(以下称为碎面)去除，根据网格均匀化方式以及原弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

对于弧面结构，需要考虑减少网格同时保证曲率基本不变，因为碎面往往是多个连续排列的，将这种碎面去除并根据去除碎面后留下的关键点进行自动连接的方式，可以大大减少面的数量，极大降低计算量，同时可以使曲率变化维持在较小的范围内。

对本申请上述步骤以一应用实例来说明：

首先，以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图。

其中，所述三维仿真设计系统(solidworks)完成建模设计后将生成特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据，具体可以是sldprt格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。该三维仿真环境景象设计图文件或数据所对应的虚拟环境中的工厂设施布局、设备结构以及设备上微小的器件结构等都与现实的真实场景中一致。

之后，将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据。

其中，将所得到的三维仿真环境景象的设计图转换为txt格式(即纯文本格式)进行存储备份，防止后续进行数据处理时数据受损或数据丢失等意外情况，同时，纯文本格式将极大缩小数据所占用的空间，提升存储的简易性。在存储完毕后，通过可视化实体模拟系统(例如inventor系统)对三维仿真环境景象的设计图进行可视化实体模拟处理得到与现实场景完全对应的实体化三维仿真环境景象数据(具体为dwg格式)。

然后，对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载。

其中，dwg格式的实体化三维仿真环境景象数据所占用的空间过于庞大，数据中的描述参数、线条数据非常细致，对应在图形上，所述参数及线条将构成海量的图形面，其中的很多线条和图形面并不是必要的，这些数据的存在大大降低了实体化三维仿真环境景象数据的加载速度，同时加载后也大大影响了设计图文件的渲染速度，而且存储空间也非常大。

所以，将对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理。具体可以采用CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计系统)将dwg格式的实体化三维仿真环境景象数据转换为原始dwg格式景象数据(即三角面片网格向四边形网格转化)，该景象数据中去除了较多不必要的碎面以及平面中的对角线，从而提高了渲染速度和加载速度，存储空间占用小。以下以一个变压器为例，通过减少对角线和碎面的方式进行简化。

运用交互式三维仿真方案，如max、maya以及softimage等对原始dwg格式景象数据进行加载，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上，便得到了完整、详细的三维仿真环境景象，从而完成三维仿真。

上述过程中通过三维仿真设计系统所设计完成的三维仿真环境景象能直接与交互式三维仿真技术对接。

如图2所示，是本申请实施例二所述的一种三维仿真的生成系统，包括：三维仿真设计模块201、实体模拟处理模块202和仿真加载模块203；其中，

所述三维仿真设计模块201，与所述实体模拟处理模块202相耦接，用于以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图，将三维仿真环境景象设计图数据发送给所述实体模拟处理模块202；在实际使用中，所述三维仿真设计模块201主要进行三维图形的建立运算，可以使用中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)配合实现，由CPU在内存中进行建模本身的坐标、参数运算，由GPU在内存中进行三维仿真环境景象设计图数据的生成和渲染运算，之后将得到的三维仿真环境景象设计图数据保存到硬盘；

所述实体模拟处理模块202，分别与所述三维仿真设计模块201和仿真加载模块203相耦接，用于将接收的所述三维仿真环境景象设计图数据备份存储，进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据发送给所述仿真加载模块203；在实际使用中，所述实体模拟处理模块202主要进行三维数据格式的转化运算，使用中央处理器(CPU)实现，由CPU从硬盘中读取三维仿真环境景象设计图数据并加载到内存中进行数据格式的转化，并保存回硬盘；

所述仿真加载模块203，与所述实体模拟处理模块202相耦接，用于对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真；在实际使用中，所述仿真加载模块203主要进行由三维图形的简化运算，因为运算量较大，最好使用专门的图形处理器(GPU)实现，由GPU从硬盘中读取实体化三维仿真环境景象数据并加载到内存进行简化处理。

其中，进一步地，所述设计图，进一步为特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

其中，进一步地，所述实体模拟处理模块202，进一步用于以纯文本方式对三维仿真环境景象的设计图进行存储。

其中，进一步地，所述仿真加载模块203，用于识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构；和/或，获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格去除，根据网格均匀化方式以及原弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

该仿真加载模块203还用于在对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上。

上面实施例二的装置中，所述实体化三维仿真环境景象数据，进一步为与现实场景完全对应的实体化三维仿真环境景象数据。该实体化三维仿真环境景象数据是一种能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据，例如为dwg格式的三维仿真环境景象文件或数据。

由于方法部分已经对本申请实施例一进行了详细描述，这里对实施例二中涉及的系统与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于系统中具体内容的描述可参考实施例一所述方法的内容，这里不再具体限定。

与现有技术相比，本申请所述的一种三维仿真的生成方法及系统，达到了如下效果：

1)本申请采用特定可视化模拟处理技术，能够实现通过三维仿真设计系统所设计完成的三维仿真环境景象直接与交互式三维仿真技术对接；

2)本申请运用特定的处理方式，有效提高了数据的渲染速度和加载速度，并且有效减少了数据占用的存储空间；

3)本申请所述的技术方案，同时还具有了整体操作的简易性，有很高的实用性。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种三维仿真的生成方法，其特征在于，包括：

以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图；

将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据；

对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。

2.如权利要求1所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，所述设计图，进一步为特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

3.如权利要求2所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，将所述三维仿真环境景象的设计图备份存储，进一步为以纯文本方式对所述三维仿真环境景象的设计图进行存储。

4.如权利要求1所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，所述实体化三维仿真环境景象数据，进一步为与现实场景完全对应且能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据。

5.如权利要求4所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，进一步为识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构。

6.如权利要求4所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，进一步为获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格去除，根据网格均匀化方式以及所述弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

7.如权利要求1或5或6所述的三维仿真的生成方法，其特征在于，对所述实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，进一步还包括：在对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上。

8.一种三维仿真的生成系统，其特征在于，包括：三维仿真设计模块、实体模拟处理模块和仿真加载模块；其中，

所述三维仿真设计模块，用于以建模方式设计三维仿真环境景象的设计图，将三维仿真环境景象设计图数据发送给所述实体模拟处理模块；

所述实体模拟处理模块，用于将接收的所述三维仿真环境景象设计图数据备份存储。进行可视化实体模拟处理，生成实体化三维仿真环境景象数据发送给所述仿真加载模块；

所述仿真加载模块，用于对实体化三维仿真环境景象数据进行简化处理，以交互式三维仿真的方式进行加载，完成三维仿真。

9.如权利要求8所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述设计图，进一步为特定格式的三维仿真环境景象设计图文件或数据。

10.如权利要求8所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述实体模拟处理模块，进一步用于以纯文本方式对三维仿真环境景象的设计图进行存储。

11.如权利要求8所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述实体化三维仿真环境景象数据，进一步为与现实场景完全对应且能够与交互式三维仿真技术对接的三维图纸数据。

12.如权利要求11所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述仿真加载模块，进一步用于识别所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各平面结构，将所述各平面结构内的对角线去除，仅保留所述各平面结构的边缘轮廓从而形成简化的平面结构。

13.如权利要求11所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述仿真加载模块，进一步用于获取所述三维图纸数据中构成所述实体化三维仿真环境景象的各弧面结构，识别构成每个弧面结构的网格并计算各网格的面积，针对每个弧面结构将面积未超过一门限的网格去除，根据网格均匀化方式以及原弧面结构的曲率将去除网格的位置自动连接从而形成简化的弧面结构。

14.如权利要求8或12或13所述的三维仿真的生成系统，其特征在于，所述仿真加载模块，进一步还用于在对简化后的实体化三维仿真环境景象数据进行加载后，将具体各器件和总体布局的对应图像贴附于基本结构轮廓所标示出的位置上。

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