CN103440357A - 虚拟现实漫游场景生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法及系统，该方法包括：通过精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据；将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，转换为虚拟场景环境模型数据；通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟现实场景环境模型数据，生成虚拟现实漫游场景并进行交互式操作。本申请以解决现有技术中通过工厂三维布置设计管理系统所设计完成的结构模型不能被虚拟现实交互动作设计平台所识别的问题。

Description

虚拟现实漫游场景生成方法及系统

技术领域

本申请涉及数字图像处理领域，具体地说，是涉及一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法及系统。 

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，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，这一过程便称作虚拟现实漫游。 

目前，虚拟现实漫游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。可运用虚拟现实漫游技术对大型工厂的内部设备甚至是设备上的复杂器件进行探索研究。 

在现有技术中，需要在漫游的过程中实现实时的可视化，目前的三维交互仿真技术虽然有良好的平台兼容性和显示性能，但由于工业领域对复杂设备数据要求具有很高的精度，若采用普通的模型设计平台需要消耗大量的人力、时间，所以需要采用专业的工业领域三维布置设计管理系统进行漫游空间结构的设计，之后由三维交互仿真技术显示呈现。 

但是，上所述的工业领域三维布置设计管理系统，如电厂常用的设计管理系统PDMS(Plant Design Management system)所设计完成的虚拟现实空间结构数据以RVM格式输出，该格式并不能被三维交互仿真设计平台所识别，如果进行格式转换则需要单独开发特定的转换工具，其开发周期很长且将耗费巨大的成本投入。 

因此，如何解决现有技术中通过工业领域三维布置设计管理系统所设计完成的虚拟现实不能被三维交互仿真设计系统所识别，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基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法及系统，以解决现有技术中通过工厂三维布置设计管理系统所设计完成的虚拟现实空间结构数据不能被三维交互仿真设计系统所识别的问题。 

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法，包括：通过精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据；将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，转换为虚拟场景环境模型数据；通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟场景环境模型数据，生成虚拟现实漫游场景并进行交互式操作。 

进一步地，所述通过精确建模方式设计虚拟场景的空间结构，并生成基础环境模型数据，为通过全比例三维实体建模，设计生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构模型。 

进一步地，所述将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，为将建模设计完成后所生成的全比例三维实体模型数据，在不同的可视化仿真平台间完成三维实体模型数据的转换，以达到模型网格最优化的处理效果，进一步减少三维实体模型在虚拟漫游场景中的计算量。 

进一步地，所述虚拟场景环境模型数据，为在转换为能够被虚拟漫游平台所识别且模型网格最优的模型单元后，通过应用纹理映射、渲染、烘焙等图像处理技术生成的，具有特定格式的虚拟现实空间结构模型数据。 

进一步地，所述通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟场景环境模型数据，为预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构模型数据的可视化漫游平台接口，通过该平台接口将该特定格式三维漫游空间结构模型数据进行加载，并在设计平台中对交互式动作进行设定。 

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种虚拟现实漫游场景生成系 统，其特征在于，包括：建模设计模块、可视化仿真处理模块和三维交互仿真模块；其中， 

所述建模设计模块，用于以精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据，将基础环境数据发送给所述可视化仿真处理模块； 

所述可视化仿真处理模块，用于将接收的所述空间结构的基础环境数据进行可视化仿真处理，生成虚拟场景环境模型数据发送给所述三维交互仿真模块； 

所述三维交互仿真模块，用于通过预先设置的可视化漫游接口加载所述虚拟场景环境模型数据，生成虚拟现实场景并进行漫游。 

进一步地，所述建模设计模块，用于通过全比例三维实体建模设计生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数据。 

进一步地，所述可视化仿真处理模块，用于将建模设计完成后所生成的全比例三维实体漫游空间结构进行数据转换、模型网格优化处理、图像处理的可视化仿真处理。 

进一步地，所述三维交互仿真模块，用于预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构数据的可视化漫游平台接口，通过该平台接口将该特定格式三维漫游空间结构模型数据进行加载，并在设计平台中生成交互式操作动作。 

与现有技术相比，本申请所述的一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法及系统，达到了如下效果： 

1)本申请采用特定加载技术，能够实现通过工厂三维布置设计管理系统所设计完成的虚拟现实被三维交互仿真设计系统所识别； 

2)本申请还具有不需要单独开发特定的转换工具，极大减少了成本的投入，也避免了因开发而造成的时间耗费； 

3)本申请所述的技术方案，同时还具有了整体操作简易，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虚拟现实漫游场景生成方法的流程示意框图； 

图2为本申请实施例二所述的虚拟现实漫游场景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。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基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法流程。 

步骤101，通过精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据。 

进一步地，对于步骤101来说，可以通过工厂三维布置设计管理系统(PDMS，Plant Design Management system)进行全比例三维实体建模设计(本实施例中以电厂为例进行说明)，完成建模设计后将生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数据，建模后的虚拟环境将与现实实景完全对应。 

在工厂三维布置设计管理系统中的最基本的单元是设备，设备是由多个 基本体(Primitive)拼装起来的，这些基本体包括圆柱体、长方体、球体等，这些基本体参考设备定位点生成和定位，而设备的定位点是由它的上一级(Owner)确定的。在工厂三维布置设计管理系统的Design模块下选择Equipment数据库层级即可对基本设备进行编辑，最常用的为参数化建模方式，选择Creat菜单下的Standard命令，开始对基本设备进行编辑，对于不同的基本体要输入不同的参数，如圆柱体要输入它的直径、轴向长度等基本参数，其在空间场景中的具体位置也要在编辑菜单中输入，这样通过对不同基本体的组装就完成了整个设备的建模过程，通过设备间的连接构成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构，生成基础环境模型数据。 

步骤102，将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，转换为虚拟场景环境模型数据。 

进一步地，将建模设计完成后所生成的全比例三维实体漫游空间结构数据转换为，能够被虚拟漫游平台所识别且模型网格最优的模型单元，通过应用纹理映射、渲染、烘焙等图像处理技术，生成虚拟现实空间结构模型数据。 

其中，需要说明的是，所述虚拟现实空间结构模型数据是一种针对虚拟现实设计平台的特定格式三维实体模型数据，例如fbx格式数据。 

步骤103，通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟现实场景环境模型数据，生成虚拟现实漫游场景并进行交互式操作。 

进一步地，预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构数据的可视化漫游设计平台接口，通过该接口将该特定格式三维漫游空间结构数据以三维交互仿真的方式进行加载生成虚拟现实。 

本申请上述步骤的实际操作如下： 

首先，通过工厂三维布置设计管理系统建模设计虚拟场景的空间结构。 

其中，所述工厂三维布置设计管理系统具体以所见即所得的方式进行全比例三维实体建模，从而得到虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数 据，由于采用所见即所得的全比例三维实体建模，所以建模设计后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。需要说明的，工厂三维布置设计管理系统并非本申请实施例的唯一建模设计方案，还可以采用Solidworks系统、Pro/Engineer系统等多种建模设计方案，所以上述的工厂三维布置设计管理系统建模设计并不构成对本实施例的限定。 

之后，将建模设计完成后的虚拟场景基础环境模型数据进行可视化仿真处理，生成虚拟场景环境模型数据。 

其中，首先将工厂三维布置设计管理系统建模设计后的虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数据导出为rvm格式，然后将rvm格式的数据文件加载至Navisworks系统，运用该系统的发布功能将数据转换为，可在多种三维交互仿真技术间进行模型、材质、动作以及摄影机信息互导的虚拟场景环境模型数据fbx格式数据文件，将fbx文件导入Max系统进行图形渲染、材质编辑等可视化仿真处理，得到虚拟场景环境模型数据。 

最后，通过预先设置的可视化漫游平台设计接口加载虚拟场景环境模型数据。 

其中，针对max、maya以及softimage等预先安装设置能够识别特定格式三维漫游空间结构模型数据的可视化漫游接口，并通过该接口将该特定格式三维漫游空间结构数据以三维交互仿真的方式进行加载生成虚拟现实。 

从而，实现了虚拟现实漫游，上述过程中通过工厂三维布置设计管理系统所设计完成的虚拟现实能被三维交互仿真设计系统所识别，从而避免了单独开发特定格式的转换工具。 

如图2所示，是本申请实施例二所述的一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成系统，包括：建模设计模块201、可视化仿真处理模块202和三维交互仿真模块203；其中， 

所述建模设计模块201，与所述可视化仿真处理模块202相耦接，用于以建模方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据，将基础环境模 型数据发送给所述可视化仿真处理模块202；在实际使用中，建模设计模块201主要进行三维漫游数据的建立运算，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在内存中进行三维漫游数据的生成运算，之后将得到的三维漫游数据保存到硬盘； 

所述可视化仿真处理模块202，分别与所述建模设计模块201和三维交互仿真模块203相耦接，用于将接收的所述基础环境模型数据进行可视化仿真处理，生成虚拟场景环境模型数据发送给所述三维交互仿真模块203；可视化仿真处理模块202主要进行三维漫游数据的转化运算，使用中央处理器(CPU)实现，由CPU从硬盘中读取三维漫游数据并加载到内存中进行数据格式的转化，并保存回硬盘； 

所述三维交互仿真模块203，与所述可视化仿真处理模块202相耦接，用于通过预先设置的可视化漫游接口加载所述可视化漫游虚拟环境数据，生成虚拟现实并进行漫游；三维交互仿真模块203主要进行漫游系统的生成运算，因为运算量较大，最好使用专门的图形处理器(GPU)实现，由GPU从硬盘中读取三维漫游数据并加载到内存并与构成虚拟现实系统的其他数据结合生成最终虚拟现实漫游系统。 

其中，进一步地，所述建模设计模块201，进一步用于通过全比例三维实体建模设计生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数据。 

其中，进一步地，所述可视化仿真处理模块202，进一步用于将建模设计完成后所生成的全比例三维实体漫游空间模型数据进行数据转换、图形渲染、材质编辑等可视化仿真处理。 

其中，进一步地，所述三维交互仿真模块203，进一步用于预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构数据的可视化漫游设计平台接口，通过该接口将该特定格式三维漫游空间结构数据以三维交互仿真的方式进行加载。 

上面实施例二的流程中，所述虚拟场景环境模型数据，进一步为能够在多种三维交互仿真技术间进行模型、材质、动作以及摄影机信息互导的可视化漫游虚拟环境数据。该虚拟场景环境模型数据是一种特定格式的三维漫游空间结构数据。 

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，本申请所述的一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法及系统，达到了如下效果： 

1)本申请采用特定加载技术，能够实现通过工厂三维布置设计管理系统所设计完成的虚拟现实被三维交互仿真设计系统所识别； 

2)本申请还具有不需要单独开发特定的转换工具，极大减少了成本的投入，也避免了因开发而造成的时间耗费； 

3)本申请所述的技术方案，同时还具有了整体操作简易，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 (9)

1.一种基于数据转换技术的虚拟现实漫游场景生成方法，其特征在于，包括：

通过精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据；

将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，转换为虚拟场景环境模型数据；

通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟场景环境模型数据，生成虚拟现实漫游场景并进行交互式操作。

2.如权利要求1所述的虚拟现实漫游场景生成方法，其特征在于，所述通过精确建模方式设计虚拟场景的空间结构，并生成基础环境模型数据，进一步为通过全比例三维实体建模，设计生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构模型。

3.如权利要求2所述的虚拟现实漫游场景生成方法，其特征在于，所述将建模设计完成后的基础环境模型数据，进行跨平台的可视化仿真数据转换处理，进一步为将建模设计完成后所生成的全比例三维实体模型数据，在不同的可视化仿真平台间完成三维实体模型数据的转换，以达到模型网格最优化的处理效果，进一步减少三维实体模型在虚拟漫游场景中的计算量。

4.如权利要求1至3中任一所述的虚拟现实漫游场景生成方法，其特征在于，所述虚拟场景环境模型数据，进一步为，在转换为能够被虚拟漫游平台所识别且模型网格最优的模型单元后，通过应用纹理映射、渲染、烘焙等图像处理技术生成的，具有特定格式的虚拟现实空间结构模型数据。

5.如权利要求4所述的虚拟现实漫游场景生成方法，其特征在于，所述通过预先设置的可视化虚拟漫游设计平台接口加载转换后的虚拟场景环境模型数据，进一步为预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构模型数据的可视化漫游平台接口，通过该平台接口将该特定格式三维漫游空间结构模型数据进行加载，并在设计平台中对交互式动作进行设定。

6.一种虚拟现实漫游场景生成系统，其特征在于，包括：建模设计模块、可视化仿真处理模块和三维交互仿真模块；其中，

所述建模设计模块，用于以精确建模的方式设计虚拟场景的空间结构，生成基础环境模型数据，将基础环境数据发送给所述可视化仿真处理模块；

所述可视化仿真处理模块，用于将接收的所述空间结构的基础环境数据进行可视化仿真处理，生成虚拟场景环境模型数据发送给所述三维交互仿真模块；

所述三维交互仿真模块，用于通过预先设置的可视化漫游接口加载所述虚拟场景环境模型数据，生成虚拟现实场景并进行漫游。

7.如权利要求6所述的虚拟现实漫游场景生成系统，其特征在于，所述建模设计模块，进一步用于通过全比例三维实体建模设计生成虚拟环境的全比例三维实体漫游空间结构数据。

8.如权利要求7所述的虚拟现实漫游场景生成系统，其特征在于，所述可视化仿真处理模块，进一步用于将建模设计完成后所生成的全比例三维实体漫游空间结构进行数据转换、模型网格优化处理、图像处理的可视化仿真处理。

9.如权利要求8所述的虚拟现实漫游场景生成系统，其特征在于，所述三维交互仿真模块，进一步用于预先安装能够识别特定格式三维漫游空间结构数据的可视化漫游平台接口，通过该平台接口将该特定格式三维漫游空间结构模型数据进行加载，并在设计平台中生成交互式操作动作。

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