CN107610217B - 一种核电设备虚拟识别展示系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电设备虚拟识别展示系统和方法，包括：三维模型设计模块，用于建立核电设备三维模型数据库；扫描模块，用于扫描现场二维图纸，形成目标图片；识别匹配模块，与所述三维模型设计模块和扫描模块相连，用于识别所述目标图片并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；展示模块，与所述识别匹配模块相连，用于将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示。本发明通过结合增强现实技术与核电虚拟仿真技术，将核电设备二维图纸与其三维模型绑定，实现设备图纸的动态识别与三维模型立体展示，并提供用户与核电设备三维模型的交互操作，使用户更便捷直观地了解核电设备构造、组成原理，提高工作效率和准确度。

Description

一种核电设备虚拟识别展示系统和方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电设备虚拟识别展示系统和方法。

背景技术

虚拟现实技术(VR)已逐步应用到核电工程建设中，通过模拟再现三维场景以及嵌入仿真操作，为工程设计、施工、检修以及操作人员培训提供有利的帮助和服务。增强现实技术(AR)是VR领域一门新兴热门技术，通过在真实场景上附加虚拟信息来帮助人们更好地理解现实世界。

目前，在现有的核电施工建设或维修过程中，一些关键设备存在体积大、结构复杂等特点，工作人员往往需要一边参照图纸文件或查看电子手册，一边对照设备进行安装和拆卸，这种方式效率低下，同时受环境影响，出错率高，而且过于依赖操作人员的个人技能和经验。另一方面，设备的二维设计图纸重点在于体现其设计参数和规格尺寸，但对其内部结构、零部件构成甚至是拆装步骤，却并不能给现场操作人员以立体直观的感受，在一定程度上影响了操作人员的判断准确性和工作体验。因此，对于现场复杂关键设备的检修操作需要一套可视化的识别、展示、引导方法或机制，保障核电设备检修安装工作低成本、低风险、高效率完成。

发明内容

本发明针对核电厂关键设备检修及拆装过程中存在的低效率、易出错、过于依赖人员经验技能等问题，提供了一种核电设备虚拟识别展示方法及系统，充分结合虚拟现实和增强现实技术，发挥三维模型的可视化效果，为现场工作提供操作指导和参考。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为，提供一种核电设备虚拟识别展示系统，包括：

三维模型设计模块，用于建立核电设备三维模型数据库；

扫描模块，用于扫描现场二维图纸，形成目标图片；

识别匹配模块，与所述三维模型设计模块和扫描模块相连，用于识别所述目标图片并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；

展示模块，与所述识别匹配模块相连，用于将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示。

优选地，所述三维模型设计模块包括：

输入模块，用于根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息；

三维建模模块，用于根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型和贴图外观；

处理模块，用于识别核电设备的二维图信息中的标识特征以形成标识特征图；

仿真功能模块，分别与所述三维建模模块和处理模块相连，用于将所述初级三维模型、贴图外观与标识特征图进行绑定得到具有标识特征的所述核电设备三维模型；

所述仿真功能模块进一步包括：存储模块，用于存储所述核电设备三维模型以建立三维模型数据库。

优选地，所述三维建模模块进一步包括：基础建模模块，用于根据核电设备的二维图建立所述核电设备的基础三维模型；优化处理模块，分别与所述基础建模模块和仿真功能模块相连，从三维建模模块处获取所述基础三维模型的数据，并对所述基础三维模型进行优化处理，以获得初级三维模型和贴图外观。

优选地，所述仿真功能模块包括以下接口：

模型文件接口，与所述优化处理模块相连，用于获取所述初级三维模型的数据；

材质贴图接口，与所述优化处理模块相连，用于获取所述贴图外观的数据；

仿真开发接口，与所述处理模块相连，用于从所述处理模块获取核电设备的二维图信息的标识特征的数据；

跨平台发布接口，用于发布所述展示系统。

优选地，所述基础建模模块采用PDMS及ProE平台建模技术，所述优化处理模块采用3DVIA composer或3DMax软件，所述仿真功能模块采用Unity3D仿真引擎，所述处理模块采用Vuforia增强现实开发库。

优选地，所述展示系统进一步包括控制模块，与扫描模块和展示模块相连，存储有操作指令模块。

优选地，所述控制模块包括交互指令模块，用于对所述核电设备三维模型进行虚拟操作，以添加模型交互功能。

优选地，所述控制模块还包括更换图纸指令模块，与扫描模块相连，用于控制扫描模块再次扫描现场二维图纸以获取目标图片。

本发明进一步提供了一种核电设备虚拟识别展示方法，包括以下步骤：

S100、建立核电设备三维模型数据库；

S200、扫描现场二维图纸形成目标图片；

S300、识别所述目标图片形成标识特征图片，并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；

S400、将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示。

优选地，S100进一步包括以下子步骤：

S110、根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息；

S120、根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型；

S130、识别核电设备的二维图信息中的标识特征以获得标识特征图；

S140、将所述初级三维模型和贴图信息与对应的标识特征图进行绑定得到具有标识特征的核电设备三维模型；

S150、将具有标识特征的核电设备三维模型存储到核电设备三维模型数据库中。

优选地，S120进一步包括下述次级子步骤：

S121、根据核电设备的二维图纸建立核电设备的基础三维模型；

S122、对所述基础三维模型进行优化处理，获得初级三维模型和贴图外观。

优选地，S300进一步包括以下子步骤：

S310、识别目标图片的标识特征；

S320、根据目标图片的标识特征查找与所述目标图片具有相匹配标识特征的核电设备三维模型；

S330、获取所述核电设备三维模型。

优选地，所述展示方法进一步包括以下步骤：

S500、判断是否需要进行模型交互，若是，则对所述核电设备三维模型进行虚拟操作。

优选地，所述展示方法进一步包括以下步骤：

S600、判断是否更换二维图纸，若是，则重复步骤S200-S400或步骤S200-S500。

本发明在深入分析核电设备相关技术特点和现场工作模式及需求的基础上，提出基于增强现实技术的核电设备的二维图纸识别及三维模型立体可视化方法，提供必要的模型交互操作，并形成了展示系统，该展示系统可以被发布到windows 7、Android 2.2以上等平台上，从而实现操作人员在现场根据现场二维图纸即可查看相应的核电设备三维模型、设备内部结构或拆装步骤。优化了核电设备的数字化、虚拟化、智能化现场操作流程，提高了操作人员的工作效率和准确度，同时也为设备检修分析、预演以及员工培训提供了一种新的体验方式和实施方案。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的展示系统示意图；

图2为本发明实施例一的一种三维模型设计模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一的另一种三维模型设计模块的结构示意图；

图4为本发明采用优化处理模块处理前后的三维模型对比图；

图5为本发明的初级三维模型的设计数据结构图；

图6为本发明的仿真功能模块的结构示意图；

图7为本发明的Unity3D仿真引擎的技术框架接口图；

图8为本发明一优选实施例的基础技术框架图；

图9为本发明实施例一的展示系统的展示步骤流程图；

图10为本发明实施例二的系统中的控制模块结构示意图；

图11为本发明实施例二的展示系统的展示步骤流程图；

图12为本发明的展示方法步骤示意图。

图13为本发明一实施例的步骤S300的子步骤流程图；

图14为核电设备三维模型叠加显示在现场二维图示上的效果图

图15为拆分后的核电设备三维模型叠加显示在现场二维图示上的效果图

图16为本发明以一优选实施例的增强现实展示效果图。

现对附图中的缩略语和关键术语进行说明：

VR：Virtual Reality，即虚拟现实技术，利用计算机生成模拟环境，通过实时交互式仿真使用户沉浸到该环境中。

AR：Augmented Reality，即增强现实技术，利用计算机生成虚拟信息，并将这些信息与真实环境相叠加，形成一种虚实结合的感官画面呈献给用户。

Unity3D，Unity3D是一款可以让用户轻松创建诸如三维游戏、建筑可视化及实时三维互动内容的综合性三维开发工具。

Vuforia SDK，高通增强现实开发工具，为开发者提供相应的程序接口以及开发组件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

本发明所提供的基于增强现实的核电设备虚拟识别展示系统最终可以制作成应用系统并导入移动端进行应用。

实施例一

如图1所示，本发明公开的一种基于增强现实的核电设备虚拟识别展示系统，包括以下模块：三维模型设计模块100，用于建立核电设备三维模型数据库；扫描模块200，用于扫描现场二维图纸，形成目标图片；识别匹配模块300，与三维模型设计模块100和扫描模块200相连，用于从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；展示模块400，与识别匹配模块300相连，用于将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示，进行增强现实展示。

进一步地，如图2所示，三维模型设计模块100包括：输入模块101，用于根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息；三维建模模块110，用于根据核电设备的二维图建立核电设备的初级三维模型和贴图外观；处理模块120，用于识别核电设备的二维图信息中的标识特征以形成标识特征图；仿真功能模块130，分别与三维建模模块110和处理模块120相连，从三维建模模块110获得初级三维模型和贴图外观的数据，从处理模块120获取对应的标识特征图的数据，将所述初级三维模型、贴图外观与标识特征图进行绑定得到具有标识特征的所述核电设备三维模型。仿真功能模块进一步包括：存储模块135，用于存储所述核电设备三维模型以建立三维模型数据库。

如图3所示，三维建模模块110根据核电设备的二维图纸或机械设备，以各零部件及零部件的组合为单位，通过模型装配，模型优化后，最终输出核电设备的初级三维模型和贴图外观。三维建模模块110进一步包括：基础建模模块111，用于根据核电设备的二维图建立核电设备的基础三维模型；优化处理模块112，分别与基础建模模块111和仿真功能模块130相连，从基础建模模块111处获取基础三维模型的数据，并对基础三维模型进行优化处理，获得初级三维模型和贴图外观。

基础建模模块111为展示系统提供最基本的数据模型输入，主要依托机械设备协同设计平台进行。基础建模模块111根据核电设备的二维图纸通过手动或者通过零部件三维模型池中的三维零部件模型建立基础三维模型。具体地，根据核电设备的二维图纸通过手动输入或者通过零部件三维模型池中的三维零部件模型输入的方式，建立基础三维模型。例如，对于常用零件，如螺栓，螺丝等，其零部件的三维模型可以通过零部件三维模型池获得；对于管道等零部件三维图存储库中没有存储三维图的零部件，它们的三维建模需要通过人工手动输入到基础建模模块111中。在本发明一优选实施例中，基础建模模块111采用PDMS及ProE平台建模技术，精细准确地构造核电设备的零部件的三维模型，并通过模型装配获得精细准确的核电设备的基础三维模型。

优化处理模块112从基础建模模块111中获取基础三维模型的相关数据，在优化处理模块112中，基础三维模型得到优化处理并获得贴图外观。优化处理使得到的初级三维模型相对于基础三维模型而言，数据总量更小，以在使得后续在仿真功能模块130中的数据处理更加快捷有效，贴图外观使基础三维模型的三维效果更加真实直观。

优选地，为了实现展示系统中多模型在移动端的实时显示与交互，优化处理模块112进一步包括轻量化模块(未图示)，用于在保证初级三维模型外观、尺寸、功能不变的情况下，减少初级三维模型中的多边形数量。轻量化模块采用三维模型轻量化技术，在保证交互模型外观、尺寸、功能不变的情况下，减少其多边形数量，将高精度模型轻量化，降低单个模型对计算机的负荷压力。本发明将多种轻量化技术组合使用，三维模型轻量化技术包括：缩减多边形段数，减少构成曲面的多边形段数，将平面不构成三维模型的段数合并；将反复出现的同种类的零部件三维模型用坐标信息进行替代，在渲染或交互的时候，再进行实时加载；对细节要求低的细节，使用贴图代替；在渲染或交互过程中，对于不涉及的结构、被遮挡以及不显示的三维模型进行删减处理。

仿真功能模块130进一步包括：存储模块135，用于存储核电设备三维模型。仿真功能模块130将从优化处理模块112中获取初级三维模型和贴图外观的数据，与从处理模块120中获得二维图信息中的识别特征进行绑定，并对其进行三维仿真，得到核电设备三维模型，将核电设备三维模型存储在存储模块135中。核电设备三维模型个数可以为一个或多个，在此不做限定。存储模块135中可以存储多个核电设备三维模型，以形成核电设备三维模型的数据库。

图4示出了采用优化处理模块112优化处理前后的三维模型对比图。可以看到优选处理模块根据显示需求对三维模型进行优化处理，优化处理后的模型需完善其贴图信息，以符合现场实际为主要原则，制作与模型相匹配的贴图文件与信息，从而赋予模型与现实场景相一致的贴图外观。在本发明以优选实施例中，优化处理模块112采用3DVIA composer或3DMax软件实现。

如图5所示，上述的初级三维模型的数据包含但不限于当前核电设备的尺寸、材质、连接信息、相对位置、层级关系等数据内容，该数据内容可以通过展示模块与核电设备三维模型一起叠加展示在现场二维图上，为用户提供详细的核电设备的初级三维模型数据信息。

如图6所示，仿真功能模块130包括：模型文件接口131，与优化处理模块112相连，用于获取初级三维模型的数据；材质贴图接口132，与优化处理模块112相连，用于获取贴图外观的数据；仿真开发接口133，与处理模块120相连，用于获取目标图片的标识特征的数据；跨平台发布接口134，用于发布核电设备虚拟识别展示系统。

具体地，如图7所示，在本发明一实施例中，仿真功能模块采用接入Unity3D仿真引擎，Unity3D仿真引擎是较为成熟的核电虚拟现实开发引擎，拥有着一套完整的核电虚拟仿真应用开发技术框架。在核电仿真应用设计过程中，Unity3D仿真引擎集成了跨平台的发布方式，提供了统一的模型文件输入格式，对应地，具有模型文件接口131，材质贴图接口132、仿真开发接口133、跨平台发布接口134等接口。具体地，贴图外观的数据通过Unity3D仿真引擎的材质贴图接口132输出给Unity3D仿真引擎；优化处理后的初级三维模型的数据按照Unity3D仿真引擎的模型文件接口131的输入要求，设计并导出初级三维模型的相关数据文件，并接入Unity3D仿真引擎的模型文件接口131，将初级三维模型的数据输出给Unity3D仿真引擎。仿真开发接口133与处理模块120相连，以获取该核电设备的二维图信息中的标识特征。通过以上各类接口，Unity3D仿真引擎将初级三维模型、贴图信息与标识特征进行绑定和仿真，得到核电设备三维模型，并将其存储在自身的三维模型数据库中。通过Unity3D仿真引擎的跨平台发布接口134，可以将展示系统发布部署到客户端，例如，在windows 7、Android 2.2以上等平台上，使得用户可以在智能手机、平板、电脑等设备上观看增强现实效果。

结合图7和图8所示，在本发明一优选实施例中，处理模块120为Vuforia增强现实开发库(Vuforia AR开发库)，仿真功能模块130为连接有Vuforia AR开发库的Unity 3D仿真引擎，仿真功能模块130中的存储模块包括Unity3D仿真引擎的AR识别数据库(未图示)。通过Unity3D仿真引擎的仿真开发接口133，接入Vuforia增强现实开发库。具体地，在Unity3D仿真引擎的仿真开发环境中引入Vuforia SDK开发组件包及相关应用编程接口集，通过输入模块向Vuforia增强现实开发库输入核电设备的二维图信息，调用并重写Vuforia增强现实开发库中的图像标识功能模块以识别核电设备的二维图信息中的标识特征，形成带有标识特征的标识特征图，并将其添加至Unity3D仿真引擎的AR识别数据库；然后，为其配置绑定相应的初级三维模型和贴图外观，已形成核电设备三维模型，并存储在存储模块中。

如图8所示，在本发明一优选实施例中，基础建模模块111采用PDMS及ProE平台建模技术，优化处理模块112采用3DVIA composer或3DMax软件，连接有处理模块120的仿真功能模块130采用接入Vuforia增强现实开发库的Unity3D仿真引擎，该核电关键设备虚拟识别展示系统可以发布在windows 7、Android 2.2以上等平台上。

以上功能模块完成了该展示系统三维数据库的建立，具体实施方式可以通过硬件或者软件的方式实现，在此不做限定。

如图9所示，通过一张或多张核电设备的二维图纸，由输入模块获取核电设备二维图信息(步骤S110)，然后将二维图信息分别发送给处理模块和基础建模模块，一方面，处理模块通过识别二维图信息获得标识特征图，并将标识特征图发送给仿真功能模块(步骤S130)；另一方面，根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型(步骤S120)；基础三维模块通过二维图信息建立基础三维模型(步骤S121)，基础三维模型经过优化处理模块处理之后得到初级三维模型和贴图外观(步骤S122)，初级三维模型和贴图外观被发送给仿真功能模块。在仿真功能模块中，初级三维模型、贴图外观与标识特征图进行绑定，形成核电设备三维模型(步骤S140)。该核电设备三维模型被存储在仿真功能模块的存储模块中，从而建立展示系统的三维模型数据库(步骤S150)。扫描模块扫描现场二维图图纸，获取了目标图像后，将目标图像的数据传递给识别匹配模块，通过识别匹配模块识别目标图片并从判断从三维模型数据库中是否匹配到所述目标图片相对应的核电设备三维模型(步骤S300)，若能匹配成功，则通过展示模块展示匹配的核电设备三维模型(步骤S400)；若失败，则展示模块不展示核电设备三维模型。进一步地，展示系统还包括控制模块，与扫描模块和展示模块相连，存储有操作指令模块。控制模块包括更换图纸指令模块(见图10)，与扫描模块相连，用于控制扫描模块再次扫描现场二维图纸以获取目标图片。当识别匹配模块判断从三维模型数据库中无法匹配到目标图片相对应的核电设备三维模型，即匹配失败时，或者当识别匹配模块判断匹配成功，展示模块展示了核电设备三维模型后，更换图纸指令模块判断是否需要更换图纸(步骤S600)，若判断为是，则控制扫描模块重新扫描现场二维图，并重复上述流程；若判断为否，则控制展示系统结束工作。

实施例二

进一步地，在实施例二中，如图10所示，在控制模块500中除了包含实施例一中所述的更换图纸指令模块501之外，还包括有交互指令模块502。在展示模块400展示核电设备三维模型后，交互指令模块502根据实时操作指令对核电设备三维模型进行拆分、组装、转动角度等虚拟操作，然后将拆分、组装、转动等操作后的核电设备三维模型返回展示模块400进行展示。通过设置交互指令模块502，本发明设计并实现三维模型的实时交互操作，如参数查看，模型拆分，组装，构造动态展示等交互功能，让用户更好地了解设备的内部构成和结构原理。

如图11所示，在设置有交互指令模块的情况下，本发明的增强现实过程如图11中的流程图所示，由于建立三维模型数据库的流程与实施例一中相同，因此在此不做赘述。当三维模型数据库建立好(步骤S100)之后，扫描模块对给定的一张或多张现场二维图纸的进行扫描并获取目标图片(步骤S200)；然后，识别匹配模块对目标图片进行图纸特征标识，并判断是否可以从三维数据库中匹配到相应的核电设备三维模型(步骤S300)，若匹配不到相应的核电设备三维模型，则匹配失败，此时，由于没有响应的核电设备三维模型反馈给展示模块，因此，展示模块不显示三维模型或显示匹配失败的提示；若匹配不到相应的核电设备三维模型，则识别匹配成功，此时，识别匹配模块将匹配到的核电设备三维模型输出给展示模块，展示模块将该核电设备三维模型与目标图像叠加显示(步骤S400)。进一步地，交互指令模块判断是否接受到交互指令(步骤S500)，如模型拆分操作或模型合并操作等指令，若判断结果为是，则对核电设备三维模型进行拆分或合并等操作，并将拆分或合并等操作后的核电设备三维模型返回给展示模块，展示模块相应地展示经过拆分或合并等操作后的核电设备三维模型以实现模型交互功能。最后更换图纸指令模块判断是否接受到更换现场二维图纸的操作指令(步骤S600)，若判断结果为是，则控制扫描模块重新扫描现场二维图纸，并重复以上步骤；若判断结果为否，则该展示系统结束工作。可以理解地，上述功能模块可以通过硬件或者软件的方式实现，在此不做限定。

本发明在增强现实技术原理的基础上，创新性地将处理模块识别到的核电设备的二维图纸的标识特征与三维模型设计模块中的核电设备三维模型绑定，并存储在三维模型设计模块中，然后再通过将核电设备的现场二维图纸作为二维识别物，通过客户端采集现场二维图的目标图片并提取目标图片中的标识特征，进而获取与目标图片相匹配的核电设备三维模型，即在三维模型设计模块存储的所有核电设备三维模型中寻找与目标图片具有相同标识特征的核电设备三维模型，并将该核电设备三维模型与目标图片绑定并输出到客户端进行叠加展示，形成一套基于增强现实的核电设备虚拟识别展示系统。

如图12所示，参见图9，在一个实施例中，一种基于增强现实的核电设备虚拟识别展示方法，包括以下步骤：

S100、建立核电设备三维模型数据库。

本实施例中，根据设备的二维图纸建立了核电设备三维模型，并根据若干个不同的核电设备三维模型建立三维模型数据库。

S200、扫描现场二维图纸形成目标图片。

在本实施例中，对现场二维图纸进行扫描，其所形成的目标图片可以是二维或者三维的形式，与现场二维图纸中的绘制图像相对应。例如，现场二维图纸中承载的是管道系统的三维图，则扫描形成的目标图片则为加热装置的三维图，而当现场二维图纸中承载的是管道系统的二维平面图，则扫描形成的目标图片也为管道系统的二维平面图。同时，目标图像可以是扫描出来的单张图，也可以是扫描之后得到的视频流对应的图像序列中的某一图像。例如，持续进行图像扫描得到视频流，视频流是由图像序列形成的，即图像序列包括了若干帧图像，可从若干帧图像中选取一张帧图像作为目标图片，然后对该现场二维图进行下一步操作。

S300、识别所述目标图片形成标识特征图片，并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型。

在本实施例中，对目标图片进行识别，识别得到例如文字、尺寸、标记区域，标记点等标识特征，通过识别特征比对算法，根据目标图片的标识特征从三维模型数据库识别出与目标图片相匹配的核电设备三维模型。在识别得到与目标图片相匹配的核电设备三维模型后，将该核电设备三维模型输送给展示模块进行展示。

S400、将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示。

在本实施例中，将与目标图片相匹配的设备的三维模型与目标图片叠加展示，达到增强现实的效果。核电设备的三维模型和目标图片叠加展示的增强现实效果如图14所示。

参见图9，在一个实施例中，上述步骤S100具体包括以下子步骤：

S110、根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息。

在本实施例中，获取核电设备的二维图信息的方式可以通过机械自动获取也可以通过人工获取，在此不做限定。获取的二维图信息包括但不限于文字，尺寸，图像等。该核电设备的二维图中可以包含一张或多张设备图。

S120、根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型和贴图外观。

在本实施例中，根据核电设备的二维图纸或机械设备，以各零部件及零部件的组合为单位，通过模型装配，模型优化后，最终输出核电设备的初级三维模型和贴图外观。

S130、识别核电设备的二维图信息中的标识特征以获取标识特征图。

在本实施例中，标识特征包括但不限于文字、图像、尺寸、材质等数据信息。

S140、将所述初级三维模型、贴图外观与对应的标识特征图进行绑定得到具有标识特征的核电设备三维模型。

初级三维模型、贴图信息和标识特征图在步骤S140中进行三维仿真处理，得到核电设备三维模型。核电设备三维模型个数可以为一个或多个，在此不做限定

S150、将具有标识特征的核电设备三维模型存储到核电设备三维模型数据库中。

在本实施例中，可以重复若干次步骤S110-S150以在三维模型数据库中存储若干个三维模型。可以理解地，存储在三维模型数据库中的三维模型为核电关键设备的三维模型，而不需要输入所有的核电设备三维模型，由此可以节省制作三维模型数据库的工序和时间，同时最大化地提高现场维护或检查时的工作效率。

参见图9，在一个实施例中，上述步骤S120进一步包括下述次级子步骤：

S121、根据核电设备的二维图纸建立核电设备的基础三维模型。

在本实施例中，步骤S121为展示系统提供最基本的数据模型输入，主要依托机械设备协同设计平台进行。根据核电设备的二维图纸通过手动或者通过零部件三维模型池中的三维零部件模型建立基础三维模型。具体地，根据核电设备的二维图纸通过手动输入或者通过零部件三维模型池中的三维零部件模型输入的方式，建立基础三维模型。例如，对于常用零件，如螺栓，螺丝等，其零部件的三维模型可以通过零部件三维模型池获得；对于管道等零部件三维图存储库中没有存储三维图的零部件，它们的三维建模需要通过人工手动建立。在本发明一优选实施例中，步骤S121采用PDMS及ProE平台建模技术完成，其精细准确地构造核电设备的零部件的三维模型，并通过模型装配获得精细准确的核电设备的基础三维模型。

S122、对所述基础三维模型进行优化处理，获得初级三维模型和贴图外观。

在步骤S122中，基础三维模型得到优化处理并获得贴图外观。优化处理使其数据总量更小，以在使得后续模块中的数据处理更加快捷有效，贴图外观使基础三维模型的三维效果更加真实直观。

在本发明一实施例中，上述次级子步骤S122进一步包括采用三维模型轻量化技术，在保证所述基础三维模型外观、尺寸、功能不变的情况下，减少多边形数量以减小所述基础三维模型的整体数据容量。

为了实现展示系统中多模型在移动端的实时显示与交互，采用三维模型轻量化技术，在保证初级三维模型外观、尺寸、功能不变的情况下，减少初级三维模型中的多边形数量，将高精度模型轻量化，降低单个模型对计算机的负荷压力。本实施例中将多种轻量化技术组合使用，三维模型轻量化技术包括：缩减多边形段数，减少构成曲面的多边形段数，将平面不构成三维模型的段数合并；将反复出现的同种类的零部件三维模型用坐标信息进行替代，在渲染或交互的时候，再进行实时加载；对细节要求低的细节，使用贴图代替；在渲染或交互过程中，对于不涉及的结构、被遮挡以及不显示的三维模型进行删减处理。

参见图13，在本发明一实施例中，上述步骤S300进一步包括以下子步骤：

S310、识别目标图片的标识特征。

S320、根据目标图片的标识特征匹配与所述目标图片具有相匹配标识特征的核电设备三维模型；

S330、获取所述核电设备三维模型。

参见图11在本发明一实施例中，上述展示方法进一步包括以下步骤：

S500、判断是否需要进行模型交互，若是，则对所述核电设备三维模型进行虚拟操作。

步骤S500对模型进行拆分后，叠加显示到目标图片上的被拆分后的核电设备三维模型如图15和图16所示。

参见图9和图11，在本发明一实施例中，上述展示方法进一步包括以下步骤：

S600、判断是否更换二维图纸，若是，则重复步骤S200-S400或步骤S200-S500。

通过使用本发明的展示系统和方法，可以达到以下有益效果：首先，本发明提供了核电站三维模型设计和优化方法，提出客户端上的核电三维模型设计、优化处理方法，虚拟识别展示系统的成果之一便是建立了符合核电实际现场需求的核电设备三维模型，并在此基础上优化处理，完善贴图信息，最大程度利用虚拟模型还原关键设备的内部构造。其次，本发明提供了基于增强现实技术核电二维图纸识别方法。本发明提出将增强现实技术与核电虚拟仿真开发流程相融合的实施方案，方案以核电设备的二维图纸为标识物作为增强现实方案的输入，利用AR开发库中的接口方法标识其图纸特征，进而在程序扫描后，识别出相应的标识信息，完成增强识别。再次，本发明提供了核电三维模型实时增强展示方法。本发明在识别二维设备图纸后，将其对应匹配的核电设备三维模型实时展示，与二维图纸相叠加，最大程度关联图纸与模型的对应关系，通过增强现实，用户可以更直观地观察设备构造和结构原理。最后，本发明还提供了移动端核电三维模型实时交互方法。本发明在实现增强现实同时，还提供了核电设备模型的参数显示、三维浏览、拆分、组装以及构造原理动态展示等实时交互，将模型的显示与操作一体化，为用户提供丰富的交互体验。

综上所述，本发明通过创新性地将增强现实技术与核电虚拟仿真技术相结合，将核电设备二维图纸与其三维模型绑定，利用增强现实开发工具实现设备图纸的动态识别与三维模型立体展示。并在此基础上，提供核电设备三维模型的虚拟浏览、拆分、组装、参数查看等操作。本发明形成的系统和方法可以使现场操作人员更便捷、更直观、更准确地了解核电设备构造、组成原理，为其提供作业辅助参考，避免操作现场翻阅大量图纸等技术资料，提高现场工作效率和准确度，降低部分技术工作对现场经验的依赖程度。同时，也为设备检修分析、预演以及员工培训提供了一种新的解决方案。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，包括：

三维模型设计模块（100），用于建立核电设备三维模型数据库；

扫描模块（200），用于扫描现场二维图纸，形成目标图片；

识别匹配模块（300），与所述三维模型设计模块（100）和扫描模块（200）相连，用于识别所述目标图片并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；

展示模块（400），与所述识别匹配模块（300）相连，用于将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示；

所述三维模型设计模块（100）包括：

输入模块（101），用于根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息；

三维建模模块（110），用于根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型和贴图外观；

处理模块（120），用于识别核电设备的二维图信息中的标识特征以形成标识特征图；

仿真功能模块（130），分别与所述三维建模模块（110）和处理模块（120）相连，用于将所述初级三维模型、贴图外观与标识特征图进行绑定得到具有标识特征的所述核电设备三维模型；

所述仿真功能模块（130）进一步包括：存储模块（135），用于存储所述核电设备三维模型以建立三维模型数据库，所述三维建模模块（110）进一步包括：基础建模模块（111），用于根据核电设备的二维图建立所述核电设备的基础三维模型；优化处理模块（112），分别与所述基础建模模块（111）和仿真功能模块（130）相连，从三维建模模块（110）处获取所述基础三维模型的数据，并对所述基础三维模型进行优化处理，以获得初级三维模型和贴图外观；

优化处理模块（112）进一步包括轻量化模块，用于在保证初级三维模型外观、尺寸、功能不变的情况下，减少初级三维模型中的多边形数量，轻量化模块采用三维模型轻量化技术，三维模型轻量化技术包括：缩减多边形段数，减少构成曲面的多边形段数，将平面不构成三维模型的段数合并；将反复出现的同种类的零部件三维模型用坐标信息进行替代，在渲染或交互的时候，再进行实时加载；对细节要求低的细节，使用贴图代替；在渲染或交互过程中，对于不涉及的结构、被遮挡以及不显示的三维模型进行删减处理。

2.根据权利要求1中所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，所述仿真功能模块（130）包括以下接口：

模型文件接口（131），与所述优化处理模块（112）相连，用于获取所述初级三维模型的数据；

材质贴图接口（132），与所述优化处理模块（112）相连，用于获取所述贴图外观的数据；

仿真开发接口（133），与所述处理模块（120）相连，用于从所述处理模块（120）获取核电设备的二维图信息的标识特征的数据；

跨平台发布接口（134），用于发布所述展示系统。

3.根据权利要求2所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，所述基础建模模块（111）采用PDMS及ProE平台建模技术，所述优化处理模块（112）采用3DVIA composer或3DMax软件，所述仿真功能模块（130）采用Unity3D仿真引擎，所述处理模块（120）采用Vuforia增强现实开发库。

4.根据权利要求1所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，所述展示系统进一步包括控制模块（500），与扫描模块（200）和展示模块（400）相连，存储有操作指令模块。

5.根据权利要求4所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，所述控制模块（500）包括交互指令模块（502），用于对所述核电设备三维模型进行虚拟操作，以添加模型交互功能。

6.根据权利要求4所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，所述控制模块（500）还包括更换图纸指令模块（501），与扫描模块（200）相连，用于控制扫描模块（200）再次扫描现场二维图纸以获取目标图片。

7.一种核电设备虚拟识别展示方法，应用于如权利要求1所述的核电设备虚拟识别展示系统，其特征在于，包括以下步骤：

S100、建立核电设备三维模型数据库；

S200、扫描现场二维图纸形成目标图片；

S300、识别所述目标图片形成标识特征图片，并从所述三维模型数据库中获取与所述目标图片相匹配的核电设备三维模型；

S400、将所述核电设备三维模型与目标图片叠加展示。

8.根据权利要求7所述的核电设备虚拟识别展示方法，其特征在于，S100进一步包括以下子步骤：

S110、根据核电设备的二维图获取核电设备的二维图信息；

S120、根据核电设备的二维图信息建立所述核电设备的初级三维模型；

S130、识别核电设备的二维图信息中的标识特征以获得标识特征图；

S140、将所述初级三维模型和贴图信息与对应的标识特征图进行绑定得到具有标识特征的核电设备三维模型；

S150、将具有标识特征的核电设备三维模型存储到核电设备三维模型数据库中。

9.根据权利要求8所述的核电设备虚拟识别展示方法，其特征在于，S120进一步包括下述次级子步骤：

S121、根据核电设备的二维图纸建立核电设备的基础三维模型；

S122、对所述基础三维模型进行优化处理，获得初级三维模型和贴图外观。

10.根据权利要求7所述的核电设备虚拟识别展示方法，其特征在于，S300进一步包括以下子步骤：

S310、识别目标图片的标识特征；

S320、根据目标图片的标识特征查找与所述目标图片具有相匹配标识特征的核电设备三维模型；

S330、获取所述核电设备三维模型。

11.根据权利要求7所述的核电设备虚拟识别展示方法，其特征在于，所述展示方法进一步包括以下步骤：

S500、判断是否需要进行模型交互，若是，则对所述核电设备三维模型进行虚拟操作。

12.根据权利要求11所述的核电设备虚拟识别展示方法，其特征在于，所述展示方法进一步包括以下步骤：

S600、判断是否更换二维图纸，若是，则重复步骤S200-S400或步骤S200-S500。

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