CN109035417B - 含有机构的虚拟场景建模方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含有机构的虚拟场景建模方法和装置，该方法包括：导入机构的模型；根据机构的原动件待建模的运动状态，从机构的运动状态数据库文件中获取机构的每个零件待建模的运动状态数据；运动状态数据库文件包括：机构的原动件的运动状态和机构的零件的运动状态数据的映射关系；利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有机构的虚拟场景建模。本发明提供的含有机构的虚拟场景建模方法和装置，无需在对含有机构的虚拟场景进行建模时，再对机构进行运动学求解，因此，可以提高含有机构的虚拟场景建模的效率，进而可以提高虚拟场景的实时交互的效果。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种含有机构的虚拟场景建模方法和装置。
背景技术
含有机构的虚拟场景建模是利用虚拟现实技术，在虚拟现实场景中模拟真实世界的机构，营造出真实感，从而建立一种逼真的、虚拟的、交互式的三维空间环境。该三维空间环境能够使人沉浸其中，且能够实现实时交互，其应用覆盖在工业、教育、娱乐等诸多领域。
目前，针对含有复杂机构的虚拟场景建模，通常使用虚拟现实引擎根据机构的原动件待建模的运动状态，对机构进行运动学求解，以实时解算机构的每个零件待建模的位置和姿态，进而利用每个零件待建模的位置和姿态，进行含有机构的虚拟场景建模。
然而，由于运动学求解的计算量大，因此，在使用虚拟现实引擎对复杂机构进行虚拟场景建模时，机构的运动学求解会占用虚拟现实引擎的大量资源且耗时较长，导致含有机构的虚拟场景建模的效率较低。
发明内容
本发明提供一种含有机构的虚拟场景建模方法和装置，用于解决现有技术中含有机构的虚拟场景建模的效率较低的技术问题。
本发明第一方面提供一种含有机构的虚拟场景建模方法，该方法包括：
导入机构的模型；
根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系；
利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模。
可选的，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，所述方法还包括：
使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件，包括：
在机构仿真平台内，导入所述机构的模型；
根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
获取所述机构的原动件的运动状态集合；
利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，所述方法还包括：
接收通信设备发送的所述机构的运动状态数据库文件，所述通信设备使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，包括：
向通信设备发送获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态，所述通信设备中存储有使用机构仿真平台生成的所述机构的运动状态数据库文件；
接收所述通信设备发送的获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
本发明第二方面提供一种含有机构的虚拟场景建模方法，该方法包括：
在机构仿真平台内，导入机构的模型；
根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
获取所述机构的原动件的运动状态集合；
利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述机构的运动状态数据库文件；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系。
可选的，所述方法还包括：
发送所述机构的运动状态数据库文件。
可选的，所述方法还包括：
接收获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态；
根据所述获取请求，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；
发送获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
本发明第三方面提供一种含有机构的虚拟场景建模装置，该装置包括：
第一处理模块，用于导入机构的模型；
获取模块，用于根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系；
第二处理模块，用于利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模。
可选的，所述装置还包括：
第三处理模块，用于在所述获取模块根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述第三处理模块，具体用于在机构仿真平台内，导入所述机构的模型；根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型，获取所述机构的原动件的运动状态集合，利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述装置还包括：
接收模块，用于在所述获取模块根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，接收通信设备发送的所述机构的运动状态数据库文件，所述通信设备使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
可选的，所述获取模块，具体用于向通信设备发送获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态，所述通信设备中存储有使用机构仿真平台生成的所述机构的运动状态数据库文件；接收所述通信设备发送的获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
本发明第四方面提供一种含有机构的虚拟场景建模装置，该装置包括：
建模模块，用于在机构仿真平台内，导入机构的模型，并根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
第一获取模块，用于获取所述机构的原动件的运动状态集合；
解算模块，用于利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
处理模块，用于根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述机构的运动状态数据库文件；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系。
可选的，所述装置还包括：
第一发送模块，用于发送所述机构的运动状态数据库文件。
可选的，所述装置还包括：
接收模块，用于接收获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态；
第二获取模块，用于根据所述获取请求，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；
第二发送模块，用于发送获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
本发明第五方面提供一种含有机构的虚拟场景建模装置，该装置包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以执行如第一方面和第一方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明第六方面提供一种含有机构的虚拟场景建模装置，该装置包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以执行如第二方面和第二方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明第七方面提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现第一方面和第一方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明第八方面提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现第二方面和第二方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明第九方面提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现如第一方面和第一方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明第十方面提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现如第二方面和第二方面任一可能的实施方式所述的方法。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模方法和装置，在对含有机构的虚拟场景建模时，可以通过预设的该机构的运动状态数据库文件，以及，机构的原动件待建模的运动状态，直接获取机构的每个零件待建模的运动状态数据，无需再执行对机构进行运动学求解的操作，因此，可以提高含有该机构的虚拟场景建模的效率，避免因执行对机构进行运动学求解的操作，导致进行含有该机构的虚拟场景的建模的实时性受到影响，出现含有该机构的虚拟场景的建模失败或延时的问题，提高了虚拟场景的实时交互的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图；
图7为本发明提供的一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图；
图8为本发明提供的一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图；
图9为本发明提供的又一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，针对含有复杂机构的的虚拟场景建模，通常是使用虚拟现实引擎建立机构的模型，并对机构进行运动学求解，以根据机构的原动件待建模的运动状态获取机构的每个零件待建模的运动状态数据。然后，继续使用虚拟现实引擎，根据机构的每个零件的模型、机构的每个零件待建模的运动状态数据，对含有该机构的虚拟场景进行建模。
但是，由于运动学求解的计算量大，因此，在使用虚拟现实引擎对复杂机构进行虚拟场景建模时，机构的运动学求解会占用虚拟现实引擎的大量资源且耗时较长，导致含有机构的虚拟场景建模的效率较低。
考虑到上述问题，本发明提供了一种含有机构的虚拟场景建模方法，能够提高含有机构的虚拟场景建模的效率。可以理解，本发明所提供的含有机构的虚拟场景建模方法，可以适用于任一含有机构(复杂机构和/或简单机构)的虚拟场景建模。本发明的执行主体可以为任一通过虚拟现实引擎实现含有机构的虚拟场景建模的建模设备，例如：服务器、计算机、终端设备等。
下面通过一些实施例对本发明实施例的技术方案进行详细说明。下面这几个实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。本实施例涉及的是建模设备通过预设的机构的运动状态数据库文件，可以直接获取到的机构的每个零件待建模的运动状态数据，无需在对含有机构的虚拟场景进行建模时再对机构进行运动学求解，提高了含有机构的虚拟场景建模的效率。如图1所示，该方法包括：
S101、导入机构的模型。
具体的，建模设备在对含有机构的虚拟场景进行建模时，可以先导入该机构的模型文件，导入该待建模的机构的模型。其中，该上述机构的模型文件可以预先存储在建模设备的本地数据库中，或者，由其他设备发送给该建模设备的，或者，由用户使用绘图软件绘制该机构的模型文件后输入至建模设备的。
S102、根据机构的原动件待建模的运动状态，从机构的运动状态数据库文件中获取机构的每个零件待建模的运动状态数据；其中，运动状态数据库文件包括：机构的原动件的运动状态和机构的零件的运动状态数据的映射关系。
具体的，在本实施例中，由于预先设置有机构的运动状态数据库文件，因此，建模设备在获取到机构的每个零件的模型之后，可以直接根据机构的原动件待建模的运动状态，从机构的运动状态数据库文件中获取机构的每个零件待建模的运动状态数据。通过这种方式，可以在对含有该机构的虚拟场景进行建模时，无需再执行对该机构进行运动学求解的操作，因此，可以提高含有机构的虚拟场景建模的效率。
其中，上述所说的运动状态数据库文件可以包括：机构的原动件的运动状态和机构的零件的运动状态数据的映射关系。这里所说的机构的原动件的运动状态可以包括：原动件的转动副的转动角度和/或移动副的移动长度等，具体可以根据原动件的结构确定。这里所说的零件的运动状态数据可以是指零件的三维位置和姿态。即，零件在该机构的全局坐标系中的三维位置和姿态。
当上述机构的运动状态数据库文件存储在该建模设备上时，该建模设备可以在机构的运动状态数据库文件中，以机构的原动件待建模的运动状态为索引，查找与机构的原动件待建模的运动状态对应的每个零件待建模的运动状态数据。
可选的，若在机构的运动状态数据库文件中未查找到上述机构的原动件待建模的运动状态，则上述建模设备可以利用与机构的该原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用插值算法计算机构的每个零件待建模的运动状态数据。例如：上述建模设备可以利用与机构的该原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用三次埃尔米特(Hermite)插值算法或线性插值算法计算每个零件的三维位置，使用四元数球面线性插值算法计算每个零件的姿态。
当上述机构的运动状态数据库文件存储在其他与该建模设备可以进行通信的设备(简称：通信设备)上时，该建模设备可以向其他通信设备发送获取请求。其中，该获取请求可以包括：机构的原动件待建模的运动状态。接收到获取请求的通信设备可以在机构的运动状态数据库文件中，以原动件待建模的运动状态为索引，查找与机构的原动件待建模的运动状态对应的每个零件待建模的运动状态数据。在查找到与机构的原动件待建模的运动状态对应的每个零件待建模的运动状态数据后，通信设备可以向建模设备发送获取响应，其中，获取响应包括：机构的每个零件待建模的运动状态数据。
可选的，若在机构的运动状态数据库文件中未查找到上述机构的原动件待建模的运动状态，则接收到获取请求的通信设备可以利用与机构的该原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用插值算法计算机构的每个零件待建模的运动状态数据，具体可以参见前述描述，在此不再赘述。
S103、利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有该机构的虚拟场景建模。
具体的，建模设备在获取到机构的每个零件待建模的运动状态数据之后，可以利用机构的每个零件的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，渲染虚拟场景，添加光照、颜色等信息，完成含有该机构的虚拟场景建模，具体可以参见现有技术，在此不再赘述。在完成上述含有该机构的虚拟场景建模后，可以将含有该机构的虚拟场景导入虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备进行展示和体验。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模方法，在对含有机构的虚拟场景建模时，可以通过预设的该机构的运动状态数据库文件，以及，机构的原动件待建模的运动状态，直接获取机构的每个零件待建模的运动状态数据，无需再执行对机构进行运动学求解的操作，因此，可以提高含有该机构的虚拟场景建模的效率，避免因执行对机构进行运动学求解的操作，导致进行含有该机构的虚拟场景的建模的实时性受到影响，出现含有该机构的虚拟场景的建模失败或延时的问题，提高了虚拟场景的实时交互的效果。
进一步地，在上述实施例的基础上，当上述机构的运动状态数据库文件存储在该建模设备上时，上述机构的运动状态数据库文件可以为其他与建模设备能够进行通信的设备发送给建模设备的，还可以为建模设备在执行含有该机构的虚拟场景建模之前，使用机构仿真平台生成的。
下面对建模设备如何使用机构仿真平台生成机构的运动状态数据库文件进行说明。图2为本发明实施例提供的另一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。如图2所示，则在上述步骤S103之前，该方法还包括：
S201、在机构仿真平台内，导入机构的模型。
其中，步骤S201的实现方式，可以参见前述步骤S101的实现方式，不再赘述。
S202、根据机构的模型，对机构进行运动学建模，得到机构的运动学模型。
具体的，建模设备可以在执行含有该机构的虚拟场景建模之前，在机构仿真平台内导入该机构的模型，并在该机构的孔、轴、滑块等设置运动副(即转动副和/或移动副)的位置添加运动副。由于上述机构的运动副中有的运动副是原动件，有的运动副是从动件，因此，上述建模设备在添加运动副之后，可以根据机构的实际结构，设定机构中的原动件及原动件的运动范围，以建立该机构的运动学模型。
S203、获取机构的原动件的运动状态集合。
具体的，当机构为单自由度的机构(即包括一个原动件的机构)时，建模设备可以将该原动件的任意一个转动角度或移动长度作为采样点，并在该原动件的运动范围内，记录每个采样点处的运动状态，得到该机构的原动件的运动状态集合。即，单自由度的机构的原动件的运动状态集合为一维数组。
当机构为多自由度的机构(即包括多个原动件的机构)时，建模设备可以将任意一个原动件的转动角度或移动长度作为一个采样点，得到多组该机构的原动件的运动状态集合。即，多自由度的机构的原动件的运动状态集合为多维数组。
以机构包括原动件A和原动件B为例，则建模设备可以以原动件A的转动角度或移动长度作为采样点，得到一组该机构的原动件的运动状态集合，以原动件B的转动角度或移动长度作为采样点，得到一组该机构的原动件的运动状态集合。
S204、利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据。
具体的，对于单自由度的机构，将该原动件的运动状态集合(即一维数组)作为运动学解算的输入。在该场景下，运动学解算所得到的该机构的所有零件在该原动件的运动状态数据为一维数组。以机构包括原动件A，机构包括零件1为例，假设原动件A的采样点包括0度、180度、270度。则建模设备可以利用机构的运动学模型和原动件A的运动状态集合，通过运动学解算，得到零件1在原动件A转动0度时的三维位置和姿态、零件1在原动件A转动180度时的三维位置和姿态，以及，零件1在原动件A转动270度时的三维位置和姿态。
对于多自由度的机构，解算的初始条件为多组原动件的运动状态集合，因此，建模设备可以根据用户设定的机构的原动件的层次，按照层次将每组原动件的运动状态集合作为运动学解算的输入。在该场景下，运动学结算所得到的该机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据为多维数组。以机构包括原动件A和原动件B，机构包括零件1为例，假设原动件A的采样点包括0度、180度。原动件B的采样点包括：1.5米，2米。则建模设备可以利用机构的运动学模型和原动件A的运动状态集合和原动件B的运动状态集合，通过运动学解算，得到零件1在原动件A转动0度、原动件B移动1.5米时的三维位置和姿态，零件1在原动件A转动0度、原动件B移动2米时的三维位置和姿态，零件1在原动件A转动180度、原动件B移动1.5米时的三维位置和姿态，以及，零件1在原动件A转动180度、原动件B移动2米时三维位置和姿态。即每个原动件的采样点对应一个零件的多个运动状态数据。例如，原动件A的转动0度的采样点，对应零件1在原动件A转动0度、原动件B移动1.5米时的三维位置和姿态，以及，零件1在原动件A转动0度、原动件B移动2米时的三维位置和姿态。
关于建模设备如何利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据(三维位置和姿态)，可以参见现有技术。
S205、根据机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，机构的原动件的运动状态集合，生成机构的运动状态数据库文件。
具体的，建模设备在得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据之后，可以根据机构的原动件的运动状态和机构的零件的运动状态数据，生成机构的运动状态数据库文件，以建立机构的原动件的运动状态和机构的零件的运动状态数据的对应关系。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模方法，建模设备在执行含有该机构的虚拟场景建模之前，使用机构仿真平台对机构进行运动学解算，以生成机构的运动状态数据库文件。这样，建模设备在对含有该机构的虚拟场景建模时，可以以该机构的原动件待建模的运动状态为索引，在该运动状态数据库文件中，查找与机构的原动件待建模的运动状态对应的每个零件待建模的运动状态数据状态，无需再执行对机构进行运动学求解的操作，因此，可以提高含有该机构的虚拟场景建模的效率，避免因执行对机构进行运动学求解的操作，导致进行含有该机构的虚拟场景的建模的实时性受到影响，出现含有该机构的虚拟场景的建模失败或延时的问题，提高了虚拟场景的实时交互的效果。
虽然上述示例以执行主体为建模设备为例，介绍了建模设备如何使用机构仿真平台生成运动状态数据库文件的具体过程。但是，本领域技术人员可以理解的是，与建模设备可以进行通信的其他通信设备也可以采用上述方式，使用机构仿真平台生成运动状态数据库文件，对此不再赘述。
下面通过几个具体的场景，来对本发明实施例提供的含有机构的虚拟场景建模方法进行说明和介绍。
第一种场景：建模设备使用机构仿真平台生成待建模的机构的运动状态数据库文件，使用虚拟现实引擎，根据待建模的机构的运动状态数据库文件，对含有机构的虚拟场景进行的建模。
图3为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：
S301、建模设备在机构仿真平台内，导入机构的模型。
S302、建模设备在机构仿真平台内，根据机构的模型对机构进行运动学建模，得到机构的运动学模型。
S303、建模设备在机构仿真平台内，获取机构的原动件的运动状态集合。
S304、建模设备在机构仿真平台内，利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据。
S305、建模设备在机构仿真平台内，根据机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，机构的原动件的运动状态集合，生成机构的运动状态数据库文件。
S306、建模设备在虚拟现实引擎内，导入机构的模型。
S307、建模设备在虚拟现实引擎内，根据机构的原动件待建模的运动状态，从机构的运动状态数据库文件中获取机构的每个零件待建模的运动状态数据。
S308、建模设备在虚拟现实引擎内，利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有机构的虚拟场景建模。
执行完S308后，流程结束。
第二种场景：与建模设备可以有线通信或无线通信的通信设备使用机构仿真平台生成待建模的机构的运动状态数据库文件，并发送给建模设备，建模设备基于通信设备发送的待建模的机构的运动状态数据库文件，使用虚拟现实引擎对含有机构的虚拟场景进行建模。
图4为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。如图4所示，该方法包括：
S401、通信设备在机构仿真平台内，导入机构的模型。
S402、通信设备在机构仿真平台内，根据机构的模型，对机构进行运动学建模，得到机构的运动学模型。
S403、通信设备在机构仿真平台内，获取机构的原动件的运动状态集合。
S404、通信设备在机构仿真平台内，利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据。
S405、通信设备在机构仿真平台内，根据机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，机构的原动件的运动状态集合，生成机构的运动状态数据库文件。
S406、通信设备向建模设备发送机构的运动状态数据库文件。
相应地，建模设备接收通信设备发送的机构的运动状态数据库文件。
S407、建模设备在虚拟现实引擎内，导入机构的模型。
S408、建模设备在虚拟现实引擎内，根据机构的原动件待建模的运动状态，从机构的运动状态数据库文件中获取机构的每个零件待建模的运动状态数据。
S409、建模设备在虚拟现实引擎内，利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有机构的虚拟场景建模。
执行完S409后，流程结束。
第三种场景：与建模设备可以有线通信或无线通信的通信设备使用机构仿真平台生成待建模的机构的运动状态数据库文件，建模设备通过访问通信设备，获取待建模的机构的每个零件待建模的运动状态数据，根据待建模的机构的每个零件待建模的运动状态数据，使用虚拟现实引擎对含有机构的虚拟场景进行建模。
图5为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括：
S501、通信设备在机构仿真平台内，导入机构的模型。
S502、通信设备在机构仿真平台内，根据机构的模型，对机构进行运动学建模，得到机构的运动学模型。
S503、通信设备在机构仿真平台内，获取机构的原动件的运动状态集合。
S504、通信设备在机构仿真平台内，利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据。
S505、通信设备在机构仿真平台内，根据机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，机构的原动件的运动状态集合，生成机构的运动状态数据库文件。
S506、建模设备在虚拟现实引擎内，导入机构的模型。
S507、建模设备向通信设备发送获取请求。
其中，获取请求包括：机构的原动件待建模的运动状态。
具体实现时，建模设备可以通过虚拟现实引擎实现与通信设备的通信，也可以通过现有的与其他设备通信的方式与通信设备进行通信，对此不进行限定。
S508、通信设备向建模设备发送获取响应。
其中，获取响应包括：机构的每个零件待建模的运动状态数据。
S509、建模设备在虚拟现实引擎内，利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有机构的虚拟场景建模。
执行完S509后，流程结束。
第四种场景：第一通信设备使用机构仿真平台生成待建模的机构的运动状态数据库文件，并发送给与建模设备可以有线通信或无线通信的第二通信设备，建模设备通过访问第二通信设备，获取待建模的机构的每个零件待建模的运动状态数据，以根据待建模的机构的每个零件待建模的运动状态数据，使用虚拟现实引擎对含有机构的虚拟场景进行建模。
图6为本发明实施例提供的又一种含有机构的虚拟场景建模方法的流程示意图。如图6所示，该方法包括：
S601、第一通信设备在机构仿真平台内，导入机构的模型。
S602、第一通信设备在机构仿真平台内，根据机构的模型，对机构进行运动学建模，得到机构的运动学模型。
S603、第一通信设备在机构仿真平台内，获取机构的原动件的运动状态集合。
S604、第一通信设备在机构仿真平台内，利用机构的运动学模型和机构的原动件的运动状态集合，对机构进行运动学解算，得到机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据。
S605、第一通信设备在机构仿真平台内，根据机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，机构的原动件的运动状态集合，生成机构的运动状态数据库文件。
S606、第一通信设备向第二通信设备发送机构的运动状态数据库文件。
相应地，第二通信设备接收第一通信设备发送的机构的运动状态数据库文件。
具体实现时，第一通信设备可以通过机构仿真平台实现与第二通信设备的通信，也可以通过现有的与其他设备通信的方式与第二通信设备进行通信，对此不进行限定。
S607、建模设备在虚拟现实引擎内，导入机构的模型。
S608、建模设备向第二通信设备发送获取请求。
其中，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态。
具体实现时，建模设备可以通过虚拟现实引擎实现与第二通信设备的通信，也可以通过现有的与其他设备通信的方式与第二通信设备进行通信，对此不进行限定。
S609、第二通信设备向建模设备发送获取响应。
其中，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
S610、建模设备在虚拟现实引擎内，利用机构的模型，以及，机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有机构的虚拟场景建模。
执行完S610后，流程结束。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模方法，在对含有机构的虚拟场景建模时，可以通过预设的该机构的运动状态数据库文件，以及，机构的原动件待建模的运动状态，直接获取机构的每个零件待建模的运动状态数据，无需再执行对机构进行运动学求解的操作，因此，可以提高含有该机构的虚拟场景建模的效率，避免因执行对机构进行运动学求解的操作，导致进行含有该机构的虚拟场景的建模的实时性受到影响，出现含有该机构的虚拟场景的建模失败或延时的问题，提高了虚拟场景的实时交互的效果。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图7为本发明提供的一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图。该含有机构的虚拟场景建模装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现上述方法实施例中的建模设备的部分或者全部。如图7所示，该含有机构的虚拟场景建模装置可以包括：第一处理模块11、获取模块12和第二处理模块13。其中，
第一处理模块11，用于导入机构的模型；
获取模块12，用于根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系；
第二处理模块13，用于利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模。
可选的，在一些实施例中，所述获取模块12，具体用于向通信设备发送获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态，所述通信设备中存储有使用机构仿真平台生成的所述机构的运动状态数据库文件；接收所述通信设备发送的获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
继续参照图7，可选的，在一些实施例中，该含有机构的虚拟场景建模装置还可以包括：
第三处理模块14，用于在所述获取模块12根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
例如，所述第三处理模块14，具体用于在机构仿真平台内，导入所述机构的模型；根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型，获取所述机构的原动件的运动状态集合，利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述运动状态数据库文件。
继续参照图7，可选的，在一些实施例中，该含有机构的虚拟场景建模装置还可以包括：
接收模块15，用于在所述获取模块12根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，接收通信设备发送的所述机构的运动状态数据库文件，所述通信设备使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模装置，可以执行上述方法实施例中建模设备的动作，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图8为本发明提供的一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图。该含有机构的虚拟场景建模装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现前述方法实施例中与建模设备可以进行通信的通信设备的部分或者全部。如图8所示，该含有机构的虚拟场景建模装置可以包括：建模模块21、第一获取模块22、解算模块23和处理模块24。其中，
建模模块21，用于在机构仿真平台内，导入机构的模型，并根据机构的模型，对机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
第一获取模块22，用于获取所述机构的原动件的运动状态集合；
解算模块23，用于利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
处理模块24，用于根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述机构的运动状态数据库文件；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系。
继续参照图8，可选的，在一些实施例中，该含有机构的虚拟场景建模装置还可以包括：
第一发送模块25，用于发送所述机构的运动状态数据库文件。
继续参照图8，可选的，在一些实施例中，该含有机构的虚拟场景建模装置还可以包括：
接收模块26，用于接收获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态；
第二获取模块27，用于根据所述获取请求，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；
第二发送模块28，用于发送获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
本发明提供的含有机构的虚拟场景建模装置，可以执行上述方法实施例中与建模设备可以进行通信的通信设备的动作，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图9为本发明提供的又一种含有机构的虚拟场景建模装置的结构示意图。如图9所示，该含有机构的虚拟场景建模装置可以为前述方法实施例中的建模设备或与建模设备进行通信的通信设备。该装置包括：至少一个处理器31和存储器32。图9示出的是以一个处理器为例的含有机构的虚拟场景建模装置，其中，
存储器32，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器32可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
处理器31用于执行所述存储器32存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中的含有机构的虚拟场景建模方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
其中，处理器31可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
可选的，在具体实现上，如果通信接口、存储器32和处理器31独立实现，则通信接口、存储器32和处理器31可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。所述总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended IndustryStandard Architecture，简称为EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果通信接口、存储器32和处理器31集成在一块芯片上实现，则通信接口、存储器32和处理器31可以通过内部接口完成相同间的通信。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。具体的，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，程序指令用于上述实施例中的方法。
本发明还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，可以实现上述实施例中的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种含有机构的虚拟场景建模方法，其特征在于，包括：
导入机构的模型；
根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系，其中，所述原动件的运动状态包括：所述原动件的转动副的转动角度和/或移动副的移动长度，所述零件的运动状态数据包括：所述零件在所述机构的全局坐标系中的三维位置和姿态；
利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模；
所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，包括：
若在所述机构的运动状态数据库文件中未查找到所述机构的原动件待建模的运动状态，则利用与所述机构的原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用三次埃尔米特插值算法或线性插值算法计算每个零件的三维位置，使用四元数球面线性插值算法计算每个零件的姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，所述方法还包括：
使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件，包括：
在机构仿真平台内，导入所述机构的模型；
根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
获取所述机构的原动件的运动状态集合；
利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述运动状态数据库文件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据之前，所述方法还包括：
接收通信设备发送的所述机构的运动状态数据库文件，所述通信设备使用机构仿真平台生成所述运动状态数据库文件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，包括：
向通信设备发送获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态，所述通信设备中存储有使用机构仿真平台生成的所述机构的运动状态数据库文件；
接收所述通信设备发送的获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
6.一种含有机构的虚拟场景建模方法，其特征在于，包括：
在机构仿真平台内，导入机构的模型；
根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
获取所述机构的原动件的运动状态集合；
利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述机构的运动状态数据库文件以根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系，其中，所述原动件的运动状态包括：所述原动件的转动副的转动角度和/或移动副的移动长度，所述零件的运动状态数据包括：所述零件在所述机构的全局坐标系中的三维位置和姿态；
若在所述机构的运动状态数据库文件中未查找到所述机构的原动件待建模的运动状态，则利用与所述机构的原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用三次埃尔米特插值算法或线性插值算法计算每个零件的三维位置，使用四元数球面线性插值算法计算每个零件的姿态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
发送所述机构的运动状态数据库文件。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收获取请求，所述获取请求包括：所述机构的原动件待建模的运动状态；
根据所述获取请求，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；
发送获取响应，所述获取响应包括：所述机构的每个零件待建模的运动状态数据。
9.一种含有机构的虚拟场景建模装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于导入机构的模型；
获取模块，用于根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系，其中，所述原动件的运动状态包括：所述原动件的转动副的转动角度和/或移动副的移动长度，所述零件的运动状态数据包括：所述零件在所述机构的全局坐标系中的三维位置和姿态；
第二处理模块，用于利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模；
所述获取模块，还用于若在所述机构的运动状态数据库文件中未查找到所述机构的原动件待建模的运动状态，则利用与所述机构的原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用三次埃尔米特插值算法或线性插值算法计算每个零件的三维位置，使用四元数球面线性插值算法计算每个零件的姿态。
10.一种含有机构的虚拟场景建模装置，其特征在于，包括：
建模模块，用于在机构仿真平台内，导入机构的模型，并根据所述机构的模型，对所述机构进行运动学建模，得到所述机构的运动学模型；
第一获取模块，用于获取所述机构的原动件的运动状态集合；
解算模块，用于利用所述机构的运动学模型和所述机构的原动件的运动状态集合，对所述机构进行运动学解算，得到所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据；
处理模块，用于根据所述机构的每个零件在每个原动件的运动状态下的运动状态数据，以及，所述机构的原动件的运动状态集合，生成所述机构的运动状态数据库文件以根据所述机构的原动件待建模的运动状态，从所述机构的运动状态数据库文件中获取所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，利用所述机构的模型，以及，所述机构的每个零件待建模的运动状态数据，进行含有所述机构的虚拟场景建模；所述运动状态数据库文件包括：所述机构的原动件的运动状态和所述机构的零件的运动状态数据的映射关系，其中，所述原动件的运动状态包括：所述原动件的转动副的转动角度和/或移动副的移动长度，所述零件的运动状态数据包括：所述零件在所述机构的全局坐标系中的三维位置和姿态；若在所述机构的运动状态数据库文件中未查找到所述机构的原动件待建模的运动状态，则利用与所述机构的原动件待建模的运动状态相近的运动状态，使用三次埃尔米特插值算法或线性插值算法计算每个零件的三维位置，使用四元数球面线性插值算法计算每个零件的姿态。
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