CN109147034A - 抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统，所述方法包括：展示步骤：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；三维交互关联步骤，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；流程展示步骤，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。

Description

抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统。

背景技术

随着社会的发展，人类对于能源的依赖越来越强，尤其是对于电力的依赖更是越来越强，因此发电和输电也变得越来越重要。现有技术中对于抽水蓄能电站的监控还停留在二维阶段，即通过平面图来对抽水蓄能电站进行监控。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的目的是提供一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统，以建立抽水蓄能电站三维可视化模型，从而提高抽水蓄能电站的监控效果。

为了实现上述目的，本发明实施例提出了一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，包括：

抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法包括：

展示步骤：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

三维交互关联步骤，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；

流程展示步骤，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。

其中，所述三维交互关联步骤包括：通过抽水蓄能电站的上游和下游企业的工艺流程，建立电子化流程。

其中，所述流程展示步骤具体包括：

根据时间驱动，由双层套管延伸，制作数字脚本；

生成用于辅助用户进行场景漫游的场景控制面板；生成用于进行脚本漫游的预定路线和视角的自动漫游脚本，并为脚本漫游生成暂停、继续播放面板。

其中，所述流程展示步骤还包括：

采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进操作。

其中，所述流程展示步骤还包括：

生成工艺区域和工艺设施的展示，所述展示包括：隐藏外层、透视、超视图浏览；

所述隐藏外层、透视是利用层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD，根据预设规则简化物体的细节，确定不同细节程度的物体表达方式。

同时，本发明实施例还提出了一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立系统，包括：

展示模块：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

三维交互关联模块，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；

流程展示模块，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统，基于全息化生产技术、虚拟现实和空间地理信息融合技术实现三维可视的新方法，实现全方位、多视角、立体化地工艺流程动态展示，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，实现按介质、用途等对工艺设施分类查询，并以加亮、闪烁等方式动态展示，使工艺流程一目了然。其中，进行工艺流程动态展示的基本思路就是采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进等操作。另外，对工艺区域和工艺设施或装置提供多种查看方式，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，以助于查看生产过程主要设备和环节。而隐藏外层、透视的方法是利用层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD(Level of Detail)，根据一定的规则来简化物体的细节，根据需要来选择不同细节程度的物体表达方式，如对于关注目标选择较高的细节程度，反之选择较低的细节程度。上述技术方案利用双层套管给人金属质感、立体感、流动感等特点，透明显示，使得能够直接感受加工环境、设备和对象的三维状态等。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了说明本发明的一种基下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

随着计算机图形学技术的发展，我们对二维世界的研究日益成熟，并开始向三维领域扩展。由于人们对三维信息的需求与日俱增，三维可视化技术已经广泛应用于社会生活的各个领域，比如数字城市、环境监测、风景规划、地质和矿产活动、交通监控、房地产开发、水文地质活动、医疗救助以及数字城市建设等。三维可视化是一种利用计算机技术.再现三维世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具有实时交互的能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实再现。

以计算机技术为基础的三维可视化技术，大多以软件的形式体现出来.目前主要分为建模软件、平台软件和应用软件三类。三维可视化的关键是建模，平台软件大多以模型为基础，实现漫游、观察、分析、决策等基本操作；而应用软件主要是为了满足三维可视化技术在某一方面的应用而开发的应用程序，如数字小区、三维城市景观仿真等。

可视化环境的基础是虚拟现实技术，关键技术包括：

1.真实感图形的实时绘制技术

虚拟可视化技术作为一种高度逼真的模拟人在制造环境中视、听、动等行为的人机界面技术，具有两个基本特征，即交互和身临其境，其最终目标是使用户置身于一个由计算机生成的虚拟环境中，产生一种“看起来象真的，听起来象真的，摸起来也象真的”的全方位感受。要使用户对虚拟环境产生沉浸感，首先要求他所观察到的场景画面必须是三维的、立体的，即在显示器上同步放映具有给定视差的场景画面以产生立体视觉；其次，上述立体画面必须随用户视点和视线方向的变化或场景中景物的运动而实时刷新。虚拟环境中所涉及的场景包含数十万甚至上百万个多边形，虚拟现实系统的这两个基本要求对传统图形绘制技术提出了严峻的挑战。

传统的真实感图形绘制算法追求的是图形的真实感和高质量，而对每帧画面的绘制速度并没有严格的限制。而虚拟现实系统要求的实时图形绘制技术本质上是一种限时计算技术，即要求算法必须在给定的时间内完成对场景的绘制。鉴于目前图形软、硬件尚无法实现复杂场景的高度真实感画面的实时绘制，人们往往通过损失图形质量来快速绘制画面，这里图形质量的损失主要指图形真实感的降低和走样程度的加重。例如，采用简单局部光照明模型和降低画面分辨率来加速绘制。

2.多细节层次模型生成和绘制

细节层次LOD(Level of Detail)模型是指对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的描述方法得到一组模型，供绘制时选择使用。在传统的图形系统中，三角面片是最通用的绘图元语，一方面

三角形的基本联结关系简单；另一方面，所有的图形库和图形硬件系统都能很方便地处理三角形网格。

随着描述场景中描述几何模型的三角形数目的增多，所绘制的图像质量越来越高，但是绘制速度也越来越慢，因而形成了一对矛盾。尽管图形绘制系统的性能在近几年有明显提高，但是总会有一些场景太复杂，不能实时绘制。而实时绘制是虚拟现实系统的一项基本要求，从20世纪90年代初开始，研究人员在这方面开展了大量工作，而LOD方法就是其中一种比较实用的方法。

LOD方法的基本思想是：对场景中的不同物体或物体的不同部分，采用不同的细节描述方法，在绘制时，如果一个物体离视点比较远，或者这个物体比较小，就可以用较粗的LOD模型绘制。反之，如果一个物体离视点比较近，或者物体比较大，就必须用较精细的LOD模型来绘制。同样，如果场景中有运动的物体，也可以采用类似的方法，对处于运动速度快或处于运动中的物体，采用较粗的LOD，而对于静止的物体，采用较细的LOD。LOD利用了人们的视觉特性，为物体提供不同的LOD描述是控制场景复杂度和加速图形绘制速度的一个非常有效的方法。

3.可视化环境的建模和绘制

为了让人在计算机所创造的虚拟世界里有一种身临其境的视觉感受，VR对传统的计算机图形学技术提出了挑战。

高质量的、实时的图象生成：VR应用要求绘制系统能根据用户视点和视线方向的变化及时地生成相应的视图，绘制场景的复杂度和真实感应满足特定应用的需要。

4.虚拟空间实时漫游

构建一个使用户具有身临其境的沉浸感、具有空间操纵能力的完善的交互环境，使用户能够观察和操纵不同层次、不同细节的模型，始终是虚拟现实技术所追求的目标。目前，实现虚拟漫游的算法可以分为三类：①基于多边形的实时漫游算法；②基于图像的实时漫游算法；③混合型算法即有图像又有几何多边形来参与绘制。基于多边形的方法是利用计算机图形技术,对真实环境进行抽象从而建立三维模型，实时漫游时根据观察者的位置、光照、消隐信息由计算机绘制相应的视景，这种方法难以达到很好的实时性。基于图像的方法场景比较逼真和生动，但是由于缺乏深度信息难于控制。所以，混合型算法正逐渐成为研究和应用的主流。

VRML是一种基于WEB的虚拟现实三维建模语言。使用VRML能在Internet上设计自己的三维虚拟空间，如创建虚拟车间、产品、装配过程以及房间、城市、森林、星球、宇宙等所有能想到的任何东西。

利用VRML创建的三维虚拟空间具有许多功能，如存在感、多感知性、交互性、动态显示、立体感的视觉效果、立体感的听觉效果和超链接功能等。用户能在虚拟场景中漫游，能与场景中的物体进行交互，实现了初步的身临其境。VRML能够以Java作为脚本，利用Java的网络功能实现多用户的协同工作场景。

此外，VRML还能够通过接口直接调用open2GL和C++文件，进一步拓展图形图像生成和处理能力。

集成三维地理信息技术、虚拟现实技术及数学模型，将上述功能集成在同一平台上实现，对数字工厂具有重要意义。

本发明的目的是提出一种基于三维可视化技术(Visual Reality)，结合虚拟现实技术(Virtual Reality)与模拟仿真技术，完全再现抽水蓄能电站工艺过程的真实情况，把所有工艺过程都置于一个真实的三维世界中，直观、生动实现生产过程、生产单元、生产设备、物料运转等的三维可视化显示的方法。可以全方位、多视角、立体化地观察设备工艺流程等三维场景信息，以便于梳理繁杂的信息和流程。

如图1所示的，本发明实施例的抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法包括：

展示步骤：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

三维交互关联步骤，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；

流程展示步骤，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。

其中，所述三维交互关联步骤包括：通过抽水蓄能电站的上游和下游企业的工艺流程，建立电子化流程。

其中，所述流程展示步骤具体包括：

根据时间驱动，由双层套管延伸，制作数字脚本；

生成用于辅助用户进行场景漫游的场景控制面板；

生成用于进行脚本漫游的预定路线和视角的自动漫游脚本，并为脚本漫游生成暂停、继续播放面板。

上述技术方案提出了一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法及系统，基于全息化生产技术、虚拟现实和空间地理信息融合技术实现三维可视的新方法，实现全方位、多视角、立体化地工艺流程动态展示，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，实现按介质、用途等对工艺设施分类查询，并以加亮、闪烁等方式动态展示，使工艺流程一目了然。其中，进行工艺流程动态展示的基本思路就是采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进等操作。另外，对工艺区域和工艺设施或装置提供多种查看方式，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，以助于查看生产过程主要设备和环节。而隐藏外层、透视的方法是利用层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD(Level of Detail)，根据一定的规则来简化物体的细节，根据需要来选择不同细节程度的物体表达方式，如对于关注目标选择较高的细节程度，反之选择较低的细节程度。上述技术方案利用双层套管给人金属质感、立体感、流动感等特点，透明显示，使得能够直接感受加工环境、设备和对象的三维状态等。

一种基于三维可视化技术(Visual Reality)，结合虚拟现实技术(VirtualReality)与模拟仿真技术，完全再现水电站工艺过程的真实情况，把所有工艺过程都置于一个真实的三维世界中，直观、生动实现发电生产过程、生产单元、生产设备、物料运转等的三维可视化显示的方法。在完成设备设施全息化场景展示的基础上，建立上下游过程，实现信息的三维交互关联，进而制作数字脚本，根据时间驱动，进行工艺流程的展示。在工艺流程动态展示过程中，有效利用双层套管、地景隐藏，创新实现三维可视。本发明在应急救援决策指挥、安全生产管理、企业信息化管理等领域中的应用前景非常广阔。

本发明的目的是提出一种基于三维可视化技术(Visual Reality)，结合虚拟现实技术(Virtual Reality)与模拟仿真技术，完全再现抽水蓄能电站工艺过程的真实情况，把所有工艺过程都置于一个真实的三维世界中，直观、生动实现生产过程、生产单元、生产设备、物料运转等的三维可视化显示的方法。可以全方位、多视角、立体化地观察设备工艺流程等三维场景信息，以便于梳理繁杂的信息和流程。

本发明的目的是这样实现的：

首先，完成抽水蓄能电站设备设施的全息化场景展示：导入真实的、不同精度的地景影像和高程数据立体展现地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

其次，建立抽水蓄能电站上下游过程，实现信息的三维交互关联：集成抽水蓄能电站各种工艺流程信息(如发电工艺等)，实现用户通过三维交互方式查询工艺流程，动态展示工艺流程；

再次，制作数字脚本，根据时间驱动，进行工艺流程的展示：以超现实手法形象直观的展现复杂的工艺流程的过程。例如在三维全息化模式下展现发电生产过程涉及的上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站和下水库整个发电工艺流程经过。

本发明的特点是：

目前三维可视化方法越来越多地运用到影视、游戏等领域，而工业领域内，可视化应用也越来越多，如数字地球、数字城市、数字工厂等，与这些方法相比本发明具有以下特点和优势：

(1)工艺流程动态展示

采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进等操作。

实现按介质、用途等对工艺设施分类查询，并以加亮、闪烁等方式动态展示，使工艺流程一目了然。同时支持浏览、编辑、查询任意工艺区域和工艺设施，并实现对各类设施设备的采购、使用、维修、报废等信息的可视化管理和查询分析。另外，对工艺区域和工艺设施或装置提供多种查看方式，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，以助于查看发电生产过程主要设备和环节，了解水流流向、速度、经过设备等信息。

(2)地景隐藏

有效利用了层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD(Level of Detail)，根据一定的规则来简化物体的细节，根据需要来选择不同细节程度的物体表达方式，如对于关注目标选择较高的细节程度，反之选择较低的细节程度。

(3)双层套管

利用双层套管给人金属质感、立体感、流动感等特点，透明显示，使得能够直接感受加工环境、设备和对象的三维状态等。

进行工艺流程三维动态展示的基本思路就是首先进行数字化建模完成全息化；然后建立上下游过程，完成流程建立；再根据时间驱动，由双层套管延伸下去，制作数字脚本。提供场景控制面板，辅助用户进行场景漫游，同时支持脚本漫游，实现大场景、预定路线和视角的自动漫游。支持预先编辑的脚本控制下的漫游，并提供播放、暂停等多种控制方式的全场景漫游功能，能够进行大场景、预定路线和视角的自动漫游，轻松实现流程演示等功能，从而实现全方位、多视角、立体化地观察发电设备工艺流程等三维场景信息。

通过集成各种工艺流程信息，对生产过程的各个环节，在不同的层次进行设计和仿真，实现工艺流程的查询和动态展示，包括管线流动效果的动态展示、流经设备的工作参数和状态展示等，使各种工艺流程生动展现。

通过虚拟现实技术完成各种逻辑信息的三维可视化显示，支持特殊关注对象的透视查看浏览，使关注的内部结构可视化，使不关注的外部结构透明化，使不可见的逻辑信息可视化。

上述方案提出了一种基于全息化生产技术、虚拟现实和空间地理信息融合技术实现三维可视的新方法，能够实现全方位、多视角、立体化地工艺流程动态展示，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，实现按介质、用途等对工艺设施分类查询，并以加亮、闪烁等方式动态展示，使工艺流程一目了然。其中，进行工艺流程动态展示的基本思路就是采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进等操作。另外，对工艺区域和工艺设施或装置提供多种查看方式，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等，以助于查看生产过程主要设备和环节。其中，所述隐藏外层、透视的方法是利用层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD(Level of Detail)，根据一定的规则来简化物体的细节，根据需要来选择不同细节程度的物体表达方式，如对于关注目标选择较高的细节程度，反之选择较低的细节程度。其中，利用双层套管给人金属质感、立体感、流动感等特点，透明显示，使得能够直接感受加工环境、设备和对象的三维状态等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，其特征在于，包括：

展示步骤：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

三维交互关联步骤，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；

流程展示步骤，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，其特征在于，所述三维交互关联步骤包括：通过抽水蓄能电站的上游和下游企业的工艺流程，建立电子化流程。

3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，其特征在于，所述流程展示步骤具体包括：

根据时间驱动，由双层套管延伸，制作数字脚本；

生成用于辅助用户进行场景漫游的场景控制面板；生成用于进行脚本漫游的预定路线和视角的自动漫游脚本，并为脚本漫游生成暂停、继续播放面板。

4.根据权利要求3所述的抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，其特征在于，所述流程展示步骤还包括：

采用脚本，以文件的形式存储不同时间内模型各种动作、环境参数、观察位置及角度数据，进行播放、暂停、快进、慢进操作。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站三维可视化模型建立方法，其特征在于，所述流程展示步骤还包括：生成工艺区域和工艺设施的展示，所述展示包括：隐藏外层、透视、超视图浏览；

所述隐藏外层、透视是利用层次细节技术、使用多边形的3D渲染技术LOD，根据预设规则简化物体的细节，确定不同细节程度的物体表达方式。

6.一种抽水蓄能电站三维可视化模型建立系统，其特征在于，包括：

展示模块：用于导入抽水蓄能电站设备设施的全息化场景、不同精度的地景影像、立体地形地貌，建立真实的三维模型再现真实场景；

三维交互关联模块，用于建立抽水蓄能电站上下游过程的三维数据以实现信息的三维交互关联，以集成抽水蓄能电站工艺流程信息并实现用户通过三维交互方式查询工艺流程及动态展示工艺流程；

流程展示模块，用于制作数字脚本，根据时间驱动以进行工艺流程的展示。