CN109272800A - 一种基于Unity3D的电厂仿真培训方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，适用于仿真培训技术领域，本申请以电厂信息化为应用背景，设计并实现了一种基于Unity3D的电厂仿真培训方法。该方法涉及到三维建模，书面培训资料三维化、三维动画、效果设计等，设计步骤清晰，理论依据严谨，软件执行效率较高。

Description

一种基于Unity3D的电厂仿真培训方法

技术领域

本发明申请属于仿真技术领域，涉及仿真培训技术，具体涉及一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统的开发方法。

背景技术

三维可视化仿真培训技术是近些年逐渐兴起的一种基于计算机图形学的应用技术，在教育、培训等领域有广泛的应用。

电厂传统的培训方式以书面培训和仿真机培训为主，过程比较抽象，不够形象直观，因此往往培训周期较长、缺乏足够的现场实践环节等问题。随着智慧电厂概念的推广，作为智慧电厂管控终端的三维可视化平台为电厂人员提供了新的交互方式，基于三维可视化技术的仿真培训，能够将现场设备模型、工艺流程等内容以可视化的方式展现出来，并通过虚拟现实设备让培训人员具备与虚拟现场互动的功能，从而大大提高培训人员的主动性，对培训效果的提高也是非常有益的。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上问题，本发明公开了一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统的开发方法。

首先对本发明所使用的技术术语作以下解释和说明：

实时历史数据库：也被称为实时库或者实时数据库，与关系型数据库相对应。实时历史数据库是实现工业海量数据采集的有效手段，可用于工厂过程的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，可以提供清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：所述方法采用Unity3D技术和虚拟现实技术，将原有的培训资料及课程快速转化为基于三维可视化的培训内容；同时将平面化、理论化的培训方式设置为三维化。

一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：使用3DMax、草图大师软件，对培训所用到的场景、模型进行等比例建模；

步骤2：使用Unity3D平台对三维场景和设备模型等进行分类摆放、渲染，形成可选择的基于Unit3D的培训场景；

步骤3：使用ShaderLab/Animator工具，实现工质流动、轮廓描边、透明化效果和设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作；

步骤4：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；

步骤5：使用SteamVR插件，结合HTC Vive设备，搭建基于Unity3D的虚拟现实场景；

步骤6：使用基于.Net的ADO.NET技术和Npgsql开源组件，设计Postgres数据库接口；

步骤7：使用Postgres数据库，设计权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块，建立相关数据表，实现仿真培训系统中的登陆、统计分析、智能测评、教学反馈内容。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤1中，采用草图大师软件制作主、辅机设备的三维模型，通过3DMax的PolygonCruncher工具对模型进行减面优化。

在步骤2中，依据设备在电厂中所处物理位置和工艺流程中所处的位置进行分类，并按照分类的不同分别创建独立的三维场景，载入与该场景中设备相关的解说音频、视频、技术文档，可选择的培训场景指在仿真培训系统初始界面制作多级导航菜单，实现按需加载指定培训场景。

在步骤3中，工质流动、轮廓描边、透明化效果通过编写基于ShaderLab的着色器(Shader)来实现，设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作通过使用Animator动画状态机创建，三维场景画面加载效果通过Mono脚本实现。

在步骤4中，设备属性包括设备的铭牌信息、测点信息，以及设备模型内部各个子模型名称和对应真实名称的映射关系信息，场景信息包括当前培训场景中的考核步骤、操作记录。

在步骤5中，SteamVR是Unity3D中的VR插件，在Unity3D Assets Store中载入SteamVR插件，并将三维场景中的原有摄像机替换为VR摄像机，控制器替换为VR控制器；

HTC Vive是独立的VR外接式头戴设备，配合手柄控制器实现虚拟现实场景中的操作。

在步骤6中，ADO.Net是.Net Framework自带的数据库访问接口，Npgsql是用C#语言实现的Postgres数据库接口。

在步骤7中，权限管理模块中的权限范围包括普通学员、教师、管理员权限；培训数据管理模块的数据类型包括用户登陆数据、操作记录数据、考核结果数据；意见反馈模块包括用户反馈的意见内容数据；所述权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块采用步骤6中的数据库接口与Postgres数据库通信。

仿真培训系统中登陆功能以权限管理模块为基础，其中教师和管理员具有修改本地培训数据的权限；

统计分析功能和教学反馈内容以Postgres数据库中的培训相关数据和用户反馈意见数据为基础，采用基于.Net的Winform框架，以独立客户端的方式实现；

智能测评功能采用步骤4中的Xml本地数据存储技术，与用户考核结果数据动态对比，实现测评功能。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用Unity3D技术和Htc虚拟现实技术,开发效率高，维护成本低，可将原有的培训资料及课程等快速转化为新的基于三维可视化的培训内容；同时本发明将平面化、理论化的培训方式改造为三维化、用户深度交互、形象化的方式，在培训效果上有较大提高；

(2)本发明能够搭建一个可组态的三维可视化仿真培训平台，各项培训功能及设备场景模块化，实现三维可视化仿真培训系统在不同电厂的复用。

附图说明

图1为一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统的开发方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示为本发明公开的一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统的开发方法的流程图。包括以下步骤：

步骤1：使用3DMax、草图大师软件，对培训所用到的场景、模型进行等比例建模；

采用草图大师软件制作主、辅机设备的三维模型，通过3DMax的Polygon Cruncher工具对模型进行减面优化。

步骤2：使用Unity3D平台对三维场景和设备模型等进行分类摆放、渲染，形成可选择的基于Unit3D的培训场景；

依据设备在电厂中所处物理位置和工艺流程中所处的位置进行分类，并按照分类的不同分别创建独立的三维场景，载入与该场景中设备相关的解说音频、视频、技术文档，可选择的培训场景指在仿真培训系统初始界面制作多级导航菜单，实现按需加载指定培训场景。

步骤3：使用ShaderLab/Animator工具，实现工质流动、轮廓描边、透明化效果和设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作；

工质流动、轮廓描边、透明化效果通过编写基于ShaderLab的着色器(Shader)来实现，设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作通过使用Animator动画状态机创建，三维场景画面加载效果通过Mono脚本实现。

步骤4：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；

设备属性包括设备的铭牌信息、测点信息，以及设备模型内部各个子模型名称和对应真实名称的映射关系信息，场景信息包括当前培训场景中的考核步骤、操作记录。

步骤5：使用SteamVR插件，结合HTC Vive设备，搭建基于Unity3D的虚拟现实场景；

SteamVR是Unity3D中的VR插件，在Unity3D Assets Store中载入SteamVR插件，并将三维场景中的原有摄像机替换为VR摄像机，控制器替换为VR控制器；

HTC Vive是独立的VR外接式头戴设备，配合手柄控制器实现虚拟现实场景中的操作。

步骤6：使用基于.Net的ADO.NET技术和Npgsql开源组件，设计Postgres数据库接口；

ADO.Net是.Net Framework自带的数据库访问接口，Npgsql是用C#语言实现的Postgres数据库接口。

步骤7：使用Postgres数据库，设计权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块，建立相关数据表，实现仿真培训系统中的登陆、统计分析、智能测评、教学反馈内容。

权限管理模块中的权限范围包括普通学员、教师、管理员权限；培训数据管理模块的数据类型包括用户登陆数据、操作记录数据、考核结果数据；意见反馈模块包括用户反馈的意见内容数据；所述权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块采用步骤6中的数据库接口与Postgres数据库通信。

仿真培训系统中登陆功能以权限管理模块为基础，其中教师和管理员具有修改本地培训数据的权限；

统计分析功能和教学反馈内容以Postgres数据库中的培训相关数据和用户反馈意见数据为基础，采用基于.Net的Winform框架，以独立客户端的方式实现；

智能测评功能采用步骤4中的Xml本地数据存储技术，与用户考核结果数据动态对比，实现测评功能。

实施例1：

本实例提供一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，应用于火电厂，所述仿真培训系统实现方法包括：

步骤1：使用3DMax、草图大师软件，对培训所用到的场景、模型进行等比例建模；

步骤2：使用Unity3D平台对三维场景和设备模型等进行分类摆放、渲染，形成可选择的基于Unit3D的培训场景；

步骤3：使用ShaderLab/Animator工具，实现工质流动、轮廓描边、透明化效果和设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作；

步骤4：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；

步骤5：使用SteamVR插件，结合HTC Vive设备，搭建基于Unity3D的虚拟现实场景；

步骤6：使用基于.Net的ADO.NET技术和Npgsql开源组件，设计Postgres数据库接口；

步骤7：使用Postgres数据库，设计权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块，建立相关数据表，实现仿真培训系统中的登陆、统计分析、智能测评、教学反馈内容。

尽管上述对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要实施变化范围在所附的权利要求限定范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：所述方法采用Unity3D技术和虚拟现实技术，将原有的培训资料及课程快速转化为基于三维可视化的培训内容；同时将平面化、理论化的培训方式设置为三维化。

2.一种基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：使用3DMax、草图大师软件，对培训所用到的场景、模型进行等比例建模；

步骤2：使用Unity3D平台对三维场景和设备模型等进行分类摆放、渲染，形成可选择的基于Unit3D的培训场景；

步骤3：使用ShaderLab/Animator工具，实现工质流动、轮廓描边、透明化效果和设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作；

步骤4：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；

步骤5：使用SteamVR插件，结合HTC Vive设备，搭建基于Unity3D的虚拟现实场景；

步骤6：使用基于.Net的ADO.NET技术和Npgsql开源组件，设计Postgres数据库接口；

步骤7：使用Postgres数据库，设计权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块，建立相关数据表，实现仿真培训系统中的登陆、统计分析、智能测评、教学反馈内容。

3.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤1中，采用草图大师软件制作主、辅机设备的三维模型，通过3DMax的PolygonCruncher工具对模型进行减面优化。

4.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤2中，依据设备在电厂中所处物理位置和工艺流程中所处的位置进行分类，并按照分类的不同分别创建独立的三维场景，载入与该场景中设备相关的解说音频、视频、技术文档，可选择的培训场景指在仿真培训系统初始界面制作多级导航菜单，实现按需加载指定培训场景。

5.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤3中，工质流动、轮廓描边、透明化效果通过编写基于ShaderLab的着色器(Shader)来实现，设备拆解、工艺流程组合的动画演示动作通过使用Animator动画状态机创建，三维场景画面加载效果通过Mono脚本实现。

6.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤4中，设备属性包括设备的铭牌信息、测点信息，以及设备模型内部各个子模型名称和对应真实名称的映射关系信息，场景信息包括当前培训场景中的考核步骤、操作记录。

7.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤5中，SteamVR是Unity3D中的VR插件，在Unity3D Assets Store中载入SteamVR插件，并将三维场景中的原有摄像机替换为VR摄像机，控制器替换为VR控制器；

HTC Vive是独立的VR外接式头戴设备，配合手柄控制器实现虚拟现实场景中的操作。

8.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤6中，ADO.Net是.Net Framework自带的数据库访问接口，Npgsql是用C#语言实现的Postgres数据库接口。

9.根据权利要求2所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

在步骤7中，权限管理模块中的权限范围包括普通学员、教师、管理员权限；培训数据管理模块的数据类型包括用户登陆数据、操作记录数据、考核结果数据；意见反馈模块包括用户反馈的意见内容数据；所述权限管理模块、培训数据管理模块、意见反馈模块采用步骤6中的数据库接口与Postgres数据库通信。

10.根据权利要求9所述的基于Unity3D的电厂仿真培训系统实现方法，其特征在于：

仿真培训系统中登陆功能以权限管理模块为基础，其中教师和管理员具有修改本地培训数据的权限；

统计分析功能和教学反馈内容以Postgres数据库中的培训相关数据和用户反馈意见数据为基础，采用基于.Net的Winform框架，以独立客户端的方式实现；

智能测评功能采用步骤4中的Xml本地数据存储技术，与用户考核结果数据动态对比，实现测评功能。