CN109800503A - 一种场景模拟方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种场景模拟方法，包括：建立场景模型；将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。通过只传递差异数据，有效降低了实时数据的量级，进而能够以较高的数据采集频率采集实时数据，及时更新场景各个部件的参数，能够提高画面的实时性，使模拟画面更加流畅，用户体验更好；并且，能够保证服务器的正常工作。

Description

一种场景模拟方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及虚拟模拟技术领域，具体涉及一种场景模拟方法、装置、设备及介质。

背景技术

数字双胞技术是指数字化双胞胎技术，是智能工厂的虚实互联技术，从构想、设计、测试、仿真、生产线、厂房规划等环节，可以虚拟和判断出生产或规划中所有的工艺流程，以及可能出现的矛盾、缺陷、不匹配，所有情况都可以用这种方式进行事先的仿真，缩短大量方案设计及安装调试时间，加快交付周期。

现有技术中，模拟虚拟场景时，当数据采集频率较低，导致动画卡顿、运动畸形，当数据采集频率过高，则会导致服务器崩溃，无法刷新数据，因此，现有技术中模拟的虚拟场景质感较差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种场景模拟方法、装置、设备及介质，不仅能够保证服务器正常工作，而且能够采用较高的数据采集频率。

第一方面，本发明提供了一种场景模拟方法，包括：

建立场景模型；

将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；

从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；

将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

可选的，所述建立场景模型，包括：

采用SolidWorks建立初级场景模型；

将所述初级场景模型导入至3dmax软件中，利用所述3dmax软件对所述初级场景模型进行修正，获得终极场景模型；

所述将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景，包括：

将所述终极场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景。

可选的，所述从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据，包括：

采用采集频率为100ms的速度，从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据。

可选的，在所述将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景的步骤之后，在所述将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景的步骤之前，还包括：

对所述场景模型中的关联部件建立父子关系；

对各个部件的动作进行定义。

可选的，所述对各个部件的动作进行定义，包括：

利用dotween插件，对各个部件的动作进行定义。

可选的，所述将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景，包括：

对无位置参数的目标部件设置标准位置；

当运动部件与所述目标部件有相对运动时，对所述运动部件设置运动补偿，并将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

可选的，所述动态虚拟场景，包括：工位视角模式、漫游视角模式和全局视角模式。

第二方面，本发明提供了一种场景模拟装置，包括：

模型建立模块，用于建立场景模型；

导入模块，用于将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；

数据获取模块，用于从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；

匹配模块，用于将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

第三方面，本发明提供了一种场景模拟设备，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如第一方面提供的一种场景模拟方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如第一方面提供的一种场景模拟方法。

本发明提供了一种场景模拟方法，通过只传递差异数据，有效降低了实时数据的量级，进而能够以较高的数据采集频率采集实时数据，及时更新场景各个部件的参数，能够提高画面的实时性，使模拟画面更加流畅，用户体验更好；并且，能够保证服务器的正常工作。

本发明提供的一种场景模拟装置、一种计算机可读存储介质和一种场景模拟设备，与上述一种场景模拟方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例提供的一种场景模拟方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种场景模拟装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种场景模拟设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明提供了一种场景模拟方法、装置、设备及介质。下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

请参考图1，图1为本发明具体实施例提供的一种场景模拟方法的流程图，本实施例提供的一种场景模拟方法，包括：

步骤S101：建立场景模型。

在建立场景模型时，包括以下过程：采用SolidWorks建立初级场景模型；将所述初级场景模型导入至3dmax软件中，利用所述3dmax软件对所述初级场景模型进行修正，获得终极场景模型。

利用SolidWorks可以建立初级场景模型，包括模型中的各个部件模型；然后将初级场景模型导入至3dmax软件中，在3dmax中对模型轮廓进行捕捉，对模型进行重建，以减少模型的点面数。

具体过程为将SolidWorks的模型保存成“.IGS”格式，导入3dmax，在3dmax软件中对模型轮廓进行修正，保存为.FBX格式导出，获得终极场景模型。

步骤S102：将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景。

在将模型导入至unity3D软件中时，可以导入终极场景模型，这样能够获得更加逼真的虚拟场景。

将3dmax软件修正的终极场景模型导入至untiy3D软件，在导入过程中，可能会出现贴图消失，这是因为在3dmax中没有将物体转化为UVW贴图格式。因此，在3dmax中需要将物体转化为UVW贴图格式。

在将3dsmax中导出的.FBX文件导入到unity3D中时，还可以同时导入对应的材质，以获得更加逼真的虚拟模型。若导入模型材质丢失，则可以检查工程文件的材质文件是否有覆盖，若有重复材质，需要删除；尽可能保证材质名称以英文命名，同时保证命名的唯一性。

在将场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景的步骤之后，还可以包括：对所述场景模型中的关联部件建立父子关系；对各个部件的动作进行定义。

导入模型后，需要对场景模型中的关联部件建立父子关系，例如，机械臂有6个关节，各个关节相互关联，因而6个关节之间需要建立父子关系。

导入模型后，还需要对各个部件的动作进行定义，例如，定义机械臂旋转角度。

在模型驱动实现中，一般每获取到一次数据，便将相应关节旋转到该角度处，但因为是实时获取角度，访问频率不高，再加上数据传输有损耗，采用该方法，会导致动画卡顿、不连贯。为使动画连续，可以利用dotween定义连续运动动作。

通过建立父子关系、定义动作，能够使各部件协调工作

步骤S103：从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据。

其中，数据采集频率需要按实际情况调试，频率过高会导致thingworx服务器端崩溃，无法刷新数据库；频率过低会造成数据丢失，导致DT动画卡顿、运动畸形。所以在确定访问频率时，需要多次尝试以达到合适的访问频率。优选的，为100ms。

通过提高硬件设备的实时采集频率(将数据的采集频率控制在100ms)、通过通过只传递差异数据，有效降低了实时数据的量级，进而能够以较高的数据采集频率采集实时数据，及时更新场景各个部件的参数，能够提高画面的实时性，使模拟画面更加流畅，用户体验更好。并且，能够保证服务器的正常工作。

例如，一个车间的有效信号大概500以上，100ms内变化的数据量一般在10个以内，只传递差异数据大幅减少了实时传递的数据量、有效提供了数据的采集、传输、处理的效率。

Unity3D软件获取thingworx服务器的json数据格式。Json数据格式可以有多种形式，需要对应好unity3D中的参数和thingworx端发送的参数之间的关系，从而确定对应的json数据格式，方便获取和解析。

步骤S104：将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

在将差异数据匹配到原始虚拟场景中时，各个部件按照相应的参数进行调试，获得动态虚拟场景。

对以下几种部件特殊处理：

1、对于无位置参数的目标部件设置标准位置；当运动部件与所述目标部件有相对运动时，对所述运动部件设置运动补偿，并将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

例如，毛坯件在托盘上放置的位置不是十分精确，通常会有1个厘米左右的偏移。机器人在抓取物料时，通过摄像头精确判断实际的物理位置，实现精确的抓取)。而在虚拟场景中，毛坯件的实际物理位置无法通过传感器获取到精确的位置，而机械臂的运动通过实时的运动参数驱动，会出现动画中抓取位置跟毛坯件的位置不一致，“无法精确抓取”。在本发明中，针对抓取物料的动作，首先通过实时运动数据驱动机械臂运动到实际的位置，如果发现机械臂的目标位置跟动画中的毛坯件位置存在差异时，通过额外增加运动到毛坯件目标位置的方法实现。由于动作连贯且实际的偏移位置较小，实际上观察者很难觉察到位置的移动。实现动画数据的“精确抓取”。其中，额外增加的运动补偿，通过机械臂的实时运动数据和毛坯件的标准位置计算获得。

利用transform.SetParent()方法，当射线检测到要抓取的工件时，设置该工件为机械臂的子物体，跟随机械臂一起运动，释放工件时，可解除父子关系，重新设置新的父子关系。

2、卷帘门上升下降的效果处理：在unity里暂时无法模仿实际卷帘门的上升下降效果，因此采用缩放移动的方法，让卷帘门在移动过程中缩放相应比例，达到视觉上上升或下降的效果。

3、AGV小车的运动：AGV是根据信号触发运动的，产线上将AGV运动的线路进行了分段，每段都有触发信号，每段运动的距离、角度及速度都是固定的。通过确定每段的动作再进行整合即可得到小车的运动参数。

在本发明中，动态虚拟场景可以包括三种视角模式，分别为：工位视角模式、漫游视角模式和全局视角模式。工位模式是针对每个工位的一个视角；全局模式相当于手动控制视野，可随意移动旋转视角；漫游模式是环绕整个产线的一个概览视角。

在发布时，使用WWW或者WebRequest的访问跨域资源有安全限制，需要将发布文件复制到服务器端进行打开，并配置好打开的地址内容，否则在远端打开WebGL时，无法连接到网页端数据库。

以上，为本发明提供的一种场景模拟方法。

基于与上述一种场景模拟方法相同的发明构思，与之相对应的，本发明实施例还提供了一种场景模拟装置，如图2所示。由于装置实施例基本相似与方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明提供的一种场景模拟装置，包括：

模型建立模块101，用于建立场景模型；

导入模块102，用于将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；

数据获取模块103，用于从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；

匹配模块104，用于将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述模型建立模块101，包括：

初级模型建立单元，用于采用SolidWorks建立初级场景模型；

模型修正单元，用于将所述初级场景模型导入至3dmax软件中，利用所述3dmax软件对所述初级场景模型进行修正，获得终极场景模型；

所述导入模块102，具体用于：

将所述终极场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述数据获取模块103，具体用于：

采用采集频率为100ms的速度，从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述装置，还包括：

父子关系建立模块，用于对所述场景模型中的关联部件建立父子关系；

动作定义模块，用于对各个部件的动作进行定义。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述动作定义模块，具体用于：

利用dotween插件，对各个部件的动作进行定义。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述匹配模块104，包括：

标准位置设置单元，用于对无位置参数的目标部件设置标准位置；

运动补偿单元，用于当运动部件与所述目标部件有相对运动时，对所述运动部件设置运动补偿，并将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述动态虚拟场景，包括：工位视角模式、漫游视角模式和全局视角模式。

以上，为本发明实施例提供的一种场景模拟装置。

进一步地，在上述实施例所提供的一种场景模拟方法及装置的基础上，本发明实施例还提供了一种场景模拟设备。如图3所示，该设备可以包括：一个或多个处理器201、一个或多个输入设备202、一个或多个输出设备203和存储器204，上述处理器201、输入设备202、输出设备203和存储器204通过总线205相互连接。存储器204用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器201被配置用于调用所述程序指令执行上述方法实施例部分的方法。

应当理解，在本发明实施例中，所称处理器201可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

输入设备202可以包括键盘等，输出设备203可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。

该存储器204可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器201提供指令和数据。存储器204的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器204还可以存储设备类型的信息。

具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器201、输入设备202、输出设备203可执行本发明实施例提供的一种场景模拟方法的实施例中所描述的实现方式，在此不再赘述。

相应地，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现：上述场景模拟方法。

所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的系统的内部存储单元，例如系统的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述系统的外部存储设备，例如所述系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述计算机可读存储介质还可以既包括所述系统的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述系统所需的其他程序和数据。所述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种场景模拟方法，其特征在于，包括：

建立场景模型；

将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；

从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；

将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立场景模型，包括：

采用SolidWorks建立初级场景模型；

将所述初级场景模型导入至3dmax软件中，利用所述3dmax软件对所述初级场景模型进行修正，获得终极场景模型；

所述将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景，包括：

将所述终极场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据，包括：

采用采集频率为100ms的速度，从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景的步骤之后，在所述将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景的步骤之前，还包括：

对所述场景模型中的关联部件建立父子关系；

对各个部件的动作进行定义。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对各个部件的动作进行定义，包括：

利用dotween插件，对各个部件的动作进行定义。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景，包括：

对无位置参数的目标部件设置标准位置；

当运动部件与所述目标部件有相对运动时，对所述运动部件设置运动补偿，并将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态虚拟场景，包括：工位视角模式、漫游视角模式和全局视角模式。

8.一种场景模拟装置，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立场景模型；

导入模块，用于将所述场景模型导入unity3D软件，获得原始虚拟场景；

数据获取模块，用于从thingworx软件中实时采集实际部件的差异数据；

匹配模块，用于将所述差异数据实时匹配到所述原始虚拟场景中的各个部件，获得动态虚拟场景。

9.一种场景模拟设备，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的方法。