CN110096837B - 一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，通过三维建模技术，利用Creo建模软件建立船舶机舱分段模型和设备模型，利用Maya非参建模工具对模型进行轻量化处理，并在Unity虚拟仿真环境设计软件中构建设备碰撞模型和人员模型；引入虚拟仿真技术，对模型施加碰撞器和刚体属性，构建人员动作库，利用Unity动力学引擎模拟人员与设备接触时的碰撞响应；构建Unity仿真渲染环境，设定人员状态，引入摄像机功能模块，模拟真实情况下人员对设备的维修状态和人员的移动状态，以三维可视化效果验证机舱设备维修可达性和人员通达性状态，为船舶机舱空间设计、设备布置方案、人员疏散情况等问题提供指导方案，使验证效果更为直接和可靠。
Description
技术领域
本发明属于计算机辅助设计领域，具体涉及一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术在越来越多的应用领域发挥着作用。在船舶舱室设计领域，虚拟仿真技术能够有效地验证舱室中的设备维修可达性和人员通达性状态，即可在船舶设计和设备布置规划期间，便能够模拟人员在船舶舱室中的维修活动状态和移动情况。而在船舶舱室中，以机舱内的设备布置状况最为复杂，密布的动力设备、进排气管道和辅助设备将使机舱空间的维修可达性和人员通达性条件更为恶劣。
当今，对机舱设备维修可达性和人员通达性验证的方法还依然停留在对二维图纸的测绘基础上，这一传统方法无法为设计人员提供直观有效的验证结果，且容易产生疏漏。针对该问题，本发明以机舱空间为研究对象，通过三维建模技术和数字仿真技术，在Unity虚拟仿真环境中模拟人员对设备的维修状态和人员的移动状态，以三维可视化的效果，直观地表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况，使验证效果更为直接和可靠，为船舶机舱空间设计、设备布置方案、人员疏散情况等问题提供指导方案。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，用于判定机舱的空间状态是否满足设备维修可达性和人员通达性要求。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，具体的实现步骤为：
步骤1.使用仿真软件进行三维建模，进行轻量化处理，建立机舱和设备的碰撞模型、人员模型；
步骤2.引入虚拟仿真技术，设定Unity仿真计算条件；
步骤3.构建Unity仿真渲染环境；
步骤4.渲染后得到仿真结果，仿真结果以三维可视化的效果表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况。
所述步骤1的具体内容为：
步骤1.1.按照设计部门提供的机舱设计图纸和设备图纸，利用Creo三维建模软件对船体机舱分段和机舱设备进行等比例三维建模，并保证各设备模型位置的准确；
步骤1.2.将三维模型导入Maya非参建模工具中，在Maya中进行模型的轻量化处理以缩小模型数据量，同时对模型进行材质贴图和烘焙贴图操作；
步骤1.3.将轻量化处理后的模型导入Unity虚拟仿真环境设计软件中，依据轻量化处理后的模型基本特征，建立机舱和设备的碰撞模型；
步骤1.4.在Unity中建立人员模型，设计与机舱等比例的人员身高、肩宽、臂长等尺寸结构。
所述步骤2的具体内容为：
步骤2.1.对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性；
步骤2.2.构建人员动作库，模拟人员的静止状态和行动状态；
步骤2.3.引入Unity动力学引擎模块，定义人员与模型的碰撞条件Distance＝100mm，模拟人员与设备即将接触时的碰撞响应，从动作库中为人员赋予相应状态下的动作，并为人员搜寻最优前进路线。
所述步骤3的具体内容为：
步骤3.1.设定人员状态，定义人员在机舱中的移动路线和维修监测点；
步骤3.2.引入摄像机功能模块，将虚拟仿真验证效果以三维可视化的状态进行展示。
所述步骤2.2的人员动作库包括两类动作状态，一类是模拟人员静止状态下的站立、俯身、下蹲、转身，一类是模拟人员行动状态下的站立行走、俯身行走、下蹲行走、转身、侧身行走；对俯身的程度进行分级设定，俯身分为低头俯身、弯腰俯身，俯身行走分为低头俯身行走、弯腰俯身行走；对侧身行走进行分级设定，侧身行走分为30度侧身、45度侧身、60度侧身。
本发明的有益效果在于：针对机舱设备维修可达性与人员通达性验证问题，本发明提出的验证方法与传统的二维图纸测绘方法的主要差异，在于引入了三维建模技术和虚拟仿真技术，通过设定碰撞条件，模拟人员对设备的维修状态和人员的移动状态，以三维可视化的效果，直观地表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况，使验证效果更为直接和可靠。
附图说明
图1为本发明的基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
本发明的目的是提供一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，用于判定机舱的空间状态是否满足设备维修可达性和人员通达性要求。
本发明的目的通过以下步骤实现：
1)引入三维建模技术，构建仿真模型，具体包括以下步骤：
1-1)按照设计部门提供的机舱设计图纸和设备图纸，利用Creo三维建模软件对船体机舱分段和机舱设备进行等比例三维建模，并保证各设备模型位置的准确；
1-2)将三维模型导入Maya非参建模工具中，在Maya中进行模型的轻量化处理以缩小模型数据量，同时对模型进行材质贴图和烘焙贴图操作；
1-3)将轻量化处理后的模型导入Unity虚拟仿真环境设计软件中，依据轻量化处理后的模型基本特征，建立机舱和设备的碰撞模型；
1-4)在Unity中建立人员模型，设计与机舱等比例的人员身高、肩宽、臂长等尺寸结构。
2)引入虚拟仿真技术，设定Unity仿真计算条件，具体包括以下步骤：
2-1)对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性；
2-2)构建人员动作库，模拟人员的静止状态和行动状态；
2-3)引入Unity动力学引擎模块，定义人员与模型的碰撞条件Distance＝100mm，模拟人员与设备即将接触时的碰撞响应，从动作库中为人员赋予相应状态下的动作，并为人员搜寻最优前进路线。
3)构建Unity仿真渲染环境，具体包括以下步骤：
3-1)设定人员状态，定义人员在机舱中的移动路线和维修监测点；
3-2)引入摄像机功能模块，将虚拟仿真验证效果以三维可视化的状态进行展示。
4)渲染后得到仿真结果，仿真结果以三维可视化的效果，直观地表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，机舱虚拟仿真环境构建方案遵循如下步骤：
1)引入三维建模技术，构建仿真模型，具体包括以下步骤：
1-1)按照设计部门提供的机舱设计图纸和设备图纸，利用Creo三维建模软件对船体机舱分段和机舱设备进行等比例三维建模，并保证各设备模型位置的准确；
1-2)将三维模型导入Maya非参建模工具中，在Maya中进行模型的轻量化处理以缩小模型数据量，同时对模型进行材质贴图和烘焙贴图操作；
1-3)将轻量化处理后的模型导入Unity虚拟仿真环境设计软件中，依据轻量化处理后的模型基本特征，建立机舱和设备的碰撞模型；
1-4)在Unity中建立人员模型，设计与机舱等比例的人员身高、肩宽、臂长等尺寸结构。
2)引入虚拟仿真技术，设定Unity仿真计算条件，具体包括以下步骤：
2-1)对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性；
2-2)构建人员动作库，人员动作库主要包含了两类动作状态：一类是模拟人员静止状态下的站立Upright、俯身Bow、下蹲Squat、转身Turn基准动作，一类是模拟人员行动状态下的站立行走Upright_Walk、俯身行走Bow_Walk、下蹲行走Squa_Walk、转身Turn_Walk以及侧身行走Sideway_Walk基准动作。同时，对俯身程度进行分级设定，模拟人员的低头俯身Bow_head和弯腰俯身Bow_waist，以及低头俯身行走Bow_Walk_head和弯腰俯身行走Bow_Walk_waist；对侧身行走进行分级设定，模拟人员的30度侧身Sideway_Walk_30、45度侧身Sideway_Walk_45和60度侧身Sideway_Walk_60。
2-3)引入Unity动力学引擎模块，定义人员与模型的碰撞条件Distance＝100mm，模拟人员与设备即将接触时的碰撞响应，从动作库中为人员赋予相应状态下的动作，并为人员搜寻最优前进路线。
3)构建Unity仿真渲染环境，具体包括以下步骤：
3-1)设定人员状态，定义人员在机舱中的移动路线和维修监测点；
3-2)引入摄像机功能模块，将虚拟仿真验证效果以三维可视化的状态进行展示。
4)渲染后得到仿真结果，仿真结果以三维可视化的效果，直观地表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况。
实施例2
本发明设计的是一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，包括：引入三维建模技术，按照设计部门提供的机舱图纸和设备图纸，利用Creo建模软件建立船舶机舱分段模型和设备模型，利用Maya非参建模工具对模型进行轻量化处理，并在Unity虚拟仿真环境设计软件中构建设备碰撞模型和人员模型；引入虚拟仿真技术，对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性，构建人员动作库，利用Unity动力学引擎模拟人员与设备接触时的碰撞响应；构建Unity仿真渲染环境，设定人员状态，引入摄像机功能模块，模拟真实情况下人员对设备的维修状态和人员的移动状态，以三维可视化效果验证机舱设备维修可达性和人员通达性状态，为船舶机舱空间设计、设备布置方案、人员疏散情况等问题提供指导方案。
1、一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，包括如下步骤：
1)引入三维建模技术，构建仿真模型，具体包括以下步骤：
1-1)按照设计部门提供的机舱设计图纸和设备图纸，利用Creo三维建模软件对船体机舱分段和机舱设备进行等比例三维建模，并保证各设备模型位置的准确；
1-2)将三维模型导入Maya非参建模工具中，在Maya中进行模型的轻量化处理以缩小模型数据量，同时对模型进行材质贴图和烘焙贴图操作；
1-3)将轻量化处理后的模型导入Unity虚拟仿真环境设计软件中，依据轻量化处理后的模型基本特征，建立机舱和设备的碰撞模型；
1-4)在Unity中建立人员模型，设计与机舱等比例的人员身高、肩宽、臂长等尺寸结构。
2)引入虚拟仿真技术，设定Unity仿真计算条件，具体包括以下步骤：
2-1)对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性；
2-2)构建人员动作库，模拟人员的静止状态和行动状态；
2-3)引入Unity动力学引擎模块，定义人员与模型的碰撞条件Distance＝100mm，模拟人员与设备即将接触时的碰撞响应，从动作库中为人员赋予相应状态下的动作，并为人员搜寻最优前进路线。
3)构建Unity仿真渲染环境，具体包括以下步骤：
3-1)设定人员状态，定义人员在机舱中的移动路线和维修监测点；
3-2)引入摄像机功能模块，将虚拟仿真验证效果以三维可视化的状态进行展示。
4)渲染后得到仿真结果，仿真结果以三维可视化的效果，直观地表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况。
步骤1和2中，原模型是在Maya非参建模工具中轻量化处理后才导入Unity虚拟仿真环境设计软件中的，用以减少模型的数据量，加快Unity的仿真渲染；同时，轻量化处理后的模型不用作碰撞处理，碰撞模型是依据轻量化处理后的模型的基本特征建立而来，避免原模型因特征过多而造成响应时间长的问题，以此减少Unity的仿真时间。
步骤2-2中，人员动作库主要包含了两类动作状态：一类是模拟人员静止状态下的站立Upright、俯身Bow、下蹲Squat、转身Turn基准动作，一类是模拟人员行动状态下的站立行走Upright_Walk、俯身行走Bow_Walk、下蹲行走Squa_Walk、转身Turn_Walk以及侧身行走Sideway_Walk基准动作。
对俯身程度进行分级设定，模拟人员的低头俯身Bow_head和弯腰俯身Bow_waist，以及低头俯身行走Bow_Walk_head和弯腰俯身行走Bow_Walk_waist；对侧身行走进行分级设定，模拟人员的30度侧身Sideway_Walk_30、45度侧身Sideway_Walk_45和60度侧身Sideway_Walk_60。
步骤4中，维修可达性和人员通达性状态是在Unity虚拟仿真环境设计软件中，以三维可视化的效果进行验证和呈现的，而非以传统的测量手段获取。
Claims (2)
1.一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，其特征在于，具体的实现步骤为：
步骤1.使用仿真软件进行三维建模，进行轻量化处理，建立机舱和设备的碰撞模型、人员模型，具体内容为：
步骤1.1.按照设计部门提供的机舱设计图纸和设备图纸，利用Creo三维建模软件对船体机舱分段和机舱设备进行等比例三维建模，并保证各设备模型位置的准确；
步骤1.2.将三维模型导入Maya非参建模工具中，在Maya中进行模型的轻量化处理以缩小模型数据量，同时对模型进行材质贴图和烘焙贴图操作；
步骤1.3.将轻量化处理后的模型导入Unity虚拟仿真环境设计软件中，依据轻量化处理后的模型基本特征，建立机舱和设备的碰撞模型；
步骤1.4.在Unity中建立人员模型，设计与机舱等比例的人员身高、肩宽、臂长等尺寸结构；
步骤2.引入虚拟仿真技术，设定Unity仿真计算条件，具体内容为：
步骤2.1.对碰撞模型和人员模型施加碰撞器和刚体属性；
步骤2.2.构建人员动作库，模拟人员的静止状态和行动状态；
步骤2.3.引入Unity动力学引擎模块，定义人员与模型的碰撞条件Distance＝100mm，模拟人员与设备即将接触时的碰撞响应，从动作库中为人员赋予相应状态下的动作，并为人员搜寻最优前进路线；
步骤3.构建Unity仿真渲染环境，具体内容为：
步骤3.1.设定人员状态，定义人员在机舱中的移动路线和维修监测点；
步骤3.2.引入摄像机功能模块，将虚拟仿真验证效果以三维可视化的状态进行展示；
步骤4.渲染后得到仿真结果，仿真结果以三维可视化的效果表现人员对各设备的维修可达性情况和机舱各区域的人员通达性情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于Unity的机舱设备维修可达性和人员通达性验证方法，其特征在于：所述步骤2.2的人员动作库包括两类动作状态，一类是模拟人员静止状态下的站立、俯身、下蹲、转身，一类是模拟人员行动状态下的站立行走、俯身行走、下蹲行走、转身、侧身行走；对俯身的程度进行分级设定，俯身分为低头俯身、弯腰俯身，俯身行走分为低头俯身行走、弯腰俯身行走；对侧身行走进行分级设定，侧身行走分为30度侧身、45度侧身、60度侧身。
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