CN110163979A - 一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法 - Google Patents

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臧旭东
白荣格
何立荣
吴雪银
杨元琴
奚邱炎
金瀚濛
潘晓磊
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Abstract

本发明公开了一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，包括：基于逆向技术的三维立体建模，包括厂区地形测绘、三维激光扫描、扫描数据获取、模型网格生成及纹理映射；基于Vary渲染器的光影贴图烘焙；在三维场景引擎中生成虚拟装配场景；本发明可以通过动作库生成装配标准化动画流程；通过动作库对虚拟设备进行自主操作，模拟装配过程；不需要借助于专业的三维动画制作软件制作。

Description

一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法
技术领域
本发明涉及燃机发电机组的虚拟装配技术领域，具体涉及一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法。
背景技术
燃机发电机组作为一种低排放、发电质量好、对环境影响小的新型清洁发电模式，正处于快速发展阶段，并对电网调峰起重要作用。
燃机发电机组工艺复杂，燃气轮机主要依赖国外进口，而机组装配工作的展示与训练主要以平面媒体为主，例如基于文字、图片、视频的展示方式，很难满足实训的目的，而基于实物的操作，会导致成本高、危险性大，不适合多人同时进行，容易造成人为的机械故障等可靠性和安全性问题。如何将传统展示资源优化整合，克服传统展示方式中偏理论、展示模式单一的问题成为现在亟待解决的问题。
上述技术存在的技术问题为：
1、当前展示形式单一，仅是单向的信息传递，枯燥乏味；
2、实物展示仅包含设备外观，缺少设备基本信息、属性、装配步骤和注意事项等内容；
3、基于实物的展示数量有限，受限于空间地理位置和时间，必须到现场实地操作，危险性高。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法。
本发明公开了一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，包括：
厂区地形测绘，建立厂区地形三维模型；
厂区建筑与设备扫描，建立厂区建筑与设备的三维立体模型；
光影贴图烘焙；
导入三维场景引擎，生成虚拟装配场景；
根据装配作业指导书，录入设备属性信息，关联虚拟设备；
按照装配作业指导书，配置装配动画；
三维展示平台播放装配动画；
三维展示平台自主交互操作。
作为本发明的进一步改进，所述厂区地形测绘，建立厂区地形三维模型；包括：
确定航测范围和厂区地形，并设定飞行参数；
采用倾斜摄影技术，对被测地形做环形拍摄，获取航测数据；所述航测数据包括拍摄点的多角度影像信息、经纬度、高度和海拔；
基于所述航测数据生成厂区地形地理信息数据，建立厂区地形三维模型。
作为本发明的进一步改进，所述厂区建筑与设备扫描，建立厂区建筑与设备的三维立体模型；包括：
对建筑与设备的外观及内部结构进行逆向还原；
确定扫描对象和标靶球的位置，通过三维激光扫描仪获取对象的三维扫描数据；
对所述三维扫描数据进行数据拼接、去噪和平滑处理，生成原始离散点模型；
对所述原始离散点模型进行三角网格转化，生成网格模型；
对所述格模型添加纹理映射，建立厂区建筑与设备的三维立体模型。
作为本发明的进一步改进，所述光影贴图烘焙，包括：
整理好需烘焙的模型名称及材质信息，确保模型布线规整；
采用Vray渲染器进行烘焙，并设置烘焙参数。
作为本发明的进一步改进，所述导入三维场景引擎，生成虚拟装配场景；包括：
采用基于Unity3d技术，通过JavaScript脚本实现Web交互式三维模型的导入与图形渲染，将燃机发电机组三维模型进行封装，为三维模型的装配动画配置和自主操作提供组态配置功能。
作为本发明的进一步改进，所述根据装配作业指导书，录入设备属性信息，关联虚拟设备；包括：
根据燃机发电机组设备装配作业指导书，录入设备属性信息，将与设备三维模型关联，实现三维模型与设备属性及相关文档的关联，与设备管理系统进行集成，实现虚拟装配台账，所述虚拟装配台账包括燃机发电机组工厂结构、属性、记录、规范、图纸、程序和报告。
作为本发明的进一步改进，所述按照装配作业指导书，配置装配动画；包括：
按照装配作业指导书的流程与步骤，对装配对象设备多个具体动作，动作按队列调整顺序后，存入动作数据库，完成装配标准化作业流程动画配置。
作为本发明的进一步改进，所述三维展示平台播放装配动画，包括：
动作数据库中配置数据以队列的形式展现出来，按照预置脚本，直观呈现装配动画效果。
作为本发明的进一步改进，所述三维展示平台自主交互操作，包括：
利用三维动画编辑功能对虚拟设备进行自主操作，点击虚拟设备的某组件，将模型或其组件进行装配，模拟真实装配作业过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过建立三维虚拟场景，对燃机发电机组全景展示，观察者可以真实地看到完整燃机发电机组全貌及厂房和设备内部结构，如同在现场装配一样；
借助外接输入设备随意操作任意设备及零部件，满足旋转、移动、透明、消隐、高亮、测量、缩放等操作，通过体验操作给出反馈，达到虚拟装配双向互动的目的，贴近实际装配作业；
根据上述操作，可以完成标准化装配动画，为后续展示或培训提供永久素材。
附图说明
图1为本发明一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明的目的为：
通过建立三维虚拟场景，对燃机发电机组全景展示，观察者可以真实地看到完整燃机发电机组全貌及厂房和设备内部结构，如同在现场装配一样，同时借助外接输入设备随意操作任意设备及零部件，满足旋转、移动、透明、消隐、高亮、测量、缩放等操作，通过体验操作给出反馈，达到虚拟装配双向互动的目的，贴近实际装配作业。根据上述操作，还可以完成标准化装配动画，为后续展示或培训提供永久素材。
为实现上述目的，如图1所示，本发明提供一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，包括：
S1、厂区地形测绘，建立厂区地形三维模型；
包括：
确定航测范围和厂区地形，并设定飞行参数；采用倾斜摄影技术，对被测地形做环形拍摄，获取航测数据；航测数据包括拍摄点的多角度影像信息、经纬度、高度和海拔；基于航测数据生成厂区地形地理信息数据，建立厂区地形三维模型。
具体的：
在测绘开始前，利用Google Earth确定航测范围和基本地形，设定飞行参数后，采用倾斜摄影技术对被测地形做环形拍摄，取得拍摄点的多角度影像信息、经纬度、高度、海拔等数据，航测数据计算后，生成厂区地形地理信息数据，经手动微调修复后，建立厂区地形三维模型。
S2、厂区建筑与设备扫描，建立厂区建筑与设备的三维立体模型；
包括：
对建筑与设备的外观及内部结构进行逆向还原；确定扫描对象和标靶球的位置，通过三维激光扫描仪获取对象的三维扫描数据；对三维扫描数据进行数据拼接、去噪和平滑处理，生成原始离散点模型；对原始离散点模型进行三角网格转化，生成网格模型；对格模型添加纹理映射，建立厂区建筑与设备的三维立体模型。
具体的：
对建筑与设备的外观及内部结构进行逆向还原；确定扫描对象和标靶球的位置，通过三维激光扫描仪获取对象的三维扫描数据；利用三维激光扫描仪的数据处理软件完成数据拼接、去噪和平滑处理后，生成原始离散点模型。而离散点模型不能准确反映对象的真实结构，还需采用三维模型制作软件(例如3ds max、Maya等)对原始离散点模型进行三角网格转化，，将离散点连接成网状结构，并添加纹理映射，完成真实感强的三维立体模型。
S3、光影贴图烘焙；
包括：
整理好需烘焙的模型名称及材质信息，确保模型布线规整；采用Vray渲染器进行烘焙，并设置烘焙参数。
主要参数设置如下：
选定对象设置Selected Object Settings：Padding＝6
贴图坐标Mapping Coordinates：Use Automatic Unwrap，Channel＝2
烘焙材质Baked Material：Output Into Source
自动贴图Automatic Mapping：Scale＝0.01，Min＝32，Max＝1024，Threshold Angle＝60，Spacing＝0.01
全局光照Global Illumination：Primary engine选择Irradiance map， Secondaryengine选择Light cache
发光贴图Irradiance map：Min rate＝-3，Max rate＝0，Subdivs＝50，Interp.Samples＝20，Interp.Frames＝2
保存述参数设置，自动完成Vray烘焙。
S4、导入三维场景引擎，生成虚拟装配场景；
包括：三维场景引擎借助系统显卡，为浏览器提供硬件图形图像加速渲染，在浏览器里就能流畅地浏览三维场景和模型，本发明采用基于Unity3d技术，通过JavaScript脚本实现Web交互式三维模型的导入与图形渲染，将燃机发电机组三维模型进行封装，为三维模型的装配动画配置和自主操作提供组态配置功能。
S5、根据装配作业指导书，录入设备属性信息，关联虚拟设备；
包括：
根据燃机发电机组设备装配作业指导书，录入设备属性信息，将与设备三维模型关联，实现三维模型与设备属性及相关文档的关联，与设备管理系统进行集成，实现虚拟装配台账，包括燃机发电机组工厂结构、属性、记录、规范、图纸、程序、报告等资料。
S6、按照装配作业指导书，配置装配动画；
包括：
按照装配作业指导书的流程与步骤，对装配对象设备多个具体动作，动作按队列调整顺序后，存入动作数据库，完成装配标准化作业流程动画配置。主要动作库包括：
三维空间坐标系说明：本发明主要以右手坐标系为例，x、y、z轴为显示模型的横轴和纵轴，z为深度坐标；
旋转动作：模型沿着指定轴向旋转指定角度，旋转持续时间控制旋转速度，旋转矩阵
移动动作：模型沿指定方向，在指定持续时间内移动指定空间距离
透明动作：模型的透明度设置，将三维模型修改成可以透明的Shader，通过控制Shader中的透明属性来控制模型的透明度，0为完全不透明，100为完成透明，参数设备范围：0～100；
消隐动作：模型全部或局部的显示或隐藏，通过控制模型的SetAction属性及可控制模型的显示隐藏；
高亮动作：模型边缘叠加发光效果，便于清晰展示对象外轮廓，起提示作用；
测量功能：模型在三维空间中的测量功能，包括多点距离、面积、角度等测量；
多点距离测量：假设空间中两点为L1(l1x l1y l1z)，L2(l2x l2y l2z)，两点距离为|L1L2|：
多点的距离可以分解成多组两点距离；
面积测量：假设空间中三点为：
L1(l1x l1y l1z)，L2(l2x l2y l2z)，L3(l3x l3y l3z)
组成三角形L1L2L3，两边距离分别为|L1L2|，|L1L3|，|L2L3|，此三角形面积为
其中，
角度测量：假设空间中两向量为其夹角为满足下列公式：
缩放：模型在三维空间中的聚焦位置，三维空间任意坐标点(lx ly lz)经缩放变换(sxsy sz)的，最终缩放变换矩阵的过程如下：
S7、三维展示平台播放装配动画；
包括：
三维展示平台播放装配动画是将动作数据库中配置数据以队列的形式展现出来，按照预置脚本，直观呈现装配动画效果。
S8、三维展示平台自主交互操作。
包括：
利用三维动画编辑功能对虚拟设备进行自主操作，点击虚拟设备的某组件，将模型或其组件进行装配，模拟真实装配作业过程。
本发明通过建立三维虚拟场景，对燃机发电机组全景展示，观察者可以真实地看到完整燃机发电机组全貌及厂房和设备内部结构，如同在现场装配一样；借助外接输入设备随意操作任意设备及零部件，满足旋转、移动、透明、消隐、高亮、测量、缩放等操作，通过体验操作给出反馈，达到虚拟装配双向互动的目的，贴近实际装配作业；根据上述操作，可以完成标准化装配动画，为后续展示或培训提供永久素材。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，包括：
厂区地形测绘，建立厂区地形三维模型；
厂区建筑与设备扫描，建立厂区建筑与设备的三维立体模型；
光影贴图烘焙；
导入三维场景引擎，生成虚拟装配场景；
根据装配作业指导书，录入设备属性信息，关联虚拟设备；
按照装配作业指导书，配置装配动画；
三维展示平台播放装配动画；
三维展示平台自主交互操作。
2.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述厂区地形测绘，建立厂区地形三维模型；包括：
确定航测范围和厂区地形，并设定飞行参数；
采用倾斜摄影技术，对被测地形做环形拍摄，获取航测数据；所述航测数据包括拍摄点的多角度影像信息、经纬度、高度和海拔；
基于所述航测数据生成厂区地形地理信息数据，建立厂区地形三维模型。
3.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述厂区建筑与设备扫描，建立厂区建筑与设备的三维立体模型；包括：
对建筑与设备的外观及内部结构进行逆向还原；
确定扫描对象和标靶球的位置，通过三维激光扫描仪获取对象的三维扫描数据；
对所述三维扫描数据进行数据拼接、去噪和平滑处理，生成原始离散点模型；
对所述原始离散点模型进行三角网格转化，生成网格模型；
对所述格模型添加纹理映射，建立厂区建筑与设备的三维立体模型。
4.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述光影贴图烘焙，包括：
整理好需烘焙的模型名称及材质信息，确保模型布线规整；
采用Vray渲染器进行烘焙，并设置烘焙参数。
5.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述导入三维场景引擎，生成虚拟装配场景；包括：
采用基于Unity3d技术，通过JavaScript脚本实现Web交互式三维模型的导入与图形渲染，将燃机发电机组三维模型进行封装，为三维模型的装配动画配置和自主操作提供组态配置功能。
6.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述根据装配作业指导书，录入设备属性信息，关联虚拟设备；包括：
根据燃机发电机组设备装配作业指导书，录入设备属性信息，将与设备三维模型关联，实现三维模型与设备属性及相关文档的关联，与设备管理系统进行集成，实现虚拟装配台账，所述虚拟装配台账包括燃机发电机组工厂结构、属性、记录、规范、图纸、程序和报告。
7.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述按照装配作业指导书，配置装配动画；包括：
按照装配作业指导书的流程与步骤，对装配对象设备多个具体动作，动作按队列调整顺序后，存入动作数据库，完成装配标准化作业流程动画配置。
8.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述三维展示平台播放装配动画，包括：
动作数据库中配置数据以队列的形式展现出来，按照预置脚本，直观呈现装配动画效果。
9.如权利要求1所述的燃机发电机组的虚拟装配三维展现方法，其特征在于，所述三维展示平台自主交互操作，包括：
利用三维动画编辑功能对虚拟设备进行自主操作，点击虚拟设备的某组件，将模型或其组件进行装配，模拟真实装配作业过程。
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