CN110766567B - 一种智能变电站二次对象图元库设计方法 - Google Patents
一种智能变电站二次对象图元库设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明以解决变电站各类二次对象的模型适配性较差，以及降低各厂家之间的产品库设备类型不同造成成本较高的问题。本发明公开了一种智能变电站的二次对象图元库设计系统，包括搭建有模型文件库以及模型信息数据库的本地服务器和云端服务器，与服务器通信连接的图元库设计平台，以及套嵌在3Dmax内的配置工具，在图元库设计平台用于以Unity3D软件为支撑对二次对象图元进行组配调试，图元库设计平台设有模型控制器，其控制在编辑的模型，所述模型控制器用于对未装配的图元进行属性位置调整，对二次对象模型进行兼容性混装配。
Description
技术领域
本发明属于电力系统通信场景仿真领域，具体涉及一种智能变电站二次对象图元库设计系统及方法，主要用于针对电力通信仿真系统的二次系统的三维场景仿真。
背景技术
三维工厂设计系统应运而生，三维设计手段已逐步进入到了各个传统设计领域，如电力、石化、建筑等，成为国内外高水平工程公司在工程设计、工程管理及实施阶段的重要辅助手段。目前，国内电气一次专业、土建专业三维数字化技术的研究及应用已趋于标准化和推广阶段。
然而，变电二次方面由于更多的是体现功能原理，较难的为三维实物模型，其相关的三维数字化方面的研究还较少，三维数字化技术在二次系统方面仍处于起步阶段。
当前，随着国网公司各项输变电三维相关标准的发布，输变电工程三维设计技术已日趋成熟并进入推广应用阶段，但在输变电工程三维设计相关标准、规范中，只规定了线路及变电一次设备的建模规范和数字化档案移交要求，缺少变电站二次方面相关内容，导致工程三维设计数字化移交不完整、数字档案不齐全。变电站二次方面三维建模方面的缺失影响智能变电站工程三维设计覆盖范围和应用效果，同时制约着二次系统三维全景可视化展示及高效运检。
针对二次对象的三维模型不全面，从而也对变电二次专业开展三维相关技术应用产生了较大的影响，而通过研究二次三维建模的范围和深度，构建全面完善的二次对象三维模型并形成有效的模型管理库，将对电网建设产生积极作用。现有的三维模型建立手段较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能变电站二次对象图元库设计方法，以解决变电站各类二次对象的模型适配性较差以及各厂家之间的产品库设备模型不能通配的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种智能变电站的二次对象图元库设计系统，包括搭建有模型文件库以及模型信息数据库的服务器，与服务器通信连接的图元库设计平台，以及套嵌在3Dmax内的配置工具，所述图元库设计平台用于以Unity3D软件为支撑对二次对象图元进行组配调试，所述图元库设计平台设有模型控制器，所述模型控制器用于对未装配的图元进行属性位置调整；所述模型文件库用于存储由3Dmax建模并导出的二次对象模型、组合图元库和基本图元库。
在上述系统中，所述模型文件设有组合图元库和基本图元库。所述基本图元库与组合图元库;所述模型信息数据库用于记录二次对象模型生成的历史记录及参数记录；所述图元库设计平台用于对二次对象模型进行可视化编辑，装配组合；所述配置工具用于对确定好的二次对象模型进行属性的配置及确定，设定每个图元的Transform组件。
所述图元库设计平台还包括搜索工具、保存工具、删除工具以及二次对象优化模块，
所述二次对象优化模型用于以LOD二级模型分级绘制渲染。
第二方面，本发明实施例提供了一种智能变电站二次对象图元库设计方法，包括如下步骤：
S1：在3Dmax中构建二次对象模型
构建基本单元 :3DMAX自带的标准基本图元、由标准图元衍生的组合图元、以及由组合图元衍生出的样条线，由上述步骤所述的基本单元通过布尔复合的方式得到多个组合图元，将组合图元经放样模型和/或挤出模型处理后的装配组件，同时经配置工具中的修改器调整其操作的路径轨迹沿指定路径移动，得到实体模型，将实体模型同构材质编辑器对其进行渲染，得到二次对象模型；
S2：将所得到二次对象模型由配置工具定义结构参数、位置信息参数以及空间坐标，
S3：按照步骤S1，分别对屏柜、设备、线缆、硬压板和端子排为对象建立最小的基本图元库和/或组合图元库，以统一的文件格式进行导出，同时存储至本地服务器和云端服务器的模型文件库中；
S4:从所述模型文件库和/或由3Dmax新建的图元按照所需文件格式，导入至图元库设计平台，经模型控制器调整后的二次对象或新添加图元，装配完成；
S5:装配好的二次对象模型优化模型文件素材
将装配好的二次对象模型建立索引关联，与模型文件的基本图元库和组合图元库进行匹配分类归纳，同时将二次对象模型的属性文件保存至模型信息数据库中；
S6:重新装配新的二次对象模型，循环上述步骤S1-S5。
优选地，在步骤S4中，在所述图元设计平台内的未组合的图元在鼠标拾取属性信息后，所述模型控制器识别所述图元的Transform组件，在组件面板中进行编辑及设定参数。
优选地，所述鼠标拾取需编辑的目标对象的过程是由鼠标获取的一点，从该点发生一条可串联三个未编辑的组合图元和/或基本图元的射线，所述射线指定的第三个对象即为目标对象。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第二方面中任一一种方法的步骤。
本发明的技术效果和优点：
（1）梳理现有的三维模型数字化、信息化要求，广泛调研变电站各类二次对象，明确二次对象三维建模的范围与深度。
（2）面向不同电压等级、不同类型设备，开展设备外观及数据接口需求的调研分析,在物理层次和信息层次两方面进行深度研究。
（3）分析常见三维引擎，研究选用契合于本发明的三维引擎实现二次系统基本图元库建立；研究基于二次系统基本图元库采用图形化的方法搭建二次对象三维组合模型，形成二次对象组合模型库。
（4）研究二次对象三维模型库的管理方法，提升三维模型库的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的系统结构图；
图2为本发明提供的本地服务器与远程服务器之间数据同步示意图；
图3为本发明提供的图元库树状节点关系图；
图4为本发明提供的鼠标拾取模型对象示意图；
图5为本发明提供的端子排精细模型图；
图6为本发明提供的端子排精简模型图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种智能变电站的二次对象图元库设计系统，包括搭建有模型文件库以及模型信息数据库的本地服务器和/或云端服务器，与本地服务器和/或云端服务器通信连接的图元库设计平台，以及套嵌在3Dmax内的配置工具，所述图元库设计平台用于以Unity3D软件为支撑对二次对象图元进行组配调试，所述图元库设计平台设有模型控制器，所述模型控制器用于对未装配的图元进行属性位置调整；
所述模型文件库用于存储由3Dmax建模并导出的二次对象模型、组合图元库和基本图元库。所述模型文件设有组合图元库和基本图元库。所述基本图元库与组合图元库；所述模型信息数据库用于记录二次对象模型生成的历史记录及参数记录；所述图元库设计平台用于对二次对象模型进行可视化编辑，装配组合；所述配置工具用于对确定好的二次对象模型进行属性的配置及确定，设定每个图元的Transform组件。
第二方面，本实施提供一种智能变电站二次对象图元库设计方法，包括如下步骤：
S1：在3Dmax中构建二次对象模型
构建基本单元 :3DMAX自带的标准基本图元，如如长方体、球体、圆柱体等、由标准图元衍生的组合图元，如异面体、切角长方体、切角圆柱体；以及由组合图元衍生出的样条线，如弧线、一些曲面；所述的基本单元通过布尔复合的方式得到多个组合图元，将组合图元经放样模型和/或挤出模型处理后的装配组件，同时经配置工具中的修改器调整其操作的路径轨迹沿指定路径移动，得到实体模型，将实体模型同构材质编辑器对其进行渲染，得到二次对象模型；
其中，需要说明的是复合图元是指两个或者多个基本图元组合叠加形成的图元，布尔复合方式是选取操作对象的并集、交集、切割等操作，根据不同的操作模式得到不同的复合模型。
另外，放样模型的操作是指讲一个二维图形对象作为剖面，沿着某个路径构造出复杂的模型的过程。通常这样的二维图形为封闭的二维曲线，如圆、多边形、梯形等；挤出模型的操作是给定模型的一个剖面，然后该剖面以一定轨迹移动挤出操作，设定挤出的深度及方向，对模型进行封口操作。
S2：将所得到二次对象模型由配置工具定义结构参数、位置信息参数以及空间坐标，
S3：按照步骤S1，分别对屏柜、设备、线缆、硬压板和端子排为对象建立最小的基本图元库和/或组合图元库，以统一的文件格式进行导出，可以按照需求导出各种格式的模型。因为Unity3D中使用的模型格式为OBJ格式，本实施例的模型格式都为OBJ格式。同时存储至本地服务器和云端服务器的模型文件库中；
其中屏柜、设备、线缆、硬压板和端子排为对象按照一定规则建立图元之间映射关系，如图3所示，由于步骤S3中的针对厂家不一、种类繁多的二次对象，应对屏柜、设备、线缆、硬压板、端子排等不同对象分别建立最小化的基本图元库。
通过图形化配置，软件自动计算各图元的相对坐标位置，形成一个二次对象内的相对坐标系，并补充对象的设备信息和参数信息后形成二次对象三维组合模型。
（a）屏柜的建模细分：按照功能分为线路保护屏、通讯屏、测控屏、母差屏、主变屏等，每一面屏柜的大小、颜色，在户外还是室内，每面屏柜的屏体、屏眉、底座以及门等。
（b）设备的建模细分：按照功能分为保护装置、测控装置、合并单元、智能终端、交换机、ODF等，以其特性可以再分为2U、4U、8U、12U等这些常见的装置，每个装置的颜色大小，以及不同生厂厂家特有的面板标识、布局等。
（c）板卡的建模细分：板卡模型大致相同，除了宽窄稍有一些区别。
（d）端口的建模细分：常用的端口为ST（卡接式圆型）、LC（卡接式方型）、FC（圆形带螺纹）和SC（卡接式方型）。
（e）端子的建模细分：端子类型常用有单层端子、双层端子、试验端子、光隔端子和保险端子，每种端子的信息标识。
（f）线缆的建模细分：线缆只要分为电缆及光缆，光缆又分为室内光缆、防水尾缆、铠装光缆以及非金属光缆，缆又分为单模和双模。
S4:从所述模型文件库和/或由3Dmax新建的图元按照所需文件格式，导入至图元库设计平台，经模型控制器调整后的二次对象或新添加图元，装配完成；
S5:装配好的二次对象模型优化模型文件素材
将装配好的二次对象模型建立索引关联，与模型文件的基本图元库和组合图元库进行匹配分类归纳，同时将二次对象模型的属性文件保存至模型信息数据库中；
S6:重新装配新的二次对象模型，循环上述步骤S1-S5。
在上述的步骤S4中，在所述图元设计平台内的未组合的图元在鼠标拾取属性信息后，所述模型控制器识别所述图元的Transform组件，在组件面板中进行编辑及设定参数。
如图4所示，所述鼠标拾取需编辑的目标对象的过程是由鼠标获取的一点，从该点发生一条可串联三个未编辑的组合图元和/或基本图元的射线，所述射线指定的第三个对象即为目标对象。
实施例2
本实施提供一种智能变电站二次对象图元库设计系统，所述图元库设计平台还包括搜索工具、保存工具、删除工具以及二次对象优化模块；
在二次对象模型建立好以后，对模型进行优化，降低场景的复杂度，提高显示实时性，具体的说是将复合图元和基本图元进行组合成常规常用的二次对象，装配好的设备模型及对模型的增加和删减。
针对不同的二次对象模型即屏柜、设备等装置，采用不同的精度的模型优化，
1.减面工具：针对一些如保护装置、ODF等结构比较复杂，表面细化分明，弧面较多，需要大量的顶点和多边形的对象模型。渲染这种阀组模型会浪费计算机空间，影响渲染的速度和质量，减面工具的原则是保持模型不变的情况下，尽可能的减少模型的面数。
2.优化材质与贴图：模型创建完成后都要加上材质与贴图，本发明中以模型的最优原则为准，几乎所有的模型都是利用标准材质，只有极少数的对昂，如设备的液晶显示屏的颜色采用高光控制。
针对上述场景中，本实施例提供的优化模型采用LOD细节层次技术：一级LOD优化精度小于6米，二级LOD优化精度为6-15米，
具体的说是用不同细节程度来表达模型对象，在渲染场景时，LOD细节层次技术的机制是根据视点离对象模型的距离使用适当的层次来表达物体，摄像机距离试点模型比较近时采用的是高精度LOD模型绘制，反之，则采用低精度的LOD模型进行绘制。
可以大幅度减少显示多边形的数量，极大提高渲染速度。为了权衡实时显示速度以及效果，进行二级简化模型。
一级模型为精细模型，当用户视点位置距离模型6m范围之内，能够观察到模型的细节纹理特征，此时模型是以最精细的方式给用户观测。
二级模型为精简模型，当用户视点位置距离模型6m范围之外，模型的一些网格信息和纹理特征被忽视，此时模型以精简模型来显示给用户。
如图5-6所示，以端子排为例，做LOD层次划分，分别获得为端子排精细模型、精简模型。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (4)
1.一种智能变电站的二次对象图元库设计系统，包括搭建有模型文件库以及模型信息数据库的服务器，与服务器通信连接的图元库设计平台，以及套嵌在3Dmax内的配置工具，其特征在于：所述图元库设计平台用于以Unity3D软件为支撑对二次对象图元进行组配调试，所述图元库设计平台设有模型控制器，所述模型控制器用于对未装配的图元进行属性位置调整；所述模型文件库用于存储由3Dmax建模并导出的二次对象模型、组合图元库和基本图元库；
所述模型文件设有组合图元库和基本图元库；
所述模型信息数据库用于记录二次对象模型生成的历史记录及参数记录；
所述图元库设计平台用于对二次对象模型进行可视化编辑，装配组合；
所述配置工具用于对确定好的二次对象模型进行属性的配置及确定，设定每个图元的Transform组件；
所述图元库设计平台还包括
搜索工具、
保存工具、
删除工具
以及二次对象优化模块，
所述二次对象优化模型用于以LOD二级模型分级绘制渲染。
2. 根据权利要求1所述的一种智能变电站二次对象图元库设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在3Dmax中构建二次对象模型
构建基本单元 :3DMAX自带的标准基本图元、由标准图元衍生的组合图元、以及由组合图元衍生出的样条线，由上述步骤所述的基本单元通过布尔复合的方式得到多个组合图元，将组合图元经放样模型和/或挤出模型处理后的装配组件，同时经配置工具中的修改器调整其操作的路径轨迹沿指定路径移动，得到实体模型，将实体模型同构材质编辑器对其进行渲染，得到二次对象模型；
S2：将所得到二次对象模型由配置工具定义结构参数、位置信息参数以及空间坐标，
S3：按照步骤S1，分别对屏柜、设备、线缆、硬压板和端子排为对象建立最小的基本图元库和/或组合图元库，以统一的文件格式进行导出，同时存储至本地服务器和云端服务器的模型文件库中；
S4:从所述模型文件库和/或由3Dmax新建的图元按照所需文件格式，导入至图元库设计平台，经模型控制器调整后的二次对象或新添加图元，装配完成；
S5:装配好的二次对象模型优化模型文件素材
将装配好的二次对象模型建立索引关联，与模型文件的基本图元库和组合图元库进行匹配分类归纳，同时将二次对象模型的属性文件保存至模型信息数据库中；
S6:重新装配新的二次对象模型，循环上述步骤S1-S5。
3. 根据权利要求2所述的一种智能变电站二次对象图元库设计方法，其特征在于： 在步骤S4中，在所述图元设计平台内的未组合的图元在鼠标拾取属性信息后，所述模型控制器识别所述图元的Transform组件，在组件面板中进行编辑及设定参数。
4.根据权利要求3所述的一种智能变电站二次对象图元库设计方法，其特征在于：所述鼠标拾取需编辑的目标对象的过程是由鼠标获取的一点，从该点发生一条可串联三个未编辑的组合图元和/或基本图元的射线，所述射线指定的第三个对象即为目标对象。
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