CN111192354A - 一种基于虚拟现实的三维仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种基于虚拟现实的三维仿真方法及系统。该方法包括：基于设备基础信息创建设备初始模型；对设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；对设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；对设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；将模型优化结果、模型渲染实例和模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；基于环境元素对预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；采用混合型碰撞检测算法，对模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。本发明实施例通过将设备结合VR交互操作进行三维立体展示，增加设备真实性，运用生动逼真的仿真动画，提高使用者的体验感。
Description
技术领域
本发明涉及三维仿真技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的三维仿真方法及系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它利用计算机生成一种交互式的三维动态视景，其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中。
而长久以来，VR技术仅应用于游戏娱乐领域，并未完全发挥其作用。尤其是在设备建模应用中，几乎还没有VR技术实际应用的案例。
发明内容
本发明实施例提供一种基于虚拟现实的三维仿真方法及系统，用以解决现有技术中还没有将VR技术应用至设备建模中。
第一方面，本发明实施例提供一种基于虚拟现实的三维仿真方法，包括：
获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；
对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；
获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
优选地，所述获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型，具体包括：
获取设备的几何图、摄像图和设备参数等基础信息；
基于所述基础信息，采用Catia软件创建所述设备初始模型。
优选地，所述对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果，具体包括：
针对所述设备初始模型中不经常拆装零部件和复杂零部件，采用纹理贴图进行优化，得到第一模型优化结果；
针对所述设备初始模型中的模型面片数进行优化，得到第二模型优化结果。
优选地，所述对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果，具体包括：
采用预设图形渲染软件给所述设备初始模型添加材质、颜色和灯光阴影等效果，得到所述模型渲染结果。
优选地，所述对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果，具体包括：
采用动态模型对所述设备初始模型进行分割，得到动态分割结果；
采用静态模型对所述设备初始模型进行分割，得到静态分割结果。
优选地，所述获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
获取所述设备实际工作场景的环境元素，采用LOD技术实现对所述预设模型导入信息的实时渲染，得到所述模型仿真场景搭建结果。
优选地，所述采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果，具体包括：
通过基于空间分解的碰撞检测算法对所述模型仿真场景搭建结果进行检测，得到发生碰撞的第一网格和第二网格；
基于层次包围盒的碰撞检测算法，对所述第一网格和所述第二网格确认发生运动碰撞的设备或零部件，得到第一包围盒和第二包围盒；
通过射线碰撞检测，对所述第一包围盒中的第一零部件和所述第二包围盒中的第二零部件进行检测，沿所述第一零部件和所述第二零部件的相对运动方向发射射线，得到所述射线与所述第一零部件表面的第一交点，以及所述射线与所述第二零部件表面的第二交点；
基于所述第一交点和所述第二交点，运用所述预设软件中的预设物理引擎，得到所述设备三维仿真结果。
第二方面，本发明实施例提供一种基于虚拟现实的三维仿真方法，包括：
创建模块，用于获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；
优化模块，用于对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
渲染模块，用于对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
分割模块，用于对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
导入模块，用于将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；
仿真搭建模块，用于获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
交互输出模块，用于采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述基于虚拟现实的三维仿真方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述基于虚拟现实的三维仿真方法的步骤。
本发明实施例提供的基于虚拟现实的三维仿真方法及系统，通过将设备虚拟可视化，结合VR交互操作进行三维立体展示，增加虚拟场景中设备的真实性，运用生动逼真的仿真动画，达到沉浸式体验，提高使用者的体验感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟现实的三维仿真方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基于虚拟现实的整体仿真流程图；
图3为本发明实施例提供的场景模型分割结构图；
图4为本发明实施例提供的仿真平台软件架构图；
图5为本发明实施例提供的一种基于虚拟现实的三维仿真系统结构图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的结构框图。
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。
本发明实施例提供一种基于VR的三维仿真平台，结合三维建模技术，在计算机中实现复杂设备的虚拟重现，增加虚拟场景中设备的真实性，提高使用者的体验感。使该仿真平台可广泛用于产品宣传、安全培训、远程指挥等多个领域。
基于VR的三维仿真平台包括仿真软件平台和配套硬件设备，其中硬件设备主要为VR设备、工作站和体验机。VR设备包括VR眼镜和操作器，此处，操作器设计为鼠标和键盘，体验人员通过佩戴VR眼镜，观察展示场景，体验操作空间，通过操作操作器进行场景切换和操作练习。VR设备通过HDMI和USB接口与仿真软件进行数据交互，仿真软件平台采用C/S(Client/Server)架构，分为客户端和服务器端两部分，客户端部署在体验机上，服务器端部署在工作站，客户端与服务器端之间通过局域网连接。
在上述三维仿真平台上，本发明实施例提出了一种基于虚拟现实的三维仿真方法，从设备初始模型创建、模型渲染、模型优化、模型分割、模型导入、场景搭建以及场景交互七个方面实现三维模型的仿真展示。图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟现实的三维仿真方法流程图，如图1所示，包括：
S1，获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；
S2，对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
S3，对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
S4，对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
S5，将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；
S6，获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
S7，采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
具体地，步骤S1中，在获取到待建模的设备基础信息后，创建设备初始模型；
步骤S2中，对建立的设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
步骤S3中，还对建立的设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
步骤S4中，另外对建立的设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
步骤S5中，将步骤S2至S4中得到的模型优化结果、模型渲染结果和模型分割结果导入至预设软件中，本发明实施例采用Unity 3D软件进行处理，经过一系列格式转换后，得到预设模型导入信息；
步骤S6中，为了使仿真的效果更加真实，获取与设备关联的周围的一系列环境元素，然后对预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
步骤S7中，完成仿真场景的搭建后，就可以进行场景交互功能的设计了。本次设计混合型碰撞检测算法实现场景的运动仿真交互，得到最终的设备三维仿真结果。
本发明实施例通过将设备虚拟可视化，结合VR交互操作进行三维立体展示，增加虚拟场景中设备的真实性，运用生动逼真的仿真动画，达到沉浸式体验，提高使用者的体验感。
基于上述实施例，所述获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型，具体包括：
获取设备的几何图、摄像图和设备参数等基础信息；
基于所述基础信息，采用Catia软件创建所述设备初始模型。
具体地，获取的设备基础信息包括几何图、摄像图和设备参数等，如图2所示，在此基础上，基于VR的三维仿真最终将通过Unity3D实现，Unity3D是一款虚拟现实软件，只提供基础的模型如盒子、球体、胶囊等，对于建立大型复杂的模型并不适用。本发明实施例采用Catia软件进行设备初始模型的搭建。依据实际采集的图片资料和数据尺寸按照一定的比例建立设备的三维模型，采用Catia进行复杂零部件的搭建并将整机进行装配，完成设备初始三维模型的创建。
基于上述任一实施例，所述对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果，具体包括：
针对所述设备初始模型中不经常拆装零部件和复杂零部件，采用纹理贴图进行优化，得到第一模型优化结果；
针对所述设备初始模型中的模型面片数进行优化，得到第二模型优化结果。
具体地，为了使Unity3D项目顺利运行，完美的展现场景细节内容，项目性能优化起到关键作用。对于本发明实施例采用的三维仿真平台，主要从内存方面进行优化。通过内存优化，可以有效的提高内存利用率，减少内存碎片和占用空间，提升系统性能。对仿真模型而言，减小模型的体积，减少模型占用的内存空间的容量，在计算机上运行时，可以让场景运行的更加自然和流畅。同时，复杂的结构也会增加渲染成本，可通过模型优化降低渲染成本。
本发明实施例采用3d max通过贴图和模型结构优化两种方式对仿真模型进行优化。其中，对于设备中不经常拆装的、复杂的零部件，可不用进行实际的建模，采用纹理贴图直接可以实现，并具有真实的效果，此为第一模型优化结果；模型结构优化可以对模型面片数进行优化、删除看不见的面和没有关联的点线、将模型的三角网格面尽量修改为等边三角形并使模型分布均匀，或压缩整个模型等，此为第二模型优化结果。
基于上述任一实施例，所述对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果，具体包括：
采用预设图形渲染软件给所述设备初始模型添加材质、颜色和灯光阴影等效果，得到所述模型渲染结果。
具体地，在Catia中创建的设备初始模型和在3dMax中优化后的模型都仅仅只是完成了零部件和设备轮廓的搭建，与真实的设备相比，缺乏真实程度，为了更接近现实的设备，使模型更有逼真感，还需对模型进行渲染。
本发明实施例采用常用的图形渲染软件，例如3dMax、PS(Photo Shop)和SP(Substance Painter)给模型添加材质、颜色和灯光阴影等效果，实现模型的渲染。
通常情况下，在3DMAX模型中，在材质编辑器设置中可以实现多数的材质效果，如铝塑钢板，纯玻璃，墙砖等。在3DMAX模型中，设置模型的材质主要包括位图参数、Blinn参数、材质编辑器等多个栏，可以基于此，选择不同的渲染材质的渲染方式及明暗器来强化三维模型的外在表现形式。比如：
(1)设置不同类型物体的参数：在物体表面形成的浸反射高光，一般适用于玻璃等反光物体。在涉及到的虚拟场景中，物体桌面、门窗把手及窗户时应该使用该参数。
(2)渲染金属物体的材质：此类多应用于有机及金属材料，可以凸显其反光效果，其多用于电气设备的设计，钢架、电缆等多用此参数。
(3)对一些建筑光线进行阴暗处理：其是对Blinn的一种延伸，与其相比具有更有表面色更有力的控制，可以在物体的表面形明暗对比，多用于较为粗糙的物体。
通过PS(Photo Shop)和SP(Substance Painter)软件对所构建的模型的纹理贴图进行渲染。
基于上述任一实施例，所述对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果，具体包括：
采用动态模型对所述设备初始模型进行分割，得到动态分割结果；
采用静态模型对所述设备初始模型进行分割，得到静态分割结果。
具体地，针对大型复杂设备，其视景规模很大，若一次性载入，系统场景的渲染速度会受到严重影响，从而不能达到实时性的要求，影响体验感。因此，为了对场景的组织管理更加便捷，本发明在对视景模型进行分割时，根据场景中模型的运行状态以及视线的范围进行分割，如图3所示，分为动态模型和静态模型，对这两个部分进行分别创建，这样就提高了虚拟现实系统的性能和传输速度，并且提高了交互的流畅度。
基于上述任一实施例，所述获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
获取所述设备实际工作场景的环境元素，采用LOD技术实现对所述预设模型导入信息的实时渲染，得到所述模型仿真场景搭建结果。
具体地，在完成设备模型的创建后，接下来需要将建立的模型导入到Unity 3D软件中实现设备的运动控制、仿真场景的搭建。由于3Dmax文件的格式与Unity 3D文件的格式不兼容，因此需要将模型文件格式转换为FBX格式，这样才能将3Dmax文件顺利的导入Unity3D中。创建好的模型导出之前需要对设备模型进行命名和分组，每个独立的模型为一组，分组按照部件、子设备、完整设备的分总关系进行，这样就可以得到模型内部的层级关系，以方便对模型的构造进行分析。完成之后，从3dMax导出模型的FBX文件，再将其导入到Unity3D中。在Unity3D中的工程面板(Project)中，可以查看到导入模型资源的全部信息。
另外，模型导入Unity3D后会出现预设材质失效、模型坐标不准确等问题，为营造真实的虚拟现实效果，本发明实施例在场景视图中进行一些列设置，例如：导入指定的工具资源以及材质等资源文件、调整坐标等。
完成模型导入后，进一步在Unity3D中实现仿真场景的搭建，按照设备实际的工作场景进行组建，如将三维模型的位置进行适当的移动和调整，添加灯光、地面、天空、水等一些必要的元素，使虚拟场景与实际场景更接近。
同时采用LOD(Levels of Detail)细节层次处理技术实现仿真场景的实时渲染，即：
a)对场景中的不同事物、不同部分使用不同的细节进行描述，当物体距离观察点较远、或者比较小时，就使用较粗的LOD模型完成绘制；
b)当物体距离观察点视点比较近、或者比较大，就需要使用较为精细的LOD模型完成绘制；
c)也可以使用类似的办法对场景中运动目标进行绘制，使用较粗的LOD模型来对运动中的物体进行绘制，使用较为精细的LOD模型来对静止的物体进行绘制。
基于上述任一实施例，所述采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果，具体包括：
通过基于空间分解的碰撞检测算法对所述模型仿真场景搭建结果进行检测，得到发生碰撞的第一网格和第二网格；
基于层次包围盒的碰撞检测算法，对所述第一网格和所述第二网格确认发生运动碰撞的设备或零部件，得到第一包围盒和第二包围盒；
通过射线碰撞检测，对所述第一包围盒中的第一零部件和所述第二包围盒中的第二零部件进行检测，沿所述第一零部件和所述第二零部件的相对运动方向发射射线，得到所述射线与所述第一零部件表面的第一交点，以及所述射线与所述第二零部件表面的第二交点；
基于所述第一交点和所述第二交点，运用所述预设软件中的预设物理引擎，得到所述设备三维仿真结果。
具体地，本发明实施例设计的混合型碰撞检测算法实现场景的运动仿真交互(包括零件的抓取、装配，设备的相互运动等)。
场景动态仿真中的碰撞问题包括两部分：碰撞检测和碰撞响应。在创建的设备动态仿真的虚拟环境中，不同于真实世界，对象的位置仅仅是由计算机中的数据决定，并不占有空间。所以物体之间可以相互穿透，而这种情况不可能在实际生活中发生。因此，为了保证设备动态仿真模拟的真实性，碰撞问题是一个不容回避的问题。快速的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性和增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用。
混合型碰撞检测算法结合基于空间分解的碰撞检测算法、基于层次包围盒的碰撞检测算法和射线碰撞检测算法，实现场景动态仿真的碰撞问题，以提高仿真的精确性与实时性。其具体设计如下：
1)通过基于空间分解的碰撞检测算法进行第一步检测，以减少需要进行碰撞检测的基本几何元素对，减少检测计算量，以便提高碰撞响应速度。该方法将整个场景空间分成若干个体积较大的规则的均匀的网格，通过计算所有网格间是否会发生相交的情况，来判断网格内所含零件或设备是否发生碰撞，然后确定发生碰撞的网格。假设会产生碰撞的网格为网格A和网格B，即第一网格和第二网格；
2)针对网格A和网格B采取基于层次包围盒的碰撞检测算法，进一步确认发生运动碰撞的设备或零部件。对网格A和网格B中的设备或零部件进行分解，用体积略大于设备或零部件的简单几何形状包围设备或零部件，通过计算包围盒是否发生相交，判断包围盒内零部件是否发生碰撞。本发明实施例采用AABB式包围盒，通过将包围盒构造树状层次结构来逼近对象的几何模型。在对包围盒树进行遍历的过程中，通过对包围盒间进行快速的相交测试，及早排除了不可能相交的基本几何元素对，从而只需要对其中包围盒重叠的元素做进一步的相交测试，这样一来就进一步地就可以提高碰撞检测的速度。假设本歩骤中判断相交的包围盒为包围盒C和包围盒D，即第一包围盒和第二包围盒；
3)经过以上两步，可以快速实现碰撞检测，然而两个物体的包围盒由于包围的紧密性差异往往存在包围盒相交物体并未相交的现象,实现不了实时精确的检测。因此，需要通过射线碰撞检测，来进一步判断零部件是否相交。假设包围盒C和包围盒D中的零件分别为零件E和零件F，即第一零部件和第二零部件，沿零件E、F的相对运动方向发射射线，通过计算精确的计算出射线与零件E、F表面的交点，即第一交点和第二交点，对比相对运动距离，来精准判断两零件的碰撞位置。
在Unity3D中发射的射线一旦与其他的碰撞器发生碰撞，射线将停止发射并触发相应事件。为发生碰撞要对射线检测的工具添加碰撞器，Unity3D内置Physx物理引擎，可以高效、逼真地模拟刚体碰撞、重力等物理效果。
本发明实施例提出的融合基于空间分解的碰撞检测算法、基于层次包围盒的碰撞检测算法和射线碰撞检测算法的混合型碰撞检测算法，解决场景动态仿真的碰撞问题，提高了仿真的精确性与实时性。
基于上述任一实施例，本发明实施例提出的一种基于VR的三维仿真平台，其系统采用C/S(Client/Server)架构，分为客户端和服务器端两部分。以复合式交互结构为基础对系统整体结构进行进一步的分层设计，主要分为功能层、交互层和数据层。平台架构如图4所示。
在分层结构下用户通过客户端进行仿真操作，由服务器来实现各客户端的交互控制。客户端和服务器的全部功能如表1所示。
表1
其中客户端具体功能为：用户通过客户端进行仿真操作，在交互菜单中可以通过“创建房间”向服务器申请创建活动，同时设置在线操作的人数，也可以通过“加入房间”来加入已有的活动并显示当前在线人数，如果提示人数已满，则需要加入其它活动或自己创建活动；用户利用鼠标和键盘来操控本机替身，场景中的其他用户的替身状态则需要从服务器接收状态信息同时结合位置预测方法来进行同步；以碰撞检测技术为基础进行设备选取和仿真操作；利用交流信息收发模块进行活动任务的分配和操作过程中的事项安排。
服务器具体功能为：服务器负责创建活动以及活动人数的限制，活动房间创建后为每一个加入活动的用户创建替身并对所有替身的状态进行同步；当场景状态发生变化或多个用户进行交互操作时，需要进行场景的一致性维护和操作冲突控制；服务器对交流信息进行转发并同步当前在线人数。
当仅需本地操作时，客户端也可以单独用于本地操作，仅多人活动需要创建房间。
基于上述任一实施例，场景交互功能包含模型浏览功能、设备拆装与组装、模型仿真功能、多人交互四种场景交互功能：
1)模型浏览
本模块通过实现旋转不同视角、剖面图、爆炸图展示设备或部件整体的外形及内部结构组成，当鼠标移动到设备或者设备内部结构时，在设备结构的右上方显示结构属性，实现观测设备等相关结构并进行相应的浏览，以帮助操作人员了解设备或部件的构造和理解设备用途。交互方式包括旋转、缩放、隐藏/显示、透明等；
2)设备拆装与组装
为进一步对设备的构造的理解展示，同时针对对设备的运维和检修操作进行模拟，设计设备拆装与组装模块。
本模块可对设备的主要结构部件,进行自动拆解与组装展示，也可以由操作人员进行手动拆解与组装。为使设备拆装的虚拟仿真更加真实，本模块还会展示实际拆装过程中所需要的工具，针对每一个拆装步骤，操作人员都必须先通过鼠标选取相应的拆装工具，然后才可选择相关零部件进行拆装操作。对于操作移动的零件，能够充分表现拆卸部件的移动、旋转、缩放等操作功能。为增加体验效果，在完成零部件移动功能和旋转功能的基础上，对所选物体进行名称的显示和颜色区分，利于操作者学习和掌握；
3)模型仿真
为进一步加深对设备工作场景及功能的理解，针对日常工作中很少有机会去操作这些设备，传统仿真培训多为二维数据仿真，不够直观。因此基于三维仿真技术，设计模型仿真模块，用以模拟展示设备正常运行时的状态，包括设备中介质的实际流动情况；介质的相态转变；介质温度、流量等主要参数的变化；设备的转动部分如何运转等。同时，设计典型异常状况，进行设备运行异常状况的展示。操作人员可通过选择设备场景，点击正常运行或异常状况，实现相应的仿真展示
4)多人交互
在仿真平台中构建一个在线交流功能模块，便于用户在多人活动开始后进行活动任务分配和其他活动交流，以及保证操作过程中用户之间交流沟通和协作的准确性。客户端通过网络进行消息的输入发送以及接收显示，输入消息的类型主要为英文和汉字。而服务器则对接收到的消息进行处理和转发，其中客户端和服务器采用相同的传输数据类型。
图5为本发明实施例提供的一种基于虚拟现实的三维仿真系统结构图，如图5所示，包括：创建模块51、优化模块52、渲染模块53、分割模块54、导入模块55、仿真搭建模块56和交互输出模块57；其中：
创建模块51用于获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；优化模块52用于对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；渲染模块53用于对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；分割模块54用于对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；导入模块55用于将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；仿真搭建模块56用于获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；交互输出模块57用于采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
本发明实施例通过将设备虚拟可视化，结合VR交互操作进行三维立体展示，增加虚拟场景中设备的真实性，运用生动逼真的仿真动画，达到沉浸式体验，提高使用者的体验感。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过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-Only Memory)、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。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，包括：
获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；
对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；
获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型，具体包括：
获取设备的几何图、摄像图和设备参数等基础信息；
基于所述基础信息，采用Catia软件创建所述设备初始模型。
3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果，具体包括：
针对所述设备初始模型中不经常拆装零部件和复杂零部件，采用纹理贴图进行优化，得到第一模型优化结果；
针对所述设备初始模型中的模型面片数进行优化，得到第二模型优化结果。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果，具体包括：
采用预设图形渲染软件给所述设备初始模型添加材质、颜色和灯光阴影等效果，得到所述模型渲染结果。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果，具体包括：
采用动态模型对所述设备初始模型进行分割，得到动态分割结果；
采用静态模型对所述设备初始模型进行分割，得到静态分割结果。
6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
获取所述设备实际工作场景的环境元素，采用LOD技术实现对所述预设模型导入信息的实时渲染，得到所述模型仿真场景搭建结果。
7.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的三维仿真方法，其特征在于，所述采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果，具体包括：
通过基于空间分解的碰撞检测算法对所述模型仿真场景搭建结果进行检测，得到发生碰撞的第一网格和第二网格；
基于层次包围盒的碰撞检测算法，对所述第一网格和所述第二网格确认发生运动碰撞的设备或零部件，得到第一包围盒和第二包围盒；
通过射线碰撞检测，对所述第一包围盒中的第一零部件和所述第二包围盒中的第二零部件进行检测，沿所述第一零部件和所述第二零部件的相对运动方向发射射线，得到所述射线与所述第一零部件表面的第一交点，以及所述射线与所述第二零部件表面的第二交点；
基于所述第一交点和所述第二交点，运用所述预设软件中的预设物理引擎，得到所述设备三维仿真结果。
8.一种基于虚拟现实的三维仿真系统，其特征在于，包括：
创建模块，用于获取设备基础信息，基于所述设备基础信息创建设备初始模型；
优化模块，用于对所述设备初始模型进行优化，得到模型优化结果；
渲染模块，用于对所述设备初始模型进行渲染，得到模型渲染结果；
分割模块，用于对所述设备初始模型进行分割，得到模型分割结果；
导入模块，用于将所述模型优化结果、所述模型渲染实例和所述模型分割结果导入至预设软件中，得到预设模型导入信息；
仿真搭建模块，用于获取与所述设备关联的环境元素，基于所述环境元素对所述预设模型导入信息进行仿真场景搭建，得到模型仿真场景搭建结果；
交互输出模块，用于采用混合型碰撞检测算法，对所述模型仿真场景搭建结果进行场景的运动仿真交互设计，得到设备三维仿真结果。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于虚拟现实的三维仿真方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于虚拟现实的三维仿真方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200522 |