CN111652977A - 一种变电站三维场景智能漫游方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变电站三维场景智能漫游方法，其包括三维场景模型搭建、三维场景再处理以及寻路算法，本发明综合虚拟现实技术、地理信息技术和即时定位与地图构建技术，进行模型和算法设计，达到能够使操作者自由地或者有选择性的参观浏览虚拟三维变电站场景，并能够在表现虚拟变电站的内部结构方面发挥积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电站三维场景智能漫游方法。
背景技术
在当前技术背景下，虚拟现实场景中的人物漫游主要依靠外部控制设备的控制，通过人为在场景中的各个几何模型添加碰撞体，设置碰撞体范围，确保人物在漫游过程中遇到墙体、障碍物时在一定范围内不能穿过。此种方法需要实时计算人物和三维场景的相对坐标信息以及碰撞体信息，对计算机硬件的需求较高；场景统一渲染的方式应用到变电站复杂大场景下，会造成系统计算量维持在较高水平，画面质量和响应速度会降低，应对计算高峰的能力减弱；虚拟场景中人物的移动真实感不高，使用者容易产生眩晕感，
在虚拟现实三维场景的自动寻路算法中，主要运用启发式搜索，它会对待搜索列表中的元素进行代价评估，找到其中代价最优的位置，然后从这个位置继续往前探索，最后找到路径终点停止。以A* 算法为例，启发式搜索虽然降低了寻路过程中查找的节点，但对于相对复杂的场景来说，其效率仍然不够理想；寻路算法采用不同的估价函数，最后可能会得到不同的寻路结果；存在着虚拟场景与现实场景存在坐标比例不合适的问题，导致使用者体验感下降；系统无法获得实时人物坐标相对真实世界的坐标位置，无法实现实时的场景规划能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站三维场景智能漫游方法，能够使操作者自由地或者有选择性的参观浏览虚拟三维变电站场景。
本发明所采用的技术方案是：一种变电站三维场景智能漫游方法，其包括如下步骤：
三维场景模型搭建，在变电站中布置扫描点，根据变电站平面图划分拍摄区域，进行设备纹理图片采集，处理扫描点的点云数据，识别每个扫描点的标靶球完成变电站场景的点云拼接，将拼接后的整体点云导入建模软件，对变电站电气设备进行三维重建；
三维场景再处理，对构建好的三维场景进行简易化处理；
寻路算法，预先处理三维场景，对整个场景进行全盘扫描，检测每个网格中是否存在包围盒区域，若存在，则将此网格标记为不可通过，否则标记为可通过；添加寻路节点的方向信息以及搜索约束规则，对A* 算法进行加速，在获得当前路径代价最小节点和带有方向信息的邻接节点后，对于每个邻接节点，在自身方向上进行递归查找，直到找到下一个搜索节点或不可通过节点时返回。
进一步的，在布置扫描点前，对三维建模变电站进行实地考察，根据项目建模要求和现场环境制定扫描线路。
进一步的，在进行点云拼接后，对整体点云进行拼接和降噪处理，再将整体点云导入建模软件。
进一步的，在对三维场景进行简易化处理时，根据实际地图，确定变电站场景中的比例关系，将实际坐标写入系统，构建好的三围场景模型按照建筑类型进行分类，将变电站设备设置预制体模型，在三维场景中将预制体模型进行复用，将同一模型的部件进行合并。
进一步的，在对三维场景进行简易化处理时，采用光照烘焙技术，将场景中的动态光照变位静态光；载入遮挡剔除模块，将变电站场景实现分批次渲染。
本发明的积极效果为：本发明综合虚拟现实技术、地理信息技术和即时定位与地图构建技术，进行模型和算法设计，达到能够使操作者自由地或者有选择性的参观浏览虚拟三维变电站场景，并能够在表现虚拟变电站的内部结构方面发挥积极作用。使用变电站三维场景的实时路径规划技术，使用户在复杂或陌生的虚拟变电站三维场景中，花费最短时间，以最短路径准确快速地找寻到目标对象。对三维场景进行简易化处理，可以减少场景中渲染面的数量，减少系统的运算压力。
具体实施方式
本发明的方法包括：
S01：三维场景模型搭建。对三维建模变电站进行实地考察，根据项目建模要求和现场环境制定大概的扫描线路，在变电站中布置扫描点。根据变电站平面图划分拍摄区域，进行设备纹理图片采集，合理安排拍摄的角度和时间段。参考变电站建造设计图纸，根据当前项目建设和设备安装实际情况更新绘制输变电线路图纸。处理扫描站点云数据，识别每个站中的标靶球完成变电站场景的点云拼接，对整体点云进行拼接和降噪处理，将整体点云转换格式导入建模软件，根据真实场景分割地面场景，以点云模型为基础加上多角度图片对变电站电气设备进行三维重建，附上对应的纹理材质。使用多维材质贴图的方法进行贴图，对应相应颜色的材质效果。
S02：三维场景再处理。根据实际地图，确定好变电站场景中的比例关系，将实际坐标写入系统中。将构建好的三维场景模型按照不同建筑类型进行分类，将常用的变电站设备设置预制体，在场景中将预制体模型进行复用，同一模型的不同小部件进行合并，用以减少场景中渲染面的数量，采用光照烘焙技术，将场景中的动态光照变为静态光，在一定程度上减少系统的运算压力。载入遮挡剔除模块，将变电站大场景实现分批次渲染。使用LOD构建多层次模型，提高系统的真实度以及降低人物眩晕感。
S03：寻路算法改进。预先处理三维场景，通过对整个场景进行全盘扫描，检测每个网格中是否存在包围盒区域，若存在，则将此网格标记为不可通过，否则标记为可通过。添加寻路节点的方向信息以及相应的搜索约束规则，对 A* 算法进行加速，方向信息是根据具体的场景制定的，搜索规则是已知的，这对于本领域技术人员来说属于现有技术。在获得当前路径代价最小节点和带有方向信息的邻接节点后，对于每个邻接节点，在自身方向上进行递归查找，直到找到下一个搜索节点或不可通过节点时返回。采用深度优先搜索策略和约束规则，以节点方向为递归方向，对下一个搜索节点进行递归查找，从而节约了路径的存储空间，减少了路径代价的计算次数，提高了寻路效率。
本发明的方法使用变电站三维场景的实时路径规划技术，使用户在复杂或陌生的虚拟变电站三维场景中，花费最短时间，以最短路径准确快速地找寻到目标对象。
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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种变电站三维场景智能漫游方法，其特征在于其包括如下步骤：
三维场景模型搭建，在变电站中布置扫描点，根据变电站平面图划分拍摄区域，进行设备纹理图片采集，处理扫描点的点云数据，识别每个扫描点的标靶球完成变电站场景的点云拼接，将拼接后的整体点云导入建模软件，对变电站电气设备进行三维重建；
三维场景再处理，对构建好的三维场景进行简易化处理；
寻路算法，预先处理三维场景，对整个场景进行全盘扫描，检测每个网格中是否存在包围盒区域，若存在，则将此网格标记为不可通过，否则标记为可通过；添加寻路节点的方向信息以及搜索约束规则，对A* 算法进行加速，在获得当前路径代价最小节点和带有方向信息的邻接节点后，对于每个邻接节点，在自身方向上进行递归查找，直到找到下一个搜索节点或不可通过节点时返回。
2.根据权利要求1所述的一种变电站三维场景智能漫游方法，其特征在于在布置扫描点前，对三维建模变电站进行实地考察，根据项目建模要求和现场环境制定扫描线路。
3.根据权利要求1所述的一种变电站三维场景智能漫游方法，其特征在于在进行点云拼接后，对整体点云进行拼接和降噪处理，再将整体点云导入建模软件。
4.根据权利要求1所述的一种变电站三维场景智能漫游方法，其特征在于在对三维场景进行简易化处理时，根据实际地图，确定变电站场景中的比例关系，将实际坐标写入系统，构建好的三围场景模型按照建筑类型进行分类，将变电站设备设置预制体模型，在三维场景中将预制体模型进行复用，将同一模型的部件进行合并。
5.根据权利要求1或4所述的一种变电站三维场景智能漫游方法，其特征在于在对三维场景进行简易化处理时，采用光照烘焙技术，将场景中的动态光照变位静态光；载入遮挡剔除模块，将变电站场景实现分批次渲染。
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