CN111815787B - 石油化工企业三维数字化预案制作系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石油化工企业三维数字化预案制作系统，包括石油化工企业管理模块、三维场景建模模块、消防数据信息采集模块、三维场景编辑模块、预案部署模块、三维渲染展示模块与数字化预案演练模块。本发明还提供一种石油化工企业三维数字化预案制作方法。本发明应用数字化的理念和信息化的技术，通过采用先进的虚拟仿真技术、物联网技术和数字通信技术，充分利用三维建模、图像采集、信息收集和仿真手段，将石油化工企业的实际场景数字化、可视化，实现可视化场景显示和数据集成，达到为企业消防专业队熟悉企业情况、实施模拟训练、有效组织灭火救援提供有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种石油化工企业三维数字化预案制作系统及方法。
背景技术
随着工业化进程的不断加快，石油化工产业发展迅速。石油化工的原料、成品或半成品，都是易燃物品，一旦发生火灾，扑救难度非常大。石油化工生产过程通常伴随高温、高压等较为恶劣的环境，一旦发生火灾，对生命的威胁很大。
由于我国关于应急管理理论与技术的研究起步较晚，应急管理应用系统的基础还比较薄弱。尽管我国已将应急平台建设列入国家科技发展规划，但目前仍在大力推广建设中，从国家到地方，从行业管理部门到各级生产企业均尚未建立完善的应急业务管理系统。在这种形势下，由于缺少数字化预案建设所需的各种相关资源数据支撑，要建设数字化预案系统需要配套建设风险管理、事故模拟、预测预警、决策支持、物资管理等业务功能的软硬件系统，从而导致数字化预案系统建设的附加成本大大增加，因此目前国内数字化预案技术的推广应用进展较为缓慢。
为此，本领域急需一种能够有效模拟现有场景并结合现有数据进行预案制作的系统及方法。
发明内容
本发明之目的是提供一种石油化工企业三维数字化预案制作系统，其能够解决现有数字化预案系统建设的附加成本大大增加的问题。
本发明之目的是提供一种石油化工企业三维数字化预案制作方法，其能够解决现有国内数字化预案技术的推广应用进展较为缓慢，现有技术推演过程不够真实的问题。
本发明提供一种石油化工企业三维数字化预案制作系统，包括：
石油化工企业管理模块，用于导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；
三维场景建模模块，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景；
消防数据信息采集模块，用于在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，通常用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；
三维场景编辑模块，用于在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署模块，用于在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示模块，用于根据可视化渲染器架构设计将所述预案部署模块中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练模块，用于将所述预案部署模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
优选地，所述三维渲染展示模块包括：
封装渲染目标模块，用于封装创建渲染目标方法的程序，对渲染物体采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；
封装深度目标模块，用于对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象；
物体级设置模块，用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
优选地，还包括预案输出模块，所述预案输出模块用于将所述预案部署模块制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。
优选地，所述预案输出模块支持在线和离线两种模式，所述预案输出模块将所述预案部署模块制作好的三维数字化预案导出形成脱机运行的三维预案程序。
优选地，所述三维场景建模模块包括企业园区搭建模块、室内结构搭建模块与建筑外观搭建模块，
所述企业园区搭建模块，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建石油化工企业的周边园区，所述周边园区包括周边道路、地面、停车区、草坪、树木或大门；
所述室内结构搭建模块，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；
所述建筑外观搭建模块，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型建模。
优选地，所述建筑外观搭建模块还包括基础数据模块、外观编辑模块与外观输出模块，
所述基础数据模块用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；
所述外观编辑模块用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；
所述外观输出模块用于将所述外观编辑模块编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。
优选地，所述数字化预案演练模块包括预案展示模块、展示接口模块、材质光影模块、场景节点管理模块、渲染功能模块与粒子功能模块，
所述预案展示模块采用三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转的操作；
所述展示接口模块支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；
所述材质光影模块支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；
所述场景节点管理模块支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；
所述渲染功能模块支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；
所述粒子功能模块用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。
本发明还提供一种石油化工企业三维数字化预案制作方法，其中，包括如下步骤：
石油化工企业管理，导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；
三维场景建模，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景；
消防数据信息采集，在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，通常用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；
三维场景编辑，在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署，在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示，根据可视化渲染器架构设计将所述预案部署模块中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练，将所述预案部署模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
优选地，所述三维渲染展示步骤包括：
封装渲染目标，封装创建渲染目标方法的程序，对渲染物体动态切换采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；
封装设置深度，对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象，对方案图使用WebGL多重采样渲染目标方法；
物体级通道设置，用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
优选地，所述物体级通道设置步骤包括：
通过设置方案图策略来修改方案物体的材质；
获取方案图渲染目标；
设置方案图当前渲染策略；
绑定方案图目标缓冲区；
清除颜色和模板；
禁止渲染列表更新；
提供方案图物体级通道；
重新开启渲染列表更新；
重置为three.js默认渲染策略。
本发明提供的一种石油化工企业三维数字化预案制作系统及方法，相比于现有技术具有如下有益效果：
1、本发明通过基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，实现基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据实现三维场景中实时展示动态推演过程和标绘信息等
2、本发明以提升石油化工企业应急能力为目标，应用数字化的理念和信息化的技术，通过采用先进的虚拟仿真技术、物联网技术和数字通信技术，充分利用三维建模、图像采集、信息收集和仿真手段，将石油化工企业的实际场景数字化、可视化，实现可视化场景显示和数据集成，达到为企业消防专业队熟悉企业情况、实施模拟训练、有效组织灭火救援提供有力保障。
3、本发明支持的石油化工企业的三维可视化场景不是一个固化的、不可编辑的模型，而是可以根据实际情况的变化而自行编辑，保证系统中的三维场景时刻与真实世界的场景是一致的，当有灾情发生时，通过系统了解到石油化工企业室内外的构造与真实世界是高度一致的，从而可以高度有效进行消防推演模拟。
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，下面描述中的附图仅用于解释本发明的构思。
图1为本发明的石油化工企业三维数字化预案制作系统的框架示意图；
图2为本发明的三维场景建模模块的框架示意图；
图3为本发明的建筑外观搭建模块的框架示意图；
图4为本发明的数字化预案演练模块的框架示意图；
图5为本发明的三维渲染展示模块的框架示意图；
图6为本发明的数字化预案演练模块的界面示意图；
图7为本发明的预案输出模块的离线模式界面示意图；
图8为本发明的石油化工企业三维数字化预案制作方法的框架示意图；
图9为本发明的石油化工企业三维数字化预案制作方法通过可视化渲染器渲染目标物体得到的内发光效果图。
附图标记汇总：
1、石油化工企业管理模块 2、三维场景建模模块
21、企业园区搭建模块 22、室内结构搭建模块
23、建筑外观搭建模块 231、基础数据模块
232、外观编辑模块 233、外观输出模块
3、消防数据信息采集模块 4、三维场景编辑模块
5、预案部署模块 6、三维渲染展示模块
61、封装渲染目标模块 62、封装深度目标模块
63、物体级设置模块 7、数字化预案演练模块
71、预案展示模块 72、展示接口模块
73、材质光影模块 74、场景节点管理模块
75、渲染功能模块 76、粒子功能模块
8、预案输出模块
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的一种石油化工企业三维数字化预案制作系统及方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分之间的相互关系。
如图1所示，本发明提供一种石油化工企业三维数字化预案制作系统，包括：
石油化工企业管理模块1，用于导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；其中，石油化工企业管理模块1提供三维模型库，模型充分覆盖消防数字化预案应用所需，包括石油化工企业生产装置、罐体等多种通用模型和消防专业模型；
三维场景建模模块2，以3D虚拟化技术和物联网技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景，实现企业生产装置、罐体、消防设备等可视化展示，设计和配置消防管理范围内的相关生产装置、罐体和各类消防设备布局，自由创建各种类型消防救援的仿真演练场景；例如消防人员可以自主按照CAD图纸、照片及预案的要求，通过拖拽的方式，填写属性信息实现快捷方便地搭建石油化工企业的三维场景，包括：园区场景，如围墙、大门、道路、停车场、绿化、主要标牌、各类罐体等；搭建建筑外立面(含凹凸及贴图效果)或上传外立面模型到系统中；搭建室内结构，如房间、过道、门窗等；
消防数据信息采集模块3，用于在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，通常用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；在已搭建完成的3D场景基础上，实现消防业务数据的快速采集，采集信息包括室内室外消防、安防、警务等设施的准确位置，设备类型，基本信息，照片和视频资料等；
三维场景编辑模块4，用于在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式(而非新弹出窗口方式)，对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署模块5，用于在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员并配置这些模型的属性，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，可以根据不同灾害类型调派周边消防中队不同编程力量，并可对消防员进行分组分工，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示模块6，用于根据可视化渲染器架构设计将预案部署模块5中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练模块7，用于将预案部署模块5绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
上述数字化预案演练模块7用于石油化工企业专业消防人员以动画方式自动播放查看部署好的三维电子沙盘，方便查看推演过程，播放或部署过程中，可随时暂停进行信息查询，在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防和安防设施的3D分布等数据，对3D场景实现放大或缩小、上下左右的平移和任意角度旋转等操作，还支持多种场景浏览方式，如飞行模式、步行模式、纵向剖图、透视模式，以及提供横向展示、竖向展开两种展开方式。
上述石油化工企业管理模块1中导入的常用三维模型、模型文件可以随拖随用，这样使得系统自带模型库，其中内置模型不少于1000种，模型应能充分覆盖消防预案应用所需，包括化工、地铁、高层建筑等多种通用模型、消防专业模型，还可以根据实际需要对模型进行自定义贴图，预置模型自带动画；并可以按照实际需求增加和更新模型，并且系统支持模型库的升级和系统导入，可免费获得新增3D模型，并按照要求定制小型的标志类模型。
三维场景建模模块基于物联网技术，该物联网技术指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、视频监控系统等，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通、应用集成，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范等管理和服务。
本发明能够基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，实现基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据实现三维场景中实时展示动态推演过程和标绘信息等。
本发明基于三维可视化技术将石油化工企业相关的预案制作信息进行三维显示，具体可视化技术是指把各类数据，包括数值、图像或是数字，变为直观的、以图形图像信息表示的信息呈现在使用者面前，使他们能够观察、模拟和计算。这些三维表现技术使人能够再现实际世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，也是可视化技术的常用表现形式，可视化三维技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交互信息。
本发明运用三维可视化技术把描述物理现象的数据转化为图形、图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。这些三维表现技术使我们能够再现实际世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，也是可视化技术的常用表现形式。可视化三维技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交互，这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极大地提高石油化工企业消防方面的工作效率。
本发明的石油化工企业三维数字化预案制作系统以提升石油化工企业应急能力为目标，应用数字化的理念和信息化的技术，通过采用先进的虚拟仿真技术、物联网技术和数字通信技术，充分利用三维建模、图像采集、信息收集和仿真手段，将石油化工企业的实际场景数字化、可视化，实现可视化场景显示和数据集成，达到为企业消防专业队熟悉企业情况、实施模拟训练、有效组织灭火救援提供有力保障。
在本发明的进一步实施例中，如图5所示，三维渲染展示模块6包括封装渲染目标模块61、封装深度目标模块62与物体级设置模块63，通过三维渲染展示模块6来渲染三维场景中的渲染目标，使得显示更逼真、更接近现实。其中，封装渲染目标模块61用于封装创建渲染目标方法的程序，对渲染物体采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；封装深度目标模块62用于对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象；物体级设置模块63用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
在本发明的进一步实施例中，如图1所示，石油化工企业三维数字化预案制作系统还包括预案输出模块8，该预案输出模块8用于将预案部署模块5制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案，包含单位信息，重点部位信息，注意事项，调派力量信息、进攻路线、救援路线，标注救援提示信息等，可下载打印分发给演练人员。
并且，上述预案输出模块8支持在线和离线两种模式，如图7所示，预案输出模块8将预案部署模块5制作好的三维数字化预案可以导出形成脱机运行的三维预案程序，使得现场辅助指挥不依赖于网络，基本无需等待，在脱机环境中可以独立运行，浏览完整三维预案信息。
本发明的石油化工企业三维数字化预案制作系统不但能简单、便捷地搭建三维场景，具备强大的数据集成能力，如三维场景本身提供的空间数据，还能集成非结构化数据，如全景照片、视频及救灾现场实时获取的图片等信息，更能集成其他消防系统的数据信息。而且，这些数据信息不但可以在三维场景中综合展示，也能通过信息共享功能共享给在灾害现场参加灭火救援的消防官兵。实现了“数据双通道”式的综合保障。
本发明对3D预案场景生成与更新简单便捷，预案制作者可通过拖拽等直观界面快速完成3D场景搭建、修改等工作；本发明可自适应外部应用管理系统配置模型的调整，比如某个对象增加了N个属性，则3D场景中相应3D对象的属性也自动增加N个，无需调整程序；本发明场景搭建操作功能应按照列表、右键菜单方式排布，简便易用，如通过简单地拖拽就完成模型的摆放，通过右键可以完成模型属性的操作；本发明搭建场景可提供二维/三维角度的切换功能；本发明支持预案3D场景中各建筑内房间、物体、道路等的业务信息的录入、保存功能，重点数据支持顶信息牌重点展示；本发明在搭建的场景中任意摆放消防员、被困群众、消防车、火灾、爆炸点等，并可配置模型的属性(如消防车喷水的角度、火苗大小、爆炸范围等)；本发明支持救援路线、逃生路线的动态制作功能，在系统中测量任意两点间或多点间的距离并显示结果；本发明支持在系统中实现动画录制的功能，用户可以自定义动画的路线、各节点之间的切换时间和播放速度，并支持自编辑字幕。
在本发明的进一步实施例中，如图2所示，三维场景建模模块2包括企业园区搭建模块21、室内结构搭建模块22与建筑外观搭建模块23，
企业园区搭建模块21，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建石油化工企业的周边园区，周边园区指的是建筑外观模型周边的园区，周边园区包括周边道路、地面、停车区与大门，利用系统模型库进行道路、地面、停车区、大门、草坪、树木等的模型搭建；
室内结构搭建模块22，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；其中，系统通过室内结构搭建模块2222进行三维场景的搭建操作，搭建的室内结构会与对应的外观或外立面通过系统整合，不会是两个独立的个体。另外，上述系统中导入室内结构的CAD图纸，作为底图参考，搭建者只需在CAD底图上拉线条墙体或拉矩形墙体即可，这样可以实现更好地搭建效果，搭建完成的室内结构会经过系统的管理员审核，审核通过后，才可进行预案制作及其他的操作；
建筑外观搭建模块23，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型的精细建模，在建模过程中，会参考素材采集的照片、CAD图纸等内容，严格按照建筑物实际的尺寸、线条、凹凸等建模，并用图片处理软件处理场景信息采集的素材，通过贴图的方式让素材贴附在模型的表面，使得外立面模型看起来与现实世界中的模型是一致的。模型及贴图完成后，要进行渲染、烘焙等操作，让模型的光线、阴影等看起来更符合真实场景。制作好的模型要通过系统提供的专属插件上传到系统中。上传的模型会进入系统中的模型库，待管理员审核通过后，模型才能在系统中使用。
在本发明的进一步实施例中，如图3所示，建筑外观搭建模块23还包括基础数据模块231、外观编辑模块232与外观输出模块233，
基础数据模块231用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；
外观编辑模块232用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；
外观输出模块233用于将外观编辑模块232编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。
本发明的系统具有数据可视化，基于3D可视化的技术理念，依托与真实世界一致的3D场景，实现数据的可视化。用户可以第一人称视角、沉浸式的行走方式或第三人称视角、飞行式的鸟瞰方式浏览具体、详细的信息。
本发明以三维可视化技术为基础，将园区、建筑、室内结构、设施设备等管理对象三维重现，由传统的二维平面升级为具象化的三维场景，提升信息传输量和可读性，降低理解门槛；通过与各类物联网数据整合对接，将以往分散在各重点园区、楼宇内的消防物联网子系统数据通过统一的三维场景对外展示，实现各类资源协同共享、交互联动。
本发明基于3D引擎理念设计，即3D数字化预案的功能是独立于搭建预案模型之外的，模型只是预案信息的载体，不是预案功能的主体。本发明依托先进的三维引擎技术和高效的人机交互设计，提供低门槛场景搭建能力，任何具有基本计算机操作能力的普通人员，即可轻松在数字化世界中构建一个真实的仿真场景；以及还具有快速场景搭建能力，建模人员可通过鼠标快速“画”出楼层墙体结构，快速“摆“放物体在场景中的位置，依托丰富的3D模型库，即可快速“搭”建一个重点单位三维场景。本发明的系统充分发挥信息化优势，通过构建消防重点单位的三维场景及周边环境，实现灭火药剂测算、建筑信息测绘、典型火灾用水量估算、市政官网供水能力估算、典型火灾作战要点提示等辅助决策模块；同时依据构建的三维场景，消防官兵进行模拟调研熟悉、指挥人员进行模拟指挥，有效引导灭火救援行动向科学化处置、数据化保障快速发展。
本发明的系统吸取游戏引擎的理念，设计简单、便捷的三维场景搭建功能，有效降低预案的绘制门槛，还可以强化动态展示功能，形象地展示灭火救援的作战过程；并且根据预案修订机制，自动提醒预案的修订，修订的预案会进行审核，强化预案信息的时效性。
在本发明的进一步实施例中，如图4和6所示，数字化预案演练模块7包括预案展示模块71、展示接口模块72、材质光影模块73、场景节点管理模块74、渲染功能模块75与粒子功能模块76，
预案展示模块71采用三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转的操作；
展示接口模块72支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；
材质光影模块73支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；
场景节点管理模块74支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；
渲染功能模块75支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；
粒子功能模块76用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。
本发明的系统支持多接口格式，可基于三维可视化技术形成的场景及模型集成各类灭火救援相关类数据(如视频、音频、定位、物联网等)，并用于数字化灭火救援预案的制作、临战指挥参考等。
本发明的系统还包括管理平台模块，通过搭建预案管理平台，构建用户权限管理系统，制定各级预案的审核流程，实现预案信息的逐级审核，支持系统预案类型配置、救援力量等基础数据管理等功能，定期更新和全程督导的管理体系，切实保证消防重点单位信息的实效性、预案内容的规范性和处置策略的科学性。本发明充分运用三维立体模型、全景图像、实景照片、监控视频等多媒体表现形式，保证消防人员一目了然地查询所需数据，直观看到单位场景，还可以便捷熟悉重点单位、快速理解战斗部署等预案内容，增强预案使用的便捷性。
上述管理平台模块具有预案管理功能，可以在系统中基于地图将重点单位预案分布地点及预案状态进行可视化显示。不同的图标颜色表示预案编制情况，如已完成绿色、未完成灰色、已过期红色、审核中黄色等，形成辖区内“消防预案一张图”。
如图8所示，本发明还提供一种石油化工企业三维数字化预案制作方法，其中，包括如下步骤：
石油化工企业管理S1：导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；
三维场景建模S2：以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景；
消防数据信息采集S3：在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，通常用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；
三维场景编辑S4：在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署S5：在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示S6：根据可视化渲染器架构设计将所述预案部署模块中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练S7：将所述预案部署模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
在本发明的进一步实施例中，三维渲染展示步骤包括：
封装渲染目标，封装创建渲染目标方法的程序，用于对渲染物体动态切换采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；
封装设置深度，对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象，对方案图使用WebGL多重采样渲染目标方法；
物体级通道设置，用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
其中，对于每一张方案图使用WebGL多重采样渲染目标，该方案图是针对物体的后处理效果中渲染物体的那张图，对于除方案图之外之外的渲染目标尽量使用WebGL渲染目标，同时渲染过程尽量少使用额外渲染目标，以便减少内存过多消耗。
对于渲染目标处理完后需要设计物体级的通道，物体级通道设置的第一步是要生成一张方案图，具体物体级通道设置步骤包括：
通过设置方案图策略来修改方案物体的材质；
获取方案图渲染目标；
设置方案图当前渲染策略；
绑定方案图目标缓冲区；
清除颜色和模板，不清除深度，如果不考虑深度可以将深度清除；
禁止渲染列表更新；
提供方案图物体级通道；
重新开启渲染列表更新；
重置为three.js默认渲染策略。
其中，在上述物体级通道设置的步骤中根据实际渲染需求可以设计一个静帧策略，但是如果是一次性把所有方案图和原图渲染出来就不需要设计静帧策略了。将物体级通道设置设计好后，可视化技术渲染器架构就设计好了，可以一次渲染一个或多个不同内发光效果渲染目标，如图9所示，为可视化渲染内发光效果图，在三维场景中，该图中4个方案图颜色依次渲染为蓝色、绿色、黄色与白色，当然还可以渲染为其他颜色，根据需求自定义设计。
以上对本发明的一种石油化工企业三维数字化预案制作系统及方法进行了说明。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
Claims (10)
1.一种石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，包括：
石油化工企业管理模块，用于导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；
三维场景建模模块，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景；
消防数据信息采集模块，用于在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；
三维场景编辑模块，用于在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署模块，用于在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示模块，用于根据可视化渲染器架构设计将所述预案部署模块中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练模块，用于将所述预案部署模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
2.根据权利要求1所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，所述三维渲染展示模块包括：
封装渲染目标模块，用于封装创建渲染目标方法的程序，对渲染物体采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；
封装深度目标模块，用于对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象；
物体级设置模块，用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
3.根据权利要求1所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，还包括预案输出模块，所述预案输出模块用于将所述预案部署模块制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。
4.根据权利要求3所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，所述预案输出模块支持在线和离线两种模式，所述预案输出模块将所述预案部署模块制作好的三维数字化预案导出形成脱机运行的三维预案程序。
5.根据权利要求1所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，所述三维场景建模模块包括企业园区搭建模块、室内结构搭建模块与建筑外观搭建模块，
所述企业园区搭建模块，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建石油化工企业的周边园区，所述周边园区包括周边道路、地面、停车区、草坪、树木或大门；
所述室内结构搭建模块，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；
所述建筑外观搭建模块，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型建模。
6.根据权利要求5所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，所述建筑外观搭建模块还包括基础数据模块、外观编辑模块与外观输出模块，
所述基础数据模块用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；
所述外观编辑模块用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；
所述外观输出模块用于将所述外观编辑模块编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。
7.根据权利要求1所述的石油化工企业三维数字化预案制作系统，其特征在于，所述数字化预案演练模块包括预案展示模块、展示接口模块、材质光影模块、场景节点管理模块、渲染功能模块与粒子功能模块，
所述预案展示模块采用三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转的操作；
所述展示接口模块支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；
所述材质光影模块支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；
所述场景节点管理模块支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；
所述渲染功能模块支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；
所述粒子功能模块用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。
8.一种石油化工企业三维数字化预案制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
石油化工企业管理，导入三维模型制作工具制作的三维模型、3DMax、Maya、Sketchup建模软件形成的模型文件、自带动画的预置模型以及标志类模型，用于实现石油化工企业的三维场景管理；
三维场景建模，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件自主搭建与修改石油化工企业的三维场景；
消防数据信息采集，在三维场景内采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，用层信息进行复制获取，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；
三维场景编辑，在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防设施的三维分布数据，以及通过三维场景模型查看实时监控视频、全景照片、消防物联网设备数据信息，采用虚拟现实技术进行全三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大方式对三维场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转操作；
预案部署，在企业三维场景上设定事件，基于知识元的危险化学品爆炸事故情景表示技术和应急响应任务智能关联分析技术，基于多目标决策的应急策略动态推演，融合信息智能分析及事故演化分析的多源多维灾情数据，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；
三维渲染展示，根据可视化渲染器架构设计将所述预案部署模块中消防设施与石油化工企业建筑结构进行三维渲染与展示；
数字化预案演练，将所述预案部署模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看演练过程。
9.根据权利要求8所述的石油化工企业三维数字化预案制作方法，其特征在于，所述三维渲染展示步骤包括：
封装渲染目标，封装创建渲染目标方法的程序，对渲染物体动态切换采用WebGL渲染目标或WebGL多重采样渲染目标方法；
封装设置深度，对渲染目标设置深度方法来创建深度贴图和深度缓冲对象，对方案图使用WebGL多重采样渲染目标方法；
物体级通道设置，用于将渲染目标处理后进行物体级通道设置，完成渲染目标的渲染过程。
10.根据权利要求9所述的石油化工企业三维数字化预案制作方法，其特征在于，所述物体级通道设置步骤包括：
通过设置方案图策略来修改方案物体的材质；
获取方案图渲染目标；
设置方案图当前渲染策略；
绑定方案图目标缓冲区；
清除颜色和模板；
禁止渲染列表更新；
提供方案图物体级通道；
重新开启渲染列表更新；
重置为three.js默认渲染策略。
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2020
- 2020-07-13 CN CN202010667577.3A patent/CN111815787B/zh active Active
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