CN112331009A - 一种虚拟现实环境下的气象站系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种虚拟现实环境下的气象站系统，属于虚拟现实技术领域。本申请包括：3D虚拟现实模块，用于在虚拟现实环境下，通过3D建模创建气象站的相关场景，以依托既有天气数据，对气象站相关业务进行虚拟现实模拟。通过本申请，在一站式虚拟现实的沉浸体验服务中，可实现提供气象科普、气象预报、气象模拟、气象站设备使用培训等相应的项目内容供用户学习，进而实现提升科普、实训等的效果效率，以及降低模拟训练和教学的成本。

Description

一种虚拟现实环境下的气象站系统
技术领域
本申请属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实环境下的气象站系统。
背景技术
相关技术中，气象站能够进行气象监测，预报天气，同时，气象站还提供气象业务实训、科普等内容。在气象实训或者科普中，受限于当时现场的天气，无法全面针对各种天气进行实训或者科普。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种虚拟现实环境下的气象站系统，旨在通过气象站虚拟现实的沉浸式体验，来提升科普、实训等的效果效率，以及降低模拟训练和教学的成本。
为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：
本申请提供一种虚拟现实环境下的气象站系统，包括：
3D虚拟现实模块，用于在虚拟现实环境下，通过3D建模创建气象站的相关场景，以依托既有天气数据，对气象站相关业务进行虚拟现实模拟。
进一步地，所述气象站系统还包括：
云天演变模块，用于在用户室外VR漫游时，根据已有天气数据模拟天空中云与天气状况的变化；
时间流逝设置模块，用于根据用户选择的时间流逝速度，配置模拟出的云与天气状况的变化速度。
进一步地，所述气象站系统还包括：
角色模块，用于为所述气象站系统提供如下参与角色：未注册游客、已注册游客、学员用户和管理员，其中，各个角色具有各自对应的操作权限。
进一步地，所述相关场景包括：气象院、观测场、第一业务楼和第二业务楼，其中，
所述气象院用于用户以第一人称视角VR漫游，用户VR漫游时气象变化根据系统时间自动设置；
所述观测场包括有气象观测的各种设施设备；
所述第一业务楼包括：
工作学习区，设置有多个工位，每工位配备有至少两台计算机，其中一个工位配置的至少两台计算机中包括有学习计算机和工作计算机，所述学习计算机模块用于根据登录用户的角色配置相应的多个功能项，以供登录用户通过VR 对相应的多个功能项进行操作；
监控区，配置有显示气象雷达画面的监控大屏幕；以及
会商区；
所述第二业务楼包括：气象站的其他业务的虚拟现实设施。
进一步地，当用户为学员用户或者已注册游客时，登录后使用所述学习计算机，所述学习计算机提供四个功能项；其中，学员用户和已注册游客两者均有的有三个，具体为：虚拟体验、知识学习和在线答题；对于第四个功能项，对应学员用户的是：实训考核，而对应已注册游客的是：模拟值班。
进一步地，在学员用户或者已注册游客使用虚拟体验时，系统切换进入云端气象站，配置有模拟极端天气的多种VR全景资源供用户选择体验。
进一步地，在学员用户或者已注册游客使用知识学习时，系统切换进入知识学习库，配置有多种气象相关学习资料供用户选择查看；
在学员用户或者已注册游客使用在线答题时，系统配置有如下功能：在线答题、成绩查询、历史统计和错误解析。
进一步地，在学员用户使用实训考核时，系统在故障维护和人工观测业务填报两类实训项目中随机选出一种，并切换至相应的预置虚拟现实场景，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行虚拟现实实训操作；同时，系统对用户实训操作进行考核评分。
进一步地，在已注册游客使用模拟值班时，系统切换至人工观测业务填报项目，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行人工观测业务填报虚拟现实操作；但系统不对用户人工观测业务填报操作进行考核评分。
进一步地，在学员用户使用实训考核时，或者，在已注册游客使用模拟值班时，系统配置预置虚拟现实场景中的天气效果进行独立演化，不影响系统正常天气数据序列，且结束后恢复正常天气数据序列。
本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
本申请提供虚拟现实环境下的气象站系统，在一站式虚拟现实的沉浸体验服务中，可实现提供气象科普、气象预报、气象模拟、气象站设备使用培训等相应的项目内容供用户学习，进而来提升科普、实训等的效果效率，以及降低模拟训练和教学的成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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仅是本申请的一些实施例，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是根据一示例性实施例示出的一种虚拟现实环境下的气象站系统的框图结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的第一业务楼的平面结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的工作学习区的虚拟现实示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的用户管理的功能示意图；
图5是图4中各功能的描述说明图；
图6是根据一示例性实施例示出的知识学习库流程图；
图7是图6中各功能的描述说明图；
图8是根据一示例性实施例示出的试题库流程图；
图9是根据一示例性实施例示出的云端气象站的示意图；
图10是根据一示例性实施例示出的知识学习的示意图；
图11是根据一示例性实施例示出的故障维护虚拟现实场景的示意图；
图12是根据一示例性实施例示出的设备维护成功的示意图；
图13是根据一示例性实施例示出的场站设备相对位置示意图；
图14是根据一示例性实施例示出的工作计算机的界面示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种虚拟现实环境下的气象站系统的框图结构示意图，如图1所示，该虚拟现实环境下的气象站系统1 包括：
3D虚拟现实模块11，用于在虚拟现实环境下，通过3D建模创建气象站的相关场景，以依托既有天气数据，对气象站相关业务进行虚拟现实模拟。
具体的，相比于现实气象站实训、科普等中，受限于当时现场的天气，无法全面针对各种天气进行实训、科普。通过本申请上述方案，构建出虚拟现实环境下的3D建模气象站的相关场景，依托既有天气数据，对气象站相关业务进行虚拟现实模拟，在一站式虚拟现实的沉浸体验服务中，提供相应的内容供用户学习，比如，可实现提供气象科普、气象预报、气象模拟、气象站设备使用培训等相应的项目内容供用户学习，以在虚拟现实中不再受限于客观现场天气，摆脱时空限制，在气象虚拟现实实训中，可营造出各种气象情况，比如，沙尘暴、暴雨、大雪等依次交替出现。进而通过本申请，有助于提升科普实训等的效果效率，以及降低模拟训练和教学的成本。
在一个实施例中，所述气象站系统还包括：
云天演变模块12，用于在用户室外VR漫游时，根据已有天气数据模拟天空中云与天气状况的变化；
时间流逝设置模块13，用于根据用户选择的时间流逝速度，配置模拟出的云与天气状况的变化速度。
具体的，根据已有天气数据模拟天空中云的变化与天气状况，比如可以模拟29种云，理论上不低于25种天气状况。室外VR漫游观览时，可以选择时间流逝速度，比如，有两种时间流逝速度可供选择：1:1的正常模式，或者，30 秒/日的加速模式。通过时间流逝速度的选择，用户室外VR漫游观览时，更能够增加对天气变化的沉浸体验。
在一个实施例中，所述相关场景包括：气象院、观测场、第一业务楼和第二业务楼，其中，
所述气象院用于用户以第一人称视角VR漫游，用户VR漫游时气象变化根据系统时间自动设置；
所述观测场包括有气象观测的各种设施设备；
所述第一业务楼包括(请参阅图2，图2是根据一示例性实施例示出的第一业务楼的平面结构示意图)：
工作学习区(请进一步参阅图3，图3是根据一示例性实施例示出的工作学习区的虚拟现实示意图)，设置有多个工位，每工位配备有至少两台计算机，其中一个工位配置的至少两台计算机中包括有学习计算机和工作计算机，所述学习计算机模块用于根据登录用户的角色配置相应的多个功能项，以供登录用户通过VR对相应的多个功能项进行操作；
监控区，配置有显示气象雷达画面的监控大屏幕，监控大屏无交互，设有 8块屏幕，6块显示合成个画面显示雷达图，与雷达显示同步。右上角显示ISOS 系统画面，默认页面为A。右下角页面显示MICAPS系统，与MICAPS系统显示同步；以及
会商区；
所述第二业务楼包括：气象站的其他业务的虚拟现实设施。
具体的，对于观测场包括有气象观测的各种设施设备，请参阅下表：
降水现象仪 能见度仪 风塔 雪深传感器
人工雨量筒 激光云高仪 温湿度传感器 称重雨量传感器
翻斗雨量传感器 闪电定位仪 大型蒸发皿 蒸发传感器
地面和浅层地温 日照计 深层地温与冻土 辐射计
电线积冰架 综合集成硬件控制器 主采集器 配电箱
中心标志
在一个实施例中，所述气象站系统还包括：
角色模块14，用于为所述气象站系统提供如下参与角色：未注册游客、已注册游客、学员用户和管理员，其中，各个角色具有各自对应的操作权限。
具体的，针对气象院、第一业务楼、第二业务楼、观测场各场景，各角色具有如下权限：
未注册游客访问区域权限：
1.气象院(第一人称视角VR漫游，四季气象变化根据系统日期设置)
2.第一业务楼(只能VR漫游参观业务平面)
3.第二业务楼
4.观测场(台站科普体验——气象观测设备的语音介绍)
已注册游客访问区域权限：
1.气象院(第一人称VR漫游，四季气象变化根据系统日期设置)
2.第一业务楼(可进行科普体验)
3.第二业务楼
4.观测场(台站科普体验——气象观测设备的语音介绍)
学员用户访问区域权限：
1.气象院(第一人称VR漫游，四季气象变化根据系统日期设置)
2.第一业务楼(可使用所有模块功能)
3.第二业务楼
4.观测场(可使用所有模块功能)
管理员用户权限：
使用软件后台管理系统，管理系统的模块功能。
Web端的管理员后台系统，可对云端气象站(PC端)进行系统设置、用户管理、实训管理以及气象资料的管理(查看、上传、重命名、删除)，其中，用户管理功能请参照图4和图5，图4是根据一示例性实施例示出的用户管理的功能示意图，图5是图4中各功能的描述说明图。其中，气象资料的管理请参照图6、图7和图8，图6是根据一示例性实施例示出的知识学习库流程图，图7是图6中各功能的描述说明图，图8是根据一示例性实施例示出的试题库流程图。
对于虚拟现实环境下的气象站系统1的登录设置，可以有如下方式：
Figure RE-GDA0002817293900000071
登录后显示以下链接：系统首页，实训模式，值班模式，工具栏。其中，系统首页：包含各场景的链接，点击可进入相应场景。工具栏：可以快速跳转到观测场、气象站外景、业务楼1楼、业务楼2楼、业务楼顶等。对于虚拟观测场，用户可以漫游到观测场，非登录用户只有仪器语音说明、文字介绍。非实训模式下无法与设备进一步交互。
对于学习计算机，提供相应的项目内容供用户学习，请参阅图3，未登录用户在此处需提示登录，用户登陆后可使用该模块。该模块主要是服务于游客或学员对极端天气的虚拟体验，知识、业务的学习及练习内容。在一个实施例中，当用户为学员用户或者已注册游客时，登录后使用所述学习计算机，所述学习计算机提供四个功能项；其中，学员用户和已注册游客两者均有的有三个，具体为：虚拟体验、知识学习和在线答题；对于第四个功能项，对应学员用户的是：实训考核，而对应已注册游客的是：模拟值班。
在一个实施例中，在学员用户或者已注册游客使用虚拟体验时，系统切换进入云端气象站，配置有模拟极端天气的多种VR全景资源供用户选择体验。
具体的，请参阅图9，图9是根据一示例性实施例示出的云端气象站的示意图，在云端气象站中，可播放系统内置模拟极端天气的资料，采用内置VR 全景资源，可播放如雷暴、大风等不少于6种天气资料，起到体验极端天气的科普作用。
在一个实施例中，在学员用户或者已注册游客使用知识学习时，系统切换进入知识学习库，配置有多种气象相关学习资料供用户选择查看。
具体的，请参阅图10，图10是根据一示例性实施例示出的知识学习的示意图，登陆后用户可在系统内查看一些内容介绍，可以以PDF文件的形式展现，在系统内可打开查看。
在学员用户或者已注册游客使用在线答题时，系统配置有如下功能：在线答题、成绩查询、历史统计和错误解析。
具体的，用于可在系统内完成在线答题考试，试题由单选题，多选题，判断题构成；试题内容由教师后台上传、教师后台添加规则后由后台系统随机配置。历史统计可展示当前账号历史答题成绩)，错误解析——点击提交之后，显示答题正误信息，并提示正确答案。
在一个实施例中，在学员用户使用实训考核时，系统在故障维护和人工观测业务填报两类实训项目中随机选出一种，并切换至相应的预置虚拟现实场景，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行虚拟现实实训操作；同时，系统对用户实训操作进行考核评分。
具体的，实际应用中，实训开启与关闭状态由管理员在后台开启，未开启时无法进入。对于故障维护和人工观测业务填报两类实训项目，具体内容可见下表：
Figure RE-GDA0002817293900000081
Figure RE-GDA0002817293900000091
用户点击开始实训后，以随机选择的是故障维护为例，场景切换至观测场门口，显示系统提示信息，请参阅图11，图11是根据一示例性实施例示出的故障维护虚拟现实场景的示意图，根据图11中示出的系统提示信息，用户可身体移动，或者使用手柄进行移动和与场站设备的虚拟现实交互。成功维护设备之后会提示设备数据已恢复正常(请参阅图12，图12是根据一示例性实施例示出的设备维护成功的示意图)。请参阅图13，图13是根据一示例性实施例示出的场站设备相对位置示意图，在用户维护成功某个设备后，可通过在图13 中选择下一个目标点快速移动至相应的下一个设备位置，然后继续进行设备的虚拟显示维护实训操作。
在一个实施例中，在已注册游客使用模拟值班时，系统切换至人工观测业务填报项目，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行人工观测业务填报虚拟现实操作；但系统不对用户人工观测业务填报操作进行考核评分。
具体的，“模拟值班”与“实训考核”部分的区别：模拟值班内仅为人工观测项目，无故障排除内容。模拟值班内无评分内容，结束后以“值班结束页面”代替“考核评分页面”。人工观察业务项目由系统随机派发，完成全部流程后，该用户将会在系统内获得认证成功提示，并在业务平面处显示该用户名称。
在一个实施例中，在学员用户使用实训考核时，或者，在已注册游客使用模拟值班时，系统配置预置虚拟现实场景中的天气效果进行独立演化，不影响系统正常天气数据序列，且结束后恢复正常天气数据序列。
具体的，通过上述实施例方案可实现，用户在切入进入实训考核或者模拟值班时，系统针对用户的虚拟场景，进行独立的天气效果演化，使该用户进入专用的天气演变场景。该针对用户进行独立的天气效果演化不影响系统的正常天气数据序列，即不会对其他用户的虚拟显示场景产生影响，在该用户虚拟显示实训考核或者模拟值班结束后，用户的虚拟现实天气效果演变恢复到正常的天气数据序列中。
对于工作计算机，请参阅图14，图14是根据一示例性实施例示出的工作计算机的界面示意图，点击工作计算机后，未登录用户在此处需提示登录，用户登陆后可使用该模块。ISOS系统，MODS系统，产品加工系统和ASOM系统与工位处功能一致，模拟领导工位可查看其他业务系统页面环节。通过图14可知，在工作计算机中也可以链接有实训考核和模拟值班，以实现在工作计算机界面上也能完成实训考核和模拟值班内容。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。
应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种虚拟现实环境下的气象站系统，其特征在于，包括：
3D虚拟现实模块，用于在虚拟现实环境下，通过3D建模创建气象站的相关场景，以依托既有天气数据，对气象站相关业务进行虚拟现实模拟。
2.根据权利要求1所述的气象站系统，其特征在于，所述气象站系统还包括：
云天演变模块，用于在用户室外VR漫游时，根据已有天气数据模拟天空中云与天气状况的变化；
时间流逝设置模块，用于根据用户选择的时间流逝速度，配置模拟出的云与天气状况的变化速度。
3.根据权利要求1所述的气象站系统，其特征在于，所述气象站系统还包括：
角色模块，用于为所述气象站系统提供如下参与角色：未注册游客、已注册游客、学员用户和管理员，其中，各个角色具有各自对应的操作权限。
4.根据权利要求3所述的气象站系统，其特征在于，所述相关场景包括：气象院、观测场、第一业务楼和第二业务楼，其中，
所述气象院用于用户以第一人称视角VR漫游，用户VR漫游时气象变化根据系统时间自动设置；
所述观测场包括有气象观测的各种设施设备；
所述第一业务楼包括：
工作学习区，设置有多个工位，每工位配备有至少两台计算机，其中一个工位配置的至少两台计算机中包括有学习计算机和工作计算机，所述学习计算机模块用于根据登录用户的角色配置相应的多个功能项，以供登录用户通过VR对相应的多个功能项进行操作；
监控区，配置有显示气象雷达画面的监控大屏幕；以及
会商区；
所述第二业务楼包括：气象站的其他业务的虚拟现实设施。
5.根据权利要求4所述的气象站系统，其特征在于，当用户为学员用户或者已注册游客时，登录后使用所述学习计算机，所述学习计算机提供四个功能项；其中，学员用户和已注册游客两者均有的有三个，具体为：虚拟体验、知识学习和在线答题；对于第四个功能项，对应学员用户的是：实训考核，而对应已注册游客的是：模拟值班。
6.根据权利要求5所述的气象站系统，其特征在于，在学员用户或者已注册游客使用虚拟体验时，系统切换进入云端气象站，配置有模拟极端天气的多种VR全景资源供用户选择体验。
7.根据权利要求5所述的气象站系统，其特征在于，在学员用户或者已注册游客使用知识学习时，系统切换进入知识学习库，配置有多种气象相关学习资料供用户选择查看；
在学员用户或者已注册游客使用在线答题时，系统配置有如下功能：在线答题、成绩查询、历史统计和错误解析。
8.根据权利要求5所述的气象站系统，其特征在于，在学员用户使用实训考核时，系统在故障维护和人工观测业务填报两类实训项目中随机选出一种，并切换至相应的预置虚拟现实场景，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行虚拟现实实训操作；同时，系统对用户实训操作进行考核评分。
9.根据权利要求5所述的气象站系统，其特征在于，在已注册游客使用模拟值班时，系统切换至人工观测业务填报项目，以供学员用户在预置虚拟现实场景中进行人工观测业务填报虚拟现实操作；但系统不对用户人工观测业务填报操作进行考核评分。
10.根据权利要求8或9所述的气象站系统，其特征在于，在学员用户使用实训考核时，或者，在已注册游客使用模拟值班时，系统配置预置虚拟现实场景中的天气效果进行独立演化，不影响系统正常天气数据序列，且结束后恢复正常天气数据序列。
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