CN113204826A - 一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置 - Google Patents

一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，包括服务系统、孪生数据、物理场景、虚拟场模型，涉及数据孪生技术领域，该数字孪生三维场景视角操作方法及装置，基于UE制作的数字孪生应用中，负责美术及程序的人员不再需要处理应用中的视角和切换路径，只需负责WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，随时修改随时改变，不影响UE4美术及程序的工作，设定后也不需要重新打包，更为便捷，效率更高，并且该方法在UE4程序切换角度的同时可以多个模式的切换，有步行模式、飞行模式、自由模式，相对于以前只能定点角度切换进行观察更有空间的带入感，能让人置身于虚拟空间中感受到空间的切换变化。

Description

一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置
技术领域
本发明涉及数据孪生技术领域，具体为一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置。
背景技术
数字孪生的概念最初由Grieves教授于2003在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上提出，并被定义为三维模型，包括实体产品、虚拟产品以及二者间的连接[16]，但由于当时技术和认知上的局限，数字孪生的概念并没有得到重视。直到2011年，美国空军研究实验室和NA SA合作提出了构建未来飞行器的数字孪生体，并定义数字孪生为一种面向飞行器或系统的高度集成的多物理场、多尺度、多概率的仿真模型，能够利用物理模型、传感器数据和历史数据等反映与该模型对应的实体的功能、实时状态及演变趋势等，随后数字孪生才真正引起关注，一些学者在NASA提出概念的基础上进行了补充和完善，例如Gabor等提出数字孪生还应包含专家知识以实现精准模拟[17]，Rios等认为数字孪生不仅面向飞行器等复杂产品，还应面向更加广泛通用的产品。
三维场景数据孪生的使用前期需要采用UE4进行模式开发，以前UE4的开发模式必须在UE4的场景内设定好视角和切换路径，如果后期想要调整观看视角或切换路径，需要重新设定后需要重新打包，这样操作耗时较长，影响效，这对这个问题，本发明提出一种可以随时修改随时改变，不影响UE4美术及程序的工作，设定后也不需要重新打包的操作方法，并且原先步行、飞行、自由模式在一开始就确定了后期无法随意修改。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字孪生三维场景视角操作装置，包括服务系统、孪生数据、物理场景、虚拟场模型。
优选的，所述服务数据包括数据采集单元、数据分析单元、数据存储单元、射频通信单元、单片机、GIS追踪单元、交互驱动单元。
优选的，所述数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端点连接，所述数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端电连接，所述单片机的输出端分别与GIS追踪单元和交互驱动单元的输入端电连接。
优选的，所述孪生数据的核心为模型和数据，即服务系统、物理场景和虚拟场景的共享驱动，并随着实时数据的产生被不断更新与优化，孪生数据是数字孪生运行的核心驱动。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字孪生三维场景视角操作方法，包括以下步骤：
步骤一：数字化构建，需要实地勘探，对实地场景精测测量考察，获取精准的数据坐标，搭建三维城市地理信息基础服务框架，为数字孪生建设提供高精度可视化的三维空间信息和位置服务；
步骤二：建立三维实景建模、城市智能模型CIM，有效的空间几何模型、拓扑图和语义等特征，来实现精细化的三维几何表达；
步骤三：模型渲染，构建耦合大数据的BIM模型，进行城市开发建设智能辅助决策系统；
步骤四：通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生。
步骤五：通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，调取相应视角。
优选的，所述步骤一种对实地进行勘探，可以通过，无人机航测、激光雷达、倾斜摄影等新一代测绘信息技术方法的发展，可以快速采集制作精细化的城市三维模型和大比例尺地形图。
优选的，所述步骤二、三中，在建设三维实景建模和城市智能模型时，需要构建一个三维球，即具体的空间坐标，然后将模型超图三维插件导入到UE引擎中，导入基础配置和项目设置等启动，然后通过搜索super*插件拖动到场景中创建超图的三维服务。
优选的，所述步骤四中通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生城市建设所需的地上地下，室内室外，虚实一体化的、开放的、鲜活的时空数据资源，数字孪生城市建设需要依托城市大数据技术手段，在深度应用上，基于真实有效、高精度和对象化的城市三维实景环境，对城市大数据进行精准定位、深度挖掘，提高数据信息表现力和价值，满足城市不断发展变化的要求，在广度应用上，数字孪生城市建设关注大数据融合分析和应用，基于多源、海量数据分析，全面、准确地掌握事物特征和发展态势、关键影响因素、发展规律，提高政府科学决策水平，提供个性化、差异化服务，提升解决复杂问题的综合能力。
优选的，所述步骤五WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，其中TCP/IP协议中内置有WEB访问权限。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该数字孪生三维场景视角操作方法及装置，基于UE制作的数字孪生应用中，负责美术及程序的人员不再需要处理应用中的视角和切换路径，只需负责WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，随时修改随时改变，不影响UE4美术及程序的工作，设定后也不需要重新打包，效率更高。
2、该数字孪生三维场景视角操作方法及装置，在UE4程序切换角度的同时可以多个模式的切换，有步行模式、飞行模式、自由模式，相对于以前只能定点角度切换进行观察更有空间的带入感，能让人置身于虚拟空间中感受到空间的切换变化。
附图说明
图1为本发明数字孪生系统模型结构示意图；
图2为本发明服务系统组成结构示意图；
图3为本发明操作流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例：请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，包括服务系统、孪生数据、物理场景、虚拟场模型，根据权利要求1的一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，服务数据包括数据采集单元、数据分析单元、数据存储单元、射频通信单元、单片机、GIS追踪单元、交互驱动单元，根据权利要求2的一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端点连接，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端电连接，单片机的输出端分别与GIS追踪单元和交互驱动单元的输入端电连接，根据权利要求1的一种数字孪生三维场景视角操作方法及装置，孪生数据的核心为模型和数据，即服务系统、物理场景和虚拟场景的共享驱动，并随着实时数据的产生被不断更新与优化，孪生数据是数字孪生运行的核心驱动。
其中，一种数字孪生三维场景视角操作方法，包括以下步骤：
步骤一：数字化构建，需要实地勘探，对实地场景精测测量考察，获取精准的数据坐标，搭建三维城市地理信息基础服务框架，为数字孪生建设提供高精度可视化的三维空间信息和位置服务；
步骤二：建立三维实景建模、城市智能模型CIM，有效的空间几何模型、拓扑图和语义等特征，来实现精细化的三维几何表达；
步骤三：模型渲染，构建耦合大数据的BIM模型，进行城市开发建设智能辅助决策系统；
步骤四：通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生；
步骤五：通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，调取相应视角。
其中，步骤一种对实地进行勘探，可以通过，无人机航测、激光雷达、倾斜摄影等新一代测绘信息技术方法的发展，可以快速采集制作精细化的城市三维模型和大比例尺地形图。
其中，步骤二、三中，在建设三维实景建模和城市智能模型时，需要构建一个三维球，即具体的空间坐标，然后将模型超图三维插件导入到UE引擎中，导入基础配置和项目设置等启动，然后通过搜索super*插件拖动到场景中创建超图的三维服务。
其中，步骤四中通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生城市建设所需的地上地下，室内室外，虚实一体化的、开放的、鲜活的时空数据资源，数字孪生城市建设需要依托城市大数据技术手段，在深度应用上，基于真实有效、高精度和对象化的城市三维实景环境，对城市大数据进行精准定位、深度挖掘，提高数据信息表现力和价值，满足城市不断发展变化的要求，在广度应用上，数字孪生城市建设关注大数据融合分析和应用，基于多源、海量数据分析，全面、准确地掌握事物特征和发展态势、关键影响因素、发展规律，提高政府科学决策水平，提供个性化、差异化服务，提升解决复杂问题的综合能力。
其中，步骤五WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，其中TCP/IP协议中内置有WEB访问权限。
工作原理：步骤一，数字化构建，需要实地勘探，对实地场景精测测量考察，获取精准的数据坐标，搭建三维城市地理信息基础服务框架，为数字孪生建设提供高精度可视化的三维空间信息和位置服务，对实地进行勘探，可以通过，无人机航测、激光雷达、倾斜摄影等新一代测绘信息技术方法的发展，可以快速采集制作精细化的城市三维模型和大比例尺地形图；步骤二，建立三维实景建模、城市智能模型CIM，有效的空间几何模型、拓扑图和语义等特征，来实现精细化的三维几何表达；步骤三，模型渲染，构建耦合大数据的BIM模型，进行城市开发建设智能辅助决策系统，在建设三维实景建模和城市智能模型时，需要构建一个三维球，即具体的空间坐标，然后将模型超图三维插件导入到UE引擎中，导入基础配置和项目设置等启动，然后通过搜索super*插件拖动到场景中创建超图的三维服务；步骤四，通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生，构成数字孪生城市建设所需的地上地下，室内室外，虚实一体化的、开放的、鲜活的时空数据资源，数字孪生城市建设需要依托城市大数据技术手段，在深度应用上，基于真实有效、高精度和对象化的城市三维实景环境，对城市大数据进行精准定位、深度挖掘，提高数据信息表现力和价值，满足城市不断发展变化的要求，在广度应用上，数字孪生城市建设关注大数据融合分析和应用，基于多源、海量数据分析，全面、准确地掌握事物特征和发展态势、关键影响因素、发展规律，提高政府科学决策水平，提供个性化、差异化服务，提升解决复杂问题的综合能力；步骤五，通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，调取相应视角，WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，其中TCP/IP协议中内置有WEB访问权限，通过服务系统中的射频通信单元向孪生数据发送TCP/IP协议,对三维场景内设定好视角和路径进行修改和切换，由于在三维实景建模和智能模型建模时导入了三维球体，通过服务系统中的GIS追踪单元可以追踪到模型中的具体坐标并进行切换，并且在UE4程序切换角度的同时可以多个模式的切换，步行模式、飞行模式、自由模式，相对于以前UE4的开发模式必须在UE4的场景内设定好视角和切换路径，现在可以秒级修改，效率更高。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种数字孪生三维场景视角操作装置，包括服务系统、孪生数据、物理场景、虚拟场模型。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生三维场景视角操作装置，其特征在于：所述服务数据包括数据采集单元、数据分析单元、数据存储单元、射频通信单元、单片机、GIS追踪单元、交互驱动单元。
3.根据权利要求2所述的一种数字孪生三维场景视角操作装置，其特征在于：所述数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端点连接，所述数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端电连接，所述单片机的输出端分别与GIS追踪单元和交互驱动单元的输入端电连接。
4.根据权利要求1所述的一种数字孪生三维场景视角操作装置，其特征在于：所述孪生数据的核心为模型和数据，即服务系统、物理场景和虚拟场景的共享驱动，并随着实时数据的产生被不断更新与优化，孪生数据是数字孪生运行的核心驱动。
5.一种数字孪生三维场景视角操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：数字化构建，需要实地勘探，对实地场景精测测量考察，获取精准的数据坐标，搭建三维城市地理信息基础服务框架，为数字孪生建设提供高精度可视化的三维空间信息和位置服务；
步骤二：建立三维实景建模、城市智能模型CIM，有效的空间几何模型、拓扑图和语义等特征，来实现精细化的三维几何表达；
步骤三：模型渲染，构建耦合大数据的BIM模型，进行城市开发建设智能辅助决策系统；
步骤四：通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生；
步骤五：通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，调取相应视角。
6.根据权利要求5所述的一种数字孪生三维场景视角操作方法，其特征在于：所述步骤一种对实地进行勘探，可以通过，无人机航测、激光雷达、倾斜摄影等新一代测绘信息技术方法的发展，可以快速采集制作精细化的城市三维模型和大比例尺地形图。
7.根据权利要求5所述的一种数字孪生三维场景视角操作方法，其特征在于：所述步骤二、三中，在建设三维实景建模和城市智能模型时，需要构建一个三维球，即具体的空间坐标，然后将模型超图三维插件导入到UE引擎中，导入基础配置和项目设置等启动，然后通过搜索super*插件拖动到场景中创建超图的三维服务。
8.根据权利要求5所述的一种数字孪生三维场景视角操作方法，其特征在于：所述步骤四中通过基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特色扩展数据，构成数字孪生城市建设所需的地上地下，室内室外，虚实一体化的、开放的、鲜活的时空数据资源，数字孪生城市建设需要依托城市大数据技术手段，在深度应用上，基于真实有效、高精度和对象化的城市三维实景环境，对城市大数据进行精准定位、深度挖掘，提高数据信息表现力和价值，满足城市不断发展变化的要求。在广度应用上，数字孪生城市建设关注大数据融合分析和应用，基于多源、海量数据分析，全面、准确地掌握事物特征和发展态势、关键影响因素、发展规律，提高政府科学决策水平，提供个性化、差异化服务，提升解决复杂问题的综合能力。
9.根据权利要求5所述的一种数字孪生三维场景视角操作方法，其特征在于：所述步骤五WEB前端的人员通过TCP/IP协议向UE4传输场景视角的坐标和旋转角度参数，其中TCP/IP协议中内置有WEB访问权限。
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