CN113254440A - 自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，通过三维建模与地形建模建立虚拟仿真场景库与三维模型库，根据实训要素建立实训编码表格，利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表生成包含完整课程方案的实训课程文件。本发明所生成的课程方案的实训对象、车型、场景、内容均是用户定义生成，具有较高的灵活性和扩展性，实现用户对虚拟仿真实训课程的自定义编辑操作；有助于用户对实训流程进行沉浸式模拟。

Description

自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法
技术领域
本发明涉及模拟训练技术领域，尤其涉及自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法。
背景技术
虚拟仿真实训教学系统在研究上已经有了很大进步，但是依然存在以下三个问题：其一是故障应急处置方案内容过于繁琐复杂，缺乏一个条理性的归类与梳理，导致虚拟仿真系统使用灵活性不足；其二是模型、信息等素材库之间关联性不足，导致系统使用效率低；其三是虚拟仿真实训课程一旦生成，则逻辑与模型固定，而动车组的故障应急处置方案内容会随着经验的累计不断的优化与变动，因此传统的虚拟仿真系统设计思路不能进行有针对性的实时修改更新，导致培训效果不理想。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，包括：
对所分类的最小细粒度单元进行重组，建立交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表；
交流信息表，包括用于交流信息操作的最小细粒度单元；
动作交互表，包括用于进行实际操作的最小细粒度单元；
虚拟动画表，包括用于通过动画形式展现的最小细粒度单元；
扩展表，用于对不同的实训对象设定的最小细粒度单元板块；
系统通过三维建模与地形建模建立虚拟仿真场景库与三维模型库，根据实训要素建立实训编码表格，利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表生成包含完整课程方案的实训课程文件；课程方案内容基于最小细粒度划分机制进行归纳与分类；
通过函数调用实训课程的载入界面，进行状态初始化；
用户选择实训要素，系统根据实训要素的组合，通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，系统将三维模型库中对应的三维模型加载到实训课程中；
用户进入实训课程，系统读取实训课程文件中的流程，进行虚拟仿真实训；
用户进入实训操作流程，系统利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表中的编码确认用户的操作；
系统将用户操作的索引值通过事件分发机制将类的实例发送给基类，判断事件分发过来的操作值与实训课程文件中的索引值是否一致，如果一致，则该项流程操作正确，如果不一致，则该项流程操作失败，重新操作至操作正确。
进一步的，所述交流信息表包括编号A、信息发出者、信息接受者、索引值A、操作标识、任务标识、信息回应标识、对话内容，用于交流信息操作。
进一步的，所述动作交互表包括交互信息表与交互内容表；交互信息表包括编号B、父对象ID、索引值B、物体名称、实体类型ID；交互内容表包括编号C、实体名称、交互数量、交互状态、动画数量与动画内容；父对象ID与索引值用于唯一确定一个交互实体；实体类型ID与编号C用于作为两个表格的联结标识；动画数量与动画内容用于联结虚拟动画表；虚拟动画表包括编号D、动画名称、操作者标识、索引值D；扩展表根据不同的实训对象包含不同的管理内容。
进一步的，所述实训要素包括实训对象、实训场景与实训内容；实训对象包括实训人员身份信息与实训车型；实训场景包括一级检修车间、二级检修车间、动车车厢内部、动车服役场景；实训内容包括实训课程、实训考核。
进一步的，所述通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，包括：获得编码的索引值后，系统自动获取相同索引值的其余内容，包含实训对象头像颜色以及实训对象的物体名称。
进一步的，所述进行状态初始化包括：确认人物位置、车门开闭合状态、按钮状态位于初始值。
本发明的有益效果在于：本发明通过三维建模与地形建模技术建立了虚拟仿真场景库与各种型号的动车三维模型，对所有的虚拟仿真场景与车辆三维模型进行表格编码管理，通过获取索引值的方式对课程方案进行选择与确定，最终形成一个完整的文件，该文件所生成的课程方案的实训对象、车型、场景、内容均是用户定义生成，具有较高的灵活性和扩展性，实现用户对虚拟仿真实训课程的自定义编辑操作；有助于用户对实训流程进行沉浸式模拟。
附图说明
图1是本发明自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法的流程图；
图2是交流信息表的示意图；
图3是交流信息表；
图4是动作交互表的示意图；
图5是交互信息表；
图6是交互内容表；
图7是虚拟动画表的示意图；
图8是虚拟动画表；
图9是自定义编辑课程虚拟仿真系统的框架图；
图10是实训对象表；
图11是实训车型表；
图12是实训场景表；
图13是虚拟仿真演练的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明针对大量复杂动车组故障应急处置方案内容，进行较高灵活性的虚拟仿真，并实现对实训考核内容的自定义编辑，有效应对动态实时更新的作业指导书和应急处置手册等工作要求，提供自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，包括：
对所分类的最小细粒度单元进行重组，建立交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表；
交流信息表，包括用于交流信息操作的最小细粒度单元；
动作交互表，包括用于进行实际操作的最小细粒度单元；
虚拟动画表，包括用于通过动画形式展现的最小细粒度单元；
扩展表，针对不同的实训对象所设定的最小细粒度单元板块；
系统通过三维建模与地形建模建立虚拟仿真场景库与三维模型库，根据实训要素建立实训编码表格，利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表生成包含完整课程方案的实训课程文件；课程方案内容基于最小细粒度划分机制进行归纳与分类；
通过函数调用实训课程的载入界面，进行状态初始化；
用户选择实训要素，系统根据实训要素的组合，通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，系统将三维模型库中对应的三维模型加载到实训课程中；
用户进入实训课程，系统读取Json文件中的流程，进行虚拟仿真实训；
用户进入实训操作流程，系统利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表中的编码确认用户的操作；
系统将用户操作的索引值通过事件分发机制将类的实例发送给基类，判断事件分发过来的操作值与Json文件中的索引值是否一致，如果一致，则该项流程操作正确，如果不一致，则该项流程操作失败，重新操作至操作正确。
进一步的，所述交流信息表包括编号A、信息发出者、信息接受者、索引值、操作标识、任务标识、信息回应标识、对话内容，用于交流信息操作。
进一步的，所述动作交互表包括交互信息表与交互内容表；交互信息表包括编号B、父对象ID、索引值、物体名称、实体类型ID；交互内容表包括编号C、实体名称、交互数量、交互状态、动画数量与动画内容；父对象ID与索引值用于唯一确定一个交互实体；实体类型ID与编号C用于作为两个表格的联结标识；虚拟动画表包括动画信息、操作者标识、索引值；扩展表根据不同的实训对象包含不同的管理内容，以动车组司机作为实训对象举例，该扩展表内容可以为MON屏界面管理，用于列车的故障查看、制动试验等操作，包括编号E、模式信息、操作内容。
进一步的，所述实训要素包括实训对象、实训场景与实训内容；实训对象包括实训人员身份信息与实训车型；实训场景包括一级检修车间、二级检修车间、动车车厢内部、动车服役场景；实训内容包括实训课程、实训课程演练与实训考核。
进一步的，所述通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，包括：获得编码的索引值后，系统自动获取相同索引值的其余内容，包含实训对象头像颜色以及实训对象的物体名称。
进一步的，所述进行状态初始化包括：确认人物位置、车门开闭合状态、按钮状态位于初始值。
本发明采用基于最小细粒度单元划分机制的归纳与分类，获取最底层最简单的交互操作，进而进行重组，进行自定义课程的编辑。如动车组故障应急处置方案进行细粒度划分，拆分到无法再继续拆分的一个交互单元，即为最小细粒度单元。将最小细粒度单元进行归纳与分类，包括交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表，为自定义编辑课程与系统虚拟仿真灵活性与扩展性的实现提供基础。
交流信息表：包括用于描述动车组故障应急处置方案中需要进行沟通、指挥等交流信息操作的最小细粒度单元；
如附图2所示，交流信息表包含SpeakID、ListenerID、Index、OperationId、TaskID、ReplyDialogId、Content，分别对应的含义是信息发出者、信息接受者、索引值、操作标识、任务标识、信息回应标识、信息内容；操作标识与任务标识能够确认信息发出者的操作目的，例如在不同的实训课程里均有停车的操作，但是停车的目的各不相同，通过两种属性可以唯一确认具体的停车缘由，准确指向唯一的最小细粒度单元，主要用于虚拟仿真实训课程演练过程。
如附图3所示，通过交流信息表中所列举的两条流程内容进行举例，该表中信息发出者、信息接受者与实训对象表相互关联，通过查表可知“SpeakID＝0”为系统提示，“ListenerID＝5”为随车机械师，因此表格中第一条流程所表示的最小细粒度单元内容是：系统提示随车机械师调度命令已下达。
动作交互表：包括用于描述动车组故障应急处置方案中需要进行实际操作的最小细粒度单元；
如附图4所示，动作交互表具体通过交互信息表与交互内容表两个表格来描述最小细粒度单元；交互信息表用于确认交互物体的具体方位信息，包含ParentId(编号)、Index(索引)、Name(物体名称)、EntityTypeI(实体类型)四个信息，通过编号与索引可以唯一确定一个交互实体，并且该属性编码遵循子父类关系。
如附图5所示，交互信息表表格内容如下，以一个实例进行说明，动车组01号车厢ID为“ParentId＝1”+“Index＝01”＝101；动车组01号配电盘的ID为“ParentId＝101”+“Index＝05”＝10105；而动车组01号配电盘的联解分控开关ID为“ParentId＝10105”+“Index＝40”＝1010540。子父类的编码命名能够更加灵活方便的表示出最小细粒度单元，并且通过编码能够获得该单元所处的位置含义，避免了根据传统的顺序编码记录，则所有的单元编码会非常的冗长且缺乏可读性与规律性。
如附图6所示，交互内容表主要作用是明确所交互的内容，通过交互信息表的操作值内容能够在已确定的交互实体中查看交互内容，并且该属性编码同样遵循子父类关系。以联解分控开关进行实例说明，根据交互信息表中对应的操作值进入到EntityType(实体类型)中，联解分控EntityTypeId(实体类型值)＝1，在交互内容表属性编码为1的内容里，可以确认联解分控属于空气开关，操作交互的状态有两种，分别是断开和闭合，并且没有动画内容。
通过上述这种分表处理并且结合子父类命名的方式，能够以一种较为简洁明了的数据表格非常灵活的描述一个配电盘内的大量交互实体，实现复用操作。对于配电柜中所包含的大量空气开关操作，如果每一个操作均处理一行表格，那么最终的表格比较复杂且不易管理。
如附图7、8所示，虚拟动画表包括动车组故障应急处置方案中非当前角色操作的任务但方案中不可缺少通过动画形式所展现的最小细粒度单元。例如用于场景开头播放一个动车正常运行到故障停车的过渡动画，动车进行滚动测试的效果动画。如图二所示，主要包含AnimationName、AcrorId、Index，分别对应动画信息、操作者标识、索引值，通过操作者标识与索引值可以唯一确认最小细粒度单元。
扩展表：通过交流信息表、动作交互表、虚拟动画表已经能够完整的描述大量最小细粒度单元的事件，而扩展表是针对角色工作需要处理特定设备的一些交互事件进行细粒度划分，以随车机械师举例，该表格可以进行MON屏界面的管理。
根据需求不断的进行调整和更改实训课程，利用自定义编辑课程且实时传输到客户端进行实训培训。
如附图9所示自定义编辑课程虚拟仿真系统的框架图，本发明系统具备高度扩展性，利用自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法构建面向动车司机的自定义虚拟仿真实训方案过程如下：
步骤1：实训对象中选择编码1，系统自动获取到实训对象表格中编号为1的其余内容，如包含实训对象头像颜色以及实训对象的所对应的物体名称。
步骤2：实训车型中选择复兴号动车组CR400AF，因此选中编码5，系统会将模型库中所对应的动车组三维模型加载实训课程中；
步骤3：针对动车司机的工作环境，实训场景选择动车车厢内部，因此选中编码3，系统会根据上述三个选择条件，形成一个人物、车型与场景唯一确认的方案；
步骤4：根据动车司机所需要进行实训的方案内容基于本发明的最小细粒度划分机制进行归纳与分类，然后按照方案流程顺序形成一份完整的方案，系统会将所有的流程信息写入系统进程监控文件夹中，用户在实训仿真系统中针对所创建的自定义课程进行实训课程演练。实训课程的自定义方案如：面向随车机械师的自定义虚拟仿真实训方案、面向动车司机的自定义虚拟仿真实训方案、面向乘务人员的自定义虚拟仿真实训方案、面向检修人员的自定义虚拟仿真实训方案、棉面向列车长的自定义虚拟仿真实训方案。
如附图10所示实训对象表，附图11所示实训车型表，附图12所示实训场景表。
如附图13所示，本发明具体的课程实训流程如下：
通过OnEnter函数调用实训课程的载入界面，然后进行状态初始化，主要确认的状态是人物位置、车门状态、按钮状态，例如：设置动车司机初始位置、随车机械师初始位置、动车每一节车厢车门的开闭合状态、按钮默认状态；
调用函数对实训模式进行选择与判断，实训模式包含考核模式、训练模式、学习模式三种；
根据实训模式生成实例，调用类的初始化函数进行实训课程的选择；课程列表包含整个系统所有实训的课程，例如升弓或网压异常课程、总管路漏风课程；
通过模式与课程的选择，确认当前用户需要进行实训的名称与编号信息，例如考核模式的第二课应急升弓课程；
根据确认的实训课程信息，生成对应的实训课程Json文件，里面包含由最小细粒度单元组成的完整案例；
当Json文件确认后，执行更新函数判断，且更新函数在每一帧都会被系统调用对考题进展进行判断；根据用户在界面上是否点击开始仿真按钮判断用户是否开始进入课程仿真；
读取Json文件中的实训流程，进行虚拟仿真实训；
针对文件中编写的交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表确认用户的操作，例如用户将配电盘2中联解控制按钮操作为闭合状态，根据动作交互表所对应的编号，则为“配电盘2＝10105”+“联解控制＝40”+“闭合操作＝01”＝101054001；
用户执行一个流程后，系统会将用户操作的索引值index通过事件分发机制将OperationData操作类的实例发送给Simlationbase基类；
通过调用当前实训流程的判断函数判断事件分发过来的操作指令与Json文件中的索引是否一致，如果一致，则视为该项流程操作正确，如果不一致，则视为该项流程操作失败，重新操作至操作正确；
每执行完成一个流程后确认当前流程是否为最后一个流程，如果不是，则返回继续执行下一个流程；如果是，则结束课程实训。
本发明通过三维建模与地形建模技术建立了虚拟仿真场景库与各种型号的动车三维模型，对所有的虚拟仿真场景与车辆三维模型进行表格编码管理，通过获取索引值的方式对课程方案进行选择与确定，最终形成一个完整的文件，该文件所生成的课程方案的实训对象、车型、场景、内容均是用户定义生成，具有较高的灵活性和扩展性，实现用户对虚拟仿真实训课程的自定义编辑操作；有助于用户对实训流程进行沉浸式模拟。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，包括
对所分类的最小细粒度单元进行重组，建立交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表；
交流信息表，包括用于交流信息操作的最小细粒度单元；
动作交互表，包括用于进行实际操作的最小细粒度单元；
虚拟动画表，包括用于通过动画形式展现的最小细粒度单元；
扩展表，用于对不同的实训对象设定的最小细粒度单元板块；
系统通过三维建模与地形建模建立虚拟仿真场景库与三维模型库，根据实训要素建立实训编码表格，利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表生成包含完整课程方案的实训课程文件；课程方案内容基于最小细粒度划分机制进行归纳与分类；
通过函数调用实训课程的载入界面，进行状态初始化；
用户选择实训要素，系统根据实训要素的组合，通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，系统将三维模型库中对应的三维模型加载到实训课程中；
用户进入实训课程，系统读取实训课程文件中的流程，进行虚拟仿真实训；
用户进入实训操作流程，系统利用交流信息表、动作交互表、虚拟动画表、扩展表中的编码确认用户的操作；
系统将用户操作的索引值通过事件分发机制将类的实例发送给基类，判断事件分发过来的操作值与实训课程文件中的索引值是否一致，如果一致，则该项流程操作正确，如果不一致，则该项流程操作失败，重新操作至操作正确。
2.根据权利要求1所述自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，所述交流信息表包括编号A、信息发出者、信息接受者、索引值A、操作标识、任务标识、信息回应标识、对话内容，用于交流信息操作。
3.根据权利要求1所述自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，所述动作交互表包括交互信息表与交互内容表；交互信息表包括编号B、父对象ID、索引值B、物体名称、实体类型ID；交互内容表包括编号C、实体名称、交互数量、交互状态、动画数量与动画内容；父对象ID与索引值用于唯一确定一个交互实体；实体类型ID与编号C用于作为两个表格的联结标识；动画数量与动画内容用于联结虚拟动画表；虚拟动画表包括编号D、动画名称、操作者标识、索引值D；扩展表根据不同的实训对象会包含不同的管理内容，以动车组司机作为实训对象举例，该扩展表内容可以为MON屏界面管理，用于列车的故障查看、制动试验等操作，包括编号E、模式信息、操作内容。
4.根据权利要求1所述自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，所述实训要素包括实训对象、实训场景与实训内容；实训对象包括实训人员身份信息与实训车型；实训场景包括一级检修车间、二级检修车间、动车车厢内部、动车服役场景；实训内容包括实训课程、实训课程演练与实训考核。
5.根据权利要求1所述自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，所述通过获取实训要素的编码的索引值选择唯一确定的实训课程，包括：获得编码的索引值后，系统自动获取相同索引值的其余内容，包含实训对象头像颜色以及实训对象的物体名称。
6.根据权利要求1所述自定义编辑课程虚拟仿真系统实现方法，其特征在于，所述进行状态初始化包括：确认人物位置、车门开闭合状态、按钮状态位于初始值。
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