CN114663573A - 石化三维模型库构建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全工程技术与信息技术领域，提供一种石化三维模型库构建方法和系统。本发明所述的石化三维模型库系统，包括：模型数据库，用于存储构建模型所需的基础数据以及关于模型的属性数据；模型库数据平台，用于从所述模型数据库获取所需的基础数据和/或属性数据以构建相应的模型，并基于所构建的模型形成模型库；模型库编辑平台，用于从所述模型库读取所需的模型，并对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布需求的编辑；以及模型库应用平台，用于将所述模型库编辑平台所编辑的模型发布成对应的模型库应用产品。本发明的石化三维模型库系统能够提高模型的管理效率、复用率及检索速度。

Description

石化三维模型库构建方法和系统

技术领域

本发明涉及安全工程技术与信息技术领域，特别涉及一种石化三维模型库构建方法和系统。

背景技术

随着石油化工(简称石化)行业生产规模的扩大、安全要求的加强、技术等级的不断提高，生产设备设施逐步多而复杂，为满足石化行业生产设备三维数字化管理的需要，进一步挖掘石化行业生产和管理环节中的潜力，提高自动化信息化水平，使信息化建设更好地服务于的安全生产和事故应急工作，建立石化行业设备数字化管理系统成为一种必然需要。而在这一过程中，利用三维模型辅助虚拟仿真技术以实现针对石化行业的设备管理、仿真培训等变得尤为重要。特别地，不断发展的通讯传输技术、三维仿真技术、虚拟现实技术、GIS技术等为三维模型的处理、显示、编辑等提供了理论支撑，使得三维模型成为继图像、声音和视频之后的第4种多媒体数据类型。

但是，在石化企业，目前常见的三维模型管理方式依然是人工管理，这种方法既不利于模型的保存和复用，也不利于已有模型的快速检索，进而影响三维模型的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种石化三维模型库系统及其构建方法，以至少部分地解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种石化三维模型库系统，包括：模型数据库，用于存储构建模型所需的基础数据以及关于模型的属性数据；模型库数据平台，用于从所述模型数据库获取所需的基础数据和/或属性数据以构建相应的模型，并基于所构建的模型形成模型库；模型库编辑平台，用于从所述模型库读取所需的模型，并对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布需求的编辑；以及模型库应用平台，用于将所述模型库编辑平台所编辑的模型发布成对应的模型库应用产品。

进一步的，所述模型数据库包括分别存储所述基础数据和所述属性数据的基础数据库和属性数据库，并且：所述模型库数据平台还用于在模型构建过程中管理模型属性，并对所述属性数据库中的属性数据进行更新；或者所述模型库编辑平台还用于根据所进行的模型编辑对所述属性数据库中的属性数据进行更新。

进一步的，所述模型库数据平台还用于将所形成的模型库配置为从大至小的以下四级层次结构：总库、子库、子库大类和大类子类。

进一步的，所述子库包括装置子库、设备子库、零件子库、管线子库、地形子库、材料子库和HSE专题子库。其中，各个子库之间的相关关系可以包括以下任意一者：所述零件子库中的零件与所述管线子库中的管线能够先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有内部结构的设备模型；或者所述设备子库中的设备与所述管线子库中的管线先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有关联结构的成套装置，且所述成套装置可以作为装置模型存储在装置子库中，并先与所述地形子库的地形地物组建成具有环境要素的虚拟场景，再与所述HSE专题子库中的专题模型组建成专题应用的三维场景。

进一步的，所述HSE专题子库包括针对以下任意一者或多者的子库：监测检验专题、职业卫生专利、环保专题、风险分析专题、事故模拟专题和应急处理专题。

进一步的，所述模型库数据平台还用于根据模型用途将所构建的模型分为基础模型、外观模型和应用模型；其中，所述基础模型包括设备结构模型、零部件模型以及材质模型；其中，所述外观模型包括设备外观位置模型和地形地貌模型；其中，所述应用模型包括装置模型、设备模型与HSE专题模型。

进一步的，所述HSE专题模型包括事故模型，且所述事故模型基于以下步骤生成：分析与事故相关的数学模型，包括以下数学模型中的一者或多者：池火模型、喷射火模型、闪火模型、BLEVE火球模型、蒸气云爆炸模型、凝聚相爆炸模型、物理爆炸模型、高斯烟羽模型、高斯烟团模型；对所述数学模型进行封装；以及对所述封装的模型进行可视化渲染，以获得所述事故模型。

进一步的，所述模型库数据平台配置有属性管理模块，所述属性管理模块用于在模型构建过程中管理模型属性，包括：进行属性编辑，包括创建安全属性并对创建的安全属性进行挂接；以及进行属性查询，包括对模型属性进行三维属性可视化显示处理以便于进行查询浏览。

进一步的，所述模型库编辑平台包括以下用于实现不同类型编辑的模块中的一者或多者：文件管理模块、图层管理模块、模型编辑模块、产品设计模块、模型库检索模块、编程接口模块、数据库配置模块、网络协同配置模块和系统配置模块。

进一步的，所述模型库编辑平台对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布的编辑包括：通过所述文件管理模块导入模型及产品配置信息；通过所述模型编辑模块对所导入的模型进行编辑处理，其中所述编辑处理包括三维空间操作、特征参数建模、属性信息设计和/或模型标准化校验；以及通过所述产品设计模块结合所导入的产品配置信息对经编辑处理后的模型进行适应于模型库应用产品发布的进一步编辑。

进一步的，所述模型编辑模块包括以下模块中的一者或多者：场景加载模块，用于从预先配置的场景数据中加载编辑模型所需的场景数据；天空球设置模块，用于为所编辑的模型设置天空球；地球显示设置模块，用于为所编辑的模型设置带有大气层渲染的地球显示模式；场景元素编辑模块，用于提供针对模型的基础编辑功能、GIS空间分析功能和空间量测功能，所述基础编辑功能包括对模型进行平移、旋转和/或缩放；标注编辑模块，用于提供针对模型的文本编辑功能和图形绘制功能；事件触发操作模块，用于设置模型的触发方式；粒子特效设置模块，用于对模型进行粒子特效设置，其中所述粒子特效包括火、烟和/或水柱；管线建模模块，用于建立管线模型；事故模拟模块，用于实现模型的事故模拟功能；工艺流程控制模块，用于对模型中或模型间的设备之间的工艺流程进行分析、控制和展示；安全属性管控模块，用于对模型进行安全属性管理；以及虚拟人体设置模块，用于对模拟人体与模型对应场景的交互。

进一步的，所述模型库应用平台还用于为所发布的模型库应用产品提供以下功能中的一者或多者：进度条提示功能、导航地图功能、场景漫游功能、空间测量功能和专题应用管理功能。

进一步的，所述模型库应用产品包括以下中的一者或多者：装置三维培训系统、设备三维管理系统、应急预案演练系统、事故灾害模拟系统以及工艺单元仿真系统。

相对于现有技术，本发明所述的石化三维模型库系统具有以下优势：本发明所述的石化三维模型库系统能够提高模型的管理效率、复用率及检索速度，从而实现了“一次建模、多次使用”，进而能够获取适应于不同需求的模型库应用产品，以对石化行业进行设备管理、事故应急、员工培训提供数据和平台支撑。

本发明的另一目的在于提出一种石化三维模型库系统，以至少部分地解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种构建上述的石化三维模型库系统的方法，该方法包括通过从下至上的以下五层架构构建所述石化三维模型库系统：在前处理层，对石化企业涉及的各类模型数据进行预处理和分类，获得构建模型所需的所述基础数据以及关于模型的所述属性数据；在数据层，基于所述基础数据和所述属性数据配置所述模型数据库和所述模型库数据平台；在控制层，用于对所述模型数据库中存储的数据以及所述模型库中存储的模型进行适应于可视化显示的提取及配置；在渲染层，用于对经所述控制层处理后的数据及模型进行可视化渲染；以及在产品应用层，用于对经所述渲染层处理后的数据及模型形成所述模型库编辑平台和所述模型库应用平台。

所述方法与上述石化三维模型库系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一的石化三维模型库系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的模型库的层次结构示意图；

图3是本发明实施例一中模型库子库间的相关关系示意图；

图4是本发明实施例一中基于模型用途划分模型类型的示意图；

图5是本发明实施例一中生成事故模型的流程示意图；

图6是本发明实施例一中进行可视化渲染的流程示意图；

图7是本发明实施例一中的属性管理模块的原理结构示意图；

图8是本发明实施例一中的模型库编辑平台的功能结构示意图；

图9是本发明实施例一中模型库编辑平台对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布的编辑的工作流程示意图；

图10是本发明实施例一中的场景元素编辑模块的功能结构示意图；

图11是本发明实施例一中的标注编辑模块的功能结构示意图；以及

图12是本发明实施例二的构建上述石化三维模型库系统的方法的流程示意图。

附图标记说明：

100、模型数据库；200、模型库数据平台；300、模型库编辑平台；400、模型库应用平台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施方式中所提到的“装置”和“设备”，均是用于描述石化行业涉及的实体，根据石化行业的惯用命名，一般将结构更大的实体称为装置，例如炼油装置，而将结构相对小些的实体称为设备，例如炉类设备，但可以理解，两者可互换进行使用。另外，在本发明的实施方式中所提到的“项目”和“产品”也可互换进行使用。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

实施例一

图1是本发明实施例一的石化三维模型库系统的结构示意图。如图1所示，所述石化三维模型库系统包括：模型数据库100，用于存储构建模型所需的基础数据以及关于模型的属性数据；模型库数据平台200，用于从所述模型数据库100获取所需的基础数据和/或属性数据以构建相应的模型，并基于所构建的模型形成模型库；模型库编辑平台300，用于从所述模型库读取所需的模型，并对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布需求的编辑；以及模型库应用平台400，用于将所述模型库编辑平台300所编辑的模型发布成对应的模型库应用产品。

易知，本发明实施例提供了“一库三平台”式的石化三维模型库系统，四者之间通过数据交互和模型交互，能够提高模型的管理效率、复用率及检索速度，从而实现了“一次建模、多次使用”，进而能够获取适应于不同需求的模型库应用产品，以对石化行业进行设备管理、事故应急、员工培训提供数据和平台支撑。关于本发明实施例“一库三平台”式的石化三维模型库系统还将在下文结合示例具体描述，在此则不再赘述。

下面对“一库三平台”的组成进行具体描述。

一、模型数据库100

如上所述，模型数据库100用于存储构建模型所需的基础数据以及关于模型的属性数据。其中，所述基础数据是指例如建模素材、模型对应的实体的结构参数、场景数据等等建模基本数据，所述属性数据可形成属性数据库，而所述属性数据库用于描述模型对应的设备尺寸、材料、温度、压力、流量等参数。

优选地，所述模型数据库100可以包括分别存储所述基础数据和所述属性数据的基础数据库和属性数据库。其中，所述基础数据库可被配置为使其他平台仅拥有只读的权限，即只能从基础数据库获取数据，而不能更改基础数据库；所述属性数据库则可被配置为使其他平台仅拥有读写的权限，即既能从属性数据库获取数据，又能改写属性数据库。举例而言，所述模型库数据平台200还用于在模型构建过程中管理模型属性(具体的管理方案将结合下文的属性管理模块进行描述)，并对所述属性数据库中的属性数据进行更新；或者所述模型库编辑平台300还用于根据所进行的模型编辑对所述属性数据库中的属性数据进行更新。

二、模型库数据平台200

在示例中，模型库数据平台200可采用B/S架构，模型库管理员可通过网页浏览器实现对形成的模型库的可视化管理。另外，模型库数据平台200可基于ASP.NET开发，界面采用EXT界面库实现，可视化渲染窗口采用基于ActiveX技术的网页插件实现。

本发明实施例中，模型库数据平台200所形成的模型库支持存储max、dgn、obj等模型格式、fbx/ms3d等骨骼动画格式以及shape、DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)等空间数据。

优选地，所述模型库数据平台200还用于将所形成的模型库配置为从大至小的以下四级层次结构：总库、子库、子库大类和大类子类。举例而言，图2是本发明实施例一中的模型库的层次结构示意图，其示出的层次结构如下所述：

1)总库。

2)子库，其中所述子库包括装置子库、设备子库、零件子库、管线子库、地形子库、材料子库和HSE(Health、Safety、Environment，健康、安全和环境)专题子库。

图3是本发明实施例一中模型库子库间的相关关系示意图。如图3所示，各个子库之间的相关关系可以包括以下任意一者：

a1)所述零件子库中的零件与所述管线子库中的管线能够先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有内部结构的设备模型。更为优选地，还可对设备模型进行深加工，再将其制作成结构剖析与原理展示的教学视频(动画)，或者与同类型的完整设备一起搭建某类设备的应用系统(例如后续生成的模型库应用产品)。其中，易知所述设备模型是包括设备内部和外部并与现场设备一致的“完整”模型。

a2)所述设备子库中的设备与所述管线子库中的管线先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有关联结构的成套装置，且所述成套装置可以作为装置模型存储在装置子库中，并先与所述地形子库的地形地物组建成具有环境要素的虚拟场景，再与所述HSE专题子库中的专题模型(例如火灾、泄露等)组建成专题应用的三维场景，搭建某类设备的应用系统，以满足后续生成的模型库应用产品的某项功能。

3)子库大类，其中所述装置子库包括炼油装置、化工装置、煤化工装置、储运罐区等，所述设备子库包括炉类、塔类、反应设备类、储罐类、换热器类、机械类、动力设备类、仪表设备类、施工类等。另外，所述HSE专题子库包括针对以下任意一者或多者的子库：监测检验专题、职业卫生专利、环保专题、风险分析专题、事故模拟专题和应急处理专题。

其中，设备子库及其大类与子类的划分可基于中华人民共和国行业标准中《石化设备分类与代码SH2202-91》的规定进行，在此不再赘述。

4)大类子类，其中所述炼油装置包括常减压装置、焦化装置、加氢装置等，而这些装置可各对应具有一个实体模型。

更为优选地，对于上述四级层次结构，前三级为详细结构，可设置为不能由用户修改，第四级可设置为用户可修改并添加相应内容。

除上述四级层次结构之外，所述模型库数据平台200还用于根据模型用途对所构建的模型进行分类。图4是本发明实施例一中基于模型用途划分模型类型的示意图。如图4所示，所述模型可分为基础模型、外观模型和应用模型，其中所述基础模型包括设备结构模型、零部件(如管线、阀门、仪表等)模型以及材质模型，这三类模型通过相互组合来达到一定的使用目的，是模型库中的最基本单元；所述外观模型包括设备外观位置模型和地形地貌模型，用于表达模型的环境和位置信息；所述应用模型包括装置模型、设备模型与HSE专题模型，该类模型属于最高层次的模型，可以用于实现某类特定的应用功能。

其中，所述HSE专题模型是模型库的主要核心，其使得HSE属性与石化三维模型库系统挂接并实现属性的三维可视化表达。所述HSE专题模型可以包括事故模型，并以事故仿真模拟为核心，主要有火灾模型、泄漏模型、爆炸模型等，通过设置发生时间时的天气状况、地形地貌等影响因子，进行事故模拟，分析出事故的影响范围、发生发展过程。具体地，图5是本发明实施例一中生成事故模型的流程示意图。如图5所示，所述事故模型基于以下步骤生成：

步骤S510，分析与事故相关的数学模型。

举例而言，所述数学模型包括以下一者或多者：池火模型、喷射火模型、闪火模型、BLEVE火球模型、蒸气云爆炸模型、凝聚相爆炸模型、物理爆炸模型、高斯烟羽模型、高斯烟团模型。

步骤S520，对所述数学模型进行封装。

举例而言，利用VS程序实现对模型的封装，所述VS程序例如：GetChihuo；GetShanhuo；GetBLEVE；GetPenshehuo(热辐射模型外部调用函数)；GetVCE；GetCPE；GetPhysicalExplosion(爆炸模型外部调用函数)；GetYanyuModel；GetYantuanModel(高斯模型外部调用函数)；其他函数(如模型影响阈值外部调用函数)等等。

步骤S530，对所述封装的模型进行可视化渲染，以获得所述事故模型。

对于该步骤S530，图6是本发明实施例一中进行可视化渲染的流程示意图。参考图6，该步骤S530的实现具体可包括以下三个阶段：

1)读取文件

举例而言，读取文件的这一阶段主要是进行数据初始化，可以包括：解析文件头以得到数据类型、数据最值、插值间隔；按时间节点读取数据(例如通过添加进度条)；以及对渲染结构进行赋值。

在示例中，除利用VS 2012内封装的事故模型导入Unity3D外，还需在Unity3D内编辑其余的脚本支持程序的运行，包括数据的初始化、面板的支持等。

2)可视化

举例而言，基于系统时间、颜色计算、透明度调整、扩散速度调节、观察浓度范围调节等可视化渲染状态。

在示例中，可视化渲染的效果可以是用不同颜色表示不同伤害程度的三圈层图形，例如该三圈层从内至外用红色、橙色和黄色表示伤害程度依次减小的一级伤害区、二级伤害区和三级伤害区。

3)数据卸载

举例而言，在可视化渲染完成后，按时间节点删除渲染结构中的数据释放内存，并进行内存泄漏检查。

优选地，所述模型库数据平台200还配置有属性管理模块，所述属性管理模块用于在模型构建过程中管理模型属性，包括：进行属性编辑，包括创建安全属性并对创建的安全属性进行挂接；以及进行属性查询，包括对模型属性进行三维属性可视化显示处理以便于进行查询浏览。举例而言，图7是本发明实施例一中的属性管理模块的原理结构示意图。如图7所示，该属性管理模块由MySQL/SqlServer支持，可分为属性编辑入口单元和属性查询入口单元。其中，属性编辑功能通过属性层级管理单元和三维表现形式管理单元，对安全属性进行创建添加，通过物体属性挂接管理单元，对创建的安全属性进行挂接。属性查询功能通过物体属性查询浏览单元查询添加的安全属性，通过三维表现形式渲染单元对要进行三维属性可视化显示，例如显示为模型高亮、闪烁球体、半透球体、3D文字、3D图标、3D图文等形式。另外，属性编辑及属性查询功能都依赖于属性数据管理单元，属性编辑功能创建的安全属性通过属性数据管理单元上传到属性数据库，属性查询子功能通过查询、读取属性数据管理单元中的数据进行可视化表达。

在示例中，本发明实施例构建的模型库数据平台200主要包括以下几个方面的功能。

2.1、模型上传

支持将组成模型的MAX模型、MAX贴图、Mod模型、Mod贴图文件上传到基础数据库(例如在服务器端)中保存。

2.2、模型下载

支持将已上传的模型从服务器端下载到客户端本地进行保存。

2.3、模型浏览

通过ActiveX控件对三维模型进行浏览，浏览的同时可以对模型进行拖动、缩放、剖切操作，在浏览过程中用户可以开启半透模式、线框模式、旋转模式等。

2.4、模型管理

可以对组成模型的MAX模型文件、MAX贴图文件、MOD模型文件、MOD贴图文件进行添加、更新、删除操作。

2.5、类别添加与删除

可以将模型进行分类管理，用户可以动态地添加或删除模型类别，若类别被删除，该类别下的所有模型都会被删除。

2.6、档案资料上传、浏览与删除

模型的档案资料包括图片、视频、PDF文档等，客户端可以通过平台将模型相应的档案资料上传到服务器数据库中，也可以查看或删除相应的档案内容。

2.7、用户、角色及密码管理

平台的超级管理员角色有用户及角色管理的权限，该权限可以给不同的用户绑定不同的角色，不同的角色对系统功能有不同的权限，任何用户都有修改自己密码的权限。

三、模型库编辑平台300

模型库编辑平台300可采用C/S结构进行设计，用于对模型库的协同管理及应用项目的协同开发。图8是本发明实施例一中的模型库编辑平台300的功能结构示意图，如图8所示，其可以包括以下用于实现不同类型编辑的模块中的一者或多者：文件管理模块、图层管理模块、模型编辑模块、产品设计模块、模型库检索模块、编程接口模块、数据库配置模块、网络协同配置模块和系统配置模块。其中，所述文件管理模块例如包括模型导入导出模块、项目打开关闭模块、项目配置与发布模块，所述产品设计模块例如包括成套装置设计模块、设备装配设计模块、装配模拟模块、视点动画模块和交互设计模块。关于模型编辑模块将在下文具体描述，而关于其他模块可根据其名称由本领域技术人员自定义可包括的功能子模块，故而在此不再进行赘述。

优选地，基于这些功能模块，所述模型库编辑平台300对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布的编辑可以包括以下步骤：通过所述文件管理模块导入模型及产品配置信息；通过所述模型编辑模块对所导入的模型进行编辑处理，其中所述编辑处理包括三维空间操作、特征参数建模、属性信息设计和/或模型标准化校验；以及通过所述产品设计模块结合所导入的产品配置信息对经编辑处理后的模型进行适应于模型库应用产品发布的进一步编辑。

这些步骤可对应理解为模型库编辑平台300的工作流程。举例而言，图9是本发明实施例一中模型库编辑平台300对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布的编辑的工作流程示意图。参考图9，平台工作流程由两条主线构成，即模型及模型库的流程与项目(即产品)设计流程。其中，模型及模型库的流程具体包括：由3DMAX构建的三维模型(标准化模型和非标准化模型均可)导入平台后，经模型编辑模块对模型进行处理，再经标准化检验模块进行标准化检验，符合要求的模型即可导出成为模型库中的一员，与模型相关的属性信息由模型编辑模块与属性数据库通讯并进行相关设置。进一步地，项目设计流程具体包括：打开或新建一个项目，经项目配置模块完成项目各类参数的配置工作，再经项目设计模块调用模型库与属性数据库，逐步完成设备或装置的装配与组合工作，最后对项目进行发布，发布的项目例如网络项目、单机项目和3DMAX模型。

在实际应用中，所述模型库编辑平台300主要是从基础数据库中获得基础数据(素材)，通过对基础数据的组装，实现场景的DIY，为最终的模型库应用平台400提供完整的场景搭建解决方案。该模型库编辑平台300对基础数据库拥有只读的权限，即只能从基础库获取数据，而不能更改基础库；该模型库编辑平台300可对属性数据库拥有读写的权限，另外该模型库编辑平台300可将编辑好的场景存至本地硬盘，实现数据的本地化。

在示例中，本发明实施例的模型库编辑平台300所实现的编辑型的功能多是通过模型编辑模块实现的，下面通过介绍所述模型编辑模块包括以下一个或多个模块来对应说明模型库编辑平台300的一项或多项功能。

3.1、场景加载模块，用于从预先配置的场景数据中加载编辑模型所需的场景数据。

举例而言，该模块利用多核计算技术，建立并行处理模型从海量场景数据中筛选出需即时处理的数据，运用空间索引、实时消隐等技术对数据进行裁剪，降低整个石化三维模型库系统的数据交换压力，但是用户获得真实景观的感受没有变化。在降低石化三维模型库系统对硬件配置要求的同时，实现对海量数据的实时高效加载。

3.2、天空球设置模块，用于为所编辑的模型设置天空球。

其中，天空球是一种背景贴图，举例而言，用户可以根据需要，添加场景天空球或设置场景已存在天空球的大小和位置，并通过图片列表可选择设置不同的天空球和背景图片作为三维场景的背景，并可对天空球大小和位置进行精确设置。

3.3、地球显示设置模块，用于为所编辑的模型设置带有大气层渲染的地球显示模式。

举例而言，该模块可使得用户可以根据需要，添加场景天空球或设置场景已存在天空球的大小和位置，并通过图片列表可选择设置不同的天空球和背景图片作为三维场景的背景，并可对天空球大小和位置进行精确设置。

3.4、场景元素编辑模块，用于提供针对模型的基础编辑功能、GIS空间分析功能和空间量测功能，其中所述基础编辑功能包括对模型进行平移、旋转和/或缩放。

举例而言，图10是本发明实施例一中的场景元素编辑模块的功能结构示意图。参考图10，该场景元素编辑模块提供用户对模型的平移、旋转、缩放的基本需求，例如提供视图节点选择、点选、框选三种不同模式来选择需编辑的模型，选中模型后，通过绘制的姿态球进行模型的任意平移、旋转和缩放；该场景元素编辑模块还提供GIS空间分析功能，例如通过DEM数据管理进行土石方分析、淹没分析和剖面分析，并对分析结果进行渲染；该场景元素编辑模块还提供空间量测功能，通过坐标管理以及确定的模型坐标来完成坐标测量、面积测量、长度测量、体积测量等。

3.5、标注编辑模块，用于提供针对模型的文本编辑功能和图形绘制功能。

举例而言，图11是本发明实施例一中的标注编辑模块的功能结构示意图。参考图11，该模块主要实现在场景中对任意模型按需求进行添加提示，主要作用是可以显示多种信息提示方式，包括富文本提示、三维文字提示、文字公告栏、(三维)实体提示、(三维)箭头提示、距离标注、二维图例、鹰眼图等提示形式。另外，提示位置、提示内容、提示方式可由用户配置。进一步地，可对这些提示进行数据管理，例如读取数据进行数据渲染，并保存渲染后的数据。

3.6、事件触发操作模块，用于设置模型的触发方式。

举例而言，模型库编辑平台300需具有一个完整的事件触发操作模块，当用户进行鼠标左键单击操作、进入到自定义的区域、距场景元素一定距离时会触发不同的事件。该模块支持对已设置所有类型触发器进行各种编辑操作，包括添加、删除、开启、显示触发区域、颜色调节、延长减短触发时间；支持触发器预览及时间轴操作；提供一系列多种类触发脚本接口并规范入库。

3.7、粒子特效设置模块，用于对模型进行粒子特效设置，其中所述粒子特效包括火、烟和/或水柱。

举例而言，场景中可以添加火、烟、水柱等粒子特效。用户可以根据不同的场合需求选择不同的粒子特效置于场景中的任何位置，同时可以对粒子参数进行设置，以达到实际的效果需求。

3.8、管线建模模块，用于建立管线模型。

举例而言，用户可以通过管线导入对话框选择要导入的管线数据，通过设定管径、起点坐标、终点坐标等参数，生成管线MAX模型。

3.9、事故模拟模块，用于实现模型的事故模拟功能。

举例而言，该模块支持数学模型的集成，用户可以通过设置发生时间时的天气状况、地形地貌等影响因子，进行事故模拟，如分析出扩散的影响范围，使参与者能直观形象的了解到当前发生的灾害、类型及灾害的严重性，加深对类似突发事件的认识，辅助决策人员制定方案，做到在遇到类似突发事件时处变不惊、沉着应对。

3.10、工艺流程控制模块，用于对模型中或模型间的设备之间的工艺流程进行分析、控制和展示。

举例而言，该模块不仅能够表现钢管、阀门、弯头、三通等各类零件级设备的外形和位置，用户还可以通过导入中轴线数据(SHP格式)，将设备之间的连通性关系植入场景，完成三维工艺流程分析与展示。

1)工艺流程编辑：

用户可以通过双击选择工艺流程开始及结束位置，系统根据中轴线数据自动判断管线间的先后关系，从而确定管线内介质的流动顺序。为了满足石化行业复杂的工艺流程需求，本软件在完成了基本的连通性分析的基础上，完成了工艺流程复杂性上的提升，现支持多向工艺流程、工艺流程的合并等操作。

2)工艺流程展示：

基于以上编辑及分析过程，通过OpenGL三维渲染技术，使用渐进螺旋管线的方式，模拟介质的逐渐流动过程，并设置多种浏览模式和表现参数：包括预览、完全显示等显示模式，以及通过贴图替换来完成不同介质区分的目的。

为提升用户交互性，考虑到工艺流程展示过程中的位置复杂性，本功能融合脚本控制视点的功能，实现了展示过程中的视点快速切换。

3)生产工艺培训：

基于工艺流程的编辑和播放，结合脚本控制等操作，可以对员工进行生产工艺培训，帮助员工了解流向等信息。

3.11、安全属性管控模块(区别于模型库数据平台配置的属性管理模块)，用于对模型进行安全属性管理。

举例而言，该模块提供安全属性管理功能。安全应用涉及到以下几大类：危险源、监测、事故、风险分析、化工容器、设备等。每个HSE应用大类包含若干个属性，用户可以自定义属性类别，每个属性具有特定参数，每一个属性参数绑定一种或者多种三维表现形式。

3.12、虚拟人体设置模块，用于对模拟人体与模型对应场景的交互。

举例而言，该模块可以构建一套虚拟人体，并实现人的虚拟器官在有毒其他危害及噪声状态下发生变化后的交互式模拟。

四、模型库应用平台400

模型库应用平台400是面向最终并使用户能够加载、浏览、操作及管理由模型库编辑平台300所开发的特定应用系统(产品)，其可以包括网络平台与单机平台两个部分。

网络平台用于加载、浏览、操作及管理由协同工作平台发布的网络应用项目，其启动过程为：在IE浏览器中输入项目IP地址，输入用户名及密码，进入主界面并对各项功能进行操作。

单机平台用于加载、浏览、操作及管理由协同工作平台发布的单机应用项目，其启动过程为：点击可执行应用文件(exe)，输入用户名及密码，进入主界面并对各项功能进行操作。

在优选的实施例中，所述模型库应用平台400还用于为所发布的模型库应用产品提供以下功能中的一者或多者：进度条提示功能、导航地图功能、场景漫游功能、空间测量功能和专题应用管理功能。下面具体介绍这些功能。

4.1、进度条提示功能

利用多线程技术实现的进度条置于平台状态栏中，用户可以在场景加载时实时了解加载进度。

4.2、导航地图功能

用户可以载入一个具有鹰眼功能的导航地图，通过在导航地图中的位置和朝向，来指导三维场景中的漫游，方便在三维场景中的各种操作。

4.3、场景漫游功能

平台提供多种漫游方式。用户可以通过键盘和鼠标的配合，选择第一人称或第三人称的方式进行场景漫游。还可以根据实际情况选择不同的第一人称角色，比如各式的人物、飞机、汽车等，也可以通过键盘加快和减慢漫游速度。

4.4、空间测量功能

平台可以实现主流GIS软件的空间测量功能。用户可以根据实际情况选择坐标测量、两点间的空间距离测量、多点所构成的平面的面积测量以及目标位置体积等。石化企业可以在应急时运用此功能进行辅助决策，也可以在设计施工中方便快捷的获取精确地测量数据，节省大量人力和物力；同时可以进行企业、道路、居民区等的模拟规划，即可以在三维地景中添加建筑、道路、预量算平整土地面积等，为设计施工提供便捷的工具和方法。

4.5、专题应用管理功能

用户通过编辑平台开发特定的专题应用，包括HSE属性专题、事故专题、工艺流程专题、工艺考核等专题内容。应用平台提供对专题应用的管理，该类特定专题可以在应用平台中展示、浏览、交互编辑，供最终用户使用。

利用上述功能，在优选的实施例中，所述模型库应用平台所发布的模型库应用产品例如包括以下中的一者或多者：装置三维培训系统、设备三维管理系统、应急预案演练系统、事故灾害模拟系统以及工艺单元仿真系统。

举例而言，形成一设备三维管理系统，能真正做到利用计算机虚拟仿真技术实现对厂区设施的现代化管理，为企业经营管理提供辅助决策信息，进一步提高生产、管理效率，使信息化建设更好地服务于企业生产和管理，实现信息多维一体化管理。

综上，本发明实施例一的石化三维模型库系统通过“一库三平台”的结构，可以将石化行业的各种专业模型数据、属性数据和应用系统进行高度融合，实现可视化和多维表达，并对这些模型和数据进行分类存储、管理和更新，促进了模型的复用和检索，拓宽了模型的应用。

实施例二

图12是本发明实施例二的构建上述石化三维模型库系统的方法的流程示意图。如图12所示，该方法包括通过从下至上的以下五层架构构建所述石化三维模型库系统：

1)在前处理层，对石化企业涉及的各类模型数据进行预处理和分类，获得构建模型所需的所述基础数据以及关于模型的所述属性数据。

举例而言，数据经过前处理后成为系统能够支持的数据形式，然后经过数据分类分为三维模型数据、矢量数据、地形数据(包括DEM和DOM(Digital Orthophoto Map，数字正射影像图))、纹理数据、动画数据、场景运行时创建数据、可视化数据、事故模拟数据等。其中，数据分类能够使模型库系统的数据管理更加高效和方便，为系统高效运行做好基础。优选地，该前处理层可以配置有多个数据库，以分别存储不同类型的数据，例如纹理库和动画数据库。

进一步举例，所述前处理层可以包括3DMAX插件，以实现对数据进行动画化、模型化、基础化、路径化、相机化、变换、压缩、纹理等处理。

2)在数据层，基于所述基础数据和所述属性数据配置所述模型数据库和所述模型库数据平台。

其中，关于所述模型数据库100和所述模型库数据平台200，可参考前述实施例一，在此则不再进行赘述。其中，数据层可分别建设两个独立的数据库，即上述的基础数据库与属性数据库。

3)在控制层，用于对所述模型数据库100中存储的数据以及所述模型库中存储的模型进行适应于可视化显示的提取及配置。

举例而言，控制层用于将模型数据库100的模型数据可视化的显示，提供一个可视化的用户界面与数据库层中的数据进行交互，达到数据与可视化系统相统一的目的。

在优选的实施例中，所述控制层可以包括触发控制、渲染配置、界面配置、脚本控制、相机交互等部分。

4)在渲染层，用于对经所述控制层处理后的数据及模型进行可视化渲染。

优选地，根据数据类型的不同，渲染可以分为实体渲染、矢量渲染、可视化渲染、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)纹理特效渲染、动画渲染等内容。其中，所述实体渲染例如针对模型、环境、系统、植被的渲染，所述矢量渲染例如针对矢量、模型的渲染，所述可视化渲染例如针对矢量、标量的渲染，所述GPU纹理特效渲染例如针对金属、玻璃、水面等的渲染，所述动画渲染例如针对路径、骨骼等的渲染。

5)在产品应用层，用于对经所述渲染层处理后的数据及模型形成所述模型库编辑平台300和所述模型库应用平台400。

其中，关于所述模型库编辑平台300和所述模型库应用平台400，可参考前述实施例一，在此则不再进行赘述。举例而言，所述模型库编辑平台300和所述模型库应用平台400可共同进行模型操作和导航操作，而所述模型库编辑平台300又可进行事故模拟、工艺流程控制、安全属性管理及效果显示、图形绘制、动画控制、属性控制等，而所述模型库应用平台400又可进行装置三维培训、设备三维管理、应急预案演练、事故灾害模拟、工艺单元仿真等等。

本发明实施例二根据数据、引擎、业务分离的原则，根据将平台的架构分为五层，而五层设计能够保持“一库三平台”的整体性和兼容性，使得三个平台共享统一的数据标准和渲染引擎底层，并根据业务需求不同，在用户交互及产品应用层表现出各自的特性。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明实施例而已，并不用于限制本发明实施例。对于本领域技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种石化三维模型库系统，其特征在于，所述石化三维模型库系统包括：

模型数据库，用于存储构建模型所需的基础数据以及关于模型的属性数据；

模型库数据平台，用于从所述模型数据库获取所需的基础数据和/或属性数据以构建相应的模型，并基于所构建的模型形成模型库；

模型库编辑平台，用于从所述模型库读取所需的模型，并对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布需求的编辑；以及

模型库应用平台，用于将所述模型库编辑平台所编辑的模型发布成对应的模型库应用产品。

2.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型数据库包括分别存储所述基础数据和所述属性数据的基础数据库和属性数据库，并且：

所述模型库数据平台还用于在模型构建过程中管理模型属性，并对所述属性数据库中的属性数据进行更新；或者

所述模型库编辑平台还用于根据所进行的模型编辑对所述属性数据库中的属性数据进行更新。

3.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库数据平台还用于将所形成的模型库配置为从大至小的以下四级层次结构：总库、子库、子库大类和大类子类。

4.根据权利要求3所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述子库包括装置子库、设备子库、零件子库、管线子库、地形子库、材料子库和HSE专题子库；

其中，各个子库之间的相关关系可以包括以下任意一者：

所述零件子库中的零件与所述管线子库中的管线能够先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有内部结构的设备模型；或者

所述设备子库中的设备与所述管线子库中的管线先进行装配组合，再通过贴取所述材质子库中的材质，组装成具有关联结构的成套装置，且所述成套装置可以作为装置模型存储在装置子库中，并先与所述地形子库的地形地物组建成具有环境要素的虚拟场景，再与所述HSE专题子库中的专题模型组建成专题应用的三维场景。

5.根据权利要求3所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述HSE专题子库包括针对以下任意一者或多者的子库：监测检验专题、职业卫生专利、环保专题、风险分析专题、事故模拟专题和应急处理专题。

6.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库数据平台还用于根据模型用途将所构建的模型分为基础模型、外观模型和应用模型；

其中，所述基础模型包括设备结构模型、零部件模型以及材质模型；

其中，所述外观模型包括设备外观位置模型和地形地貌模型；

其中，所述应用模型包括装置模型、设备模型与HSE专题模型。

7.根据权利要求6所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述HSE专题模型包括事故模型，且所述事故模型基于以下步骤生成：

分析与事故相关的数学模型，包括以下数学模型中的一者或多者：池火模型、喷射火模型、闪火模型、BLEVE火球模型、蒸气云爆炸模型、凝聚相爆炸模型、物理爆炸模型、高斯烟羽模型、高斯烟团模型；

对所述数学模型进行封装；以及

对所述封装的模型进行可视化渲染，以获得所述事故模型。

8.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库数据平台配置有属性管理模块，所述属性管理模块用于在模型构建过程中管理模型属性，包括：

进行属性编辑，包括创建安全属性并对创建的安全属性进行挂接；以及

进行属性查询，包括对模型属性进行三维属性可视化显示处理以便于进行查询浏览。

9.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库编辑平台包括以下用于实现不同类型编辑的模块中的一者或多者：文件管理模块、图层管理模块、模型编辑模块、产品设计模块、模型库检索模块、编程接口模块、数据库配置模块、网络协同配置模块和系统配置模块。

10.根据权利要求9所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库编辑平台对所读取的模型进行适应于模型库应用产品发布的编辑包括：

通过所述文件管理模块导入模型及产品配置信息；

通过所述模型编辑模块对所导入的模型进行编辑处理，其中所述编辑处理包括三维空间操作、特征参数建模、属性信息设计和/或模型标准化校验；以及

通过所述产品设计模块结合所导入的产品配置信息对经编辑处理后的模型进行适应于模型库应用产品发布的进一步编辑。

11.根据权利要求9所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型编辑模块包括以下模块中的一者或多者：

场景加载模块，用于从预先配置的场景数据中加载编辑模型所需的场景数据；

天空球设置模块，用于为所编辑的模型设置天空球；

地球显示设置模块，用于为所编辑的模型设置带有大气层渲染的地球显示模式；

场景元素编辑模块，用于提供针对模型的基础编辑功能、GIS空间分析功能和空间量测功能，所述基础编辑功能包括对模型进行平移、旋转和/或缩放；

标注编辑模块，用于提供针对模型的文本编辑功能和图形绘制功能；

事件触发操作模块，用于设置模型的触发方式；

粒子特效设置模块，用于对模型进行粒子特效设置，其中所述粒子特效包括火、烟和/或水柱；

管线建模模块，用于建立管线模型；

事故模拟模块，用于实现模型的事故模拟功能；

工艺流程控制模块，用于对模型中或模型间的设备之间的工艺流程进行分析、控制和展示；

安全属性管控模块，用于对模型进行安全属性管理；以及

虚拟人体设置模块，用于对模拟人体与模型对应场景的交互。

12.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库应用平台还用于为所发布的模型库应用产品提供以下功能中的一者或多者：进度条提示功能、导航地图功能、场景漫游功能、空间测量功能和专题应用管理功能。

13.根据权利要求1所述的石化三维模型库系统，其特征在于，所述模型库应用产品包括以下中的一者或多者：装置三维培训系统、设备三维管理系统、应急预案演练系统、事故灾害模拟系统以及工艺单元仿真系统。

14.一种构建权利要求1至13中任意一项所述的石化三维模型库系统的方法，其特征在于，该方法包括通过从下至上的以下五层架构构建所述石化三维模型库系统：

在前处理层，对石化企业涉及的各类模型数据进行预处理和分类，获得构建模型所需的所述基础数据以及关于模型的所述属性数据；

在数据层，基于所述基础数据和所述属性数据配置所述模型数据库和所述模型库数据平台；

在控制层，用于对所述模型数据库中存储的数据以及所述模型库中存储的模型进行适应于可视化显示的提取及配置；

在渲染层，用于对经所述控制层处理后的数据及模型进行可视化渲染；以及

在产品应用层，用于对经所述渲染层处理后的数据及模型形成所述模型库编辑平台和所述模型库应用平台。

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