CN115828633A - 一种基于Unity3D的配电场景建模方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于Unity3D的配电场景建模方法,属于数字模型领域,包括以下步骤:步骤1、将配电场景抽象为层级,在桌面版Unity环境下定义所述层级,创建所需层级的模型,设定功能以及交互界面,生成建模工具;步骤2、将建模工具导出网页版作为成品,将成品部署到服务器;步骤3、用浏览器打开所述成品,在浏览器上进行配电场景建模。采用本发明提出的方案,非专业人员可快速上手,独立完成三维模型的建立;建模不用常规软件建模,而是针对配电应用场景进行抽象,基础模型从建模到数据都在Unity里完成;模型和数据无缝结合,部署方便;模型在网页上呈现,可以更直观更及时更方便地了解现实场景的情况。
Description
技术领域
本发明属于数字模型领域,尤其涉及建立配电场景的三维数字模型,特别是基于Unity3D的配电场景建模方法。
背景技术
传统配电网一般为二维图元表示,随着三维技术的发展,三维状态展示的配电网,表达清晰易懂,配电网三维化呈现的需求强烈。
Unity3D是由Unity Technologies开发的实时3D互动内容创作和运营平台,让用户轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具,可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容。其编辑器运行在Windows和Mac OS X下,可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL (需要HTML5)和Android等平台,也可以利用Unity web player插件发布网页游戏,支持Mac和Windows的网页浏览。
在智慧园区、智慧电力、智慧校园、智慧消防等领域,需要对现实场景物体进行三维虚拟化,赋予相应状态数据,并动态展示数据,掌握现实场景的状态,及时评估及应对,辅助决策及运维,同时,为了部署和使用方便,还应构建为网页版。考虑到易用性、跨平台性、易维护性、易扩展性,选择Unity3D三维引擎作为实现平台。
在实现中,一般需要三维人员使用3dsmax、maya、creo、blender等专业软件配合建模,后期对接数据在Unity里操作,如中国专利申请201710789488.4《基于Unity动态生成的智能站三维场景仿真系统及实现方法》所披露。
这种方法需要大量专业人员配合,流程耗时较长。另外,现有的一些组态工具,有的缺少建模功能,有的缺少模型库支持,有的不能制作动画,有的缺少功能的扩展性,有的使用复杂不易操作。
在使用Unity3 D软件的时候,当使用的三维模型需要优化时,Unity3D软件并没有提供直接的处理方式,解决方案一般是使用者必须自行编写代码,再对三维模型文件进行处理。但是,自行编写代码来整理Unity3D软件中的三维模型需要专业人员,并且会非常的耗费时间,而且需要反复的测试,增加人工和时间成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法,在没有专业的三维建模人员配合的情况下,让非专业人员可以快速上手,方便地建立三维模型。
为实现上述目的,本发明采用以下技术手段:一种基于Unity3D的配电场景建模方法,包括以下步骤:
步骤1、将配电场景抽象为层级,在桌面版Unity环境下定义所述层级,创建所需层级的模型,设定功能以及交互界面,生成建模工具;
步骤2、将建模工具导出网页版作为成品,将成品部署到服务器;
步骤3、用浏览器打开所述成品,在浏览器上进行配电场景建模;
所述步骤1具体包括:
步骤1.1、将配电场景抽象为不同层级的模型,级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级;
步骤1.2、建立基础元素级模型,包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素,其原始零点位于中心;单位立方体挂载在一个空节点下,相对坐标为(-0.5,0.5,0.5),相对旋转为(0,0,0);单位圆柱挂载在一个空节点下,相对坐标为(0,0,1),相对旋转为(90,0,0);
步骤1.3、高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型,多个低级别模型组成高级别模型;
步骤1.4、所述基础元素挂载一个可序列化的组件;
步骤1.5、设置模型的编辑功能,包括数据编辑和形状编辑,所述数据编辑通过编辑组件中的信息实现,所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小;
所述步骤3包括:
步骤3.1、用浏览器打开所述成品;
步骤3.2、在场景中,选择层级,将次级模型放置到场景中;
步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度;
步骤3.4、调整模型的材质;
步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数;
步骤3.6、重复步骤3.2-3.5,完善场景,保存模型文件。
本发明首先将配电场景抽象为层级,基于桌面版Unity环境构建一个建模工具,工具中包括抽象出的各层定义、基础元素层的模型,并且,借鉴Unity底层逻辑,对建模需要的功能进行实现;将建模工具导出网页版,然后在浏览器上使用该工具进行建模及数据对接。
有益效果:采用本发明提出的方案,非专业人员可快速上手,独立完成三维模型的建立;建模不用常规软件建模,而是针对配电应用场景进行抽象,基础模型从建模到数据都在Unity里完成;模型和数据无缝结合,部署方便;模型在网页上呈现,可以更直观更及时更方便地了解现实场景的情况。
附图说明
图1为在Unity环境下实现建模工具的桌面图,
图2为导出的网页版的成品目录,
图3-图6为各层的建立过程示意图,
图7为在抽屉上配置参数的示意图,
图8为数据显示的示意图。
具体实施方式
传统的建模方式,首先需要三维人员使用3dsmax、maya、creo、blender等专业软件配合建模,后期再对接数据在Unity里操作,模型和数据需分开完成。
单独使用Unity也可以实现配电场景的建模,但其中的模型、材质、界面、业务逻辑等等也都需要专业人员去做。
本发明的关键是根据配电场景的特点,借鉴了一些Unity底层逻辑,仅实现场景需要的内容,辅以云支持,最终形成易用够用的网页版三维组态。
一种基于Unity3D的配电场景建模方法,包括以下步骤:
步骤1、将配电场景抽象为层级,在桌面版Unity环境下定义所述层级,创建所需层级的模型,设定功能以及交互界面,生成建模工具;
步骤2、将建模工具导出网页版作为成品,将成品部署到服务器;
步骤3、用浏览器打开所述成品,在浏览器上进行配电场景建模。
步骤1是在Unity环境下创建建模工具,具体包括:
层级划分及模型创建。
将配电场景抽象为不同层级的模型,级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级。
将配电场景合理地划分层级是本发明的关键之一,划分过细,处理起来烦琐,工作量大,划分过粗,在建模时体现不出细节。
发明人根据多年的实践经验,本实施例中,将配电场景划分为8个层级,由低到高分别为基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级。
基础元素级,顾名思义,为构成高级层级的基本元素,本实施例中,抽象出两个基本元素构建模型,基础元素级模型包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素,两种基础元素的原始零点位于中心,单位立方体挂载在一个空节点下,相对坐标为(-0.5,0.5,0.5),相对旋转为(0,0,0);单位圆柱挂载在一个空节点下,相对坐标为(0,0,1),相对旋转为(90,0,0)。
上述基础元素,分别建立不同尺寸的模型,如1厘米、1分米、1米三种尺寸,便于在不同层级中应用。
每个基础元素模型上挂载一个可序列化的组件。
可序列化在这里表示:组件中的参数、状态、属性可被保存及传输。
组件信息为:路径、父路径、ID、名字、层级、标签、位置、角度、大小、网格类型(立方体或圆柱体)、材质信息(包括材质名、平铺参数、偏移参数、渲染模式、颜色、金属度、光滑度)、静态数据参数(直接展示)、动态数据参数(通过联网获取并解析)、是否展示数据面板。
数据面板用于展示静态数据和动态数据。静态数据为静态数据参数中的多个静态描述项,是用“;”分割的字符串;动态数据为通过联网获取并解析的数据,如开关实时状态、电压电流数值、功率值等。
高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型,多个低级别模型组成高级别模型:多个基本元素组成部件,多个部件组成抽屉,多个抽屉组成配电柜,多个配电柜组成配电室,多个配电室组成建筑,多个建筑组成园区,多个园区组成区域。
部件级由基础元素组成,如按钮、显示屏、开关等。
抽屉级模型由部件级模型组成,在配电场景中,代表安装有配电设备的机箱。在抽屉级的模型中,有可能包含只有单个基础元素的期间,这种情况下,没有必要单独再创建一个部件级模型,因此,不同于其他层级的模型,基本元素可用在任意层级的模型中,其他层级的模型,只能用于其上一级的模型中。
本实施例中,在步骤1中只建立基础元素的模型,其他层级的模型在生成的建模工具中实现。
建立基础元素模型后,存储为两种格式:xml格式,在网页中使用,图片格式(如png格式),用于模型列表预览。
设置基础元素模型的编辑功能,包括数据编辑和形状编辑,所述数据编辑包括编辑模型的基础元素组件的材质、静态数据参数、动态数据参数、是否展示数据面板,所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小。
基础元素所在位置不同,其具象化的功能也不同,对显示的要求也不同,如开关需要显示位置、显示屏需要显示其中的内容、按钮需要显示状态、把手不需要显示,因此,需要通过数据编辑来确定其是否展示数据面板、数据面板上展示什么内容;另外,其呈现角度、大小会有差别,本实施例中,基础元素设置几个不同尺度的大小,并且可以进行形状编辑,方便使用。
设定功能及交互界面。
Unity平台主要针对的是游戏、汽车、建筑工程、影视动画等全过程开发,工具菜单繁杂,非专业人员很难找到自己需要的工具,实现希望达到的功能。
本实施例,借鉴Unity底层逻辑,对建模需要的功能进行实现,以常见的形式呈现。
建立8个层级,并将各层级置于工具栏,点击每个层级可以显示相应的内容。
建立下拉式菜单,包括新建、文件、视角、便捷、连续、窗口、数据、形状、帮助等,符合一般GUI的习惯,并借助Unity的底层逻辑实现。
另外,在工具栏中还设定快捷方式按钮,常用的功能一键到达。
建模工具的生成过程见图1,图中中间部分为实现的工具,背景为Unity桌面版的界面。可见,生成的建模工具非常简洁。
建模工具创建完成后,进行步骤2,将建模工具导出网页版作为成品,将成品部署到服务器。在导出作品时,导出网页版和.exe文件,方便在不同环境下使用建模工具。
图2为导出的网页版的成品目录,将其整体布局到服务器,index.html为建模工具的访问入口。
以上步骤构建了建模工具,其中包含了配电场景建模所需的各层级的模型,该步骤需要对Unity比较熟悉的专业人员完成,建模工具完成后,由于工具中的功能只是建模需要的基础功能,其中不包括非专业人士不易理解的内容,一般技术人员可借助该工具进行模型设计,不再需要专业人员的辅助。
使用上述建模工具工作时,以网页版为例,包括以下步骤:
步骤3.1、用浏览器打开所述成品;
步骤3.2、在场景中,选择层级,将次级模型放置到场景中;
步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度;
步骤3.4、调整模型的材质;
步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数;
步骤3.6、重复步骤3.2-3.5,完善场景,保存模型文件。
选择层级后,打开次级模型列表,选择模型,放置在原点,然后拖动至目标位置,进行碰撞检查,此时也可以选择基础元素模型。
位置确定后进行编辑。
形状编辑:对选取的模型进行平移、缩放、旋转、克隆、对齐等操作。
数据编辑:配置静态数据参数和动态数据参数;渲染模式选择:是否隐现、镂空、透明;进行材质编辑,选择金属度、材质、颜色等;数据展示选择。
重复上述步骤,直至完成。
模型显示在web网页中,鼠标指向某一模型时,如果允许数据展示,则解析显示静态数据参数、从服务器获取动态数据参数并显示。
建模工具还支持模型级别调整。由于高层级模型只依赖低一级的次级模型和基础元素模型,为了方便各层级跨级使用,本实施例支持模型的级别调整,将模型拖至相应层级的模型框中完成级别调整。
抽屉级模型包括主要功能部件,动态数据主要跟抽屉级模型相关。为了优化配置动态参数的流程,达到配置一个参数即展示多个数据的目的,本实施例中将粒度提升至抽屉级,即仅需在抽屉上配置一个动态参数串即可,为此,将配电场景常用参数数据结构定义为:抽屉名、开关状态、有功功率、无功功率、功率因数、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、AB线电压、BC线电压、CA线电压、频率、零序电压这16类数据,抽屉上配置一个动态参数串,即自动解析出所有16类数据的参数,进而获取数据并推送到数据面板。
经过步骤3完成了配电场景的建模任务。
该步骤完全脱离了Unity,仅在浏览器中使用第二步生成的建模工具,根据场景需要建立三维模型,对接数据。
进入浏览器,打开服务器上的建模工具访问入口,如图3所示。图中,左侧菜单为各层级的按钮,左侧显示的图形为基础层级的元素。
附图给出了各层的建立过程:图3,使用基础元素的立方体制作小面板;图4,制作抽屉;图5,制作配电柜;图6,制作配电室。
制作建立各层级模型时,只使用次级模型和基础层级的元素。
数据对接主要是配置抽屉上配置动态参数串,如图7所示。
将鼠标放置在模型上,可以显示其关联的数据,如图8所示。
建立新模型时,可以使用已经建立的与新场景比较相似的模型作为成品,在已有的模型基础上建模,提高效率。
Claims (9)
1.一种基于Unity3D的配电场景建模方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、将配电场景抽象为层级,在桌面版Unity环境下定义所述层级,创建所需层级的模型,设定功能以及交互界面,生成建模工具;
步骤2、将建模工具导出网页版作为成品,将成品部署到服务器;
步骤3、用浏览器打开所述成品,在浏览器上进行配电场景建模;
所述步骤1具体包括:
步骤1.1、将配电场景抽象为不同层级的模型,级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级;
步骤1.2、建立基础元素级模型,包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素,其原始零点位于中心;单位立方体挂载在一个空节点下,相对坐标为(-0.5,0.5,0.5),相对旋转为(0,0,0);单位圆柱挂载在一个空节点下,相对坐标为(0,0,1),相对旋转为(90,0,0);
步骤1.3、高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型,多个低级别模型组成高级别模型;
步骤1.4、所述基础元素挂载一个可序列化的组件;
步骤1.5、设置模型的编辑功能,包括数据编辑和形状编辑,所述数据编辑通过编辑组件中的信息实现,所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小;
所述步骤3包括:
步骤3.1、用浏览器打开所述成品;
步骤3.2、在场景中,选择层级,将次级模型放置到场景中;
步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度;
步骤3.4、调整模型的材质;
步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数;
步骤3.6、重复步骤3.2-3.5,完善场景,保存模型文件。
2.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,所述基本元素可用于任意级别。
3.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,所述步骤1.2建立的基础元素模型存储为xml格式,同时存储为图片格式,用于模型列表预览。
4.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,所述步骤2中,还导出.exe文件。
5.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,步骤1.4中所述组件的信息包括:路径、父路径、ID、名字、层级、标签、位置、角度、大小、网格类型、材质信息、静态数据参数、动态数据参数、是否在数据面板展示;
所述网格类型为立方体或圆柱体。
6.根据权利要求5所述的配电场景建模方法,其特征在于,所述数据编辑包括编辑模型的材质、静态数据参数、动态数据参数、是否展示数据面板。
7.根据权利要求6所述的配电场景建模方法,其特征在于,所述数据面板中展示的数据包括静态数据和动态数据,所述静态数据为静态数据参数中的多个静态描述项,所述动态数据为通过联网获取并解析的数据。
8.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,将配电场景常用参数数据结构定义为:抽屉名、开关状态、有功功率、无功功率、功率因数、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、AB线电压、BC线电压、CA线电压、频率和零序电压,抽屉模型上配置上述动态数据参数。
9.根据权利要求1所述的配电场景建模方法,其特征在于,步骤3中,打开已生成的模型。
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CN202211703481.3A CN115828633A (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 一种基于Unity3D的配电场景建模方法 |
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