CN116069206A - 基于数字孪生的可视化猪场管理方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法、系统及存储介质，其包括：获取猪场基地的参数数据，并基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；采用3D拾起技术与所述模型进行交互；检测当前交互的模型对象：当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令；从而实现猪场的可视化的远程的操作和管理，极大的降低了猪场运营成本，提高了猪场的管理效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能养殖技术领域，特别是一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法及其应用该方法的基于数字孪生的可视化猪场管理系统及计算机可读存储介质。
背景技术
数字孪生 ( 英文：Digital Twins，别名：信息镜像模型Cyber-Physical System)是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
数字孪生技术在智能养殖技术领域中的应用，主要是用于将现代化养殖场配备的各种设备，例如摄像头、空气净化设备、喂养器、温度传感器、湿度传感器等，映射到虚拟养殖场模型中，便于在虚拟养殖场模型中查看和管理各种设备。例如中国发明专利CN110047134A中公开的一种养殖场的管理方法，其根据建筑物的三维模型、设备的三维模型及设备在建筑物中的位置信息建立养殖场的三维模型，并将设备的信息与设备的三维模型绑定，使得用户可以清楚的了解设备在建筑物中的位置，还可通过设备的三维模型直接获取设备的信息，在一定程度上提高了养殖场的管理和维护的效率。
但是，现有的智能养殖场管理方法，只能通过虚拟养殖场对真实养殖场的各种设备的位置和信息进行展示，无法通过虚拟养殖场对真实养殖场进行交互和操作管理。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法、系统及存储介质，通过将3D拾起技术与数字化孪生模型的结合实现猪场的可视化的远程控制的管理。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其包括以下步骤：
获取猪场基地的参数数据，并基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
采用3D拾起技术与所述模型进行交互；
检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
优选的，所述参数数据包括：
猪场基地的经纬度数值，包括各个建筑物、水池、湖泊、周边山体、林地在猪场基地的相对位置；
猪场基地的尺寸形状参数，包括栋舍的尺寸形状、场地的尺寸形状、湖泊的尺寸形状、设备的尺寸形状；
猪场基地的终端设备的设备信息，以及所述终端设备采集的环境参数；
根据预设的点云算法对猪场的参数数据进行处理，得到猪场对应的三维虚拟场景。
优选的，进一步将所述三维虚拟场景及其中的数字化模型利用全息影像技术进行全息投影展示；所述全息投影展示的步骤包括：
渲染时设置一个缓存区记录每个顶点到摄像机的距离，当渲染一个像素时，判断该像素是否比所述缓存区中的顶点像素更靠近摄像机，若否，则不渲染该像素；直至搜索得到最靠近摄像机的像素，并将该像素到摄像机的距离储存到所述缓存区；
计算灯光方向和法线方向组成的夹角，夹角越大，亮度越大；
在顶点着色器中，采用ComputeScreenPos方法获取屏幕坐标，得到顶点在裁剪空间中的坐标；
利用视角方向和模型的法线方向的点乘，判断顶点是否位于视角方向能看到的边缘，增强该边缘的颜色并叠加在最终颜色上。
优选的，所述3D拾起技术是指利用长方体算法判断模型是否被拾起；所述长方体算法包括以下步骤：
根据拾起操作的位置绘制一条射线；
在该位置对应的模型周边绘制长方体，该长方体覆盖所述模型；
判断所述射线是否与所述长方体的任一面相交，若是，则判定所述模型被拾起。
进一步的，当相交的模型包括两个以上时，则进一步对相交模型进行屏幕坐标范围的判断：
获取与长方体的任一面相交点的三轴坐标P，
将世界坐标P、Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8通过屏幕坐标矩阵对应转换成屏幕坐标s、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8；其中，Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8为所述长方体的顶点；
判断屏幕坐标s是否在s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8范围之间，若是，则该相交模型位于屏幕坐标范围内，从而判定该相交模型被拾起。
优选的，所述长方体的绘制步骤包括：
获取模型的长宽高，长为x，高为y，宽为z，即，获取模型自身坐标系的3个坐标轴的值；
以模型右下角为起始点（0,0,0）获取模型右上角的顶点坐标P（x,y,z）；
根据P(x,y,z)点3个轴的绝对值，获取3个轴中最大的值；即Pmax=z，获取3个轴最小的值即Pmin=x；
通过Pmin和Pmax计算c值：c=(Pmin+Pmax)/2；
pos1的坐标为(0,0,0)；
pos2在z轴上，则pos2的坐标为(0,0,z)；
pos3在y和z上，则pos3的坐标为(0,c,z)；
pos4在y轴上，则pos4的坐标为(0,c,0)；
pos5在x轴上，则pos5 的坐标为(x,0,0)；
pos6在x轴和z轴上，则pos6 的坐标为(x,0,z)；
pos7在x轴y轴和z轴上，则pos7 的坐标为(x,c,z)；
pos8在x轴和z轴上，则pos8的坐标为(x,c,0)；
将Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8相连接，得到所述长方体。
优选的，进一步对被拾起模型的数据进行数字化处理和展示：
当猪只模型被拾起时，展示猪只的详情：当日的饮水量数据、当日的饮食数据、当日的体温数据以及当日健康状态数据；将当日数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该猪只所在的栋舍以及栏位信息；
当栋舍模型被拾起时，可对栋舍模型下达清洗、消毒、除臭、刮粪、巡检、喷泉的操作指令，控制对应的终端设备执行对应的操作；并在该栋舍模型上展示相应的操作特效；
当环控类终端设备被拾起时，展示设备当前状态、当前运行效率、当前环境的温度、湿度、二氧化碳、二氧化硫、氨气、阳光状态；将当前数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该终端设备所在的栋舍以及栏位信息；
当控制开关类终端设备模型被拾起时，可对设备模型下达操作指令，并控制对应的终端设备执行开关操作；并进一步检验设备开关是否与当前操作状态相符合。
优选的，当猪只模型被拾起时，还进一步获取该猪只的监测图像，以及根据所述监测图像计算该猪只的实际体重；根据猪只生长曲线公式计算该猪只的标准体重范围，将所述实际体重与所述标准体重范围进行比对，判断该猪只是否体重异常；将体重异常的猪只的耳标数据发送至相关人员进行提醒。
与所述基于数字孪生的可视化猪场管理方法相对应的，本发明提供一种基于数字孪生的可视化猪场管理系统，其包括：
数据获取模块，用于获取猪场基地的参数数据；
数字化处理模块，其基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
交互控制模块，其采用3D拾起技术与所述模型进行交互，并检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有猪场管理程序，所述猪场管理程序被处理器执行时实现如上文所述的基于数字孪生的可视化猪场管理方法的步骤。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过基于数字孪生的猪场数字化模型来管理猪场，极大的降低了猪场运营成本，提高了猪场的管理效率；
（2）本发明的猪场数字化模型，不仅包括猪场的栋舍模型，还包括猪只和各种终端设备的模型，从而能够还原整个猪场生态，而不仅仅用于模型展览；
（3）本发明通过3D拾起技术实现模型的人机交互控制，通过检测被拾起的模型类型，对不同的模型类型实现不同的交互效果；
（4）本发明利用全息影像技术可以让物光从多个角度照射，多次拍摄不同角度的图片都集中在一个全息图集中,全息图集是记录同一物体中不同方位的图片信息，那么用参考光从不同角度照射这个全息图，就可以互不干扰地分别显示出来每次拍摄的图像，从而能够再现物体的三维图像；
（5）本发明的3D拾起技术是利用长方体算法判断模型是否被拾起，该算法是射线与模型周边画出的长方体的相交判断，覆盖在模型六面，只要射线与其中一面有相交即可判断是否模型是否被拾取，从而避免了传统的3d拾取技术不容易拾取不规则物体；
（6）本发明还进一步对相交模型进行屏幕坐标范围的判断，如果在长方体对应的屏幕坐标范围内，则判断此次点击模型，从而确定不是因为多个模型之间相互影响而导致模型相交点触发；
（7）当射线发出的同时可能会跟多个模型进行交互；采用本发明的方案，对先被标记相交的模型优先进行屏幕坐标范围判断，如果在屏幕坐标范围内则确定模型被拾起，这样不会导致多个模型一起被拾起。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例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为本发明可视化猪场管理方法的3D拾起技术的模型坐标系示意图；
图2为本发明可视化猪场管理方法的3D拾起技术的模型坐标系的c值获取过程示意图；
图3为本发明可视化猪场管理方法的3D拾起技术的长方体绘制过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在对于猪场猪只管理过程中，由于猪场的设备多而杂，各个猪场的栋舍的距离也比较远。管理人员对猪只和设备的管理显得复杂、繁琐、费时，效率低下。管理人员需要花费大量的时间和精力在各个栋舍之间奔走也容易疲乏。这样就导致猪场需要投入更多的人员成本来管理猪只和设备，大大增加猪场运营的成本。而猪场设备大数据的数据处理以及设备操控数字孪生系统能大大的降低猪场运营的成本。
因此，本发明的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其包括以下步骤：
获取猪场基地的参数数据，并基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
采用3D拾起技术与所述模型进行交互；
检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
本实施例中，所述参数数据包括：
猪场基地的经纬度数值，包括各个建筑物、水池、湖泊、周边山体、林地在猪场基地的相对位置；
猪场基地的尺寸形状参数，包括栋舍的尺寸形状、场地的尺寸形状、湖泊的尺寸形状、设备的尺寸形状；
猪场基地的终端设备的设备信息，以及所述终端设备采集的环境参数；
根据预设的点云算法对猪场的参数数据进行处理，得到猪场对应的三维虚拟场景。
本实施例中，根据无人机多边缘，多维度立体化采集，采集猪场基地的经纬度数值，采集每个建筑物、水池、湖泊、周边的山体、林地等在猪场基地的相对位置，采集猪场设备对于每个建筑物或者猪场基地的相对位置，获取建筑物、设备的尺寸、纹理、形状等。采集的建筑物、水池、湖泊等数据，是为了更真实还原出整个猪场所在的地理环境。
根据azimuth=arctan(y/x)，利用无人机测试与地球表面不平行时的校准公式来校准无人机的电子罗盘定位仪器的水平位置。
校准公式为：
Xr=Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα；
Yr=Ycosβ+Zsinβ；
其中，α为俯仰角，β为侧倾角，Xr和Yr为要转换到水平位置的值，Xr和Yr分别代表无人机的电子罗盘标定的横坐标和纵坐标，则可得到无人机的相对坐标，从而获取无人机飞行的经纬度。不同经纬来获取场地里面的栋舍图片纹理和不同角度的环境光线变化数值。
然后，将真实世界坐标系转化为虚拟场景的三维坐标：
其中（X,Y,Z)为场地坐标，（Xs,Ys,Zs）拍摄无人机的坐标位置，R为由无人机的姿态和相对角度形成的旋转矩阵。无人机通过拍摄的不同点位（即，不同经纬度）拍摄的图片信息，将真实的坐标一一映射到虚拟空间的坐标。
本实施例根据预设的点云算法对猪场的参数数据进行处理，点云即为三维点的数据集合，是指在相同参考坐标系下表示目标物体表面特征及空间分布的点的集合。点云数据包含空间坐标、颜色等丰富的属性信息。点云三维空间坐标(X、Y、Z)、激光反射强度(Intensity，表示点的密集程度）、色彩值（R、G、B）、透明程度（Alpha）、点云的法向量（nx、ny、nz，其中n代表Normal）细化每个模型的面都可以精确将纹理映射到3d虚拟模型上。
所述点云算法的计算公式如下：
；
其中，ρ为一个优化激活函数称为：Geman-McClure estimator，p代表目标点云，q代表待转换的点云，T代表的是坐标转换矩阵。
无人机采集到的点云数据转化到虚拟模型中的点云数据。将真实世界的采集到的点云数据集合，转化成虚拟世界的点云数据集合。并将这些数据集合映射到三维模型上。而且获取更加逼真的模型，同时模型会受到环境变化以及三维空间坐标的变化而色彩值与透明程度发生相应的变化。
本实施例中，进一步将所述三维虚拟场景及其中的数字化模型利用全息影像技术进行全息投影展示；利用全息影像技术可以让物光从多个角度照射，多次拍摄不同角度的图片都集中在一个全息图集中,全息图集是记录同一物体中不同方位的图片信息，那么用参考光从不同角度照射这个全息图，就可以互不干扰地分别显示出来每次拍摄的图像，从而能够再现物体的三维图像。
所述全息投影展示的步骤包括：
渲染时设置一个缓存区记录每个顶点到摄像机的距离，当渲染一个像素时，判断该像素是否比所述缓存区中的顶点像素更靠近摄像机，若否，则不渲染该像素；直至搜索得到最靠近摄像机的像素，并将该像素到摄像机的距离储存到所述缓存区；（实现半透明效果）；
计算灯光方向和法线方向组成的夹角，夹角越大，亮度越大；（实现边缘光效果）；
在顶点着色器中，采用ComputeScreenPos方法获取屏幕坐标，得到顶点在裁剪空间中的坐标；
利用视角方向和模型的法线方向的点乘，判断顶点是否位于视角方向能看到的边缘，增强该边缘的颜色并叠加在最终颜色上（实现模拟信号传输不稳定的顶点偏移效果）。
所述3D拾起技术是指利用长方体算法判断模型是否被拾起；所述长方体算法包括以下步骤：
根据拾起操作的位置绘制一条射线（如图3所示，通过鼠标点击操作发出一条射线）；
在该位置对应的模型周边绘制长方体，该长方体覆盖所述模型；
判断所述射线是否与所述长方体的任一面相交，若是，则判定所述模型被拾起。
采用本实施例的长方体算法，不规则物体都可以通过相近的长方体矩阵来包住，保证了每个面都可以与某个坐标轴平面平行,利用基于物体的空间位置和几何姿态，来确定物体之间是否重合在某个点或者多个点上发生交集。如果有发生交集则被拾起，避免了传统的3d拾取技术不容易拾取不规则物体的问题。
本实施例中，当相交的模型包括两个以上时，则进一步对相交模型进行屏幕坐标范围的判断：
获取与长方体的任一面相交点的三轴坐标P，
将世界坐标P、Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8通过屏幕坐标矩阵对应转换成屏幕坐标s、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8；其中，Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8为所述长方体的顶点；
判断屏幕坐标s是否在s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8范围之间，若是，则该相交模型位于屏幕坐标范围内，从而判定该相交模型被拾起。
本实施例中，所述长方体的绘制步骤包括：
获取模型的长宽高，长为x，高为y，宽为z，即，获取模型自身坐标系的3个坐标轴的值；
如图1所示，以模型右下角为起始点（0,0,0）获取模型右上角的顶点坐标P（x,y,z）；
根据P(x,y,z)点3个轴的绝对值，获取3个轴中最大的值；即Pmax=z，获取3个轴最小的值即Pmin=x；
如图2所示，通过Pmin和Pmax计算c值：c=(Pmin+Pmax)/2；
pos1的坐标为(0,0,0)；
pos2在z轴上，则pos2的坐标为(0,0,z)；
pos3在y和z上，则pos3的坐标为(0,c,z)；
pos4在y轴上，则pos4的坐标为(0,c,0)；
pos5在x轴上，则pos5 的坐标为(x,0,0)；
pos6在x轴和z轴上，则pos6 的坐标为(x,0,z)；
pos7在x轴y轴和z轴上，则pos7 的坐标为(x,c,z)；
pos8在x轴和z轴上，则pos8的坐标为(x,c,0)；
将Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8相连接，得到所述长方体（如图3所示）。
优选的，进一步对被拾起模型的数据进行数字化处理和展示：
当猪只模型被拾起时，展示猪只的详情：当日的饮水量数据、当日的饮食数据、当日的体温数据以及当日健康状态数据；将当日数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该猪只所在的栋舍以及栏位信息；
当栋舍模型被拾起时，可对栋舍模型下达清洗、消毒、除臭、刮粪、巡检、喷泉的操作指令，控制对应的终端设备执行对应的操作；并在该栋舍模型上展示相应的操作特效；例如：进行除臭，即可在场地的栋舍上展示特效出来方便直观管理可以执行哪些操作，更加直观告诉用户除臭时的气流走向和具体区域；同时，水池真实的模拟用户场地的喷泉效果，真实的将现实场景搬进虚拟场景中，让用户一目了然知道哪些栋舍进行相对应的操作（洗消、除臭、刮粪、巡检、喷泉等等）。
当环控类终端设备被拾起时，展示设备当前状态、当前运行效率、当前环境的温度、湿度、二氧化碳、二氧化硫、氨气、阳光状态；将当前数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该终端设备所在的栋舍以及栏位信息；
当控制开关类终端设备模型被拾起时，可对设备模型下达操作指令，并控制对应的终端设备执行开关操作；并进一步检验设备开关是否与当前操作状态相符合。二者相辅相成提高设备运行的准确度。
本实施例中，在构建的猪场模型中预存一些阈值数据，然后根据采集猪只的实际数据与阈值数据进行比较，当实际数据与阈值数据存在偏差时，发出警报至客户端：例如传感器的温度在阈值范围内，就是正常显示。如果温度阈值过低则显示绿色，提醒用户目前该栋舍内的环境温度过低，而如果温度过高则显示红色。
本实施例中，所述将猪只生长每日的饲喂数据与饮水数据以及每日成长环境预先与之前猪只成长的标准数据进行大数据对比分析判断猪只是否有异常，如果猪只异常及时警报发送到客户端进行提示；及时通知相关人员可以进行环境参数调控处理包括：
将所有猪只每日的饮食饮水数据上报到客户端，根据对应的饮水公式来判断猪只是否数据异常，如果有数据异常进行及时通报相关人员。每个猪只对应的栏位，监控设备观察是否有缺失，若有缺失报警到客户端，让相关人员进行排查，猪只是否外逃。
另外，通过开关状态数据的获取，相关人员只需通过模型就知道该栋舍里面的环控设备、除臭机、刮粪机、风机、水帘、卷帘的状态以及饲喂器的状态，以及获取当日下料数据。
本实施例中，当猪只模型被拾起时，还进一步获取该猪只的监测图像，以及根据所述监测图像计算该猪只的实际体重；根据猪只生长曲线公式计算该猪只的标准体重范围，将所述实际体重与所述标准体重范围进行比对，判断该猪只是否体重异常；将体重异常的猪只的耳标数据发送至相关人员进行提醒。
其中，生长曲线公式是采用日增重公式，其因子包括不同的品种的成熟体重、生长系统。按照体组分公式，可分别计算不同体重的体蛋白（Pt）、体脂肪（Lt）、体水份（Yt）、和灰分（At），而它们间的关系如下：
分割的胴体瘦肉=2.4Pt (Pt：全身蛋白含量)；
Yt=4.11Pt0.89；
At=0.03活重或0.2蛋白质量；
Lt=0.25*Pt1.74；
（妊娠母猪：Lt=1.1Pt1.1或公式Lt(kg)=-20+0.21W+1.5P2）；
Pt(kg)=-2.3+0.19W-0.22P2；
瘦肉中含水70-75%，脂肪5-15%，蛋白质20-25%；脂肪中含水10-25%，2%蛋白，70-80%脂肪。
根据上述公式预算出该猪只的预设体重范围。
如果体重偏差值过大，则判断该猪只发生异常，将耳标数据发送到客户端，让客户端及时提醒相关人员进行排查处理，例如：妊娠母猪：Lt=1.1Pt1.1，当体脂达到体重的30%，繁殖性能下降；当低于17%，降低返情率和排卵率，配子着床、胚胎生存率和初生体重也受影响。
另外，还可根据猪只的饮食饮水数据判断猪只是否异常：
统计每日食物的进值和出值、水的进值和出值；
根据猪只的饮水公式：
夏季每日饮水量=日喂饲料量(kg)x(4~5)/头；
冬季每日饮水量=日喂饲料量(kg)x3/头；
将所有猪只每日的饮食饮水数据上报到客户端，根据对应的饮水公式来判断猪只是否数据异常，如果有数据异常进行及时通报相关人员。
本实施例中，对终端设备运行状态进行实时检测，将设备历史运行状态与当前运行状态对比，如果当前状态发生变化，将变化的数据发送到客户端进行数据对比，减少不必要的数据冗余，技术人员可以通过数据的变化来观察设备运行的状态，并定位到具体的设备位置和场地，大大地提高工作效率。
还包括：针对设备信息对应每个时间的运行状态所产生的数据进行实时记录，将该次记录输入至与其相对应的设备模型中，得到该设备所有数据详情。多维度可视化查看数据，更加直观明了。通过设计和数据可视化、简单的沉浸式XR体验。
另外，本发明还对应提供一种基于数字孪生的可视化猪场管理系统，其包括：
数据获取模块，用于获取猪场基地的参数数据；
数字化处理模块，其基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
交互控制模块，其采用3D拾起技术与所述模型进行交互，并检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
本发明的系统还包括：
AssetBundle技术，将每个模型相关的资源压缩成一个独立小巧的压缩包，减少服务端的压力，也减小网页端的数据压力；
ILRuntime（热更新）技术，相同模型如果有发现变化可通过该发生变化的模型进行数据资源下载即可，不用整体资源下载，减小对客户端以及网页端的下载压力。
AssetBundle(打包技术)和ILRuntime热更新技术不仅可以在客户端使用，也可以在网页端进行3D模型展示，利用更新技术，先加载部分模型然后叠层似推进模型数量下载以小而多的加载方式将模型可进行网页端展示。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中的存储器中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现前述的基于数字孪生的可视化猪场管理方法。所述计算机可读存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例及存储介质实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
并且，在本文中，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取猪场基地的参数数据，并基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
采用3D拾起技术与所述模型进行交互；
检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，所述参数数据包括：
猪场基地的经纬度数值，包括各个建筑物、水池、湖泊、周边山体、林地在猪场基地的相对位置；
猪场基地的尺寸形状参数，包括栋舍的尺寸形状、场地的尺寸形状、湖泊的尺寸形状、设备的尺寸形状；
猪场基地的终端设备的设备信息，以及所述终端设备采集的环境参数；
根据预设的点云算法对猪场的参数数据进行处理，得到猪场对应的三维虚拟场景。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于：进一步将所述三维虚拟场景及其中的数字化模型利用全息影像技术进行全息投影展示；所述全息投影展示的步骤包括：
渲染时设置一个缓存区记录每个顶点到摄像机的距离，当渲染一个像素时，判断该像素是否比所述缓存区中的顶点像素更靠近摄像机，若否，则不渲染该像素；直至搜索得到最靠近摄像机的像素，并将该像素到摄像机的距离储存到所述缓存区；
计算灯光方向和法线方向组成的夹角，夹角越大，亮度越大；
在顶点着色器中，采用ComputeScreenPos方法获取屏幕坐标，得到顶点在裁剪空间中的坐标；
利用视角方向和模型的法线方向的点乘，判断顶点是否位于视角方向能看到的边缘，增强该边缘的颜色并叠加在最终颜色上。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，所述3D拾起技术是指利用长方体算法判断模型是否被拾起；所述长方体算法包括以下步骤：
根据拾起操作的位置绘制一条射线；
在该位置对应的模型周边绘制长方体，该长方体覆盖所述模型；
判断所述射线是否与所述长方体的任一面相交，若是，则判定所述模型被拾起。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，当相交的模型包括两个以上时，则进一步对相交模型进行屏幕坐标范围的判断：
获取与长方体的任一面相交点的三轴坐标P，
将世界坐标P、Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8通过屏幕坐标矩阵对应转换成屏幕坐标s、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8；其中，Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8为所述长方体的顶点；
判断屏幕坐标s是否在s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8范围之间，若是，则该相交模型位于屏幕坐标范围内，从而判定该相交模型被拾起。
6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，所述长方体的绘制步骤包括：
获取模型的长宽高，长为x，高为y，宽为z，即，获取模型自身坐标系的3个坐标轴的值；
以模型右下角为起始点（0,0,0）获取模型右上角的顶点坐标P（x,y,z）；
根据P(x,y,z)点3个轴的绝对值，获取3个轴中最大的值；即Pmax=z，获取3个轴最小的值即Pmin=x；
通过Pmin和Pmax计算c值：c=(Pmin+Pmax)/2；
pos1的坐标为(0,0,0)；
pos2在z轴上，则pos2的坐标为(0,0,z)；
pos3在y和z上，则pos3的坐标为(0,c,z)；
pos4在y轴上，则pos4的坐标为(0,c,0)；
pos5在x轴上，则pos5 的坐标为(x,0,0)；
pos6在x轴和z轴上，则pos6 的坐标为(x,0,z)；
pos7在x轴y轴和z轴上，则pos7 的坐标为(x,c,z)；
pos8在x轴和z轴上，则pos8的坐标为(x,c,0)；
将Pos1、Pos2、Pos3、Pos4、Pos5、Pos6、Pos7、Pos8相连接，得到所述长方体。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，进一步对被拾起模型的数据进行数字化处理和展示：
当猪只模型被拾起时，展示猪只的详情：当日的饮水量数据、当日的饮食数据、当日的体温数据以及当日健康状态数据；将当日数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该猪只所在的栋舍以及栏位信息；
当栋舍模型被拾起时，可对栋舍模型下达清洗、消毒、除臭、刮粪、巡检、喷泉的操作指令，控制对应的终端设备执行对应的操作；并在该栋舍模型上展示相应的操作特效；
当环控类终端设备被拾起时，展示设备当前状态、当前运行效率、当前环境的温度、湿度、二氧化碳、二氧化硫、氨气、阳光状态；将当前数据与历史数据或阈值数据或标准数据进行比对，若发生较大的偏差则启动报警状态，并标定该终端设备所在的栋舍以及栏位信息；
当控制开关类终端设备模型被拾起时，可对设备模型下达操作指令，并控制对应的终端设备执行开关操作；并进一步检验设备开关是否与当前操作状态相符合。
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的可视化猪场管理方法，其特征在于，当猪只模型被拾起时，还进一步获取该猪只的监测图像，以及根据所述监测图像计算该猪只的实际体重；根据猪只生长曲线公式计算该猪只的标准体重范围，将所述实际体重与所述标准体重范围进行比对，判断该猪只是否体重异常；将体重异常的猪只的耳标数据发送至相关人员进行提醒。
9.一种基于数字孪生的可视化猪场管理系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取猪场基地的参数数据；
数字化处理模块，其基于所述参数数据创建猪场的栋舍、猪只和终端设备的数字化模型；
交互控制模块，其采用3D拾起技术与所述模型进行交互，并检测当前交互的模型对象：
当猪只模型被拾起时，展示被拾起模型的详情数据；
当栋舍模型被拾起时，展示被拾起模型当前执行中的操作任务的运行效果；
当终端设备模型被拾起时，可对被拾起模型下达操作指令，并控制被拾起模型对应的终端设备执行所述操作指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有猪场管理程序，所述猪场管理程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的基于数字孪生的可视化猪场管理方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231113 Address after: A1, Unit 1601, No. 50, Chengyi North Street, Phase III, Software Park, Jimei District, Xiamen, Fujian Province, 361000 Patentee after: Xiamen Nongxin Digital Technology Co.,Ltd. Patentee after: Beijing Nongxin Shuzhi Technology Co.,Ltd. Address before: A1, Unit 1601, No. 50, Chengyi North Street, Phase III, Software Park, Jimei District, Xiamen, Fujian Province, 361000 Patentee before: Xiamen Nongxin Digital Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |