CN116563462B - 一种用于装备实训的三维仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于装备实训的三维仿真系统及方法，三维仿真系统包括教师端和学员端。用于教师端的方法包括：S1、基于相关装备的高清图片创建三维模型，并进行细节处理和贴图优化；S2、管理三维模型，完善模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表、漫游信息表；S3、将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式；S4、完善挂载点信息表、学习资源信息表；S5、模型预览及校验。教师端对三维模型的生命周期管理提供了一种便捷的方式，本发明减少了管理员的劳动量，提高了三维模型自动化管理的水平。学员端通过漫游操作以及与挂载点的交互，对装备整体、零部件进行360度观察，学习相关知识，增加了学习的趣味性。

Description

一种用于装备实训的三维仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及用于装备实训的三维仿真系统及方法。

背景技术

对于装备操作人员来说，尤其是特种装备的操作员，需要进行严格的岗前培训以及经常性地日常培训学习、技能考核，以降低操作员因操作不当、专业知识不足导致事故发生的概率。靠培训教师讲解，辅助PPT、教学视频等传统教学方式不能做到面面俱到，也不能吸引学员的注意力和学习兴趣，培训时间消耗长，培训效率低。装备操作员往往都需要很强的实践能力，而传统的授课方式不能提供实操的机会，不能提供沉浸感的、身临其境的学习场景，导致培训效果一般。

三维仿真技术利用计算机产生一个三维空间虚拟世界，提供视觉、听觉、触觉等感官的环境模拟，渲染出可以进行可视化操作的场景，让操作者如同身历其境一般，具有交互性、沉浸感、安全性等优点。因而，把三维仿真技术应用于装备的实操培训具有重大意义，通过对装备操作员的合理培训，节约培训成本，提高培训效果和培训效率，并能够减少事故的发生。

发明内容

为解决至少部分上述问题，本发明提供了一种用于装备实训的三维仿真系统及方法。为实现以上目的，提供以下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供一种用于装备实训的三维仿真系统，其包括：

教师端和学员端，教师端包括三维模型创建模块、三维模型管理模块、学习资源挂载模块；学员端包括三维模型加载模块，技能鉴定模块；

三维模型创建模块，用于装备的三维模型创建，获取相关装备的高清图片，对采集的图片进行处理，基于处理后的图片创建三维模型，对创建的三维模型进行细节处理和贴图优化；其中，对于装备主体和关键零部件，采用实体模型展现；

三维模型管理模块，用于管理装备主体模型与零部件模型，包括建立装备整体模型与零部件的组成关系，设置装备整体模型的各零部件的组装和拆解顺序，建立零部件之间的结构层次关系；

学习资源挂载模块，将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源；学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题；

教师端还包括预览和校验模块，用于预览三维模型，以及根据校验脚本验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告；

三维模型加载模块，包括装备主体模型整体加载方式、组装式加载方式，装备主体模型整体加载方式即一次性完成加载装备主体模型，各零部件组装式加载方式即按照各零部件的组装顺序依次加载零部件；

技能鉴定模块，用于检验学员的技能掌握情况，随机选择三维模型的若干挂载点，加载挂载点的试题资源，学员完成各挂载点上挂载的试题，获取得分信息以及排名信息。

作为本发明的进一步改进方案，所述获取相关装备的高清图片，具体包括，对相关装备多角度拍摄，获取多角度图片，远景图片，近景图片。

作为本发明的进一步改进方案，所述对采集的图片进行处理，具体包括，对获取的高清图片进行滤除噪点、明暗调整、色彩增强处理。

作为本发明的进一步改进方案，三维模型管理模块还包括模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表，模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息；零部件信息表用于保存零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号；加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置。

作为本发明的进一步改进方案，三维模型管理模块还包括漫游信息表，漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型；事件类型包括旋转、前进、后退、放大、缩小、左移、右移。

作为本发明的进一步改进方案，学习资源挂载模块还包括挂载点信息表、学习资源信息表，挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID；学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息。

作为本发明的进一步改进方案，交互方式类型包括触摸、单击、双击、滑过、长按。

作为本发明的进一步改进方案，组装式加载方式包括自动组装加载和手动组装加载，自动组装加载按照零部件信息表和加载位置信息表按照设定加载速率自动完成三维模型的加载；手动组装加载，根据学员的操作控制完成三维模型的加载。

作为本发明的进一步改进方案，技能鉴定模块根据设定的题目数量、难易等级，自动选择若干挂载点，通过查询挂载点信息表，加载挂载点的试题资源。

本申请实施例的第二方面，提供一种用于装备实训的三维仿真方法，用于教师端，包括以下步骤：

S1、基于相关装备的高清图片创建三维模型，并进行细节处理和贴图优化；

S2、管理三维模型，完善模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表、漫游信息表；模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息；零部件信息表用于保存零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号；加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置；漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型；

S3、将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源；学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题；

S4、完善挂载点信息表、学习资源信息表；挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID；学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息；

S5、模型预览及校验；通过模型预览以及运行校验脚本，验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告。

本申请实施例的第三方面，提供一种用于装备实训的三维仿真方法，用于学员端，包括以下步骤：

S1、登录学员端，验证登录学员的身份信息；

S2：查询登录学员的学习进度信息，根据预设的模型记载方式，加载登录学员上次退出系统时展现的三维模型；所述加载方式包括装备主体模型整体加载方式、组装式加载方式；

S3：登录学员通过漫游操作以及与挂载点的交互，对相关装备进行学习；

S4：随机选择三维模型的若干挂载点，加载挂载点的试题资源，登录学员完成各挂载点上挂载的试题，获取得分信息以及排名信息，完成登录学员的技能鉴定。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于装备实训的三维仿真系统，包括教师端和学员端，教师端用于三维模型创建、三维模型管理、学习资源挂载、三维模型预览和校验。对三维模型的生命周期管理提供了一种便捷的方式，减少了管理员的劳动量，校验功能能够发现功能设置当中的错误，提高了三维模型自动化管理的水平。学员通过漫游操作，对装备整体、零部件进行360度独立观察，清晰直观的了解到装备与各零部件的物理逻辑关系，通过与挂载点的交互，学习相关规范操作，观看装备顺序拆解、顺序安装的视频动画教程，增加了学习的趣味性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的用于装备实训的三维仿真系统的网络结构图；

图2是本发明的用于装备实训的三维仿真系统的教师端的功能结构图；

图3是本发明的用于装备实训的三维仿真系统的学员端的功能结构图；

图4是本发明的教师端的三维仿真方法的流程图；

图5是本发明的学员端的三维仿真方法的流程图。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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1

图1为本发明实施例提供的用于装备实训的三维仿真系统的网络结构图。用于装备实训的三维仿真系统包括教师端和学员端。服务器提供数据存储以及服务请求响应功能。教师端和学员端分别通过有线或无线的方式与服务器进行通信连接。教师端的使用对象是系统管理人员，教师端主要用于三维模型创建、三维模型管理、学习资源挂载、三维模型预览和校验，对三维模型的生命周期进行管理。学员端供学员登录，完成身份验证后，通过漫游操作对装备整体、零部件进行360度独立观察，清晰直观的了解到装备与各零部件的物理逻辑关系。学员可以控制漫游的角度、速度、行进、穿越、停留、查找、定位。通过与挂载点的交互，按照规范操作，观看装备顺序拆解、顺序安装的视频动画教程。人机交互操作控制按钮，顺序拆解、安装装备的交互动画。可以使学员尽快掌握目标装备内外结构的拆装顺序以及各个零部件之间的物理联系，增加了学习的趣味性。

实施例2

图2是本发明的用于装备实训的三维仿真系统的教师端的功能结构图。教师端包括三维模型创建模块、三维模型管理模块、学习资源挂载模块、预览和校验模块。

三维模型创建模块，用于装备的三维模型创建，获取相关装备的高清图片，对采集的图片进行处理，基于处理后的图片创建三维模型，对创建的三维模型进行细节处理和贴图优化。其中，对于重点展示的装备的主体和关键零部件，采用实体模型展现。

使用高清相机获取相关装备的高清图片，具体包括，对相关装备多角度拍摄，获取多角度图片，远景图片，近景图片。对获取的高清图片进行滤除噪点、明暗调整、色彩增强处理。优选地，还可以获取相关装备和场景的纹理图片，用于贴图处理，能够最大程度展现细节纹理。

三维建模可以采用3DMAX、Photoshop、Maya、Rhino、Unity3D等软件，建模方法可以采用基于图像的建模方法，或者混合基于几何的建模方法，本发明对具体建模方法不做限定。

三维模型管理模块，用于管理装备主体模型与零部件模型，包括建立装备整体模型与零部件的组成关系，设置装备整体模型的各零部件的组装和拆解顺序，建立零部件之间的结构层次关系。三维模型管理模块还包括模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表，模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息。零部件信息表用于保存零部件ID、零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号。加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置。

三维模型管理模块还包括漫游信息表，漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型。事件类型包括旋转、前进、后退、放大、缩小、左移、右移。

学习资源挂载模块，将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源。学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题。

学习资源挂载模块还包括挂载点信息表、学习资源信息表，挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID；学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息。

学员与本发明的仿真系统的交互方式类型包括触摸、单击、双击、滑过、长按。

预览和校验模块，用于预览三维模型，以及根据校验脚本验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告。通过运行校验脚本，自动判断管理员设置的相关信息是否有误，例如挂载点漏设学习资源，学习资源的路径为空，模拟交互操作不能触发展示相应挂载点对应的资源等，根据检查结果生成校验报告，管理员根据校验结果生成校验报告，便于管理员快速、准确对相关设置信息进行修正。

实施例3

图3是本发明的用于装备实训的三维仿真系统的学员端的功能结构图。学员端包括三维模型加载模块、技能鉴定模块。

三维模型加载模块，包括装备主体模型整体加载方式、组装式加载方式，装备主体模型整体加载方式即一次性完成加载装备主体模型，各零部件组装式加载方式即按照各零部件的组装顺序依次加载零部件。

组装式加载方式包括自动组装加载和手动组装加载，自动组装加载按照零部件信息表和加载位置信息表按照设定加载速率自动完成三维模型的加载。手动组装加载，根据学员的操作控制完成三维模型的加载。优选地，学员端还可以设置三维模型的加载速率，以及加载零部件的触发事件。例如，通过单击触发加载下一个零部件，便于学员根据实际需要，对感兴趣或者不理解的重点装备、零部件进行更加详细地学习。

技能鉴定模块，用于检验学员的技能掌握情况，随机选择三维模型的若干挂载点，加载挂载点的试题资源，学员完成各挂载点上挂载的试题，获取得分信息以及排名信息。本发明的仿真系统能够展现学员的排名信息，进一步激发学员的学习热情。

技能鉴定模块根据设定的题目数量、难易等级，自动选择若干挂载点，通过查询挂载点信息表，加载挂载点的试题资源。技能鉴定模块可以设置难易程度，针对初级、中级、高级学员，组织难度系数相匹配的试题。

实施例4

参见图4，本发明还公开了一种用于装备实训的三维仿真方法，用于教师端，包括以下步骤：

S1、基于相关装备的高清图片创建三维模型，并进行细节处理和贴图优化。

S2、管理三维模型，完善模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表、漫游信息表；模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息。零部件信息表用于保存零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号。加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置。漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型。

S3、将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源；学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题。

S4、完善挂载点信息表、学习资源信息表；挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID。学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息。

S5、模型预览及校验；通过模型预览以及运行校验脚本，验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告。

实施例5

参见图5，本发明还公开了一种用于装备实训的三维仿真方法，用于学员端，包括以下步骤：

S1、登录学员端，验证登录学员的身份信息。

S2：查询登录学员的学习进度信息，根据预设的模型记载方式，加载登录学员上次退出系统时展现的三维模型。所述加载方式包括装备主体模型整体加载方式、组装式加载方式。

S3：登录学员通过漫游操作以及与挂载点的交互，对相关装备进行学习。

S4：随机选择三维模型的若干挂载点，加载挂载点的试题资源，登录学员完成各挂载点上挂载的试题，获取得分信息以及排名信息，完成登录学员的技能鉴定。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本申请实施例的目的。

上述根据本申请实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的装置可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的装置。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的装置的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的装置的专用计算机。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及装置步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同装置来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

以上实施方式仅用于说明本申请实施例，而并非对本申请实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本申请实施例的范畴，本申请实施例的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，包括教师端和学员端，教师端包括三维模型创建模块、三维模型管理模块、学习资源挂载模块、预览和校验模块；学员端包括三维模型加载模块，技能鉴定模块；

三维模型创建模块，用于装备的三维模型创建，获取相关装备的高清图片，对采集的图片进行处理，基于处理后的图片创建三维模型，对创建的三维模型进行细节处理和贴图优化；其中，对于装备主体和关键零部件，采用实体模型展现；

三维模型管理模块，用于管理装备主体模型与零部件模型，包括建立装备整体模型与零部件的组成关系，设置装备整体模型的各零部件的组装和拆解顺序，建立零部件之间的结构层次关系；三维模型管理模块还包括模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表，模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息；零部件信息表用于保存零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号；加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置；三维模型管理模块还包括漫游信息表，漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型；事件类型包括旋转、前进、后退、放大、缩小、左移、右移；

学习资源挂载模块，将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源；学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题；

预览和校验模块，用于预览三维模型，以及根据校验脚本验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告；

三维模型加载模块，包括装备主体模型整体加载方式、组装式加载方式，装备主体模型整体加载方式即一次性完成加载装备主体模型，各零部件组装式加载方式即按照各零部件的组装顺序依次加载零部件；组装式加载方式包括自动组装加载和手动组装加载，自动组装加载按照零部件信息表和加载位置信息表按照设定加载速率自动完成三维模型的加载；手动组装加载，根据学员的操作控制完成三维模型的加载；

技能鉴定模块，用于检验学员的技能掌握情况，随机选择三维模型的若干挂载点，加载挂载点的试题资源，学员完成各挂载点上挂载的试题，获取得分信息以及排名信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，

所述获取相关装备的高清图片，具体包括，对相关装备多角度拍摄，获取多角度图片，远景图片，近景图片。

3.根据权利要求2所述的一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，

所述对采集的图片进行处理，具体包括，对获取的高清图片进行滤除噪点、明暗调整、色彩增强处理。

4.根据权利要求1所述的一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，

学习资源挂载模块还包括挂载点信息表、学习资源信息表，挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID；学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息。

5.根据权利要求1所述的一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，

交互方式类型包括触摸、单击、双击、滑过、长按。

6.根据权利要求5所述的一种用于装备实训的三维仿真系统，其特征在于，

技能鉴定模块根据设定的题目数量、难易等级，自动选择若干挂载点，通过查询挂载点信息表，加载挂载点的试题资源。

7.一种用于装备实训的三维仿真方法，用于权利要求1-6任一项所述的三维仿真系统的教师端，包括以下步骤：

S1、基于相关装备的高清图片创建三维模型，并进行细节处理和贴图优化；

S2、管理三维模型，完善模型信息表、零部件信息表、加载位置信息表、漫游信息表；模型信息表用于保存装备ID、模型名称、类型、存储路径信息；零部件信息表用于保存零部件名称、所属装备ID、组装序号、拆解序号；加载位置信息表，用于保存零部件之间的结构层次关系，保障零部件模型加载到正确的位置；漫游信息表用于交互控制，漫游信息表包括模型ID、交互方式类型、事件类型；

S3、将学习资源挂载到三维模型的挂载点上，并设置挂载点的交互方式，当挂载点接收到相应交互方式的交互信号时，触发相应事件，事件包括展示该挂载点对应的多媒体资源；学习资源包括文字、声音、视频、动画、PPT、试题；

S4、完善挂载点信息表、学习资源信息表；挂载点信息表用于保存挂载点名称、所属三维模型ID、挂载点位置、交互方式类型、学习资源ID；学习资源信息表用于保存学习资源ID、资源名称、资源类型、等级、存储位置信息；

S5、模型预览及校验；通过模型预览以及运行校验脚本，验证设置在三维模型上的信息，并生成校验报告。