CN117454034B - 一种跨平台三维可视化方法、计算设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种跨平台三维可视化方法、计算设备及存储介质，属于计算机工业仿真与建模领域，通过将Modelica三维模型仿真结果中提取的三维数据发送至Web端，Web端再对数据进行解析、加工，并进行三维可视化渲染，实现了仅用一套Web端三维可视化代码，在不同平台的工业仿真软件中通过嵌入Web浏览器的方式均可进行三维可视化展示，从而达到提高开发效率、扩大用户群体、低成本维护以及提高用户体验等效果。

Description

一种跨平台三维可视化方法、计算设备及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机工业仿真与建模领域，尤其是涉及基于Modelica的跨平台三维可视化方法、计算设备及存储介质。
背景技术
Modelica是一种面向对象、声明式、多领域建模语言，用于复杂系统的组件化建模，例如包含机械、电气、电子、液压、热、控制、电力或过程导向子组件的系统。它在各个领域都有应用，例如电气工程和建筑能源系统，基于Modelica语言的工业仿真软件层出不穷。而人们对此类软件的需求已不局限于常规的建模及仿真功能，转而对仿真后结果的展示效果要求愈发多样化，常规二维展示形式已不足以满足用户需求。此时，三维可视化的展现形式悄悄进入我们的眼帘，其更加直观更加清晰的展现形式深受用户的青睐。
随着Microsoft Windows、Linux、Mac OS、Android、iOS、鸿蒙、麒麟等操作系统的不断新增，以及各仿真软件在PC端、移动端、网页端的广泛应用，一款好的工业仿真软件务必要实现跨平台开发，从而满足用户对不同平台的使用需求、提升用户使用的便捷性、高效性。而在过去，为每个平台分别编写一套应用程序，不仅费时费力，而且还会造成重复劳动。现在，跨平台开发具有诸多益处，包括降低成本、提高生产力、增强用户体验等，可实现“一套代码，多个平台运行”的目的，因此实现跨平台的三维可视化迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种跨平台三维可视化方法，所述三维可视化方法为基于Modelica的跨平台三维可视化方法，解决多平台工业仿真软件中Modelica模型三维可视化功能不能跨平台使用的问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种跨平台三维可视化方法，所述三维可视化方法为基于Modelica的跨平台三维可视化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
S1，在仿真软件中嵌入Web浏览器，通过所述仿真软件的建模模块搭建Modelica三维模型；
S2，对所述Modelica三维模型进行仿真，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据；
S3，将所述三维数据组装成Json字符串，所述Json字符串包含Modelica三维模型部件信息；
S4，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端；
S5，所述Web端解析所述Json字符串形成解析结果，根据解析结果进行三维场景更新，通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示。
进一步的，所述Web端包括多个功能模块，所述多个功能模块包括数据接收模块、加载三维场景模块和三维可视化渲染模块，在所述S1之前，还包括：
将所述多个功能模块所对应的Web程序打包生成index.html及bundle.js文件；
利用所述Web浏览器加载所述index.html及bundle.js文件以实现三维可视化显示。
进一步的，所述S2中，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据，具体包括，从所述仿真结果中提取具备Modelica.Mechanics.MultiBody.Visualizers.Advanced.Shape类型的三维模型数据。
进一步的，所述S4中，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端，具体包括将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端功能模块中的数据接收模块。
进一步的，所述S5，所述Web端解析所述Json字符串形成解析结果，根据解析结果进行三维场景更新，具体包括，
将Json字符串进行解析，并提取所述Modelica三维模型的部件信息列表；
获取所述Web端Three.js引擎中Scene所含部件列表；
判断所述Modelica三维模型的部件信息列表中的所述部件信息对应部件是否已存在于所述Scene所含部件列表中；
若所述Scene所含部件列表中未存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则在Scene的部件列表中新建所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件；若Scene所含部件列表中已存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则更新Scene的部件列表中的该部件。
进一步的，所述S5中，通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示，具体包括：
Web端通过Three.js引擎渲染更新后的Scene，实现三维可视化显示。
进一步的，所述S3中，所述部件信息具体包括：部件类型、部件位置及姿态、部件尺寸、部件颜色及材质、部件额外信息。
本发明还提供一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信。
所述存储器用于存放至少一可执行程序，所述可执行程序使所述处理器执行如前所述的跨平台三维可视化方法对应的操作。
本发明还提供一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行程序，所述可执行程序使处理器执行如前所述的跨平台三维可视化方法对应的操作。
本发明的有益效果在于，首先，本发明通过在仿真软件中嵌入Web浏览器，通过所述仿真软件的建模模块搭建Modelica三维模型，对所述Modelica三维模型进行仿真，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据，将所述三维数据组装成Json字符串，所述Json字符串包含Modelica三维模型部件信息，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端，所述Web端解析所述Json字符串，根据解析结果进行三维场景更新，通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示。通过上述方法为工业仿真软件Modelica模型三维可视化功能跨平台使用提供了一种新的解决方案，仅用一套Web端三维可视化代码，实现了在不同平台的工业仿真软件中通过嵌入Web浏览器的方式均可进行三维可视化展示的效果，从而达到提高开发效率、扩大用户群体、低成本维护以及提高用户体验的效果。
其次，本发明通过判断Scene所含部件列表中是否存在Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，以决定在Scene的部件列表中新建Modelica三维模型的当前部件信息对应部件或者更新Scene的部件列表中的该部件，通过上述手段，能够及时将工业软件对三维模型的仿真结果与Web端进行同步更新，并进一步实现Modelica三维模型的最新的三维可视化效果，整个同步更新过程自动进行，快捷方便，有效提升了用户体验。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于Modelica语言的跨平台三维可视化方法的整体业务流程图。
图2为数据提取组装流程图。
图3为Web端三维可视化的业务流程图。
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。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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括这些要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。
如附图1所示，本发明提供一种跨平台三维可视化方法，所述三维可视化方法为基于Modelica的跨平台三维可视化方法，本发明提出的跨平台三维可视化方法包括前期准备阶段以及三维可视化阶段，在前期准备阶段，将Web浏览器嵌入到工业仿真软件中，并通过仿真软件的建模模块搭建Modelica三维模型；在三维可视化阶段中，通过对Modelica三维模型进行仿真，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据；通过Web端实现加载三维场景、数据接收以及三维可视化渲染，所述方法具体包括以下步骤，
S1，在仿真软件中嵌入Web浏览器，通过所述仿真软件的建模模块搭建Modelica三维模型。
所述Modelica是由Modelica协会维护、免费开放的物理系统面向对象的统一建模语言规范，为机、电、液、控等多领域复杂工程系统提供了统一的物理建模语言规范。Modelica作为多学科统一建模仿真的国际标准，被仿真界广泛采用，系统多领域统一建模仿真已成为世界公认的MBSE和CPS的核心关键支持技术。它支持有效的库开发和模型交换，作为多学科统一建模仿真的国际标准，被仿真界广泛采用，Modelica综合了先前多种建模语言的优点，支持面向对象建模、非因果陈述式建模、多领域统一建模及连续-离散混合建模，以微分方程、代数方程和离散方程为数学表示形式。Modelica自其诞生以来发展迅速，工程应用越来越广泛。
软件中嵌入Web浏览器是一种可以在软件的界面中显示网页内容的技术，它可以实现软件和网页的交互和集成，不同的软件开发平台和语言可能有不同的实现方式，本实施例不对其具体实现方式进行限定。
Web端包括多个功能模块，所述多个功能模块包括数据接收模块、加载三维场景模块和三维可视化渲染模块。在执行S1之前，需要将上述功能模块所对应的程序代码打包生成index.html及bundle.js文件，利用所述Web浏览器加载所述index.html及bundle.js文件，以用于展示网页效果。
在具体实施中，可以利用webpack对程序代码进行打包，webpack是一个模块打包器，它可以将JavaScript文件和其他资源或资产打包成一个或多个文件，供浏览器使用。
webpack的主要特点是支持多种模块系统，如CommonJS,AMD,ES6 modules等，同时webpack可以通过loader和plugin实现对各种类型的文件的转换、优化、压缩等操作，webpack还可以实现代码分割、按需加载、热更新等功能，提高性能和用户体验。
S2，对所述Modelica三维模型进行仿真，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据。
进一步的，数据提取组装流程如附图2所示，所述S2中，从仿真结果中提取三维数据，具体包括，从所述仿真结果中提取具备Modelica.Mechanics.MultiBody.Visualizers.Advanced.Shape类型的三维模型数据。
S3，将所述三维数据组装成Json字符串，所述Json字符串包含Modelica三维模型部件信息。
如附图2所示，本发明中Modelica三维模型部件信息包括部件类型、部件位置及姿态、部件尺寸、部件颜色及材质、部件额外信息。
优选的，本实施例采用Json格式的字符串进行Modelica三维模型部件信息的网络传输。所述Json（JavaScript Object Notation,JS对象简谱）是一种轻量级的数据交换格式，也称为数据序列化格式。Json采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，简洁和清晰的结构层次使Json成为理想的交换语言。易于人阅读和编写，同时也易于机器的解析和生成，并有效的提升网络传输效率。
S4，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端。
在该步骤中，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web浏览器，具体是指将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端功能模块中的数据接收模块。
优选的，本发明使用WebSocket通信协议进行网络数据传输，WebSocket是一种计算机通信协议，它可以在单个TCP连接上实现全双工的通信通道，实现客户端和服务器之间的实时双向数据传输，无需轮询或长轮询，同时WebSocket可以支持多种数据格式，如文本、二进制、Blob、ArrayBuffer等，并与现有的Web技术和协议兼容，如HTTP、HTTPS、SSL/TLS等。
S5，所述Web端解析所述Json字符串形成解析结果，根据解析结果进行三维场景更新，通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示。
在对解析结果进行三维可视化展示的过程中，Web端功能模块中三维可视化渲染模块通过Three.js引擎实现渲染。
Three.js是一个基于WebGL的JavaScript 3D库，是一个易于使用、轻量级、跨浏览器的通用3D库。Three.js的主要特点为支持多种3D对象，如几何体、粒子、线条、曲面等，以及多种材质和纹理，如基本材质、法线材质、光照材质等。
在本实施例中，Three.js主要应用于对各部件信息的三维可视化呈现，通过部件类型如box、sphere、cylinder等进行相应类型三维模型的创建，以及对external shape类型三维模型的外部导入（OBJ,FBX,GLTF,Collada,STL等格式文件），并通过部件位置及姿态信息等对三维模型进行位置、旋转、大小等设置，将其放置于Scene中，并通过Camera、Renderer、Light等渲染，从而实现三维可视化效果。进一步的，所述S5，解析所述Json字符串，如附图3所示，具体包括，
将Json字符串进行解析，并提取所述Modelica三维模型的部件信息列表。
获取所述Web端Three.js引擎中Scene所含部件列表。
判断所述Modelica三维模型的部件信息列表中的所述部件信息对应部件是否已存在于所述Scene所含部件列表中。
若所述Scene中的部件列表未存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则在Scene的部件列表中新建所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件。若Scene的部件列表中已存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则更新Scene的部件列表中的该部件。
Web端功能模块中的三维可视化渲染模块通过Three.js引擎渲染三维场景，具体的Web端通过Three.js引擎渲染更新后的Scene，实现三维可视化展示。
具体而言，当所述Scene中的部件数据存在更新时，意味着三维模型仿真数据存在数据更新，此时应对更新后的三维模型仿真数据进行及时渲染，以呈现最新的三维可视化效果。
本发明还提供一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信。
所述存储器用于存放至少一可执行程序，所述可执行程序使所述处理器执行如前所述的跨平台三维可视化方法对应的操作。
本发明还提供一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行程序，所述可执行程序使处理器执行如前所述的跨平台三维可视化方法对应的操作。
可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。
易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种跨平台三维可视化方法，所述三维可视化方法为基于Modelica的跨平台三维可视化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
S1，在仿真软件中嵌入Web浏览器，通过所述仿真软件的建模模块搭建Modelica三维模型；
所述仿真软件为不同操作系统下不同应用程序形式的仿真软件，所述不同操作系统包括Microsoft Windows操作系统、Linux操作系统、Mac OS操作系统、Android操作系统、iOS操作系统、鸿蒙操作系统、麒麟操作系统，所述不同应用程序形式包括客户端、移动端、网页端；
在所述S1之前，还包括：
将Web端多个功能模块所对应的Web程序打包生成index.html及bundle.js文件；
利用所述Web浏览器加载所述index.html及bundle.js文件以实现三维可视化显示；
S2，对所述Modelica三维模型进行仿真，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据；
S3，将所述三维数据组装成Json字符串，所述Json字符串包含Modelica三维模型部件信息；
S4，将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端，具体包括将所述Json字符串通过WebSocket服务发送至Web端功能模块中的数据接收模块；
S5，所述Web端解析所述Json字符串形成解析结果，根据解析结果进行三维场景更新，通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示；
所述Web端解析所述Json字符串形成解析结果，根据解析结果进行三维场景更新，具体包括：
将Json字符串进行解析，并提取所述Modelica三维模型的部件信息列表；
获取所述Web端Three.js引擎中Scene所含部件列表；
判断所述Modelica三维模型的部件信息列表中的所述部件信息对应部件是否已存在于所述Scene所含部件列表中；
若所述Scene所含部件列表中未存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则在Scene的部件列表中新建所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件；若Scene所含部件列表中已存在所述Modelica三维模型的当前部件信息对应部件，则更新Scene的部件列表中的该部件；
通过嵌入所述仿真软件中的Web浏览器呈现渲染画面，实现三维可视化展示，具体包括：
Web端通过Three.js引擎渲染更新后的Scene，实现三维可视化显示。
2.根据权利要求1所述的一种跨平台三维可视化方法，其特征在于，所述S2中，从仿真结果中提取三维可视化所需的三维数据，具体包括，从所述仿真结果中提取具备Modelica.Mechanics.MultiBody.Visualizers.Advanced.Shape类型的三维模型数据。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种跨平台三维可视化方法，其特征在于，所述S3中，所述部件信息具体包括：部件类型、部件位置及姿态、部件尺寸、部件颜色及材质、部件额外信息。
4.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
其特征在于，所述存储器用于存放至少一可执行程序，所述可执行程序使所述处理器执行如权利要求1-3任一项所述的一种跨平台三维可视化方法对应的操作。
5.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行程序，其特征在于，所述可执行程序使处理器执行如权利要求1-3任一项所述的一种跨平台三维可视化方法对应的操作。
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