本發(fā)明為核電相關(guān)行業(yè)的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用提供數(shù)據(jù)與信息的基本框架，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實作為一種能夠有效降低設(shè)計與實驗成本的手段被引入到工業(yè)化生產(chǎn)中已有多年。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在產(chǎn)品的設(shè)計階段就給設(shè)計者提供良好的交互驗證可能性。設(shè)計者可以參考虛擬驗證的結(jié)果快速迭代和更新設(shè)計內(nèi)容，而無需等待漫長且昂貴的原型階段，從而大大節(jié)約時間和經(jīng)費。

在核電行業(yè)中，部分項目已經(jīng)將全廠范圍的三維模型搭建和更新作為設(shè)計周期一個常規(guī)組成部分，以解決多專業(yè)之間的設(shè)備空間干涉等傳統(tǒng)二維圖紙和計算書難以處理的問題。但是，要將虛擬現(xiàn)實相關(guān)系統(tǒng)在類似核電這樣的大型設(shè)備和復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中進行全范圍實質(zhì)的應(yīng)用，卻一直存在困難和障礙。其中一個重要的原因就是，當前的虛擬現(xiàn)實都屬于針對性開發(fā)應(yīng)用，很少能夠提供泛用性的平臺，與設(shè)計的主流程是脫節(jié)的，往往造成現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用案例展示目的多于實效實施。而造成這一問題的主要原因通常都與工業(yè)設(shè)計所使用的平臺與當前虛擬現(xiàn)實所使用的技術(shù)較難直接相容有關(guān)。具體來說就是，工業(yè)設(shè)計使用的平臺大多是基于曲面或者實體的專業(yè)造型系統(tǒng)，而虛擬現(xiàn)實所使用的渲染引擎基本上只能支持多邊形的幾何體。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用在應(yīng)對這個問題時，大多是在應(yīng)用開發(fā)階段對設(shè)計數(shù)據(jù)進行手動或半手動的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，甚至重新建模。這種轉(zhuǎn)換的缺點是顯而易見的，特別在核電這樣構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的數(shù)量非常巨大的行業(yè)：

1)單次手動或半手動的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)量巨大，且容易出錯。

2)靜態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)無法跟隨設(shè)計數(shù)據(jù)的頻繁更新而更新。例如，在某核電項目中，已經(jīng)實現(xiàn)了每天發(fā)布一版新的全廠三維模型，版本滯后的虛擬現(xiàn)實模型無法支持設(shè)計和驗證工作。

3)多邊形數(shù)據(jù)本身只能包含有限的具有現(xiàn)實意義的信息，更多數(shù)據(jù)信息難以關(guān)聯(lián)。

4)多邊形數(shù)據(jù)的不精確性在工業(yè)應(yīng)用中也是無法接受的問題，特別是需要在應(yīng)用中對數(shù)據(jù)進行測量、約束等高精度操作時。

無法按照設(shè)計主流程迭代速度進行高效更新的虛擬現(xiàn)實平臺，無法關(guān)聯(lián)除了三維模型之外更多設(shè)計信息，在工業(yè)界中的可用性是大打折扣的。而尺寸精確度無法保證的虛擬現(xiàn)實平臺，其產(chǎn)生的驗證結(jié)果效力也是無法保證的，在核電這樣高度重視安全，且設(shè)計管控嚴格的行業(yè)，則完全無法應(yīng)用。本發(fā)明力圖通過一種模型的動態(tài)管理方法，實現(xiàn)設(shè)計模型向虛擬現(xiàn)實模型的大規(guī)模、快速、自動轉(zhuǎn)換，并解決虛擬現(xiàn)實模型多邊形幾何體不準確的問題，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)中的實質(zhì)應(yīng)用鋪平道路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)。

場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)存儲部分和運行時部分；其中所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分將設(shè)計平臺的原始格式讀取，按照所使用的曲面/實體處理引擎能夠使用的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；曲面/實體數(shù)據(jù)、多邊形數(shù)據(jù)以及相互關(guān)系分別以實體數(shù)據(jù)文件，多邊形文件以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表的方式保存；在虛擬現(xiàn)實運行時，系統(tǒng)按照多邊形的來源文件、頂點序號、邊線序號以及多邊形序號查詢原始實體的索引信息。

優(yōu)選地，原始數(shù)據(jù)在被保存為實體數(shù)據(jù)文件前，對原曲面/實體模型的頂點、邊界和表面分別添加索引；在多邊形文件中不僅保存頂點列表和多邊形列表，同時還保存邊界線描述列表。

優(yōu)選地，在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，將實體文件中加入的索引與多邊形文件中頂點、邊界、多邊形的序號建立關(guān)系表。

優(yōu)選地，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用使用動態(tài)鏈接或進程通訊方式調(diào)用運行時實體引擎演化出來的曲面計算單元，加載對應(yīng)的實體數(shù)據(jù)，并按需進行曲面/實體相關(guān)的計算，將結(jié)果反饋給虛擬現(xiàn)實引擎。

優(yōu)選地，由處理引擎將曲面/實體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多邊形，并記錄多邊形與原設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)系。

優(yōu)選地，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的發(fā)生可以按照定時或數(shù)據(jù)源更新的事件觸發(fā)，因此可以保證虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中所使用的模型在允許一定延時的情況下總是最新的。

2、本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，能夠提供虛擬現(xiàn)實應(yīng)用對原始設(shè)計文件中曲面/實體等參數(shù)化幾何體高精度的訪問和計算。

3、本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，能夠加強虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與各類設(shè)計數(shù)據(jù)的整合。

4.本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，可在完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)部分的組件使用，為虛擬現(xiàn)實的各項應(yīng)用提供來源于工程數(shù)據(jù)平臺且可實時瀏覽、具備精確尺寸信息、可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，大大提高了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中數(shù)據(jù)來源的時效性、完整性、準確性和精確性，建立了工業(yè)設(shè)計平臺與虛擬現(xiàn)實應(yīng)用之間動態(tài)的橋梁，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)關(guān)系圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本實施例提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)由三部分組成，分別為轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)存儲部分和運行時部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分將設(shè)計平臺的原始格式讀取，按照所使用的曲面/實體處理引擎能夠使用的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。由處理引擎將曲面/實體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多邊形，并記錄多邊形與原設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)系，關(guān)系圖如圖2所示。

曲面/實體數(shù)據(jù)、多邊形數(shù)據(jù)以及相互關(guān)系分別以實體數(shù)據(jù)文件，多邊形文件以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表的方式保存。

原始數(shù)據(jù)在被保存為實體數(shù)據(jù)文件前，對原曲面/實體模型的頂點、邊界和表面分別添加索引。在多邊形文件中不僅保存頂點列表和多邊形列表，同時還保存邊界線描述列表。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，將實體文件中加入的索引與多邊形文件中頂點、邊界、多邊形的序號建立關(guān)系表。

在虛擬現(xiàn)實運行時，系統(tǒng)按照多邊形的來源文件、頂點序號、邊線序號以及多邊形序號查詢原始實體的索引信息。虛擬現(xiàn)實應(yīng)用使用動態(tài)鏈接或進程通訊方式調(diào)用運行時實體引擎演化出來的曲面計算單元，加載對應(yīng)的實體數(shù)據(jù)，并按需進行曲面/實體相關(guān)的計算，將結(jié)果反饋給虛擬現(xiàn)實引擎。

本實施例以數(shù)據(jù)原始的設(shè)計平臺為PDS系統(tǒng)為例，其主要的模型文件為DGN v7格式，將應(yīng)用所關(guān)心的所有設(shè)計數(shù)據(jù)保存在一存儲服務(wù)器上，作為圖1-①所指的實際平臺數(shù)據(jù)存儲。

建立一周期運行的服務(wù)，定時掃描該目錄中更新情況。當模型文件發(fā)生更新時啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進程，將DGN v7格式讀取出來，在圖1-②所示的處理引擎中轉(zhuǎn)換為BREP格式，存儲在圖1-③所示的曲面/實體數(shù)據(jù)存儲中。在BREP格式中使用頂點、邊、與面的原始序號作為索引。同時執(zhí)行三角化處理，不僅對面進行三角化、也對邊界進行多邊形化處理，并記錄頂點、多邊形邊以及三角型列表，存儲在圖1-④所示的多邊形模型存儲中。將索引序號連同實體文件文件名記錄在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(圖1-⑤)中，將多邊形文件文件名以及其中各模型塊的記錄寫入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(圖1-⑤)，根據(jù)面的三角形化以及邊界的多邊形化結(jié)果在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(圖1-⑤)中寫入源實體部分與多邊形文件中頂點序列、多邊形序列以及多邊形邊的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

使用Virtools 5.0作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的引擎(圖1-⑥)，使用單獨的進程運行曲面/實體處理引擎實現(xiàn)的曲面計算單元(圖1-⑦)，使用UDP方式進行數(shù)據(jù)通信。Virtools通過射線求交方式找到需要處理的模型塊，獲得模型名稱(含來源文件信息)以及面序號。使用這兩者信息提交曲面處理單元，處理單元查詢數(shù)據(jù)庫，檢索出該來源該文件的該模型塊中范圍包含該三角形序號的段落。并找到原始相關(guān)的BREP文件，加載該文件，并按照之前搜索所得的實體索引定位實體元素進行計算。將結(jié)果返回Virtools完成整個操作過程。

如圖1所示，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲和運行時三大部分組成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在設(shè)計數(shù)據(jù)更新時頻繁運行以保證轉(zhuǎn)換后的結(jié)果始終為最新的。數(shù)據(jù)存儲部分將轉(zhuǎn)換完畢的結(jié)果永久化存儲。運行時部分與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)協(xié)同運行，復(fù)雜處理應(yīng)用對曲面/實體操作的請求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例具有以下有益效果：

1、本實施例提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的發(fā)生可以按照定時或數(shù)據(jù)源更新的事件觸發(fā)，因此可以保證虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中所使用的模型在允許一定延時的情況下總是最新的。

2、本實施例提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，能夠提供虛擬現(xiàn)實應(yīng)用對原始設(shè)計文件中曲面/實體等參數(shù)化幾何體高精度的訪問和計算。

3、本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，能夠加強虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與各類設(shè)計數(shù)據(jù)的整合。

4.本發(fā)明提供的場景動態(tài)模型管理系統(tǒng)，可在完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)部分的組件使用，為虛擬現(xiàn)實的各項應(yīng)用提供來源于工程數(shù)據(jù)平臺且可實時瀏覽、具備精確尺寸信息、可關(guān)聯(lián)豐富描述信息的幾何體，大大提高了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中數(shù)據(jù)來源的時效性、完整性、準確性和精確性，建立了工業(yè)設(shè)計平臺與虛擬現(xiàn)實應(yīng)用之間動態(tài)的橋梁，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。