林火卫星地面监控站三维培训系统的制作方法

本发明涉及林火卫星地面监控站三维培训系统，属于三维培训系统技术领域。

背景技术：

林火卫星地面监控站持续不断的接收由卫星传送来的信号，所得数据需要进行影像数据格式转换、数据存储、火点提取、虚假火点排除、真实火点确认、火点信息推送等一系列复杂且专业的操作。因此，接收站工作人员除了必须具备扎实的理论知识，更应掌握较高的实践操作技能。因此，加强操作人员实践培训成为必然选择。

地面接收设备投入资金巨大，易损坏，维修困难，培训时无法供学员随意使用。这使得培训工作陷入困境。若采用传统的文字描述或视频讲解，“纸上谈兵”式培训很难使学员高效掌握相关知识及操作。且传统的培训方式耗费时间长，效率低，过程枯燥。因此如何高效直观、低成本的达到培训效果是当前卫星地面监控站操作培训面临的一个重大问题

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的林火卫星地面监控站三维培训系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含系统模型库的建立、粒子模型的设计与制作、动画设计与制作和整体实现；所述系统模型库的建立包含计算机软件模块、物理模型模块、静态场景模块、半动态场景模块；所述粒子模型的设计与制作包含粒子模块、接近现实的粒子模块、有生命力的粒子模块；所述动画设计与制作包含角色库、骨骼动画模块；所述计算机软件模块分别与粒子模块和角色库连接；所述角色库通过导入系统与骨骼动画模块连接；所述计算机软件模块与物理模型模块相互配合；所述物理模型模块通过软件结合生成静态场景模块；静态场景模块通过编程语言的设计结合有生命力的粒子模块组成半动态场景模块；所述粒子模块通过调节粒子基本性质生成接近现实的粒子模块，在动画效果的作用下，所述接近现实的粒子模块转换为有生命力的粒子模块；在角色库与半动态场景模块的作用下生成林火卫星地面监控站三维培训系统。

作为优选，所述系统模型库的建立中涉及三个场景，分别是火点外部观测场景、卫星绕地运行场景、数据接收及处理场景；为方便管理、调用、维护，模型库分为三个子模型库，根据场景模拟的需要，将模型入库；所述子模型的设计制作主要利用3dsmax的建模功能，从三维立体入手，按照实际比例和系统功能需求，建立基础模型。为使模型贴近实物，贴图多选择实物拍照，再经photoshop处理得到满足贴图要求的图片；并结合vray渲染器，加强模型视觉效果；最后得到符合系统功能需求的模型。

作为优选，所述粒子模型的设计与制作中粒子模型的具体步骤为：

a、根据粒子实体对象的运动特征，设置初始粒子形态，包括粒子持续时间(duration)、粒子初始延迟(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增系数(gravitymultiplier)、粒子速度继承(inheritvelocity)、粒子最大数目(maxparticles)。

b、根据生命周期判断粒子是否过期，并使过期粒子消亡，

livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration

其中livetime指粒子当前已存活时间，startlifetime(p)指某一粒子p当前所处时间——其中参数p指粒子属性数据，可根据参数，在生命周期函数中计算粒子当前“年龄”；

c、利用计算机记录粒子发射与消亡数据计算现存粒子数，并与最大粒子数目对比，若达到最大粒子数，则暂停发射，一旦现存粒子数达到最低值，则重新启动发射功能；

d、利用粒子生命函数及生命周期中粒子颜色和透明度变化曲线赋予不同生命期粒子颜色，达到颜色渐变效果。

作为优选，所述粒子模型的设计与制作中设有火焰粒子，火焰在林火卫星地面接收站三维培训系统中意义重大，是火点外部观测场景的核心；为精确模拟不同林火阶段火焰效果，将火焰粒子模型分成三个部分：林火初始火点阶段、林火蔓延火场阶段、林火扑灭火星阶段；

作为优选，所述动画设计与制作中人物运动则需要相应的人物模型和骨骼动画一致，即通过骨骼动画影响人物肌理。

人物动画实现的流程为：创建avatar→配置avatar→肌肉设定→维护动画→编辑语言控制角色动画→创建角色。

作为优选，所述整体实现中包含接收站工作原理展示、界面制作、场景切换、相机调用；所述接收站工作原理是：卫星在运行过程中，利用遥感技术，不断获取地面信息，当卫星驶过接收站上空时，接收站开始接受影像数据，并通过光缆传输到达控制台，最后，通过网络传送到各级森防部门。所述场景切换是实现火点外部观测场景、卫星绕地运行场景以及数据接收及处理场景连贯性表达的关键，它的核心在于通过三个场景的实时切换达到记录起火过程、描述事件流程，详述接收站操作步骤等目的，需通过代码实现；并结合界面设计达到交互性和自动性。

所述相机调用通过以下两种方式实现：

701、切换相机：此时需在场景中创建多个相机，并为各相机指定固定追踪物体。根据不同情形下所要着重表现的物体的不同，实时选择场景主相机。

702、更改目标：此时场景中仅有一个相机并设置为主相机，当需着重描述某一动作或模型时，切换相机当前目标，即将该事务设置为相机目标物，达到相机调用的目的。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的林火卫星地面监控站三维培训系统，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重复演示等优良性能；让培训过程更易被接受，同时让学员能沉浸其中，在虚拟场景中体验真实的操作过程，极大降低了缺乏实训设备的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的设计流程图；

图2是本发明中接受站工作原理图；

图3是本发明中粒子系统层次结构图；

附图标记说明：

系统模型库的建立001、粒子模型的设计与制作002、动画设计与制作003、整体实现004、算机软件模块1、物理模型模块2、静态场景模块3、半动态场景模块4、粒子模块5、接近现实的粒子模块6、有生命力的粒子模块7、角色库8、骨骼动画模块9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参看如图1-图3所示，它包含系统模型库的建立001、粒子模型的设计与制作002、动画设计与制作003和整体实现004；所述系统模型库的建立001包含计算机软件模块1、物理模型模块2、静态场景模块3、半动态场景模块4；所述粒子模型的设计与制作002包含粒子模块5、接近现实的粒子模块6、有生命力的粒子模块7；所述动画设计与制作003包含角色库8、骨骼动画模块9；所述计算机软件模块1分别与粒子模块5和角色库8连接；所述角色库8通过导入系统与骨骼动画模块9连接；所述计算机软件模块1与物理模型模块2相互配合；所述物理模型模块2通过软件结合生成静态场景模块3；静态场景模块3通过编程语言的设计结合有生命力的粒子模块7组成半动态场景模块4；所述粒子模块5通过调节粒子基本性质生成接近现实的粒子模块6，在动画效果的作用下，所述接近现实的粒子模块6转换为有生命力的粒子模块7；在角色库8与半动态场景模块4的作用下生成林火卫星地面监控站三维培训系统001。

其中，所述系统模型库的建立001中涉及三个场景，分别是火点外部观测场景、卫星绕地运行场景、数据接收及处理场景；为方便管理、调用、维护，模型库分为三个子模型库，根据场景模拟的需要，将模型入库；所述子模型的设计制作主要利用3dsmax的建模功能，从三维立体入手，按照实际比例和系统功能需求，建立基础模型。为使模型贴近实物，贴图多选择实物拍照，再经photoshop处理得到满足贴图要求的图片；并结合vray渲染器，加强模型视觉效果；最后得到符合系统功能需求的模型。

所述粒子模型的设计与制作002中粒子模型的具体步骤为：

a、根据粒子实体对象的运动特征，设置初始粒子形态，包括粒子持续时间(duration)、粒子初始延迟(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增系数(gravitymultiplier)、粒子速度继承(inheritvelocity)、粒子最大数目(maxparticles)。

b、根据生命周期判断粒子是否过期，并使过期粒子消亡，

livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration

其中livetime指粒子当前已存活时间，startlifetime(p)指某一粒子p当前所处时间——其中参数p指粒子属性数据，可根据参数，在生命周期函数中计算粒子当前“年龄”；

c、利用计算机记录粒子发射与消亡数据计算现存粒子数，并与最大粒子数目对比，若达到最大粒子数，则暂停发射，一旦现存粒子数达到最低值，则重新启动发射功能；

d、利用粒子生命函数及生命周期中粒子颜色和透明度变化曲线赋予不同生命期粒子颜色，达到颜色渐变效果。

其中粒子颜色变化需要在初始颜色和消亡颜色之间线性插值。在计算机中颜色通常由红(r)、绿(g)、蓝(b)三原色构成，三者的值均为0至255。当r、g、b的值都为0时呈现黑色，当其都为255时呈现白色。

所述粒子模型的设计与制作002中设有火焰粒子，火焰在林火卫星地面接收站三维培训系统中意义重大，是火点外部观测场景的核心；为精确模拟不同林火阶段火焰效果，将火焰粒子模型分成三个部分：林火初始火点阶段、林火蔓延火场阶段、林火扑灭火星阶段；

(201)林火初始火点阶段：在该阶段火势较小，波及范围不大，难以发现，故对粒子系统属性设置时生命周期应较短，火焰颜色较浅，烟雾不大；

(202)林火蔓延火场阶段：该阶段林火已经蔓延，火势凶猛，波及范围大，难控制，故此时粒子系统生命周期长，初始速度大，粒子最大数目大，火焰颜色较深，并伴随有浓浓的黑烟；

(203)林火扑灭火星阶段：该阶段火势已得到控制，火逐渐变小，但浓烟并未完全消散，故此时粒子系统应同时包含火焰和烟雾。

所述动画设计与制作003中人物运动则需要相应的人物模型和骨骼动画一致，即通过骨骼动画影响人物肌理；在unity3d中主要使用mecanim通过重定向提高角色动画的重要性；可通过使用动态状态机来处理动画之间的过渡及动画之间的逻辑；animator组件负责把动画分配给gameobject；主要包含animatorcontroller和avatar两个关键元素。其中当gameobject是人形角色时，才定义avatar。

人物动画实现的流程为：创建avatar→配置avatar→肌肉设定→维护动画→编辑语言控制角色动画→创建角色。

所述整体实现004中包含接收站工作原理展示、界面制作、场景切换、相机调用；所述接收站工作原理是：卫星在运行过程中，利用遥感技术，不断获取地面信息，当卫星驶过接收站上空时，接收站开始接受影像数据，并通过光缆传输到达控制台。初始的影像数据是加密的，具有独特格式的文件，经过控制台解码服务器的解密，将其转变为能被识别的遥感影像文件。随后对这些影像文件进一步数字化，以便后继的火点提取、虚假火点排除操作。最后，通过网络传送到各级森防部门(图2)。所述场景切换是实现火点外部观测场景、卫星绕地运行场景以及数据接收及处理场景连贯性表达的关键，它的核心在于通过三个场景的实时切换达到记录起火过程、描述事件流程，详述接收站操作步骤等目的，需通过代码实现；并结合界面设计达到交互性和自动性。

其中交互性指用户通过界面操作实现场景切换，满足了用户在不同目的下的不同场景需求。

自动性指在整个事件流程播放的过程中，通过计算机内部计时，在不同时间实现场景切换，保证系统的连贯性。

本具体实施方式所述的林火卫星地面监控站三维培训系统，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重复演示等优良性能；让培训过程更易被接受，同时让学员能沉浸其中，在虚拟场景中体验真实的操作过程，极大降低了缺乏实训设备的影响。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。