一种场景动态模型管理系统的制作方法

本发明为核电相关行业的虚拟现实应用提供数据与信息的基本框架，具体涉及一种基于虚拟现实技术的场景动态模型管理系统。

背景技术：

虚拟现实作为一种能够有效降低设计与实验成本的手段被引入到工业化生产中已有多年。虚拟现实技术可以在产品的设计阶段就给设计者提供良好的交互验证可能性。设计者可以参考虚拟验证的结果快速迭代和更新设计内容，而无需等待漫长且昂贵的原型阶段，从而大大节约时间和经费。

在核电行业中，部分项目已经将全厂范围的三维模型搭建和更新作为设计周期一个常规组成部分，以解决多专业之间的设备空间干涉等传统二维图纸和计算书难以处理的问题。但是，要将虚拟现实相关系统在类似核电这样的大型设备和复杂工业系统中进行全范围实质的应用，却一直存在困难和障碍。其中一个重要的原因就是，当前的虚拟现实都属于针对性开发应用，很少能够提供泛用性的平台，与设计的主流程是脱节的，往往造成现有工业应用案例展示目的多于实效实施。而造成这一问题的主要原因通常都与工业设计所使用的平台与当前虚拟现实所使用的技术较难直接相容有关。具体来说就是，工业设计使用的平台大多是基于曲面或者实体的专业造型系统，而虚拟现实所使用的渲染引擎基本上只能支持多边形的几何体。传统的虚拟现实应用在应对这个问题时，大多是在应用开发阶段对设计数据进行手动或半手动的数据转换，甚至重新建模。这种转换的缺点是显而易见的，特别在核电这样构筑物、系统和部件的数量非常巨大的行业：

1)单次手动或半手动的转换数据量巨大，且容易出错。

2)静态转换的数据无法跟随设计数据的频繁更新而更新。例如，在某核电项目中，已经实现了每天发布一版新的全厂三维模型，版本滞后的虚拟现实模型无法支持设计和验证工作。

3)多边形数据本身只能包含有限的具有现实意义的信息，更多数据信息难以关联。

4)多边形数据的不精确性在工业应用中也是无法接受的问题，特别是需要在应用中对数据进行测量、约束等高精度操作时。

无法按照设计主流程迭代速度进行高效更新的虚拟现实平台，无法关联除了三维模型之外更多设计信息，在工业界中的可用性是大打折扣的。而尺寸精确度无法保证的虚拟现实平台，其产生的验证结果效力也是无法保证的，在核电这样高度重视安全，且设计管控严格的行业，则完全无法应用。本发明力图通过一种模型的动态管理方法，实现设计模型向虚拟现实模型的大规模、快速、自动转换，并解决虚拟现实模型多边形几何体不准确的问题，为虚拟现实技术在复杂工业中的实质应用铺平道路。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种场景动态模型管理系统。

场景动态模型管理系统包括数据转换部分、数据存储部分和运行时部分；其中所述数据转换部分将设计平台的原始格式读取，按照所使用的曲面/实体处理引擎能够使用的格式转换数据；曲面/实体数据、多边形数据以及相互关系分别以实体数据文件，多边形文件以及关系型数据库数据表的方式保存；在虚拟现实运行时，系统按照多边形的来源文件、顶点序号、边线序号以及多边形序号查询原始实体的索引信息。

优选地，原始数据在被保存为实体数据文件前，对原曲面/实体模型的顶点、边界和表面分别添加索引；在多边形文件中不仅保存顶点列表和多边形列表，同时还保存边界线描述列表。

优选地，在关系型数据库中，将实体文件中加入的索引与多边形文件中顶点、边界、多边形的序号建立关系表。

优选地，虚拟现实应用使用动态链接或进程通讯方式调用运行时实体引擎演化出来的曲面计算单元，加载对应的实体数据，并按需进行曲面/实体相关的计算，将结果反馈给虚拟现实引擎。

优选地，由处理引擎将曲面/实体数据转化为多边形，并记录多边形与原设计数据的关系。

优选地，基于虚拟现实技术。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的场景动态模型管理系统，由于数据转换的发生可以按照定时或数据源更新的事件触发，因此可以保证虚拟现实应用中所使用的模型在允许一定延时的情况下总是最新的。

2、本发明提供的场景动态模型管理系统，能够提供虚拟现实应用对原始设计文件中曲面/实体等参数化几何体高精度的访问和计算。

3、本发明提供的场景动态模型管理系统，可关联丰富描述信息的几何体，能够加强虚拟现实系统与各类设计数据的整合。

4.本发明提供的场景动态模型管理系统，可在完整的虚拟现实系统中作为数据部分的组件使用，为虚拟现实的各项应用提供来源于工程数据平台且可实时浏览、具备精确尺寸信息、可关联丰富描述信息的几何体，大大提高了传统虚拟现实应用中数据来源的时效性、完整性、准确性和精确性，建立了工业设计平台与虚拟现实应用之间动态的桥梁，为虚拟现实技术在复杂工业系统设计中的应用打下基础。

附图说明

图1为本发明提供的场景动态模型管理系统结构图。

图2为本发明中数据关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供的场景动态模型管理系统由三部分组成，分别为转换部分、数据存储部分和运行时部分，系统总体结构图如图1所示。

数据转换部分将设计平台的原始格式读取，按照所使用的曲面/实体处理引擎能够使用的格式转换数据。由处理引擎将曲面/实体数据转化为多边形，并记录多边形与原设计数据的关系，关系图如图2所示。

曲面/实体数据、多边形数据以及相互关系分别以实体数据文件，多边形文件以及关系型数据库数据表的方式保存。

原始数据在被保存为实体数据文件前，对原曲面/实体模型的顶点、边界和表面分别添加索引。在多边形文件中不仅保存顶点列表和多边形列表，同时还保存边界线描述列表。在关系型数据库中，将实体文件中加入的索引与多边形文件中顶点、边界、多边形的序号建立关系表。

在虚拟现实运行时，系统按照多边形的来源文件、顶点序号、边线序号以及多边形序号查询原始实体的索引信息。虚拟现实应用使用动态链接或进程通讯方式调用运行时实体引擎演化出来的曲面计算单元，加载对应的实体数据，并按需进行曲面/实体相关的计算，将结果反馈给虚拟现实引擎。

本实施例以数据原始的设计平台为PDS系统为例，其主要的模型文件为DGN v7格式，将应用所关心的所有设计数据保存在一存储服务器上，作为图1-①所指的实际平台数据存储。

建立一周期运行的服务，定时扫描该目录中更新情况。当模型文件发生更新时启动数据转换进程，将DGN v7格式读取出来，在图1-②所示的处理引擎中转换为BREP格式，存储在图1-③所示的曲面/实体数据存储中。在BREP格式中使用顶点、边、与面的原始序号作为索引。同时执行三角化处理，不仅对面进行三角化、也对边界进行多边形化处理，并记录顶点、多边形边以及三角型列表，存储在图1-④所示的多边形模型存储中。将索引序号连同实体文件文件名记录在关系型数据库(图1-⑤)中，将多边形文件文件名以及其中各模型块的记录写入关系型数据库(图1-⑤)，根据面的三角形化以及边界的多边形化结果在关系数据库(图1-⑤)中写入源实体部分与多边形文件中顶点序列、多边形序列以及多边形边的关联关系。

使用Virtools 5.0作为虚拟现实系统的引擎(图1-⑥)，使用单独的进程运行曲面/实体处理引擎实现的曲面计算单元(图1-⑦)，使用UDP方式进行数据通信。Virtools通过射线求交方式找到需要处理的模型块，获得模型名称(含来源文件信息)以及面序号。使用这两者信息提交曲面处理单元，处理单元查询数据库，检索出该来源该文件的该模型块中范围包含该三角形序号的段落。并找到原始相关的BREP文件，加载该文件，并按照之前搜索所得的实体索引定位实体元素进行计算。将结果返回Virtools完成整个操作过程。

如图1所示，系统有数据转换、数据存储和运行时三大部分组成，数据转换在设计数据更新时频繁运行以保证转换后的结果始终为最新的。数据存储部分将转换完毕的结果永久化存储。运行时部分与虚拟现实系统协同运行，复杂处理应用对曲面/实体操作的请求。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本实施例提供的场景动态模型管理系统，由于数据转换的发生可以按照定时或数据源更新的事件触发，因此可以保证虚拟现实应用中所使用的模型在允许一定延时的情况下总是最新的。

2、本实施例提供的场景动态模型管理系统，能够提供虚拟现实应用对原始设计文件中曲面/实体等参数化几何体高精度的访问和计算。

3、本发明提供的场景动态模型管理系统，可关联丰富描述信息的几何体，能够加强虚拟现实系统与各类设计数据的整合。

4.本发明提供的场景动态模型管理系统，可在完整的虚拟现实系统中作为数据部分的组件使用，为虚拟现实的各项应用提供来源于工程数据平台且可实时浏览、具备精确尺寸信息、可关联丰富描述信息的几何体，大大提高了传统虚拟现实应用中数据来源的时效性、完整性、准确性和精确性，建立了工业设计平台与虚拟现实应用之间动态的桥梁，为虚拟现实技术在复杂工业系统设计中的应用打下基础。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。