基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法与流程

本发明涉及产品可视化的虚拟现实技术领域，尤其涉及基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法。

背景技术：

跌落测试又称落下试验，是许多产品验收的标准之一，如家电产品中洗衣机，其验收标准中就包括首批产品的落下试验，其用于对洗衣机产品本体的耐冲击程度是否足够加以验证等，藉以判断有关的设计改善要点。

目前，跌落测试是用实体产品本体按要求从规定高度垂直跌落到规定的水平面上。但是实体产品本体的跌落测试，一方面具有滞后性，因为在进行跌落测试时，产品已小批量下线，一旦出现跌落测试质量问题，需要对已下线的产品进行处理，既造成制造成本的浪费又影响生产计划的执行；另一方面缺乏广泛适应性，因为跌落测试的验收标准比较宽泛，是以产品的重量范围进行划分区域段，没有给出各种型号实体产品本体跌落测试个性化高度要求，难以适应当前社会的个性定制化产品服务的趋势，同时没有给出实体产品本体跌落的安全高度、警高高度和破坏高度。

技术实现要素：

为了克服现有实体产品本体的跌落测试，一方面具有滞后性，因为在进行跌落测试时，产品已小批量下线，一旦出现跌落测试质量问题，需要对已下线的产品进行处理，既造成制造成本的浪费又影响生产计划的执行；另一方面缺乏广泛适应性，因为跌落测试的验收标准比较宽泛，是以产品的重量范围进行划分区域段，没有给出各种型号实体产品本体跌落测试个性化高度要求，难以适应当前社会的个性定制化产品服务的趋势，同时没有给出实体产品本体跌落的安全高度、警高高度和破坏高度等缺陷，本发明基于法线自修正算法，建立跌落测试的虚拟可视化平台，提供基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法。

本发明具体解决其技术问题所采用的技术解决方案是：

基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法，包括模型模块，unity3d引擎模块，产品模型网络边界初始化，产品模型碰撞块初始化，产品跌落测试触发，产品跌落测试是否发生形变判断，法线自修正算法模块，产品跌落测试可视化是否完成判断，产品跌落测试可视化过程终止，产品跌落测试结果分析和洗衣机跌落测试可视化执行模块。其中，模型模块包括创建产品的三维模型，搭建虚拟场景的三维模型，模型格式转换，模型导入至unity3d引擎，模型属性设置；unity3d引擎模块包括unity3d引擎的相机浏览设置，unity3d引擎的ui功能界面设计，unity3d引擎的程序脚本编译；法线自修正算法模块包括计算产品模型变形区域法线，更新产品模型变形区域各个接触点作用力的方向和大小，记录产品模型变形区域形变，更新产品模型网络边界，更新产品模型碰撞块；洗衣机跌落测试可视化执行模块包括安全高度选择按钮，警告高度选择按钮，破坏高度选择按钮，洗衣机本体模型，返回选择按钮，安全高度选跌落测试变形区域，警告高度选跌落测试变形区域，破坏高度选跌落测试变形区域。基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的步骤是先模型模块设计；然后unity3d引擎模块设计；再产品模型网络边界初始化，产品模型碰撞块初始化；再产品跌落测试触发，并实时判断产品跌落测试是否发生形变，如果发生形变，则执行法线自修正算法模块，如果未发生形变，则执行产品跌落测试可视化是否完成判断；实时产品跌落测试可视化是否完成判断，如果产品跌落测试可视化过程未结束，则产品跌落测试继续进行，如果产品跌落测试可视化过程结束，则产品跌落测试可视化过程终止，实施产品跌落测试结果分析。

模型模块设计，具体步骤如下：

步骤1，创建产品的三维模型：用三维制图软件，按照设计产品中所有零件的结构及其尺寸绘制零件图，并将所有零件三维图进行装配，获得产品的三维模型；

步骤2，搭建虚拟场景的三维模型：用三维制图软件，模拟产品跌落测试现场，设计产品跌落测试现场的虚拟场景的的三维模型；

步骤3，模型格式转换：将产品的三维模型和产品跌落测试现场的虚拟场景的的三维模型的文件格式通过3dsmax软件转换成unity3d引擎能够接受的fbx格式文档；

步骤4，模型导入至unity3d引擎：先将模型格式转换的文档拷贝至模型文件下，再将模型文件拖至操作区，unity3d引擎自动进行加载；

步骤5，模型属性设置：根据据需要设置模型属性设置，“scale”比例的设置、添加碰撞块、刚体属性；

unity3d引擎模块设计，具体步骤如下：

步骤1，unity3d引擎的相机浏览设置：编译unity3d引擎的相机脚本，通过相机实现旋转、平移和缩放功能，并将编译unity3d引擎的相机脚本附加给unity3d引擎的相机；

步骤2，unity3d引擎的ui功能界面设计：设计功能按钮和实现框所需ui交互功能界面；

步骤3，unity3d引擎的程序脚本编译：编译所需unity3d引擎执行脚本，包括跌落测试和ui交互功能界面操作脚本，并将所编译脚本附加给其对应的操作，设置映射属性；

法线自修正算法模块，具体步骤如下：

步骤1，计算产品模型变形区域法线：计算跌落测试产品包围盒的法线，确定其在发生形变后的各个点的位置，重新生成发生形变后的各个点的位置的法线，实现法线自修正；

步骤2，更新产品模型变形区域各个接触点作用力的方向和大小：产品模型网格因为受到地面的反弹力而变形，当顶点被推动时，获得速度，随着时间位移，顶点改变了位置，在顶点的位置改变后，计算其初始位置与形变后物体的位置，确定其所受力的大小，当所有顶点都受到相同的力时，整个物体将不会改变形状，而只产生移动，需要知道每个顶点变形力的方向和距离；

步骤3，记录产品模型变形区域形变：在已知了力的大小和方向以后，关键是确定最先受力的顶点，是通过unity3d引擎的deform(vector3point,vector3force)来寻找和确定最终的受力点，将之前力的计算结果添加到该变形顶点上，该点受力后就会有一个速度和方向，再归一化初始的向量，将变化结果添加到该顶点，在每个顶点有了新速度和方向后，替换顶点分配给网格，使产品模型实际上发生变形；

步骤4，更新产品模型网络边界：将变形资料应用于之前存储的产品模型网格，更新物体的网格边界；

步骤5，更新产品模型碰撞块：随着产品模型网格改变，产品模型碰撞块随之进行更新，实现unity3d引擎的每帧更新一次，避免遗漏物体形状的变化；

洗衣机跌落测试可视化执行模块，具体步骤如下：

步骤1，洗衣机本体模型模块设计：创建洗衣机本体模型204，搭建虚拟场景的三维模型，模型格式转换，模型导入至unity3d引擎和模型属性设置；

步骤2，unity3d引擎模块：设计洗衣机本体模型跌落测试所需的unity3d引擎的相机浏览功能；unity3d引擎的ui功能界面设计了安全高度选择按钮，警告高度选择按钮，破坏高度选择按钮，返回选择按钮；设计unity3d引擎的洗衣机跌落测试程序脚本编译；

步骤3，执行洗衣机跌落测试可视化和效果显示：点击安全高度选择按钮后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示安全高度选跌落测试变形区域；点击警告高度选择按钮后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示警告高度选跌落测试变形区域；点击破坏高度选择按钮后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示破坏高度选跌落测试变形区域；洗衣机跌落测试可视化和效果显示执行后，点击返回选择按钮，实现返回功能。

本发明的有益效果是，采用基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法，基于法线自修正算法，建立跌落测试的虚拟可视化平台，解决了实体产品本体的跌落测试，一方面具有滞后性，因为在进行跌落测试时，产品已小批量下线，一旦出现跌落测试质量问题，需要对已下线的产品进行处理，既造成制造成本的浪费又影响生产计划的执行；另一方面缺乏广泛适应性，因为跌落测试的验收标准比较宽泛，是以产品的重量范围进行划分区域段，没有给出各种型号实体产品本体跌落测试个性化高度要求，难以适应当前社会的个性定制化产品服务的趋势，同时没有给出实体产品本体跌落的安全高度、警高高度和破坏高度等问题。它概念简单，实现方便，完全虚拟可视化，适应于产品跌落测试行业实际需求。

附图说明

图1为本发明基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的流程图；

图2为本发明基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的洗衣机跌落测试的选择按钮可视化效果图；

图3为本发明基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的洗衣机跌落测试的安全高度跌落测试可视化效果图；

图4为本发明基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的洗衣机跌落测试的警告高度跌落测试可视化效果图；

图5为本发明基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的洗衣机跌落测试的破坏高度跌落测试可视化效果图。

图中201.安全高度选择按钮，202.警告高度选择按钮，203.破坏高度选择按钮，204.洗衣机本体模型，205.返回选择按钮，301.安全高度选跌落测试变形区域，401.警告高度选跌落测试变形区域，501.破坏高度选跌落测试变形区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步地说明：

本发明所提供的基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法，包括模型模块，unity3d引擎模块，产品模型网络边界初始化，产品模型碰撞块初始化，产品跌落测试触发，产品跌落测试是否发生形变判断，法线自修正算法模块，产品跌落测试可视化是否完成判断，产品跌落测试可视化过程终止，产品跌落测试结果分析和洗衣机跌落测试可视化执行模块。其中，模型模块包括创建产品的三维模型，搭建虚拟场景的三维模型，模型格式转换，模型导入至unity3d引擎，模型属性设置；unity3d引擎模块包括unity3d引擎的相机浏览设置，unity3d引擎的ui功能界面设计，unity3d引擎的程序脚本编译；法线自修正算法模块包括计算产品模型变形区域法线，更新产品模型变形区域各个接触点作用力的方向和大小，记录产品模型变形区域形变，更新产品模型网络边界，更新产品模型碰撞块；洗衣机跌落测试可视化执行模块包括安全高度选择按钮201，警告高度选择按钮202，破坏高度选择按钮203，洗衣机本体模型204，返回选择按钮205，安全高度选跌落测试变形区域301，警告高度选跌落测试变形区域401，破坏高度选跌落测试变形区域501；基于法线自修正的跌落测试可视化虚拟现实系统及方法的具体步骤是先模型模块设计；然后unity3d引擎模块设计；再产品模型网络边界初始化，产品模型碰撞块初始化；再产品跌落测试触发，并实时判断产品跌落测试是否发生形变，如果发生形变，则执行法线自修正算法模块，如果未发生形变，则执行产品跌落测试可视化是否完成判断；实时产品跌落测试可视化是否完成判断，如果产品跌落测试可视化过程未结束，则产品跌落测试继续进行，如果产品跌落测试可视化过程结束，则产品跌落测试可视化过程终止，实施产品跌落测试结果分析。

模型模块设计，具体步骤如下：

步骤1，创建产品的三维模型：用三维制图软件，按照设计产品中所有零件的结构及其尺寸绘制零件图，并将所有零件三维图进行装配，获得产品的三维模型；

步骤2，搭建虚拟场景的三维模型：用三维制图软件，模拟产品跌落测试现场，设计产品跌落测试现场的虚拟场景的的三维模型；

步骤3，模型格式转换：将产品的三维模型和产品跌落测试现场的虚拟场景的的三维模型的文件格式通过3dsmax软件转换成unity3d引擎能够接受的fbx格式文档；

步骤4，模型导入至unity3d引擎：先将模型格式转换的文档拷贝至模型文件下，再将模型文件拖至操作区，unity3d引擎自动进行加载；

步骤5，模型属性设置：根据据需要设置模型属性设置，“scale”比例的设置、添加碰撞块、刚体属性；

unity3d引擎模块设计，具体步骤如下：

步骤1，unity3d引擎的相机浏览设置：编译unity3d引擎的相机脚本，通过相机实现旋转、平移和缩放功能，并将编译unity3d引擎的相机脚本附加给unity3d引擎的相机；

步骤2，unity3d引擎的ui功能界面设计：设计功能按钮和实现框所需ui交互功能界面；

步骤3，unity3d引擎的程序脚本编译：编译所需unity3d引擎执行脚本，包括跌落测试和ui交互功能界面操作脚本，并将所编译脚本附加给其对应的操作，设置映射属性；

法线自修正算法模块，具体步骤如下：

步骤1，计算产品模型变形区域法线：计算跌落测试产品包围盒的法线，确定其在发生形变后的各个点的位置，重新生成发生形变后的各个点的位置的法线，实现法线自修正；

步骤2，更新产品模型变形区域各个接触点作用力的方向和大小：产品模型网格因为受到地面的反弹力而变形，当顶点被推动时，获得速度，随着时间位移，顶点改变了位置，在顶点的位置改变后，计算其初始位置与形变后物体的位置，确定其所受力的大小，当所有顶点都受到相同的力时，整个物体将不会改变形状，而只产生移动，需要知道每个顶点变形力的方向和距离；

步骤3，记录产品模型变形区域形变：在已知了力的大小和方向以后，关键是确定最先受力的顶点，是通过unity3d引擎的deform(vector3point,vector3force)来寻找和确定最终的受力点，将之前力的计算结果添加到该变形顶点上，该点受力后就会有一个速度和方向，再归一化初始的向量，将变化结果添加到该顶点，在每个顶点有了新速度和方向后，替换顶点分配给网格，使产品模型实际上发生变形；

步骤4，更新产品模型网络边界：将变形资料应用于之前存储的产品模型网格，更新物体的网格边界；

步骤5，更新产品模型碰撞块：随着产品模型网格改变，产品模型碰撞块随之进行更新，实现unity3d引擎的每帧更新一次，避免遗漏物体形状的变化；

洗衣机跌落测试可视化执行模块，具体步骤如下：

步骤1，洗衣机本体模型模块设计：创建洗衣机本体模型204，搭建虚拟场景的三维模型，模型格式转换，模型导入至unity3d引擎和模型属性设置；

步骤2，unity3d引擎模块：设计洗衣机本体模型204跌落测试所需的unity3d引擎的相机浏览功能；unity3d引擎的ui功能界面设计了安全高度选择按钮201，警告高度选择按钮202，破坏高度选择按钮203，返回选择按钮205；设计unity3d引擎的洗衣机跌落测试程序脚本编译；

步骤3，执行洗衣机跌落测试可视化和效果显示：点击安全高度选择按钮201后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示安全高度选跌落测试变形区域301，附图3；点击警告高度选择按钮202后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示警告高度选跌落测试变形区域401，附图4；点击破坏高度选择按钮203后，执行洗衣机安全高度跌落测试可视化，效果显示破坏高度选跌落测试变形区域501，附图5；洗衣机跌落测试可视化和效果显示执行后，点击返回选择按钮205，实现返回功能。