一种三维数字化煤场人机交互方法与流程

本发明主要涉及到煤场的智能管理技术领域，特指一种适用于三维数字化煤场的人机交互方法。

背景技术：

随着智能化、数字化技术的不断发展，有从业者在煤场的管理技术方面提出了一种三维数字化煤场的智能化管理技术，即采用三维图形技术,将电厂储煤场以三维图形的方式显示出来。但是，三维图形在计算机显示器上一次只能显示一个视角的内容,需要通过旋转或缩放图形才能观察到图形的全部内容。图形的视角切换一般包含水平旋转、缩小、放大等几个动作。

如图1所示，为现有三维数字化煤场的管理技术中关于图形缩放、旋转的方法，其步骤为：

s11：在屏幕上设置有模拟的按键或键盘；当屏幕模拟按键或键盘按键按下，事实上，键盘按键是实体，屏幕模拟按键是软件对键盘模拟，屏幕模拟按键和键盘按键都是为了产生一个动作事件。

s12：产生按钮或键盘按键事件，键盘或屏幕模拟按键按下后操作系统会自动产生一个按钮或按键事件，不同的屏幕模拟按键或键盘按键产生的事件不同，分别用于触发图形变换参数α、β、θ、λ。

s13：触发α、β、λ中的一个值递减或递增，进行图形变换。由于屏幕按键在某一时刻只能有一个有效，所以一次只能改变一个参数的值。图形参数值修改后按照附图的计算方法对所有坐标进行一次坐标计算。

[xyz1]为当前坐标[x′y′z′1]为变换后的坐标。变换是通过当前坐标乘以矩阵实现。矩阵的参数变化，变换后图形的朝向就会变化，从而实现了旋转和缩放。

s14：图形显示更新。完成坐标变换后刷新显示数据，将变换后的图形在计算机显示屏中显示出来。

由上可知，现有的方式中三维数字化煤厂一般采用键盘按键或屏幕模拟按键触发图形旋转或缩放，采用该方式只能实现特定轴旋转，不能实现任一自由度旋转。而且，旋转的速度不受操作人员控制，人机交互不够友好。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、人机交互效果好的三维数字化煤场人机交互方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种三维数字化煤场人机交互方法，其步骤为：

s100：利用鼠标作为操作部件，鼠标滚轮向上、向下滚动或滚轮按下产生相应鼠标事，图形的操作通过鼠标滚轮按键结合鼠标移动完成；

s200：记录鼠标当前坐标值p1(x1,y1)，该坐标用于后续鼠标移动向量的计算；

s300：鼠标移动产生鼠标移动事件，鼠标移动事件触发后续的处理过程；

s400：记录移动后的鼠标坐标值p2(x2,y2)；

s500：计算鼠标移动向量；

s600：结合鼠标移动向量计算α、β的值并进行图形变换；其中，α、β是图形变换矩阵的参数，α表示绕z轴旋转的弧度，β表示绕x旋转的弧度。

s700：图形显示更新；即：完成坐标变换后刷新显示数据，将变换后的图形在计算机显示屏中显示出来。

作为本发明的进一步改进：在所述步骤s100中，鼠标事件包含滚轮向上滚动、滚轮向下滚动、滚轮按键按、鼠标移动几个事件；不同事件对应相应的处理方法；滚轮按键事件对应的方法修改λ值，滚轮按键按下触发鼠标初始位置坐标的记录。

作为本发明的进一步改进：在所述步骤s500中，记录的结合步骤s400记录的p2进行向量计算得到鼠标移动向量；其计算方法为v＝p2-p1，其中v、p2、p1都为二维向量。

作为本发明的进一步改进：所述步骤s600的流程为：鼠标的移动向量为v(x3,y3)，其计算方法为α＝α+|v|*x3*k,β＝α+|v|*y3*k，其中k为一常量，|v|是鼠标移动向量的v的模，|v|越大旋转的速度越快。其中，v(x3,y3)＝p2-p1，表示移动向量，该向量包含了鼠标移动方向以及移动距离；k为一个常量，该参数决定鼠标控制图形旋转的灵敏度，取大于零的实数。

作为本发明的进一步改进：所述图形参数值修改后按照附图的计算方法对所有坐标进行坐标计算，其中[xyz1]为当前坐标[x′y′z′1]为变换后的坐标。

作为本发明的进一步改进：所述变换是通过当前坐标乘以矩阵实现，矩阵的参数变化，变换后图形的朝向就会变化，实现旋转和缩放。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的三维数字化煤场人机交互方法，原理简单、操作简便、人机交互效果好，它利用鼠标拖拽式结合鼠标滚轮实现三维煤场任意自由度旋转，即通过鼠标滚轮的前后滚动实现图像的放大缩小；同时，滚轮按下可以触发鼠标中键，结合鼠标的移动实现了任意方向的移动可使图形绕鼠标移动垂直的轴转动，移动的速度快慢可以控制旋转的速度。

附图说明

图1是现有技术中图形缩放和旋转的流程示意图。

图2是三维图形显示中采用笛卡儿坐标系的原理示意图。

图3是本发明方法的流程示意图。

图4是本发明在一个具体应用实例中图形旋转前的效果示意图。

图5是本发明在一个具体应用实例中调整鼠标位置后的效果示意图。

图6是本发明在一个具体应用实例中图形旋转后的效果示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，三维图形显示采用笛卡儿坐标系，坐标系统由x、y、z三个坐标轴构成。三维数字化煤场旋转切换视角仅需要图形绕z轴以及x轴旋转即可，y轴不用考虑。

绕z轴旋转变换方法为：

绕x轴旋转变换方法为：

绕y轴旋转变换方法为：

图形缩放方法为：

如图3所示，本发明的一种三维数字化煤场人机交互方法，其步骤为：

s100：鼠标滚轮向上、向下滚动或滚轮按下产生相应鼠标事，图形的操作通过鼠标滚轮按键结合鼠标移动完成。

在具体应用实例中，鼠标事件包含滚轮向上滚动、滚轮向下滚动、滚轮按键按、鼠标移动几个事件。不同事件对应相应的处理方法。滚轮按键事件对应的方法修改λ值，滚轮按键按下触发鼠标初始位置坐标的记录。

s200：记录鼠标当前坐标值p1(x1,y1)，该坐标用于后续鼠标移动向量的计算。

s300：鼠标移动产生鼠标移动事件，鼠标移动事件触发后续的处理过程。

s400：记录移动后的鼠标坐标值p2(x2,y2)。

s500：计算鼠标移动向量。

上述步骤s200记录的结合步骤s400记录的p2进行向量计算得到鼠标移动向量。其计算方法为v＝p2-p1，其中v、p2、p1都为二维向量。

s600：结合鼠标移动向量计算α、β的值并进行图形变换。其中，α、β是图形变换矩阵的参数，α表示绕z轴旋转的弧度，β表示绕x旋转的弧度。

s700：图形显示更新。即：完成坐标变换后刷新显示数据，将变换后的图形在计算机显示屏中显示出来。

在具体应用实例中，上述步骤s600的详细流程为：

如鼠标的移动向量为v(x3,y3)，其计算方法为α＝α+|v|*x3*k,β＝α+|v|*y3*k，其中k为一常量，|v|是鼠标移动向量的v的模，|v|越大旋转的速度越快。使用该方法可以一次改变多个图形变换参数，图形的旋转自由度很大，并且可以通过鼠标移动的速度控制旋转的速度。其中，v(x3,y3)＝p2-p1，表示移动向量，该向量包含了鼠标移动方向以及移动距离；k为一个常量，该参数决定鼠标控制图形旋转的灵敏度，取大于零的实数。

图形参数值修改后按照附图的计算方法对所有坐标进行坐标计算。其中[xyz1]为当前坐标[x′y′z′1]为变换后的坐标。变换是通过当前坐标乘以矩阵实现。矩阵的参数变化，变换后图形的朝向就会变化，从而实现了旋转和缩放。

参见图4、图5和图6所示，为本发明在一个具体应用实例中的操作原理示意图。第一步，在图4所示图形中，鼠标屏幕位置为p1。第二步，按下鼠标中键，将鼠标平移到屏幕位置为p2位置，如图5所示。第三步，松开鼠标中健，完成图形旋转变换，变换后的图形如图6所示。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。