一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统的制作方法

本发明涉及基建水域管理技术领域，特别是涉及一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统。

技术背景

水域管理是水利工程中的一项较为复杂的模块。针对这项模块中的前期预演工作，传统的方法是通过实践管理，在管理过程中实际操作，将遇到的问题制定针对性的解决方案，虽然在实际操作前会制定预知问题的解决方案，但是无法预知所有问题，导致管理过程无法正常运行。此外水利管理工程传统的二维平面设计不能清晰直观地显示设计者的思想，不能做到用户之间的及时交流与合作。

随着计算机三维(3d)显示技术的不断发展，地图符号形象化的要求日渐迫切。地图符号的抽象化和形象这对矛盾在相互对立而又螺旋式上升的发展过程中向三维形象化回归，导致了空间信息三维可视化成为gis发展的重要特征之一。三维可视化技术使传统二维的、静态的地图表示向三维的、动态的场景表示方向发展，利用虚拟现实(vr)技术在空间数据库支持下可以构建虚拟环境，人在进入这一环境后可以利用计算机实现以视觉为主的全方位交互，这是空间数据可视化最有发展前景的新领域，已成为被关注的热点，也是研究、利用数字地球资源的重要工具。现有的3dgis研究都集中在三维可视化技术方面，对于更为基础的3dgis的空间认知问题的研究显得很不够，这在一定程度上也制约了空间信息三维表示技术的进步和3dgis的工程应用实践。此外，虚拟现实技术也未在水域管理领域广泛涉及，成为水域管理中的一大缺憾，为此本发明填补了这一缺憾，同时也改善了传统技术的不足，结合二维技术采用虚拟现实技术为水域管理人员提供了一个人性的、直观的、可感知的可交互环境，反映真实的水域管理场景。

技术实现要素：

本发明采用虚拟现实技术为水域管理提供了一个全方位、多专业的可视化平台。

一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统，包括数据管理模块、虚拟建模模块及场景合成模块。其特征在于，

所述数据管理模块包括上传数据接收模块及数据存储模块。主要是用于采集水域管理平台所需的数据，筛选并存储人工录入的信息。

所述上传数据接收模块就是将采集到湖泊、水库、涝池、湿地、淤地坝、万亩灌区、河流水质和属性传输到数据库中，并实时更新水域管理现场数据和人工录入的基础数据，筛选、过滤并整合成虚拟信息。

所述数据存储模块主要是针对不同数据进行分类存储，为用户后续进行数据查询提供便捷。

所述虚拟建模模块包括三维地理环境建模模块、三维数字建模模块及二、三维场景互响应模块。

所述三维地理环境建模模块主要是利用建模工具制作数字环境模型并与此结合航空影像、水域地貌设计图纸、二维地形设计等构造三维模型。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：在计算机端利用计算机辅助设计软件autocad设计河流水域平面图，并将其保存为*.dxf的格式；

步骤2：将设计好的河流平面图直接导入到3d建模软件multigencreator中，在二维平面图的基础上设计建立三维水面基础模型、水域三维地形模型；

步骤3：采用sitebuilder3dv1.1.1forarcgis插件，直接在地理信息系统软件arcgis中生成openflight格式的三维地形模型；

步骤4：将转换成openflight格式的三维地形模型中贴上航空影像纹理，进行初步的静态渲染。

所述三维数字建模模块是将所述三维地理环境建模模块中建立好的3d模型按照图层结构进行分类整理，并建立相应的图层结构图。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1’：在multigencreator环境中选择creatorpro后，将建立好的三维地形模型按照图层结构进行分类整理，建立相应的图层结构图，方便查询与显示；

步骤2’:基于步骤1’建立的图层结构图，采用cat(sgiperfomeronly)方式在相应结构层次中附加水域地形各个层次组成部分数字模型及二维水域地形纹理构成三维数字基础模型；

步骤3’：基于步骤2’，将地形各层次组成部分三维数字基础模型叠加整合成整体三维数字模型。

所述二、三维场景互响应模块，是在建立二三维模型时要将三维仿真环境中的观察者的位置坐标与二维地图中导航器的地理坐标保持一致，同时也要将二维地图和三维虚拟场景中的目标名称一一对应，并相互实时更新，实现二维地图导航、三维场景漫游的效果。

所述场景合成模块是对场景中色彩鲜明度、声音环绕度、lod模型等的调试，进行最后的动态场景渲染，从而显示三维真实视图。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1”：使用摄像机等硬件设备扫描现实场景的场景图像，然后将扫描获取到的图像通过photoshop等图像处理器进行规格化、标准化处理；

步骤2”：将处理好的场景图像通过纹理面板中的texture贴图叠加到已建立好的虚拟三维模型中；

步骤3”：运用multigencreator中的vega开发工具进行场景渲染，添加虚拟模型中需要的色彩、光照、3d声音等特效，实现虚物的实化，达到实时漫游、可控、可视化的目的。通过对相关技术点的有效结合，使各个技术点之间相互作用，相互协调于水域管理系统中，让水域管理系统在虚拟现实技术中得到有效应用。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统将虚拟现实技术与水域管理系统相结合，使无论是管理人员还是参与人员都可提前亲身体验水域管理系统，实现水域管理可视化，极大扩展了水域管理技术领域。此外，用户还可提前考虑，提前修改遇到的问题，真实客观的进行现场管理，有效的避免资源浪费，保证项目在任何阶段都可高效率高质量的完成。

附图说明

图1为一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统结构框图；

图2为一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统流程图。

具体实施方式

本发明采用虚拟现实技术为水域管理提供了一个全方位、多专业的可视化平台。

请参考图1，图1为一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统结构框图。

一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统包括数据管理、虚拟建模及场景合成。其特征在于，

所述数据管理模块包括上传数据接收模块及数据存储模块。主要是用于采集水域管理平台所需的数据，筛选并存储人工录入的信息。

所述上传数据接收模块就是将采集到湖泊、水库、污染源、涝池、湿地、淤地坝、万亩灌区、河流水质和属性传输到数据库中，并实时更新水域管理现场数据和人工录入的基础数据，筛选、过滤并整合成虚拟信息。

所述虚拟信息包括虚拟场景、虚拟动画、报表和统计数据。

所述数据存储模块主要是针对不同数据进行分类存储，为用户后续进行数据查询提供便捷。

所述虚拟建模模块包括三维地理环境建模模块、三维数字建模模块及二、三维场景互响应模块。

请参考图2，图2为一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统流程图。

所述三维地理环境建模模块主要是利用建模工具制作数字环境模型并与此结合航空影像、水域地貌设计图纸、二维地形设计等构造三维模型。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：在计算机端利用计算机辅助设计软件autocad设计河流水域平面图，并将其保存为*.dxf的格式；

步骤2：将设计好的河流平面图在3d建模软件multigencreator中运用import命令直接导入，在二维平面图的基础上设计建立三维水面基础模型、水域三维地形模型；

步骤3：在地理信息系统软件arcgis中安装sitebuilder3dv1.1.1forarcgis插件，然后将建立好的模型直接在arcgis中生成openflight格式的三维地形模型；

步骤4：将转换成openflight格式的三维地形模型通过在multigencreator环境中贴上航空影像纹理，进行初步的静态渲染。

添加航空影像纹理时，点击快捷键“currenttexture”，在弹出的对话框中选择菜单“file/readpattern”，并在接下来打开对话框中选择航空影像、图案等，点击“打开”按钮；最后选择要插入的纹理影像、图案等，并将其插入到对应的位置。

所述三维数字建模模块是将所述三维地理环境建模模块中建立好的3d模型按照图层结构进行分类整理，并建立相应的图层结构图。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1’：在multigencreator环境中选择creatorpro后，将建立好的三维地形模型按照图层结构进行分类整理，并按照图层结构为分类好的图层命名，建立相应的图层结构图，方便查询与显示；

步骤2’:基于步骤1’建立的图层结构图，采用cat(sgiperfomeronly)方式在相应结构层次中附加水域地形各个层次组成部分数字模型及二维水域地形纹理构成三维数字基础模型；

步骤3’：基于步骤2’，将地形各层次组成部分三维数字基础模型叠加整合成整体三维数字模型。

所述二、三维场景互响应模块，是在建立二三维模型时要将三维仿真环境中的观察者的位置坐标与二维地图中导航器的地理坐标保持一致，同时也要将二维地图和三维虚拟场景中的目标名称一一对应，并相互实时更新，实现二维地图导航、三维场景漫游的效果。

在三维场景中，需要对某个水域地形部件进行属性及信息的查询，则二维数据和三维虚拟模型之间要建立一一对应的地理目标名称。在vega中有vgpicker类,在程序中通过调用vgpicker类的api函数可以实现对场景中三维对象的拾取，获得三维对象的名称，然后在属性数据表中查找到该字段，实现二维数据与三维模型的通信。

所述场景合成模块是对场景中色彩鲜明度、声音环绕度、lod模型等的调试，进行最后的动态场景渲染，从而显示三维真实视图。其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1”：使用摄像机等硬件设备扫描现实场景的场景图像，然后将扫描获取到的图像通过photoshop等图像处理器进行规格化、标准化处理；

步骤2”：将处理好的场景图像通过纹理面板中的texture贴图叠加到已建立好的虚拟三维模型中；

步骤3”：运用multigencreator中的vega开发工具进行场景渲染，添加虚拟模型中需要的色彩、光照、3d声音等特效，实现虚物的实化，达到实时漫游、可控、可视化的目的。本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

一种基于虚拟现实技术的水域管理仿真系统将虚拟现实技术与水域管理系统相结合，使无论是管理人员还是参与人员都可提前亲身体验水域管理系统，实现水域管理可视化，极大扩展了水域管理技术领域。此外，用户还可提前考虑，提前修改遇到的问题，真实客观的进行现场管理，有效的避免资源浪费，保证项目在任何阶段都可高效率高质量的完成。

以上所述仅为本发明实施例的解释，并不是对本发明的限制，在本发明的范围之内，做的任何修改、等同替换、改进等，都应受到专利法的保护。