一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备与流程

本发明涉及轨道交通三维模型仿真动画领域，具体地，涉及一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备。

背景技术：

1、目前在轨道交通数字孪生地图中仿真模拟列车运行状态的处理步骤分为四步：

2、步骤1、利用建模工具创建三维列车模型；

3、步骤2、使用三维渲染库构建列车运行场景，保证三维列车模型、列车运行场景与物理世界准确映射；

4、步骤3、创建地铁轨道，将三维列车模型放在轨道起点并与轨道匹配；

5、步骤4、制作仿真模拟动画：

6、a)、首先使用动画引擎或编程技术插值计算三维列车模型在地铁轨道上的位置和方向，手动更新三维列车模型的位置和旋转角度，实现三维列车模型沿着地铁轨道移动；

7、b)、然后编程控制时间、距离和速度来模拟轨道交通列车的运动过程，呈现出轨道交通列车行驶过程中的真实物理特性；

8、c)、最后采用循环更新办法来控制动画的每一帧更新，如requestanimationframe()函数或定时器。

9、上述方法中存在的缺陷如下：

10、1.插值计算三维列车模型在地铁轨道上位置、方向以及编程控制时间、距离和速度的技术复杂，学习门槛高，不利于现有技术的推广应用；

11、2.仿真动画是通过人为手动更新三维列车模型的位置和旋转角度，无法准确呈现出轨道交通列车在运行过程中受重力、惯性、摩擦力等物理特性影响的真实效果；

12、3.在仿真动画制作过程中，手动更新三维列车模型的位置和旋转角度非常消耗计算机性能和计算资源，影响动画制作的整体工作效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备，解决现有技术难以准确模拟轨道交通列车行驶过程中的物理特性以及编程过程复杂、计算机资源消耗量大的问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种轨道交通列车三维动画仿真方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1、基于地铁站、轨道、轨道交通列车的cad图纸和bim数据，创建地铁站模型、轨道模型和列车模型；

4、步骤2、通过websocket获取轨道交通列车在轨道上运行的实时速度；

5、步骤3、根据轨道交通线路的点线面数据获取轨道交通线路矢量地图，并在wgs-84坐标系下测量各地铁站地理位置和站间位置；

6、步骤4、将轨道交通线路矢量地图传入面向webgis端开发者的地图引擎的map类，并给定初始坐标、地图容器，构建轨道交通数字孪生地图；

7、步骤5、在构建的轨道交通数字孪生地图中构建轨道交通列车运行场景；

8、步骤6、在轨道交通列车运行场景中根据轨道交通列车在轨道上运行的实时速度、各地铁站地理位置、站间位置进行轨道交通列车仿真线性动画；

9、步骤7、在构建的轨道交通列车运行场景中通过物理引擎初始化物理世界；

10、步骤8、对初始化世界进行仿真计算，同步更新到轨道交通列车仿真线性动画中。

11、进一步地，步骤1的具体过程为：基于地铁站、轨道、列车的cad图纸和bim数据，使用wgs-84坐标系采用标准右手坐标系进行手工建模，并将轨道模型、列车模型的初始坐标设置为（0,0,0），将建模完成的地铁站模型、轨道模型、列车模型导出为gltf格式的模型。

12、进一步地，步骤3中根据轨道交通线路的点线面数据获取轨道交通线路矢量地图的具体过程为：使用矢量地图服务发布工具mapmost studio将轨道交通线路的点线面数据转为矢量地图切片vector tiles，将矢量地图切片vector tiles组合得到轨道交通线路矢量地图。

13、进一步地，步骤5的具体过程为：将列车模型、地铁站模型、轨道模型、各地铁站真实地理位置作为实例化列车运行场景的参数，输入面向webgis端开发者的地图引擎的modellayer类中，构建出轨道交通列车运行场景。

14、进一步地，步骤7的具体过程为：将物理引擎中的world类实例化生成物理世界，设置物理世界的参数：重力参数、轨道材质对象、轨道材质对象的轨道材质、摩擦系数、反弹程度；通过物理引擎的body类创建轨道交通列车模型的物理实体、地铁站模型的物理实体、轨道模型的物理实体，并添加到物理世界中。

15、进一步地，步骤8的具体过程为：在物理世界设置场景更新的时间步长，在每个时间步长内，当现实世界轨道交通列车的运行状态发生变化时，调用更新函数worldp.step()计算轨道交通列车的运动状态，同步更新到轨道交通列车仿真线性动画中。

16、进一步地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的轨道交通列车三维动画仿真方法。

17、进一步地，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现所述的轨道交通列车三维动画仿真方法。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、（1）本发明通过构建轨道交通数字孪生地图，将轨道交通列车运行动画仿真与真实地理环境相结合，增强场景的真实地理属性；

20、（2）本发明创建了列车运行场景、物理世界两个维度的三维空间，将列车运行和真实物理空间分开设置，将状态计算和场景更新分开，同时两个空间通过轨道交通列车运行状态关联，在提高动画性能的同时，还有利于体现物理空间环境变化对列车运行的影响；

21、（3）利用物理引擎模拟轨道交通列车运行的真实物理特性，涉及重力、摩擦力等现实存在的物理因素，大大提高轨道交通列车动画仿真的真实性；

22、（4）该方法提供了通过可视化界面调整参数的方法，操作流程清晰可见，不要求掌握编程技术，降低了技术学习门槛，使得轨道交通列车三维动画仿真方法具有较高的灵活性和可定制性，便于推广。

技术特征：

1.一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：基于地铁站、轨道、列车的cad图纸和bim数据，使用wgs-84坐标系采用标准右手坐标系进行手工建模，并将轨道模型、列车模型的初始坐标设置为（0,0,0），将建模完成的地铁站模型、轨道模型、列车模型导出为gltf格式的模型。

3.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，步骤3中根据轨道交通线路的点线面数据获取轨道交通线路矢量地图的具体过程为：使用矢量地图服务发布工具mapmost studio将轨道交通线路的点线面数据转为矢量地图切片vectortiles，将矢量地图切片vector tiles组合得到轨道交通线路矢量地图。

4.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，步骤5的具体过程为：将列车模型、地铁站模型、轨道模型、各地铁站真实地理位置作为实例化列车运行场景的参数，输入面向webgis端开发者的地图引擎的modellayer类中，构建出轨道交通列车运行场景。

5.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，步骤7的具体过程为：将物理引擎中的world类实例化生成物理世界，设置物理世界的参数：重力参数、轨道材质对象、轨道材质对象的轨道材质、摩擦系数、反弹程度；通过物理引擎的body类创建轨道交通列车模型的物理实体、地铁站模型的物理实体、轨道模型的物理实体，并添加到物理世界中。

6.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车三维动画仿真方法，其特征在于，步骤8的具体过程为：在物理世界设置场景更新的时间步长，在每个时间步长内，当现实世界轨道交通列车的运行状态发生变化时，调用更新函数worldp.step()计算轨道交通列车的运动状态，同步更新到轨道交通列车仿真线性动画中。

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-6任一项所述的轨道交通列车三维动画仿真方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的轨道交通列车三维动画仿真方法。

技术总结
本发明公开了一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备，该方法包括：根据轨道交通线路的点线面数据获取轨道交通线路矢量图，并测量各地铁站地理位置和站间位置；将轨道交通线路矢量地图传入面向WebGIS端开发者的地图引擎的Map类，并给定初始坐标、地图容器，构建轨道交通数字孪生地图，构建轨道交通列车运行场景；在轨道交通列车运行场景中根据轨道交通列车在轨道上运行的实时速度、各地铁站地理位置、站间位置进行轨道交通列车仿真线性动画；在轨道交通列车运行场景中初始化物理世界；对初始化世界进行仿真计算，同步更新到轨道交通列车仿真线性动画中。该方法能准确模拟轨道交通列车行驶过程中的物理特性。

技术研发人员：朱东帅,徐思奇,郑胜利,张宇,朱林芝,陈晗
受保护的技术使用者：园测信息科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16