基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，以现有自动化养猪场为原型进行设计的仿真系统。它将养猪场的自动化控制柜，以及被控对象进行建模，再在Unity3D引擎中进行仿真功能的设计。操作者在系统中可以进行漫游来观看视野中的画面，同时当操作者希望与场景中的游戏对象进行交互的时候，可以在场景中控制柜上的手/自动开关控制处打开手动控制模式，可分别对场景中的可交互控制对象进行操作。所述的仿真系统可以起到操作功能说明的作用，给操作人员展示该系统的大体功能，以便操作人员更加熟练的操作实际的控制系统。

Design method of pig farm interactive control system based on virtual reality

The invention discloses a design method of pig farm interaction control system based on virtual reality, and a simulation system is designed based on the existing automatic pig farm. It models the automatic control cabinet and the controlled object in the pig farm, and then designs the simulation function in the Unity3D engine. The operator can roam to watch in the view of the picture in the system, at the same time when the operator to interact with the scene in the game object, can control cabinet hand / automatic switch control on manual control mode in the scene, respectively in the scene of the interactive control object operation. The simulation system can play the role of operation function explanation, and show the operator the general function of the system, so that the operator can operate the actual control system more skillfully.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法
本专利技术涉及养猪场虚拟现实交互控制
，具体地，涉及基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法。
技术介绍
随着计算机科学技术的日益发展，全世界工业领域都发生巨大的改变，曾经的大规模人海战术在如今的工业领域已经被淘汰，拥有先进科学就拥有改变世界的前提，其中比较明显的就是虚拟现实技术带给工业领域的改变是前所未有的。当今世界上一些大型企业将虚拟现实技术应用到实际工程的各个环节，因为虚拟现实的物理系统可以逼真的模拟各种物理学运动，并且在算法过程中严格符合牛顿定律、动量守恒、动能守恒等物理原理。使用虚拟现实技术可以加强对数据的分析和处理的能力，这为企业降低风险、提高开发效率有着极其重要的作用，并且其对工程开发的潜在应用价值同样适用于教育，如对高危操作环境的内容教学，可以模拟因为操作不规范或者误操作引起的爆炸等伤害现象，这有着无可比拟的安全性。养猪场的环境因素对牲畜的生长有着很重要的影响，比如温湿度、光照强度、二氧化氮含量、氧气含量、通风量等，因此对相应自动化控制系统的要求也越来越高，随之而生的环境监控系统也逐渐面向智能化方向发展。然而，实践表明，养猪场的工人大多操作能力较低，需要大量的时间来适应新的自动化控制柜的操作及应用。本专利技术设计的虚拟仿真系统，主要针对养猪场的自动化控制柜和被控对象进行建模，通过Unity3D进行设计，画面直观、逼真、立体感很强，可以起到操作功能说明的作用，给工人展示自动化控制柜的功能，使工人更快熟悉新的控制系统。目前，该技术在养殖业应用还不普遍。该专利技术适用于对已经实现自动化控制的养猪场以及各类养殖场的自动控制场景的展示和呈现，也可实现对工人的操作培训。现有技术(专利号20130612460.5)一种变电站视频监控系统实现3D场景显示的方法，公开了一种变电站视频监控系统实现3D场景显示的方法，包括战端系统和上级平台，通过建立三维模型、使用Unity3D软件实现3D场景显示。现有技术的缺点一是，只能被动的通过视频监控系统实现3D场景的播放，画面是当前状况的客观反映，不能实现操作者和3D场景中的控制对象实现交互功能，即该技术无法呈现动态行为。现有技术的缺点二是，无法起到操作功能说明的作用，也不能给操作人员展示系统的大体功能，为操作人员熟练操作实际控制系统提供方便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，以克服上述缺陷。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，主要包括：模型搭建，即根据养猪场静态的三维场景进行模型搭建，并进行模型贴图，最终导入到Unity3D中，设置碰撞体；交互设计，即首先建立空物体作为场景中的控制器，然后将各个对象的控制脚本挂载在控制器上，并编写脚本相应功能，同时关联相关的被控对象，最后进行测试与调试，实现养猪场控制系统的虚拟交互控制；系统环境设计，即进行硬件调试后发布为平台文件，给提供操作者使用。进一步地，交互设计的对象包括被控对象，即猪舍内的风扇开关、喷淋器开关、清洁器开关和大门开关，通过交互设计后，实现对相应电器的控制；包括自动化控制柜，即用于对猪舍内的设施进行自动化控制的操作面板，具体包括自动化控制柜的风扇手动启停开关、喷淋器的手动启停开关、清洁器的手动启停开关、手动与自动切换开关和急停开关；通过自动化控制柜上的开关，实现自动模式和手动模式的切换，若选择自动模式，则打开所有被控对象，如果选择手动模式，则分别对被控对象进行操作。还包括UI界面，对UI界面的交互设计包括，设计显示在当前可视界面中的可立即返回控制室，且在程序运行的整个过程中，提示当前系统的输入操作模式的按钮。进一步地，所述模型搭建具体为，使用3DSMAX进行模型搭建，规划模型运动的路径与骨骼，进行模型贴图，将三维模型导出为.FBX格式的文件，在Unity3D中导入用户自定义资源包找到.FBX文件导入，最后给将会发生碰撞和交互的地方添加上碰撞器。进一步地，系统环境设置包括角色漫游模块设计，即通过方向键的前后左右来控制当前场景中的主摄像头，以控制当前视线。进一步地，所述脚本包括用于控制使用者视角及位置的脚本RoleVisualControlScr；用于控制UI画面的脚本UIController；用于控制手动与自动切换的脚本HandAutoScr；急停按钮，主要用来控制所有被控对象的立即停止脚本StopAllScr。主要用来控制电扇的启动停止脚本ElectricFanScr；主要用来控制清洁器脚本CleanerScr；主要用来控制门的打开与关闭脚本DoorControlScr；主要用来控制喷淋器脚本SprayerScr；沉浸式方式实现接口脚本VR_OnPressUp；沉浸式设备控制器，通过射线检测碰撞对象身上是否实现相应接口脚本VRController。本专利技术各实施例的基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，以目前现有的自动化养猪场的养殖状态为原型进行设计，针对养猪场的自动化控制柜，和被控对象进行建模，在Unity3D引擎中进行仿真功能的设计，实现手动全景漫游、虚拟室内漫游以及各个场景物体的动态效果，并且根据一些交互操作以及角色路径限制设置碰撞体。操作者在该系统中可以进行漫游来观看系统中的画面，当操作者希望与场景中的被控对象进行交互的时候，可以在场景中控制柜上的手/自动开关控制处打开手动控制模式，可实现对场景中的可交互控制对象进行操作。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的系统设计框架图；图2为本专利技术实施例所述的系统控制需求图；图3为本专利技术实施例所述的交互设计流程图；图4为本专利技术实施例所述的自动运行模式的控制柜界面显示图；图5为本专利技术实施例所述的自动运行模式的被控对象界面显示图；图6为本专利技术实施例所述的控制室门打开时的状态图；图7为本专利技术实施例所述的多种平台文件发布选项图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施一：本专利技术中系统设计主要有三个步骤，结合图1，首先，是模型搭建。所述的模型搭建包括利用3DSMAX搭建三维模型，将静态的三维场景搭建好，并进行模型贴图。此时工程中的内容操作者都只能看，没有任何可交互的功能；其次，是交互设计。所述的交互设计包括组件挂载，即给静态的三维模型添加应有的组件，然后是编写进行可交互的脚本；所述的交互设计对象包括自动化控制柜、被控对象和UI界面设计。所述的自动化控制柜是指用来对猪舍内的设施进行自动化控制的操作面板。所述的被控对象主要包括猪场猪舍内的风机、喷淋器、清洁去污器和大门等的开关控制状态。所述的UI界面设计是指导入NGUI插件之后，选中相应的功能组件，往Scene面板拖拽。然后处理组件的显示字样，设置组件的层级关系，并给组件做屏幕适配，编写相应的方法，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，其特征在于，包括：模型搭建，即根据养猪场静态的三维场景进行模型搭建，并进行模型贴图，最终导入到Unity3D中，设置碰撞体；交互设计，即首先建立空物体作为场景中的控制器，然后将各个对象的控制脚本挂载在控制器上，并编写脚本相应功能，同时关联相关的被控对象，最后进行测试与调试，实现养猪场控制系统的虚拟交互控制；系统环境设计，即连接硬件进行调试，而后发布成多种平台文件，供操作者使用。

【技术特征摘要】
1.基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，其特征在于，包括：模型搭建，即根据养猪场静态的三维场景进行模型搭建，并进行模型贴图，最终导入到Unity3D中，设置碰撞体；交互设计，即首先建立空物体作为场景中的控制器，然后将各个对象的控制脚本挂载在控制器上，并编写脚本相应功能，同时关联相关的被控对象，最后进行测试与调试，实现养猪场控制系统的虚拟交互控制；系统环境设计，即连接硬件进行调试，而后发布成多种平台文件，供操作者使用。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的养猪场交互控制系统设计方法，其特征在于，交互设计的对象包括被控对象，即猪舍内的风扇开关、喷淋器开关、清洁器开关和大门开关，通过交互设计后，实现对相应电器的控制；包括自动化控制柜，即用于对猪舍内的设施进行自动化控制的操作面板，具体包括自动化控制柜的风扇手动启停开关、喷淋器的手动启停开关、清洁器的手动启停开关、手动与自动切换开关和急停开关；通过自动化控制柜上的开关，实现自动模式和手动模式的切换，若选择自动模式，则打开所有被控对象，如果选择手动模式，则分别对被控对象进行操作；还包括UI界面，对UI界面的交互设计包括，设计显示在当前可视界面中的可立即返回控制室，且在程序运行的整个过程中，提示当前系统的输入操作模式的按钮。3.根据权利要求2所述的基于虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑扬冰，薛晓，刘丽莎，宋金蓉，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41