一种实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备技术

本发明专利技术公开了一种实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备，属于仿真建模技术领域。本发明专利技术的一种实景可视化方法，包括仿真模型的构建、场景模型的构建，所述场景模型的构建方法包括以下步骤：第一步，输入坐标或地名，选取模型区域，并对选取的模型区域生成纹理图；第二步，对选取的模型区域获取地理信息系统GIS高度信息，优化处理高程值，生成3D地形图；第三步，将第一步中的纹理图贴在第二步中的3D地形图表面，生成场景模型；场景模型构建完成后，与仿真模型定位结合，得到渲染模型，并对渲染模型进行渲染输出，实现实景的可视化，能够生动、美观的展示仿真模型，用户体验好，便于推广使用。于推广使用。于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备


[0001]本专利技术涉及一种实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备，属于仿真建模


技术介绍

[0002]目前，在工业仿真领域，传统的数字孪生可视化仅是运用WebGL技术单纯地对仿真模型进行展示，缺乏实际场景的衬托，画面背景大都为纯色，不够生动美观。
[0003]进一步，中国专利(公开号CN112068457A)公开了一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统。包括虚拟仿真模型库构建、三维工业场景构建和虚拟模仿真运行模块；虚拟仿真模型库构建用于管理三维模型，并将模型碰撞与运动方式链接供场景构建和仿真运行使用。三维工业场景构建用于快速构建三维工业场景并进行仿真模拟配置。虚拟仿真运行则通过虚拟仿真场景与硬件设备PLC互连来实现模拟控制。本专利技术可跨平台提供三维虚拟工业场景下的PLC程序运行检视功能，可有效解决实验场地限制、设备昂贵和实验场景适用性等问题，从而极大地提高工业控制领域人才的培养质量。
[0004]所述三维工业场景构建模块包括基础环境设计模块、模型组装模块和PLC通讯配置模块；基础环境设计模块用于构建拟真的三维工厂仿真实验环境；模型组装模块用于将拟真三维模型或用户自定义的拓展模型按照需要的场景进行组装，根据模型包围盒的自由面来计算贴合坐标，进而实现模型组件间的适应性对齐；PLC通讯配置模块用于配制场景与PLC硬件间的连接参数，以及根据模型运动机制库中的模型运动模式完成场景内模型运动属性与硬件单元的数据映射，保证PLC控制程序数据传输的正确性。
[0005]但上述方案只是提到了对三维工业场景进行搭建，没有公开具体的实施方案，导致实际场景的展示，不能实现，影响仿真模型的生动展示，用户体验差，不利于推广使用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能够构建场景的纹理图和3D地形图，并将纹理图贴在3D地形图表面，生成场景模型；进而将实景模型与仿真模型进行融合，实现实景的可视化，能够生动、美观的展示仿真模型，用户体验好，便于推广使用的实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一种技术方案为：
[0008]一种实景可视化方法，
[0009]包括仿真模型的构建、场景模型的构建，
[0010]所述场景模型的构建方法包括以下步骤：
[0011]第一步，输入坐标或地名，选取模型区域，并对选取的模型区域生成纹理图；
[0012]第二步，对选取的模型区域获取地理信息系统GIS高度信息，优化处理高程值，生成3D地形图；
[0013]第三步，将第一步中的纹理图贴在第二步中的3D地形图表面，生成场景模型；
[0014]场景模型构建完成后，与仿真模型定位结合，得到渲染模型，并对渲染模型进行渲染输出，实现实景的可视化。
[0015]本专利技术经过不断探索以及试验，构建场景的纹理图和3D地形图，将纹理图贴在3D地形图表面，生成场景模型，同时结合现有的ThreeJS技术将实景模型与仿真模型进行融合，实现实景的可视化，能够生动、美观的展示仿真模型，用户体验好，便于推广使用。
[0016]进一步，本专利技术的方案与传统PC端以及web端显示仿真模型三维动画相比，融合展示方案不仅使得仿真环境更加逼真，而且在视觉上更加生动美观。
[0017]作为优选技术措施：
[0018]所述第二步中，3D地形图的空间分布通过X
‑
Y水平坐标系统或是经纬度进行描述，并利用真实地形的采样点，通过插值或剖分方法，建立多边形集合模拟地形表面；
[0019]所述真实地形的采样点数据通过数字高程模型DEM获取；
[0020]所述数字高程模型DEM包括某一区域D上的m维向量有限序列V
i
、相关区域内平面坐标(x，y)与高程值之间的映射关系；
[0021]其中i＝1,2,3,
…
,n，向量V
i
＝(V
i1
,V
i2
...V
im
)的分量分别为地形中X
i
，Y
i
，Z
i
((X
i
，Y
i
)∈D
i
)。
[0022]作为优选技术措施：
[0023]所述数字高程模型DEM为规则格网模型RSG或不规则三角网结构模型TIN；
[0024]所述规则格网模型RSG，利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的采样点的高程值Z来表示地形，形成一个矩形格网状的数字高程模型，其采样间隔固定，并且以矩形格网形式排列，每一个格网点与其他相邻格网点之间的拓扑关系隐含在该阵列的行列号当中，以只需存储各个格网点的高程值Z；
[0025]所述不规则三角网结构模型TIN，由一组不规则的空间点，各自与其相邻点相连所生成的三角面构成地形模型的基本面元，根据不同区域的平缓陡峭变化，形成大小各异、疏密不同的三角形网格，其存储每个网点的高程值，同时存储每个网点的平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及相邻三角形信息。
[0026]不规则三角网和规则格网都是应用比较广泛的数字地形模型，它们各有其优缺点。
[0027]规则格网模型RSG的优点不言而喻，如数据结构简单、易于构网、数据存储量小、各种分析与计算非常方便有效、建模方法直接等，因而非常适合于大规模的使用与管理。它的缺点是存在数据冗余，尤其是在地势起伏不大的地区数据冗余量较大，不规则的地面特征与规则的数据表示之间不能协调一致。
[0028]本专利技术采用的地形建立方法是采用稀疏分布点的高程值构成一些简单的三角形平面，形成地形框架，然后进行纹理贴图。这种方法显示速度非常快，但基本框架过于简略，且常带有较强的人为效果，因此地景的真实感会受到影响。有些情况下，地形仿真也使用曲面(如二次、三次曲面等)进行拟合，由于曲面不需做分段线性近似，即可以保证相邻面的斜率连续性，因此构造灵活。另外，为了增加逼真效果，也可以用分形技术直接对用上述方法生成的光滑平面或曲面进行噪声扰动，从而形成真实感较强的地形表面。
[0029]作为优选技术措施：
[0030]所述场景模型和仿真模型在进行渲染之前，需要进行模型转换，其转换过程分别
进行或者一并进行；
[0031]所述模型转换的方法如下：
[0032]通过json文件生成算法将模型文件转为WebGL能处理的文件model.json，以便于ThreeJS可视化技术进行渲染；
[0033]具体地，主要包括以下步骤；
[0034]第一步，创建文件model.json，具体包括以下内容；
[0035]所述文件model.json包括基本属性数据、模型数据；
[0036]所述基本属性数据为默认设置元数据；
[0037]所述模型数据则从输入的模型文件中获取；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实景可视化方法，包括仿真模型的构建、场景模型的构建，其特征在于，所述场景模型的构建方法包括以下步骤：第一步，输入坐标或地名，选取模型区域，并对选取的模型区域生成纹理图；第二步，对选取的模型区域获取地理信息系统GIS高度信息，优化处理高程值，生成3D地形图；第三步，将第一步中的纹理图贴在第二步中的3D地形图表面，生成场景模型；场景模型构建完成后，与仿真模型定位结合，得到渲染模型，并对渲染模型进行渲染输出，实现实景的可视化。2.如权利要求1所述的一种实景可视化方法，其特征在于，所述第二步中，3D地形图的空间分布通过X
‑
Y水平坐标系统或是经纬度进行描述，并利用真实地形的采样点，通过插值或剖分方法，建立多边形集合模拟地形表面；所述真实地形的采样点数据通过数字高程模型DEM获取；所述数字高程模型DEM包括某一区域D上的m维向量有限序列V
i
、相关区域内平面坐标与高程值之间的映射关系。3.如权利要求2所述的一种实景可视化方法，其特征在于，所述数字高程模型DEM为规则格网模型RSG或不规则三角网结构模型TIN；所述规则格网模型RSG，利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的采样点的高程值Z来表示地形，形成一个矩形格网状的数字高程模型，其采样间隔固定，并且以矩形格网形式排列，每一个格网点与其他相邻格网点之间的拓扑关系隐含在该阵列的行列号当中；所述不规则三角网结构模型TIN，由一组不规则的空间点，各自与其相邻点相连所生成的三角面构成地形模型的基本面元，根据不同区域的平缓陡峭变化，形成大小各异、疏密不同的三角形网格，其存储每个网点的高程值，同时存储每个网点的平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及相邻三角形信息。4.如权利要求1所述的一种实景可视化方法，其特征在于，所述场景模型和仿真模型在进行渲染之前，需要进行模型转换，其转换过程分别进行或者一并进行；所述模型转换的方法如下：通过json文件生成算法将模型文件转为WebGL能处理的文件model.json，以便于ThreeJS可视化技术进行渲染；具体地，主要包括以下步骤；第一步，创建文件model.json，具体包括以下内容；所述文件model.json包括基本属性数据、模型数据；所述基本属性数据为默认设置元数据；所述模型数据则从输入的模型文件中获取；在创建时该文件model.json时，默认设置元数据为缓冲类型几何体BufferGeometry，并将版本号、元数据等信息写入文件model.json中；第二步，读取模型文件modelFile，具体包括以下内容；所述模型文件modelFile由数据对象所组织成一种结构以及相应的属性值所构成，其
包括数据的拓扑结构、几何结构以及属性数据；所述拓扑结构，用于描述对象的构成形式，其包括若干单元数据，所述单元数据由若干点数据连接形成；所述几何结构，用于描述了对象的空间位置关系，其变换方式包括旋转、平移、放缩，其包括点数据定义的一系列坐标点；所述属性数据，用于对拓扑结构和几何结构信息的补充，其是某个空间点的温度值或是某个单元的质量；利用相应的数据读取插件，将模型文件的数据集进行解析，获取模型文件数据modelData；第三步，拓扑结构转换，具体包括以下内容；模型文件数据modelData包括模型的数据的拓扑结构、几何结构以及各个数据对象的物理量等；首先，从模型文件数据modelData中提取单元数据geomData，然后将单元数据geomData转为点数据c2pData，最后将这些点数据c2pData以3个点为一组，形成三角形拓扑结构，得到新的三角形数据集vtriangleData；第四步，写入点的坐标数据与物理量数据，具体包括以下内容；文件model.json的默认设置元数据类型为缓冲类型几何体BufferGeometry，用来代表所有几何体的一种方式，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明，王占占，闵皆昇，潘应云，吴健明，
申请(专利权)人：浙江远算科技有限公司，
类型：发明
国别省市：