【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动态场景模拟，具体是指基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟方法及系统。
技术介绍
1、企业危险工艺中往往涉及昂贵复杂的设备和工艺流程，同时具有较高的危险性，对于没有经验的员工面对突发事件和危机情况时难以做出正确的处理，一般的企业危险工艺模拟缺乏足够的资源来建立和维护适合的设备和场地，在真实设备上进行模拟操作可能会导致事故发生和材料的损耗，对于不熟悉相关工艺的人员需要较长的学习曲线，导致学习效率较低，学习成本高，一些特定的危险工艺如突发火灾、化学泄漏等紧急情况难以在真实环境中模拟。
技术实现思路
1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟方法及系统，针对一般的企业危险工艺模拟缺乏足够的资源来建立和维护适合的设备和场地，在真实设备上进行模拟操作可能会导致事故发生和材料的损耗，对于不熟悉相关工艺的人员需要较长的学习曲线，导致学习效率较低，学习成本高，一些特定的危险工艺如突发火灾、化学泄漏等紧急情况难以在真实环境中模拟的问题，本方案采用动态场景模拟的方法，使用fpfh算法进行点云配准，有效提取点云数据中的特征信息，全面地描述化工设备的几何形状特征，具有较强的局部适应性，通过特征匹配构建高质量的三维模型，提高了配准结果的准确性，增强了算法的鲁棒性，提高了三维模型对噪声和异常情况的容错能力。
2、本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供的基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟方法，该方法包括以下步骤：p>
3、步骤s1：场景捕捉，使用激光扫描仪扫描化工设备，获得原始扫描数据，对原始扫描数据进行预处理，获得包含化工设备表面信息的点云数据，所述点云数据是由大量离散点构成的三维空间数据集合；
4、步骤s2：三维重建，对点云数据使用fpfh算法进行点云配准，点云配准后获得表示虚拟化工设备的三维模型；
5、步骤s3：场景模拟，在虚拟现实平台中创建企业危险工艺的虚拟环境，添加三维模型，设定三维模型的行为和交互规则，实现对企业危险工艺的动态模拟；
6、进一步地，在步骤s2中，所述三维重建，具体包括以下步骤：
7、步骤s21：提取特征描述子，使用fpfh算法提取点云数据中表示每个点局部几何特征的fpfh描述子，步骤如下：
8、步骤s211：邻域选择，使用最近邻搜索算法确定点云数据中每个点的邻域，所用公式如下：
9、；
10、；
11、；
12、式中，表示中心点，表示中心点的邻域，表示中心点的邻域点，表示预先定义的邻域半径，表示中心点和邻域点的欧氏距离，()表示中心点的坐标，()表示邻域点的坐标；
13、步骤s212：计算协方差矩阵，基于中心点拟合平面，计算平面的协方差矩阵，所用公式如下：
14、；
15、式中，表示邻域点数量，表示协方差矩阵，表示邻域点和中心点的向量差，表示邻域点和中心点向量差的转置；
16、步骤s213：法线确定，对协方差矩阵进行分解，得到特征值和对应的特征向量，选择最小特征值对应的特征向量作为法线向量，拟合平面的法线方向，所用公式如下：
17、；
18、式中，表示邻域点到平面的距离，表示法线向量；
19、步骤s214：建立直方图，计算邻域内每个邻域点与中心点的相对位置差和法线角度差，将相对位置差和法线角度差作为输入，构建直方图描述邻域点的分布特征，所用公式如下：
20、；
21、；
22、；
23、式中，表示邻域点和中心点的相对位置差，表示邻域点与中心点的法线角度差，表示中心点法线，表示邻域点法线；
24、步骤s215：归一化直方图，使用l1范式对直方图进行归一化，确保直方图不受邻域大小和密度的影响，所用公式如下：
25、；
26、式中，表示归一化直方图，表示直方图中第行列的元素值，表示对直方图的第行进行求和；
27、步骤s22：计算相似性，使用巴氏距离计算fpfh描述子的相似性，巴氏距离越小则两点的相似性越大，所用公式如下：
28、；
29、式中，表示和间的巴氏距离，表示点的fpfh描述子，表示点的fpfh描述子，表示特征描述子中特征的数量；
30、步骤s23：特征匹配，创建一个参考坐标系，基于fpfh描述子的相似性在参考坐标系中进行特征匹配，根据特征匹配的结果构建三维模型，步骤如下：
31、步骤s231：初始化，创建一个参考坐标系，在参考坐标系中随机生成一组点作为目标点云，目标点云中的点为目标点；
32、步骤s232：构建匹配点对集合，将点云数据对齐到参考坐标系中，点云数据作为源点云，源点云中的点作为源点，源点与目标点一一对应作为一组匹配点对，创建匹配点对集合存储匹配点对；
33、步骤s233：迭代选择匹配点对，创建精准匹配点对集合，设定相似性阈值，按照相似性从大到小的顺序对匹配点对集合排序，匹配点对集合中若有目标点被多次选择，则从排序后的匹配点对集合中选择第一组匹配点对加入精准匹配点对集合中，并删除该目标点的其他匹配点对，若目标点只有一组匹配点对，则判断匹配点对的相似性是否大于相似性阈值，若匹配点对的相似性大于相似性阈值，则将该匹配点对加入精准匹配点对集合中，否则删除该匹配点对；
34、步骤s234：终止判断，设定最大匹配点对数，当精准匹配点对集合中所选匹配点数达到最大匹配点对数时停止迭代，此时精准匹配点对集合中的目标点共同构成三维模型；
35、步骤s24：后处理，对三维模型进行后处理操作，包括修复孔洞、平滑、纹理映射，提高模型的可视化效果。
36、本专利技术提供的基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟系统，包括场景捕捉模块、三维重建模块和场景模拟模块；
37、所述场景捕捉模块使用激光扫描仪扫描化工设备，获得原始扫描数据，对原始扫描数据进行预处理，获得包含化工设备表面信息的点云数据，所述点云数据是由大量离散点构成的三维空间数据集合，将点云数据发送至三维重建模块；
38、所述三维重建模块接收来自场景捕捉模块的点云数据，对点云数据使用fpfh算法进行点云配准，点云配准后获得表示虚拟化工设备的三维模型，将三维模型发送至场景模拟模块；
39、所述场景模拟模块接收来自三维重建模块的三维模型，在虚拟现实平台中创建企业危险工艺的虚拟环境，添加三维模型，设定三维模型的行为和交互规则，实现对企业危险工艺的动态模拟。
40、采用上述方案本专利技术取得的有益效果如下：
41、针对一般的企业危险工艺模拟缺乏足够的资源来建立和维护适合的设备和场地，在真实设备上进行模拟操作可能会导致事故发生和材料的损耗，对于不熟悉相关工艺的人员需要较长的学习曲线，导致学习效率较低，学习成本高，一些特定的危险工艺如突发火灾、化学泄漏等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于CV和VR的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于CV和VR的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：在步骤S21中，所述提取特征描述子，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于CV和VR的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：在步骤S23中，所述特征匹配，包括以下步骤：
4.基于CV和VR的企业危险工艺动态场景模拟系统，用于实现如权利要求1-3中任一项所述的基于CV和VR的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：包括场景捕捉模块、三维重建模块和场景模拟模块；
【技术特征摘要】
1.基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于cv和vr的企业危险工艺动态场景模拟方法，其特征在于：在步骤s21中，所述提取特征描述子，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于cv和vr的企业危...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜朝露，张文，赵和伟，常冰，
申请(专利权)人：北京思路智园科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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