專利名稱：一種交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)及場(chǎng)景虛擬仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，還涉及地理信 息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用計(jì)算機(jī)現(xiàn)實(shí)空間地形、建筑物和地下設(shè)備設(shè)施等 虛擬場(chǎng)景的仿真方法以及按此方法設(shè)計(jì)的場(chǎng)景仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在建筑系統(tǒng)工程技術(shù)的指導(dǎo)和應(yīng)用過程中，為了更好的了解和掌握現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的 地形、建筑物及設(shè)備設(shè)施狀況，通常采用沙盤作為輔助工具，用以形象、生動(dòng)的再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng) 景?，F(xiàn)被廣泛應(yīng)用的沙盤主要包括三種類型一是利用傳統(tǒng)工藝制作的實(shí)物沙盤模型，由工 作人員通過人工的方式現(xiàn)場(chǎng)介紹某區(qū)域內(nèi)的建筑和設(shè)施的具體情況，這是最為原始、最為 經(jīng)典的沙盤模型；二是融入了聲、光、電技術(shù)的傳統(tǒng)實(shí)物沙盤模型，可以由人現(xiàn)場(chǎng)控制沙盤， 使其自動(dòng)解說某區(qū)域的概況、自動(dòng)展示其三維實(shí)物地形地貌和工藝流程等；三是將實(shí)物沙 盤與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的多媒體程控沙盤，可以立體化地展現(xiàn)某區(qū)域內(nèi)山水、道路及 地形地貌，以聲、光、像、字幕等多媒體同步顯示或異步顯示解說文字，多媒體的顯示既可通 過遙控、手控、感應(yīng)式控制，也可以多媒體控制。上述三種實(shí)物沙盤模型都必須依靠人員手工制作完成，制作工藝非常復(fù)雜，而且 制作周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高，尤其是對(duì)于地形及設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜、區(qū)域規(guī)模較大的建筑系統(tǒng)，制 作實(shí)物沙盤的人力、時(shí)間、費(fèi)用成本相當(dāng)高；同時(shí)，由于通常的實(shí)物沙盤都占有空間較大，如 果需要遠(yuǎn)程運(yùn)輸顯得非常不方便，且容易因運(yùn)輸過程中的抖動(dòng)、碰撞導(dǎo)致實(shí)物沙盤的損壞； 此外，實(shí)物沙盤一經(jīng)制作成型，難以進(jìn)行修改和更新，比如建筑物的新建或改建、設(shè)施的移 動(dòng)等等，無法在對(duì)建筑系統(tǒng)進(jìn)行修改規(guī)劃、方案決策的過程中得以應(yīng)用，導(dǎo)致實(shí)物沙盤的使 用壽命較短，價(jià)值/成本比率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的沙盤必 須依賴手工制作實(shí)物，制作的工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高，且占用空間較大，搬運(yùn)不便、 易損壞的缺陷。本發(fā)明的目的是提供一種借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件制作的虛擬仿真沙 盤，即一種交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下一種交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，該 系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)，包括輸入采集子系統(tǒng)、場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)和交互控制 子系統(tǒng)，其中輸入采集子系統(tǒng)用于設(shè)置輸入方式，并采集輸入的信號(hào)或事件；場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)用于實(shí)施上述的虛擬場(chǎng)景仿真方法來制作虛擬場(chǎng)景，并實(shí)現(xiàn)虛擬 場(chǎng)景的仿真管理和顯示控制，支持虛擬場(chǎng)景的更新；所述場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)包括模型數(shù)據(jù) 庫(kù)，用于存儲(chǔ)預(yù)先制作的真實(shí)場(chǎng)景影像素材和設(shè)計(jì)完成的模型元素，所述模型元素包括環(huán) 境圖紙、地理模型和實(shí)物仿真模型；場(chǎng)景合成模塊，用于確定虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)，根據(jù)模型參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的影像素材和模型元素合成為虛擬場(chǎng)景，支持虛擬場(chǎng)景與場(chǎng)景中模型元素 之間的鏈接切換，所述模型參數(shù)包括虛擬場(chǎng)景中模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素 的位置關(guān)系參數(shù)、色調(diào)參數(shù)以及光影效果參數(shù)；顯示控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景顯示的角 度和路徑控制，根據(jù)所述角度和路徑提供虛擬場(chǎng)景的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的顯示模式；渲染管理模 塊，用于在仿真程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)顯示模式對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染管理，捕捉虛擬場(chǎng)景中需要 渲染的模型元素并調(diào)用相應(yīng)的渲染函數(shù)進(jìn)行渲染；場(chǎng)景更新模塊，用于完成模型元素和模 型參數(shù)的更新；交互控制子系統(tǒng)用于進(jìn)行交互式管理，根據(jù)輸入的信號(hào)或事件實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的 交互式操作和控制。交互控制子系統(tǒng)包括場(chǎng)景導(dǎo)航模塊、顯示模式設(shè)置模塊和透明度設(shè)置 模塊，其中場(chǎng)景導(dǎo)航模塊根據(jù)虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)和場(chǎng)景中的模型元素，生成二維的場(chǎng)景 導(dǎo)航圖，支持場(chǎng)景導(dǎo)航圖與虛擬場(chǎng)景之間的鏈接切換；顯示模式設(shè)置模塊用于根據(jù)輸入的 信號(hào)或事件預(yù)先設(shè)定或在線控制虛擬場(chǎng)景顯示的角度和路徑，并調(diào)用顯示控制模塊生成相 應(yīng)的顯示模式；透明度設(shè)置模塊用于根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定設(shè)置虛擬場(chǎng)景中相應(yīng)模 型元素的透明度。作為進(jìn)一步的擴(kuò)展方案，交互控制子系統(tǒng)還包括信息管理模塊；所述信息管理模 塊用于記錄虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，以及根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定完成對(duì)相應(yīng)信息 數(shù)據(jù)的調(diào)度和顯示管理，并支持信息數(shù)據(jù)的查詢、修改和更新；所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù) 據(jù)包括虛擬場(chǎng)景的GIS地理信息和場(chǎng)景中模型元素的系統(tǒng)屬性信息；其中，所述GIS地理信 息用于指示虛擬場(chǎng)景中任意位置的實(shí)際經(jīng)度、緯度和海拔高度信息；所述系統(tǒng)屬性信息用 于指示模型元素在虛擬場(chǎng)景中所處的工作系統(tǒng)。所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù)據(jù)還包括場(chǎng)景中模型元素所處工作系統(tǒng)的作業(yè)預(yù)案 信息、應(yīng)急處理預(yù)案信息、警戒預(yù)案信息、消防預(yù)案信息、人員物資疏散預(yù)案信息、供配電線 路圖表、管網(wǎng)分布圖表和消防區(qū)域分布圖表；其中，所述作業(yè)預(yù)案信息用于指示正常工作作 業(yè)的操作預(yù)備方案及步驟；所述應(yīng)急處理預(yù)案信息用于指示應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的處置預(yù)備方案 及步驟；所述警戒預(yù)案信息用于指示進(jìn)行警戒防衛(wèi)的規(guī)劃預(yù)備方案及步驟；所述消防預(yù)案 信息用于指示應(yīng)對(duì)消防安全事件的處置預(yù)備方案及步驟；所述人員物資疏散預(yù)案信息用于 指示進(jìn)行人員或物資疏散的預(yù)備方案及步驟；所述供配電線路圖表用于指示模型元素所處 工作系統(tǒng)中供電和配電的線路布置情況；所述管網(wǎng)分布圖表用于指示模型元素所處工作系 統(tǒng)中管道和網(wǎng)絡(luò)的分布情況；所述消防區(qū)域分布圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中消 防區(qū)域及消防設(shè)施的分布情況。作為進(jìn)一步的擴(kuò)展方案，交互控制子系統(tǒng)還包括測(cè)算模塊；所述測(cè)算模塊根據(jù)虛 擬場(chǎng)景的GIS地理信息換算確定實(shí)物尺寸大小，對(duì)輸入的信號(hào)或事件所指定的實(shí)物幾何數(shù) 據(jù)進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)算，并顯示運(yùn)算結(jié)果。所述測(cè)算模塊包括長(zhǎng)度測(cè)算單元、面積測(cè)算單元和體 積測(cè)算單元；其中，所述長(zhǎng)度測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定直線段或 曲線段的實(shí)際長(zhǎng)度；所述面積測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定幾何平面 或曲面的水平投影面積；所述體積測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定規(guī)則 三維幾何體的實(shí)際體積。作為進(jìn)一步的擴(kuò)展方案，交互控制子系統(tǒng)還包括標(biāo)注模塊；所述標(biāo)注模塊用于設(shè) 置場(chǎng)景中各個(gè)工作系統(tǒng)的標(biāo)注顏色，并對(duì)輸入的信號(hào)或事件所指定的模型元素按其所在工作系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的顏色進(jìn)行色彩標(biāo)注。作為進(jìn)一步的擴(kuò)展方案，交互控制子系統(tǒng)還包括音頻管理模塊；所述音頻管理模 塊用于記錄虛擬場(chǎng)景相關(guān)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，以及根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定完成對(duì)相應(yīng)音頻 數(shù)據(jù)的調(diào)度和播放管理，并支持音頻數(shù)據(jù)的更新；所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包括與虛 擬場(chǎng)景或場(chǎng)景中實(shí)物仿真模型相應(yīng)的背景音樂文件和語(yǔ)音解說文件。上述的技術(shù)方案中，信息管理模塊和音頻管理模塊的設(shè)計(jì)都采用了計(jì)算機(jī)調(diào)用管 理模塊設(shè)計(jì)中常用的三層結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)層、行為調(diào)用層和物理實(shí)現(xiàn)層。數(shù)據(jù)層實(shí)際采用數(shù)據(jù) 庫(kù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定的信息數(shù)據(jù)或音頻文件數(shù)據(jù)，標(biāo)記有各個(gè)信息數(shù)據(jù)或音頻 文件與場(chǎng)景中相應(yīng)模塊元素的對(duì)應(yīng)標(biāo)簽，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的查詢、修改和更新；行為調(diào)用層是一 段行為函數(shù)，它根據(jù)輸入的信號(hào)或事件確認(rèn)其輸入行為所指定的模塊元素以及需要調(diào)用的 數(shù)據(jù)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)簽找到指定模塊元素相對(duì)應(yīng)的指定數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)層中的存儲(chǔ)位置，執(zhí)行 信息數(shù)據(jù)或音頻文件數(shù)據(jù)的調(diào)用；物理實(shí)現(xiàn)層則調(diào)用進(jìn)行顯示或播放的相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 信息數(shù)據(jù)的顯示或?qū)σ纛l數(shù)據(jù)文件的播放。本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景仿真的方法，具體采用的技術(shù)手段如 下一種場(chǎng)景虛擬仿真方法，采用交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)完成，具體 包括如下步驟A)采集和制作真實(shí)場(chǎng)景的影像素材，并存儲(chǔ)于模型數(shù)據(jù)庫(kù)；B)以真實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，借助虛擬仿真軟件制作場(chǎng)景中的模型元素，完成著色，并將 著色的模型元素存儲(chǔ)于模型數(shù)據(jù)庫(kù)；所述模型元素包括環(huán)境圖紙、地理模型和實(shí)物仿真模 型；C)根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景中各元素的位置關(guān)系、色調(diào)和光影效果，通過場(chǎng)景合成模塊設(shè)置 虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)，并根據(jù)模型參數(shù)將紋理烘焙至模型元素；所述模型參數(shù)包括虛擬場(chǎng) 景中模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素的位置關(guān)系參數(shù)、色調(diào)參數(shù)以及光影效果參 數(shù)；D)將經(jīng)過步驟C)烘焙的模型元素配上真實(shí)場(chǎng)景的影像素材，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí) 別的圖象，由場(chǎng)景合成模塊合成三維的虛擬場(chǎng)景；E)按照設(shè)定的顯示的角度和路徑，通過渲染管理模塊對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染，實(shí)現(xiàn) 動(dòng)畫效果。本發(fā)明充分利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)(Virtual Reality，或譯為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)) 具有逼真性的優(yōu)點(diǎn)，借助模型構(gòu)建、光影和紋理烘焙以及立體渲染等技術(shù)手段，讓現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景 中的地形、建筑物及設(shè)備設(shè)施在虛擬場(chǎng)景中得以形象、細(xì)致、生動(dòng)的再現(xiàn)，并且修改、更新方 便，無需制作實(shí)物，克服了實(shí)物制作工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高的缺陷，特別對(duì)于地形及 設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜、區(qū)域規(guī)模較大的建筑系統(tǒng)，采用交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)更能凸顯其在人力、時(shí) 間和費(fèi)用成本上經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)；制作的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)通過打包封裝為計(jì)算機(jī)可執(zhí)行文 件，然后借助局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)，便可以讓該交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)在 任意遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)上得以運(yùn)行，而無需進(jìn)行實(shí)體搬運(yùn)，克服了實(shí)體沙盤占用空間較大、搬運(yùn) 不便且搬運(yùn)過程中易損壞的缺陷。同時(shí)，本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)提供交互式的操作 和控制，用戶可以借助場(chǎng)景導(dǎo)航圖或自定義的顯示模式在虛擬場(chǎng)景中任意的漫游瀏覽，還可以根據(jù)需要自定義設(shè)置虛擬場(chǎng)景中模型元素的透明度，顯示埋藏于地面下等遮蔽處的物 體之間的立體交叉關(guān)系和物體內(nèi)部空間的真實(shí)結(jié)構(gòu)，便于對(duì)場(chǎng)景的宏觀特征以及各個(gè)局部 特征進(jìn)行全面、細(xì)致的觀察，結(jié)解決了實(shí)物沙盤只能展現(xiàn)地面物體地面的形狀和輪廓，無法 很好的展示內(nèi)部特征的缺陷。觀察某些被實(shí)物遮擋的局部特征作為進(jìn)一步的擴(kuò)展方案，本 發(fā)明還可以結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)或/和多媒體技術(shù)，提供地理信息查詢、工作系 統(tǒng)區(qū)分、幾何數(shù)據(jù)測(cè)算、方案和圖表的記錄和備案、語(yǔ)音媒體解說等多種技術(shù)支持，為用戶 對(duì)相應(yīng)建筑系統(tǒng)的應(yīng)用、管理、規(guī)劃和決策過程中提供相關(guān)信息的建立和輔助，避免了借助 實(shí)體沙盤難以或?qū)嶋H操作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的缺點(diǎn)，達(dá)到節(jié)省資金、提高工作效率的目的，擴(kuò)展了 本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)作為虛擬沙盤的應(yīng)用范圍，提升了其應(yīng)用價(jià)值，延長(zhǎng)了其使 用壽命，價(jià)值/成本比率得以大幅度提高。綜上所述，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、真實(shí)再現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的建立以真實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，能夠真實(shí)、生動(dòng)、準(zhǔn)確地反映實(shí) 際場(chǎng)景中元素的特征、形態(tài)和布局；2、節(jié)省成本以本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)作為虛擬沙盤，取代實(shí)物沙盤，克服 了實(shí)物制作工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高的缺陷，特別是對(duì)于地形及設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜、區(qū)域 規(guī)模較大的建筑系統(tǒng)，采用交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)更能凸顯其在人力、時(shí)間和費(fèi)用成本上的 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)；3、便于遠(yuǎn)程運(yùn)行本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送至遠(yuǎn)程計(jì)算 機(jī)上運(yùn)行，克服了實(shí)體沙盤占用空間較大、搬運(yùn)不便且搬運(yùn)過程中易損壞的缺陷；4、瀏覽方便虛擬場(chǎng)景中的瀏覽顯示模式以及模型元素的透明度都可以自定義設(shè) 置，用戶可進(jìn)行任意的瀏覽，便于從宏觀上把握整個(gè)區(qū)域的地形地貌和設(shè)備設(shè)施配置位置 以及與周圍環(huán)境的位置關(guān)系，從微觀上了解各個(gè)局部區(qū)域的設(shè)備設(shè)施狀況，有利于管理者 制定規(guī)劃、決策方案；5、可進(jìn)行功能擴(kuò)展本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)還可以結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理 信息技術(shù)或/和多媒體技術(shù)，提供多種技術(shù)支持，為用戶對(duì)相應(yīng)建筑系統(tǒng)的應(yīng)用、管理、規(guī) 劃和決策過程中提供相關(guān)信息的建立和輔助，提升了其應(yīng)用價(jià)值，延長(zhǎng)了其使用壽命，價(jià)值 /成本比率得以大幅度提高。


圖1為本發(fā)明交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例利用本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)和3DmaX、Maya、Quest3D等專業(yè) 的虛擬仿真軟件，構(gòu)建石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)。參見圖1，本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng) 包括輸入采集子系統(tǒng)、場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)和交互控制子系統(tǒng)。具體而言輸入采集子系統(tǒng)用于設(shè)置輸入方式，并采集輸入的信號(hào)或事件；具體設(shè)置的計(jì)算 機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)的輸入方式如下
W鍵顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的路徑向前移動(dòng)；S鍵顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的路徑向后移動(dòng)；A鍵顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的路徑向左移動(dòng)；D鍵顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的路徑向右移動(dòng)；方向丨鍵(或鼠標(biāo)上移)顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的角度上仰；方向丨鍵(或鼠標(biāo)下移)顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的角度下俯；方向一鍵(或鼠標(biāo)左移)顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的角度向左旋轉(zhuǎn)；方向一鍵(或鼠標(biāo)右移)顯示模式的設(shè)置或控制時(shí)，控制顯示的角度向右旋轉(zhuǎn)；Tab鍵開啟/關(guān)閉場(chǎng)景導(dǎo)航圖；1鍵關(guān)閉語(yǔ)音/背景音樂(若具有語(yǔ)音/背景音樂功能)；2鍵開啟語(yǔ)音/背景音樂(若具有語(yǔ)音/背景音樂功能)；空格鍵控制顯示模式的暫停/播放。Ctrl+鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行幾何數(shù)據(jù)測(cè)算的快捷鍵(若具有幾何數(shù)據(jù)測(cè)算功能)；Esc 退出全屏模式的快捷鍵；其它功能控制通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊顯示按鍵或鼠標(biāo)右鍵菜單進(jìn)入控制選項(xiàng)，進(jìn)行操作 和控制。場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)用于建立虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的仿真管理和顯示控制，并支 持虛擬場(chǎng)景的更新；所述場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)包括模型數(shù)據(jù)庫(kù)、場(chǎng)景合成模塊、顯示控制模塊、 渲染管理模塊和場(chǎng)景更新模塊模型數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)預(yù)先制作的石油庫(kù)實(shí)景的照片、圖片或視頻截圖等影像素 材，以及預(yù)先設(shè)計(jì)完成的模型元素，包括石油庫(kù)附近的環(huán)境圖紙、石油庫(kù)內(nèi)地貌特征模型、 以及建筑物、綠化帶、設(shè)備設(shè)施的實(shí)物仿真模型等；場(chǎng)景合成模塊用于確定虛擬場(chǎng)景中模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素的位 置關(guān)系參數(shù)、色調(diào)參數(shù)、光影效果參數(shù)等的模型參數(shù)，根據(jù)模型參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的影像素材和 模型元素合成為石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景；該模塊還支持石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景與場(chǎng)景中模型元素之間的 鏈接切換，讓用戶在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中漫游瀏覽時(shí)，通過雙擊(鼠標(biāo)操作，該操作具體形式 由系統(tǒng)設(shè)置確定，也可設(shè)置為其它操作方式)場(chǎng)景中的任意模型元素，就能夠切換至所指 定模型元素的內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致的觀察瀏覽；顯示控制模塊就相當(dāng)于一個(gè)虛擬的動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景顯示的 角度和路徑控制，根據(jù)所述角度和路徑提供石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的顯示模式；渲染管理模塊用于在仿真程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)顯示模式對(duì)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染 管理，捕捉石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中需要渲染的模型元素并調(diào)用虛擬仿真軟件中相應(yīng)的渲染函數(shù) 對(duì)其進(jìn)行渲染；場(chǎng)景更新模塊用于完成模型數(shù)據(jù)庫(kù)中模型元素以及石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中模型參數(shù) 的更新，從而改變場(chǎng)景合成模塊進(jìn)行虛擬場(chǎng)景合成時(shí)的要素，實(shí)現(xiàn)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的修改 和更新；交互控制子系統(tǒng)用于進(jìn)行交互式管理，根據(jù)輸入的信號(hào)或事件實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的 交互式操作和控制。交互控制子系統(tǒng)主要包括場(chǎng)景導(dǎo)航模塊、顯示模式設(shè)置模塊和透明度 設(shè)置模塊
場(chǎng)景導(dǎo)航模塊根據(jù)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)和場(chǎng)景中的模型元素，確認(rèn)石油庫(kù) 虛擬場(chǎng)景中模型元素的類型、數(shù)量以及各自在場(chǎng)景中的二維坐標(biāo)，再通過縮減處理生成二 維的場(chǎng)景導(dǎo)航圖，顯示在界面的左上角，便于用戶掌握當(dāng)前在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中所處的“地 理位置”；該模塊還支持場(chǎng)景導(dǎo)航圖與虛擬場(chǎng)景之間的鏈接切換，讓用戶在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景 中漫游瀏覽時(shí)，通過點(diǎn)擊(鼠標(biāo)操作，該操作具體形式由系統(tǒng)設(shè)置確定，也可設(shè)置為其它操 作方式)場(chǎng)景導(dǎo)航圖中的任意位置，就能夠切換至所指定位置的相應(yīng)場(chǎng)景中，方便跨區(qū)域 瀏覽；顯示模式設(shè)置模塊是“虛擬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)”(顯示控制模塊)的設(shè)置或控制單元，用 于根據(jù)鍵盤中W、S、A、D鍵以及方向丨鍵(或鼠標(biāo)上移)、方向丨鍵(或鼠標(biāo)下移)、方向一 鍵(或鼠標(biāo)左移)和方向一鍵(或鼠標(biāo)右移)輸入的信號(hào)對(duì)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景顯示的角度和 路徑進(jìn)行在線控制或預(yù)先設(shè)定，并調(diào)用顯示控制模塊生成相應(yīng)的顯示模式，顯示模式生成 后便保存在顯示模式設(shè)置模塊中；透明度設(shè)置模塊用于根據(jù)鼠標(biāo)的指定設(shè)置虛擬場(chǎng)景中被指定模型元素的透明度， 以便于顯示埋藏于地面下等遮蔽處的物體之間的立體交叉關(guān)系和物體內(nèi)部空間的真實(shí)結(jié) 構(gòu)。在構(gòu)建石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)的過程中，需要通過場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)石油庫(kù) 虛擬場(chǎng)景的虛擬仿真，具體方法是步驟A)采集和制作石油庫(kù)真實(shí)場(chǎng)景的照片、圖片或視頻截圖等影像素材，并存儲(chǔ) 于模型數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟B)以石油庫(kù)真實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，借助虛擬仿真軟件制作石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中的 模型元素，包括石油庫(kù)附近的環(huán)境圖紙、石油庫(kù)內(nèi)地貌特征模型、以及建筑物、綠化帶、設(shè)備 設(shè)施的實(shí)物仿真模型等，然后完成模型元素的著色處理，并將著色的模型元素存儲(chǔ)于模型 數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟C)根據(jù)石油庫(kù)真實(shí)場(chǎng)景的地理位置、實(shí)物陳列情況、氣候特點(diǎn)、日照情況等 環(huán)境因素，確定石油庫(kù)真實(shí)場(chǎng)景中各元素的位置關(guān)系、色調(diào)和光影效果，據(jù)此通過場(chǎng)景合成 模塊設(shè)置石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素的位置關(guān)系參數(shù)、色 調(diào)參數(shù)、光影效果參數(shù)等模型參數(shù)，并根據(jù)模型參數(shù)將紋理烘焙至各個(gè)模型元素，增強(qiáng)視覺 效果；步驟D)將經(jīng)過步驟C)烘焙的模型元素配上真實(shí)場(chǎng)景的影像素材，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī) 能識(shí)別的圖象，使的整個(gè)場(chǎng)景的外在觀感更加的逼真，然后由場(chǎng)景合成模塊將模型元素、影 像素材轉(zhuǎn)換圖象等按照預(yù)先設(shè)置的模型參數(shù)合成為三維的石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景；步驟E)按照設(shè)定的顯示的角度和路徑，通過渲染管理模塊對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果，即完成對(duì)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的仿真制作。采用該方法制作的虛擬場(chǎng)景，可以真實(shí)反映實(shí)地的地理形態(tài)，還可以詳細(xì)地表現(xiàn) 地面建筑物的布局、真實(shí)形態(tài)和特征，尤其是周圍地形、建設(shè)物、構(gòu)筑物的外觀尤為逼真，為 用戶帶來身臨其境的真實(shí)視覺觀感。由此構(gòu)建的石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)，經(jīng)過打包封裝處理，形成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行文 件，如EXE格式、SYS格式等。在應(yīng)用過程中，用戶在計(jì)算機(jī)上打開可執(zhí)行文件，運(yùn)行該石油 庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)，進(jìn)入石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中，通過鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行輸入操作；輸入采集子系統(tǒng)即根據(jù)其設(shè)置，采集鼠標(biāo)和鍵盤輸入并轉(zhuǎn)譯為石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)的輸入信號(hào)或 事件；系統(tǒng)則根據(jù)輸入的信號(hào)或事件，調(diào)用相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)功能管理和控制。例如，用戶運(yùn) 行該石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)后，可進(jìn)入全屏模式進(jìn)行演示，然后開啟在線漫游顯示模式， 系統(tǒng)則調(diào)用顯示模式設(shè)置模塊以及顯示控制模塊，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景顯示角度和路徑的在線控 制，用戶就能夠通過操作W、S、A、D鍵以及方向丨鍵(或鼠標(biāo)上移)、方向丨鍵(或鼠標(biāo)下 移)、方向一鍵(或鼠標(biāo)左移)和方向一鍵(或鼠標(biāo)右移)在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中在線的進(jìn) 行漫游演示，可以對(duì)石油庫(kù)中任何一個(gè)油庫(kù)、油箱、管道設(shè)施、消防設(shè)施等進(jìn)行深入的演示 觀察；如果需要觀察滿設(shè)于地下或者被建筑物墻體遮擋的管道、電氣線路等設(shè)施，可以對(duì)遮 擋物模型元素啟動(dòng)透明度設(shè)置，調(diào)用透明度設(shè)置模塊將其透明化；演示過程中，針對(duì)一些需 要著重展示的個(gè)體(例如石油庫(kù)控制操作室、總調(diào)度室等)，用戶可用鼠標(biāo)雙擊個(gè)體對(duì)應(yīng)的 模型元素，系統(tǒng)則調(diào)用場(chǎng)景合成模塊的場(chǎng)景/模型鏈接切換功能，將顯示視角切換至個(gè)體 模型元素的內(nèi)部，便于進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致的觀察瀏覽，再次雙擊則切換回到石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景 中；如果需要觀察石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中路徑較遠(yuǎn)的另一區(qū)域，為了操作方便，用戶開可以按下 “Tab”鍵開啟石油庫(kù)的場(chǎng)景導(dǎo)航圖，場(chǎng)景導(dǎo)航圖是整個(gè)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的二維縮略圖，用戶 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊場(chǎng)景導(dǎo)航圖中的相應(yīng)位置，顯示視角即切換至所指位置的石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中。 如果用戶需要在演示過程中進(jìn)行相應(yīng)的演說或講解，而不便于進(jìn)行顯示模式的在線控制， 那么在掩飾操作以前，用戶可以進(jìn)入系統(tǒng)，開啟漫游顯示模式預(yù)先設(shè)定功能，系統(tǒng)則調(diào)用顯 示模式設(shè)置模塊以及顯示控制模塊，準(zhǔn)備對(duì)虛擬場(chǎng)景的顯示模式進(jìn)行設(shè)定，用戶則通過操 作W、S、A、D鍵以及方向丨鍵(或鼠標(biāo)上移)、方向丨鍵(或鼠標(biāo)下移)、方向一鍵(或鼠標(biāo) 左移)和方向一鍵(或鼠標(biāo)右移)選擇整個(gè)演示過程的顯示角度和路徑，并生成相應(yīng)的顯 示模式，然后命名、保存；在正式進(jìn)行演示的過程中，用戶只需調(diào)用預(yù)先設(shè)定保存的顯示模 式，石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)則根據(jù)設(shè)定自動(dòng)進(jìn)行石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的漫游演示，用戶則可 以在演示過程中進(jìn)行相應(yīng)的演說或講解，如有需要，還可以用“空格”鍵進(jìn)行顯示模式的暫 停/播放切換控制，在需要停留處暫停顯示模式的播放，驚醒詳細(xì)解說后再繼續(xù)進(jìn)行漫游。 作為管理者而言，在整個(gè)演示過程之后，若認(rèn)為石油庫(kù)的建設(shè)還需要進(jìn)行改進(jìn)，則可以提出 相應(yīng)的改進(jìn)方案，例如需要進(jìn)行建筑或設(shè)施的完備、分配或布局的變更等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員即 可根據(jù)改進(jìn)方案構(gòu)建新的模型個(gè)體、修改石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)等，然后調(diào)用場(chǎng)景更 新模塊對(duì)石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行修改和更新，進(jìn)而達(dá)到虛擬化規(guī)劃管理、為進(jìn)一步?jīng)Q策提供 演示參考的目的。 從上面的演示操作過程可見，基于本發(fā)明的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的石油庫(kù)虛 擬仿真演示系統(tǒng)，能夠真實(shí)、生動(dòng)、準(zhǔn)確地反映實(shí)際石油庫(kù)場(chǎng)景中各個(gè)元素的特征、形態(tài)和 布局，并且可以任意控制虛擬場(chǎng)景的顯示角度和路徑，在演示操作功能上完全替代了石油 庫(kù)的實(shí)物沙盤；特別是利用系統(tǒng)中虛擬場(chǎng)景與場(chǎng)景中模型元素之間的鏈接切換功能、場(chǎng)景 導(dǎo)航圖功能以及透明度設(shè)置功能，對(duì)于局部針對(duì)性的演示更能達(dá)到實(shí)物沙盤所不能企及演 示效果；同時(shí)，本發(fā)明完全借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)，修改、更新方便，避免了實(shí)物沙 盤制作工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高的缺陷，特別對(duì)于地形及設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜、區(qū)域規(guī)模較 大的建筑系統(tǒng)，更凸顯了本發(fā)明在人力、時(shí)間和費(fèi)用成本上的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)；由于采用計(jì)算機(jī) 軟件為載體，該石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，而無 需進(jìn)行實(shí)體搬運(yùn)，克服了實(shí)體沙盤占用空間較大、搬運(yùn)不便且搬運(yùn)過程中易損壞的缺陷。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，在上述構(gòu)建石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以 結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體技術(shù)等進(jìn)行進(jìn)一步的功能擴(kuò)展。在本實(shí)施例的石 油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)的交互控制子系統(tǒng)中，主要增設(shè)了信息管理模塊、測(cè)算模塊、標(biāo)注模 塊、音頻管理模塊等功能擴(kuò)展模塊；與這些模塊相應(yīng)的擴(kuò)展功能，在顯示界面上都設(shè)置了點(diǎn) 擊按鈕或者鼠標(biāo)右鍵菜單列表，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)擴(kuò)展功能的調(diào)用。信息管理模塊主要利用了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，用于記錄石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù) 據(jù)，以及根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定完成對(duì)相應(yīng)信息數(shù)據(jù)的調(diào)度和顯示管理，并支持信 息數(shù)據(jù)的查詢、修改和更新。該模塊中設(shè)置的基本信息數(shù)據(jù)包括石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的GIS地 理信息和場(chǎng)景中模型元素的系統(tǒng)屬性信息。用戶將鼠標(biāo)落在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中的任意位 置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在列出的菜單中選擇“GIS地理信息”，即可查詢石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中鼠標(biāo) 所指位置的實(shí)際經(jīng)度、緯度和海拔高度信息，便于用戶了解石油庫(kù)的實(shí)際地理情況；用戶將 鼠標(biāo)落在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中任意模型元素上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在列出的菜單中選擇“屬性”， 即可查詢鼠標(biāo)所指模型元素處于石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中的哪一個(gè)工作系統(tǒng)，例如輸油管道是屬 于進(jìn)油管路系統(tǒng)、輸油管路系統(tǒng)還是屬于油路分配系統(tǒng)，或者電路是屬于照明供電系統(tǒng)還 是儀器工作供電系統(tǒng)等。GIS地理信息和系統(tǒng)屬性信息的信息查詢界面上都設(shè)有“編輯”按 鈕，具有系統(tǒng)編輯權(quán)限的管理人員可對(duì)GIS地理信息和系統(tǒng)屬性信息進(jìn)行修改和更新。在 進(jìn)一步的功能擴(kuò)展中，本實(shí)施例還在信息管理模塊中設(shè)置了對(duì)場(chǎng)景中模型元素所處工作系 統(tǒng)的作業(yè)預(yù)案信息、應(yīng)急處理預(yù)案信息、警戒預(yù)案信息、消防預(yù)案信息、人員物資疏散預(yù)案 信息、供配電線路圖表、管網(wǎng)分布圖表和消防區(qū)域分布圖表的查詢、編輯，這些信息的應(yīng)用 功能如下所述作業(yè)預(yù)案信息用于指示正常工作作業(yè)的操作預(yù)備方案及步驟；所述應(yīng)急處理預(yù)案信息用于指示應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的處置預(yù)備方案及步驟；所述警戒預(yù)案信息用于指示進(jìn)行警戒防衛(wèi)的規(guī)劃預(yù)備方案及步驟；所述消防預(yù)案信息用于指示應(yīng)對(duì)消防安全事件的處置預(yù)備方案及步驟；所述人員物資疏散預(yù)案信息用于指示進(jìn)行人員或物資疏散的預(yù)備方案及步驟；所述供配電線路圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中供電和配電的線路布置 情況；所述管網(wǎng)分布圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中管道和網(wǎng)絡(luò)的分布情況；所述消防區(qū)域分布圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中消防區(qū)域及消防設(shè)施 的分布情況。這些擴(kuò)展的信息功能都以模型元素的系統(tǒng)屬性信息為基礎(chǔ)，石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中每 建立一個(gè)工作系統(tǒng)，就需要在信息管理模塊中建立一套與該工作系統(tǒng)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)， 用于管理上述的各種預(yù)案信息和圖表數(shù)據(jù)。用戶將鼠標(biāo)落在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中任意模型元 素上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在列出的菜單中選擇相應(yīng)的預(yù)案信息或圖表標(biāo)簽，系統(tǒng)則借助系統(tǒng)屬 性信息自動(dòng)查詢鼠標(biāo)所指模型元素處于石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中的哪一個(gè)工作系統(tǒng)，再調(diào)用該工 作系統(tǒng)的相應(yīng)信息或圖表加以顯示。借助這些預(yù)案信息和圖表，用戶在石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景中 漫游的過程中，能夠更清晰地了解石油庫(kù)的各個(gè)工作系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)正常工作作業(yè)、應(yīng)急突發(fā) 事件、警戒防衛(wèi)、消防安全事件、人員或物資疏散等情況的預(yù)備方案及操作步驟，也能夠能 清晰的掌握各個(gè)工作系統(tǒng)的供電和配電的線路布置情況、管道和網(wǎng)絡(luò)的分布情況以及消防區(qū)域、消防設(shè)施的分布情況，便于用戶在演示過程中對(duì)石油庫(kù)的各個(gè)工作系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范、統(tǒng) 一的介紹和解說。上述預(yù)案信息和圖表的查詢界面同樣設(shè)有“編輯”按鈕，管理人員可根據(jù) 實(shí)際的管理、規(guī)劃或決策要求，對(duì)相應(yīng)的預(yù)案信息和圖表進(jìn)行修改和更新；經(jīng)過信息更新的 石油庫(kù)虛擬仿真演示系統(tǒng)可以用于指導(dǎo)工作人員按照新的預(yù)案或圖紙展開工作，也可以用 于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員按照新的預(yù)案或圖紙對(duì)整個(gè)石油庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改和調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 了對(duì)石油庫(kù)系統(tǒng)的可視化、數(shù)字化、信息化管理，有助于提高管理、設(shè)計(jì)、執(zhí)行等多方面的工 作效率。測(cè)算模塊則是以石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景的GIS地理信息為基礎(chǔ)，根據(jù)虛擬場(chǎng)景的GIS地 理信息換算確定實(shí)物尺寸大小，對(duì)輸入的信號(hào)或事件所指定的實(shí)物幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和運(yùn) 算，并顯示運(yùn)算結(jié)果。該模塊主要用于測(cè)量和計(jì)算鼠標(biāo)所指定直線段或曲線段的實(shí)際長(zhǎng)度、 所指定幾何平面或曲面的水平投影面積或者所指定規(guī)則三維幾何體的實(shí)際體積，通過顯示 界面上的點(diǎn)擊按鈕調(diào)用相應(yīng)的測(cè)算功能。在管理人員進(jìn)行規(guī)劃、決策過程中或者設(shè)計(jì)人員 進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改過程中，測(cè)算模塊能夠?yàn)榻ㄖ?、設(shè)施的建造、修改、搬移等方案提供實(shí)際的幾 何數(shù)據(jù)支持。標(biāo)注模塊結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，用于設(shè)置場(chǎng)景中各個(gè)工作系統(tǒng)的標(biāo)注顏色，并對(duì) 輸入的信號(hào)或事件所指定的模型元素按其所在工作系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的顏色進(jìn)行色彩標(biāo)注。用 戶在設(shè)置時(shí)為石油庫(kù)中的不同工作系統(tǒng)設(shè)置不同的標(biāo)注顏色，然后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵菜單中 的“標(biāo)注”標(biāo)簽，為多個(gè)模型元素進(jìn)行標(biāo)注操作，從而讓處于同一工作系統(tǒng)的模型元素呈現(xiàn) 相同的色彩標(biāo)注，而處于不同工作系統(tǒng)的模型元素呈現(xiàn)不同的色彩標(biāo)注，這樣石油庫(kù)中不 同的管路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、網(wǎng)路系統(tǒng)等工作關(guān)系就一目了然，便于區(qū)分，有利于系統(tǒng)管理工 作的進(jìn)行。在不需要時(shí)，用戶可以取消相應(yīng)的標(biāo)注操作。音頻管理模塊主要利用多媒體技術(shù)，用于記錄虛擬場(chǎng)景相關(guān)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，以及根 據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定完成對(duì)相應(yīng)音頻數(shù)據(jù)的調(diào)度和播放管理，并支持音頻數(shù)據(jù)的更 新。運(yùn)用音頻管理模塊，用戶可以預(yù)先錄入背景音樂或者語(yǔ)音解說，形成相應(yīng)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)加 以保存，并指定背景音樂或語(yǔ)音解說等語(yǔ)音數(shù)據(jù)所關(guān)聯(lián)的石油庫(kù)虛擬場(chǎng)景區(qū)域或者模型元 素。演示過程中，用戶瀏覽至相應(yīng)的區(qū)域或者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的模型元素時(shí)，音頻管理模塊 則調(diào)用和播放相應(yīng)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。利用該擴(kuò)展功能模塊，結(jié)合顯示模式設(shè)置模塊的預(yù)設(shè)定顯 示模式功能，用戶可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)石油庫(kù)虛擬演示系統(tǒng)的全自動(dòng)演示和解說。同時(shí)，對(duì)于管理 者而言，可以將一些不便于用文字和圖示表達(dá)的管理、規(guī)劃或決策方案錄制為語(yǔ)音文件記 錄于音頻管理模塊中，便于管理者結(jié)合顯示畫面作出有針對(duì)性的指示，有利于管理工作的 開展。該模塊同樣支持語(yǔ)音數(shù)據(jù)的更新，便于根據(jù)實(shí)際運(yùn)用情況更新語(yǔ)音數(shù)據(jù)資料。綜合上述的功能擴(kuò)展模塊可見，本發(fā)明在替代實(shí)物沙盤演示功能的基礎(chǔ)上，還可 以結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)或/和多媒體技術(shù)，提供地理信息查詢、工作系統(tǒng)區(qū)分、 幾何數(shù)據(jù)測(cè)算、方案和圖表的記錄和備案、語(yǔ)音媒體解說等多種技術(shù)支持，為用戶對(duì)石油庫(kù) 系統(tǒng)的應(yīng)用、管理、規(guī)劃和決策過程中提供相關(guān)信息的建立和輔助，同時(shí)借助石油庫(kù)虛擬場(chǎng) 景的修改、更新功能，可以對(duì)新作出的應(yīng)用、管理、規(guī)劃或決策指示進(jìn)行相應(yīng)的虛擬驗(yàn)證，確 保方案安全、可行、有效后再加以實(shí)際施工，從而避免了進(jìn)行盲目的實(shí)際操作導(dǎo)致費(fèi)時(shí)、費(fèi) 力、浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，達(dá)到節(jié)省資金、提高工作效率的目的。由此可見，本發(fā)明的交互式場(chǎng)景 仿真系統(tǒng)更有助于在管理、決策工作中提供相應(yīng)的輔助，與僅僅提供演示功能的實(shí)物沙盤相比較，提升了交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，延長(zhǎng)了其使用壽命，價(jià)值/成本比率得以 大幅度提高。 最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括輸入采集子系統(tǒng)、場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)和交互控制子系統(tǒng)，其中輸入采集子系統(tǒng)用于設(shè)置輸入方式，并采集輸入的信號(hào)或事件；場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)用于建立虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的仿真管理和顯示控制，并支持虛擬場(chǎng)景的更新；所述場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)包括模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)預(yù)先制作的真實(shí)場(chǎng)景影像素材和設(shè)計(jì)完成的模型元素，所述模型元素包括環(huán)境圖紙、地理模型和實(shí)物仿真模型；場(chǎng)景合成模塊，用于確定虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)，根據(jù)模型參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的影像素材和模型元素合成為虛擬場(chǎng)景，支持虛擬場(chǎng)景與場(chǎng)景中模型元素之間的鏈接切換；所述模型參數(shù)包括虛擬場(chǎng)景中模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素的位置關(guān)系參數(shù)、色調(diào)參數(shù)以及光影效果參數(shù)；顯示控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景顯示的角度和路徑控制，根據(jù)所述角度和路徑提供虛擬場(chǎng)景的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的顯示模式；渲染管理模塊，用于在仿真程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)顯示模式對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染管理，捕捉虛擬場(chǎng)景中需要渲染的模型元素并調(diào)用相應(yīng)的渲染函數(shù)進(jìn)行渲染；場(chǎng)景更新模塊，用于完成模型元素和模型參數(shù)的更新；交互控制子系統(tǒng)用于進(jìn)行交互式管理，根據(jù)輸入的信號(hào)或事件實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的交互式操作和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交互控制子系統(tǒng)包 括場(chǎng)景導(dǎo)航模塊、顯示模式設(shè)置模塊和透明度設(shè)置模塊，其中場(chǎng)景導(dǎo)航模塊根據(jù)虛擬場(chǎng)景的模型參數(shù)和場(chǎng)景中的模型元素，生成二維的場(chǎng)景導(dǎo)航 圖，支持場(chǎng)景導(dǎo)航圖與虛擬場(chǎng)景之間的鏈接切換；顯示模式設(shè)置模塊用于根據(jù)輸入的信號(hào)或事件預(yù)先設(shè)定或在線控制虛擬場(chǎng)景顯示的 角度和路徑，并調(diào)用顯示控制模塊生成相應(yīng)的顯示模式；透明度設(shè)置模塊用于根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定設(shè)置虛擬場(chǎng)景中相應(yīng)模型元素的 透明度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交互控制子系統(tǒng)還 包括信息管理模塊；所述信息管理模塊用于記錄虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，以及根據(jù)輸入 的信號(hào)或事件的指定，完成對(duì)相應(yīng)信息數(shù)據(jù)的調(diào)度和顯示管理，并支持信息數(shù)據(jù)的查詢、修 改和更新；所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信息數(shù)據(jù)包括虛擬場(chǎng)景的GIS地理信息和場(chǎng)景中模型元素的系 統(tǒng)屬性信息；其中，所述GIS地理信息用于指示虛擬場(chǎng)景中任意位置的實(shí)際經(jīng)度、緯度和海拔高度信息； 所述系統(tǒng)屬性信息用于指示模型元素在虛擬場(chǎng)景中所處的工作系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的信 息數(shù)據(jù)還包括場(chǎng)景中模型元素所處工作系統(tǒng)的作業(yè)預(yù)案信息、應(yīng)急處理預(yù)案信息、警戒預(yù) 案信息、消防預(yù)案信息、人員物資疏散預(yù)案信息、供配電線路圖表、管網(wǎng)分布圖表和消防區(qū) 域分布圖表；其中，所述作業(yè)預(yù)案信息用于指示正常工作作業(yè)的操作預(yù)備方案及步驟；所述應(yīng)急處理預(yù)案信息用于指示應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的處置預(yù)備方案及步驟；所述警戒預(yù)案信息用于指示進(jìn)行警戒防衛(wèi)的規(guī)劃預(yù)備方案及步驟；所述消防預(yù)案信息用于指示應(yīng)對(duì)消防安全事件的處置預(yù)備方案及步驟；所述人員物資疏散預(yù)案信息用于指示進(jìn)行人員或物資疏散的預(yù)備方案及步驟；所述供配電線路圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中供電和配電的線路布置情況；所述管網(wǎng)分布圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中管道和網(wǎng)絡(luò)的分布情況；所述消防區(qū)域分布圖表用于指示模型元素所處工作系統(tǒng)中消防區(qū)域及消防設(shè)施的分 布情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交互控制子系統(tǒng) 還包括測(cè)算模塊；所述測(cè)算模塊根據(jù)虛擬場(chǎng)景的GIS地理信息換算確定實(shí)物尺寸大小，對(duì) 輸入的信號(hào)或事件所指定的實(shí)物幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)算，并顯示運(yùn)算結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)算模塊包括長(zhǎng)度 測(cè)算單元、面積測(cè)算單元和體積測(cè)算單元；其中，所述長(zhǎng)度測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定直線段或曲線段的實(shí)際 長(zhǎng)度；所述面積測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定幾何平面或曲面的水平 投影面積；所述體積測(cè)算單元用于測(cè)量和運(yùn)算輸入的信號(hào)或事件所指定的規(guī)則三維幾何體的實(shí) 際體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交互控制子系統(tǒng) 還包括標(biāo)注模塊；所述標(biāo)注模塊用于設(shè)置場(chǎng)景中各個(gè)工作系統(tǒng)的標(biāo)注顏色，并對(duì)輸入的信 號(hào)或事件所指定的模型元素按其所在工作系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的顏色進(jìn)行色彩標(biāo)注。
8.根據(jù)權(quán)利要求2 4中任一項(xiàng)所述的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交互控 制子系統(tǒng)還包括音頻管理模塊；所述音頻管理模塊用于記錄虛擬場(chǎng)景相關(guān)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，以 及根據(jù)輸入的信號(hào)或事件的指定完成對(duì)相應(yīng)音頻數(shù)據(jù)的調(diào)度和播放管理，并支持音頻數(shù)據(jù) 的更新；所述虛擬場(chǎng)景相關(guān)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包括與虛擬場(chǎng)景或場(chǎng)景中實(shí)物仿真模型相應(yīng)的背景音 樂文件和語(yǔ)音解說文件。
9.一種場(chǎng)景虛擬仿真方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的場(chǎng)景顯示子系統(tǒng)完成， 具體包括如下步驟A)采集和制作真實(shí)場(chǎng)景的影像素材，并存儲(chǔ)于模型數(shù)據(jù)庫(kù)；B)以真實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，借助虛擬仿真軟件制作場(chǎng)景中的模型元素，完成著色，并將著色 的模型元素存儲(chǔ)于模型數(shù)據(jù)庫(kù)；所述模型元素包括環(huán)境圖紙、地理模型和實(shí)物仿真模型；C)根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景中各元素的位置關(guān)系、色調(diào)和光影效果，通過場(chǎng)景合成模塊設(shè)置虛擬 場(chǎng)景的模型參數(shù)，并根據(jù)模型參數(shù)將紋理烘焙至模型元素；所述模型參數(shù)包括虛擬場(chǎng)景中 模型元素的種類和數(shù)量參數(shù)、各模型元素的位置關(guān)系參數(shù)、色調(diào)參數(shù)以及光影效果參數(shù)；D)將經(jīng)過步驟C)烘焙的模型元素配上真實(shí)場(chǎng)景的影像素材，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的 圖像，由場(chǎng)景合成模塊合成三維的虛擬場(chǎng)景；Ε)按照設(shè)定的顯示的角度和路徑，通過渲染管理模塊對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫 效果。
全文摘要
本發(fā)明提供一種借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，同時(shí)提供了一種場(chǎng)景虛擬仿真方法。運(yùn)用該方法構(gòu)建的交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)能夠真實(shí)、生動(dòng)、準(zhǔn)確地反映實(shí)際場(chǎng)景中元素的特征、形態(tài)和布局；同時(shí)，借助交互式功能，該交互式場(chǎng)景仿真系統(tǒng)能夠取代實(shí)物沙盤進(jìn)行工程演示操作，克服了實(shí)物沙盤制作工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高、更新和修改困難、占用空間較大、搬運(yùn)不便且搬運(yùn)過程中易損壞等缺陷；還可以結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)和多媒體技術(shù)，提供多種技術(shù)支持，為用戶對(duì)相應(yīng)建筑系統(tǒng)的應(yīng)用、管理、規(guī)劃和決策過程中提供相關(guān)信息的建立和輔助，提升了其應(yīng)用價(jià)值，延長(zhǎng)了其使用壽命，價(jià)值/成本比率得以大幅度提高。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101908232SQ20101024215
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者陳開碧, 陳飛 申請(qǐng)人:重慶埃默科技有限責(zé)任公司