CN103780873A - 一种变电站视频监控***实现3d场景显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法，包括站端***和上级平台，所述站端***包括三维引擎/模型数据服务器、管理客户端、前端编码设备和多个摄像机，所述上级平台包括管理服务器、流媒体服务器、三维图形处理服务器和视频监控客户端。本发明通过建立三维模型、使用Unity3D软件实现3D场景显示，本发明的应用将优化电力部门工作的传统模式，由事后处理向事前预测转化，使管理人员有充分的时间和精力去综合、分析、解决***运行维护过程中的问题，从而提高管理工作质量。

Description

一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法

技术领域

本发明涉及一种变电站视频监控***，尤其涉及一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法。 

  

背景技术

变电站视频监控***为智能变电站生产运行及安防应急提供了重要手段,目前变电站视频监控监控***只能显示二维信息，为了使视频中的场景以及物体更具有立体感，更直观、逼真、有效地再现现实场景，给人以身临其境的感受，在变电站视频监控***中引入3D场景显示技术，结合现有***的视频资源，对变电站的设备及场景进行展示和呈现，提升运维和管理水平，目前尚无解决此问题的应用案例。 

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在变电站视频监控***中实现3D场景显示的方法。 

本发明通过以下技术方案来实现上述目的： 

本发明包括站端***和上级平台，所述站端***包括三维引擎/模型数据服务器、管理客户端、前端编码设备和多个摄像机，所述上级平台包括管理服务器、流媒体服务器、三维图形处理服务器、视频监控客户端。

多个所述摄像机的信号输出端分别与所述前端编码设备的视频信号输入端连接，所述管理客户端的控制信号输出端与所述前端编码设备的控制信号输入端连接，所述前端编码设备的视频信号输出端与所述上级流媒体服务器的视频信号输入端连接，所述管理客户端的图形调用信号输出端与三维引擎/模型数据服务器的图形调用信号输入接口连接，所述站端管理客户端的通信端口与上级平台管服务器的通信端口连接，所述上级平台管理服务器的图形调用输出接口与三维图形处理服务器的图形调用输入接口连接，所述上级平台管理服务器的控制信号输出端与上级平台流媒体服务器的控制信号输入端连接，所述上级平台流媒体服务器的视频信号输出端与视频监控客户端视频信号输入端连接，三维图形处理服务器的图形信号输出端与视频监控客户端图形信号输入端连接。 

要建立三维模型首先要进行数据采集，包括地理信息、建筑物纹理等来，通过摄像机和传感器完成对信息的采集之后存储到相应的数据库中，利用三维制作软件3ds MAX根据已经采集的信息进行三维模型的建立。然后利用Unity3D软件的透视投影原理进行模型渲染，发布至Web，通过视频播放软件与GUI界面预设视频窗口叠加，实现3D场景显示。 

作为优选，所述摄像机为模拟摄像机或网络摄像机。 

进一步地，所述站端***还包括多个传感器，多个所述传感器的信号输出端分别与所述前端编码设备的信号输入端连接。 

  

本发明的有益效果：

本发明通过建立三维模型、使用Unity3D软件实现3D场景显示，本发明的应用将优化电力部门工作的传统模式，由事后处理向事前预测转化，使管理人员有充分的时间和精力去综合、分析、解决***运行维护过程中的问题，从而提高管理工作质量。

  

附图说明

图1是本发明基于3D场景显示技术的变电站视频监控***的结构框图。 

图2是本发明在变电站中根据实际情况设置传感器获取设备及周边环境情况信息，对包括地理信息、建筑物纹理等进行数据采集图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明： 

如图1所示，本发明基于3D场景显示技术的变电站视频监控***，包括站端***和上级平台，所述站端***包括三维引擎/模型数据服务器、管理客户端、前端编码设备和多个摄像机，所述上级平台包括管理服务器、流媒体服务器、三维图形处理服务器和视频监控客户端。

多个所述摄像机的信号输出端分别与所述前端编码设备的视频信号输入端连接，所述管理客户端的控制信号输出端与所述前端编码设备的控制信号输入端连接，所述前端编码设备的视频信号输出端与所述流媒体服务器的视频信号输入端连接，所述管理客户端的图形调用信号输出端与所述三维引擎/模型数据服务器的图形调用信号输入接口连接，所述管理客户端的通信端口与所述管理服务器的通信端口连接，所述管理服务器的图形调用信号输出接口与所述三维图形处理服务器的图形调用输入接口连接，所述管理服务器的控制信号输出端与所述流媒体服务器的控制信号输入端连接，所述流媒体服务器的视频信号输出端与所述视频监控客户端的视频信号输入端连接，所述三维图形处理服务器的图形信号输出端与所述视频监控客户端的图形信号输入端连接。 

所述摄像机为模拟摄像机或网络摄像机。所述站端***还包括多个传感器，多个所述传感器的信号输出端分别与所述前端编码设备的信号输入端连接。如图1所示，应用时，摄像机若为模拟摄像机，则通过前端编码设备进行视频信息编码，摄像机若为网络摄像机，则由其自身进行视频信息编码。三维引擎/模型数据服务器将采集的信息，包括录像、图片信息、建筑物纹理等进行三维模型建立。管理客户端将前端编码设备出来的视频图像传送给上级平台的流媒体服务器，同时将三维引擎/模型数据服务器建立的三维模型传送到上级平台的管理服务器上。上级平台管理服务器调用流媒体服务器的视频信号送到视频监控客户端，同时管理服务器将三维引擎/模型数据服务器建立的三维模型送到三维图形处理服务器。三维图形处理服务器对三维建模的图像模型进行渲染处理，并发送到视频监控客户端。在视频监控客户端上将三维图形处理服务器处理的图形数据以及流媒体服务器传送过来的视频数据进行处理及叠加显示。 

本发明所述的在变电站视频监控***中实现3D场景显示的方法，具体步骤和实现方式如下： 

1、三维模型的建立

在变电站中根据实际情况设置传感器获取设备及周边环境情况信息，对包括地理信息、建筑物纹理等进行数据采集。如图2所示：

为了把任意方向、任意位置的物体渲染到任意方向、任意位置的摄像机中，必须把物体的所有顶点从物体坐标系变换到世界坐标系，再从世界坐标系变化到摄像机坐标系。数学变换总结如下：

矩阵乘法满足结合律，所以我们能用一个矩阵直接从物体坐标系变换到摄像机坐标系：

这样就能在渲染的循环外先将所有矩阵组合起来，使循环内作矩阵乘法的时候只需要和一个矩阵相乘即可（物体有很多顶点，省一次矩阵乘法就会提高不少效 率），如下:

通过摄像机和传感器完成对信息的采集之后，存储到相应的数据库中，利用三维制作软件3ds MAX根据已经采集的信息进行三维模型的建立。

2、载入3D模型 

  在3ds MAX中，已经根据现场所采集的信息，包括设备、建筑等按照视频需求比例进行了三维模型建立；使用Matt Fairfax实现的Model_3DS类支持3DS模型文件的载入。并对已经导入的变电站的三维模型进行视图变换、透视变换和屏幕变换。

3、视图变换 

为表示透视投影的模型，实现了KCamera类，除保存视点的位置和姿态，还保存视图变换矩阵m_kmView，随着视点位置和姿态的变化，视图矩阵也不断更新。对于世界坐标系中的任何一点v(x, y, z)，通过v = m_kmView*v将其变换到透视投影的标准模型坐标系，通过KCamera::Transform函数实现。

4、透视变换 

经过视图变换之后，利用KFrustum类用来对透视投影的模型进行建模，其成员包括视平面的尺寸大小，以及近截面和远截面的z轴坐标。KFrustum通过Project函数将视图变换的结果变换为透视坐标。代码实现如下：

void KFrustum::Project(KVector3& v)

{

    // xp = x*n/z, yp = y*n/z, zp = n.

    float fFactor = GetNear()/v.z;

    v.x *= fFactor;

    v.y *= fFactor;

    v.z = GetNear();

}

5、三维模型渲染

  将已经导入经过投影变换的变电站的电力***以及变电站周边环境的三维模型进行渲染，渲染使用软件来实现，没有使用任何第三方图形库，主代码在KCamera::Render函数中，它接收两次参数：Model_3DS和KSurface，对Model_3DS中的顶点进行透视投影。渲染代码如下： 

using UnityEngine;

 using System.Collections;

 public class CameraFacingBillboard : MonoBehaviour

 {

    public Camera cameraToLookAt;

    void Start()

     {

          cameraToLookAt = Camera.main;

     }

    void Update() 

    {

        Vector3 v = cameraToLookAt.transform.position - transform.position;

        v.x = v.z = 0.0f;

        transform.LookAt(cameraToLookAt.transform.position - v); 

    }

 }

6、视频叠加重合

三维模型渲染结束之后，将其发布至Web上，在GUI客户端界面的设计过程中，预留的配置了Web浏览器的视频播放窗口，将Unity3D虚拟视频与预先定义的视频窗口进行叠加重合，实现3D视频的播放功能，从而达到理想中的3D场景显示的效果。

  

Claims (3)

1.一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法，其特征在于：包括站端***和上级平台，所述站端***包括三维引擎/模型数据服务器、管理客户端、前端编码设备和多个摄像机，所述上级平台包括管理服务器、流媒体服务器、三维图形处理服务器和视频监控客户端；

多个所述摄像机的信号输出端分别与所述前端编码设备的视频信号输入端连接，所述管理客户端的控制信号输出端与所述前端编码设备的控制信号输入端连接，所述前端编码设备的视频信号输出端与所述流媒体服务器的视频信号输入端连接，所述管理客户端的图形调用信号输出端与所述三维引擎/模型数据服务器的图形调用信号输入接口连接，所述管理客户端的通信端口与所述管理服务器的通信端口连接，所述管理服务器的图形调用信号输出接口与所述三维图形处理服务器的图形调用输入接口连接，所述管理服务器的控制信号输出端与所述流媒体服务器的控制信号输入端连接，所述流媒体服务器的视频信号输出端与所述视频监控客户端的视频信号输入端连接，所述三维图形处理服务器的图形信号输出端与所述视频监控客户端的图形信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法

，其特征在于：所述摄像机为模拟摄像机或网络摄像机。

3.根据权利要求1所述的一种变电站视频监控***实现3D场景显示的方法

，其特征在于：所述站端***还包括多个传感器，多个所述传感器的信号输出端分别与所述前端编码设备的信号输入端连接。

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