CN105551088B - 一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置，通过三维模型制作工具制作三维模型以及拆装动画，并导出拆装流程资源包，在相关装置中执行拆装流程资源包的三维虚拟拆卸操作和装配操作，同时采用虚对象组方式扩展实现三维模型的拆卸、装配过程，解决了三维模型拆卸过程中不能控制多个子模型同步移动，以及三维模型装配过程中不能控制两个独立子对象的装配问题，从而实现了复杂设备的三维虚拟拆卸、装配操作，提高了拆装过程的真实性。

Description

一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置

技术领域

本发明涉及三维虚拟仿真领域，具体涉及一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置。

背景技术

在产品的使用训练中，产品的结构原理展示、操作过程的介绍、故障诊断过程的介绍都是重点传授操作者的内容。三维虚拟仿真技术为产品的使用训练提供了一种生动化、逼真化、直观化的展现手段，可提高操作者、维护者的学习效率，提高其主动性。

对于产品的使用训练，在采用三维虚拟展现时，一个重要方面为如何与操作者进行交互。这种交互包括用户在三维场景中对模型的操作、工艺流程的控制操作、对三维场景中人物的控制、三维场景人物视角的变化以及三维场景与用户的交互提升等。

在以往的三维虚拟展现方法中，都是通过三维模型拖拽、三维模型动画、三维模型响应等方法进行模型展现、模型控制等操作。

在对单个模型进行展现时，如仅采用三维模型拖拽、三维模型动画等方法，可能导致三维模型拆卸组装过程不能反映实际的拆卸过程，以及导致三维模型拆卸不能实现人为控制等问题。比如在三维模型拆卸时，可能需要同时移动几个螺丝、螺母；在三维模型装配过程中，需要先将三维模型组装成两个独立的部分，再进行组装等。

发明内容

本发明的目的在于，为解决三维虚拟交互中模型及三维对象拖拽、控制的技术问题，提供一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置。

为实现上述目的，本发明的一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法，该方法具体包括：

步骤1)在三维模型制作工具中制作完成初步的三维模型，在制作过程中根据需要进行模型的虚拟组对象设置，每个虚拟组对象包括三维模型的若干个子模型，用于对子模型进行管理；

步骤2)根据步骤1)中制作完成的三维模型，描述该三维模型的拆卸、装配过程，形成包含控制虚拟组对象操作的拆装流程资源包；

步骤3)在三维虚拟仿真装置中加载拆装流程资源包，利用加载后得到的拆装流程控制三维虚拟拆卸操作和装配操作。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2)中三维模型的拆卸、装配过程采用自定义数据格式进行描述。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的拆装流程控制三维虚拟拆卸操作包括：

步骤101)初始化拆卸流程需要的参数内容；

步骤102)从三维模型中选择一个子模型进行操作，若该子模型为拆卸流程中当前操作步骤包含的子模型内容，则执行步骤103)，否则，重置当前子模型的选中状态后，执行步骤106)；

步骤103)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤105)，否则，执行步骤104)

步骤104)拖拽当前选择的子模型到目标位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤105)递归遍历虚拟组对象，以当前选择的子模型为目标位置，并计算与其关联的其他子模型相对的拖拽位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤106)判断拆卸流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟拆卸操作，否则，重复执行步骤102)。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的拆装流程控制三维虚拟装配操作包括：

步骤201)将拆卸流程反转后形成装配流程，初始化装配流程需要的参数内容；

步骤202)从包含三维模型所有子模型的零件库中，选择一个子模型拖入三维场景中，若该子模型为装配流程中当前操作步骤包含的子模型内容，则执行步骤203)，否则，重置零件库中该子模型的选中状态后，继续从零件库中选择其他子模型进行判断；

步骤203)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤205)，否则，执行步骤204)；

步骤204)在三维场景中移动当前选择的子模型后，执行步骤206)；

步骤205)递归遍历虚拟组对象，在三维场景中移动该虚拟组对象关联的所有子模型后，执行步骤206)；

步骤206)结束移动操作后，判断当前选择的子模型与前一次操作步骤选择的子模型是否在同一个虚拟组对象中，若是在同一个虚拟组对象中，则执行步骤207)，否则，执行步骤208)

步骤207)结束当前选择的子模型操作，同时在预置的虚拟模型对象中显示与该子模型相关的其他子模型后，执行步骤211)；

步骤208)判断当期操作步骤是否为装配两个虚拟组对象操作，若是，则执行步骤209)，否则，执行步骤210)；

步骤209)选择其中一个虚拟组对象装配到另一个虚拟组对象上，并在虚拟模型对象上显示两个虚拟组对象包含的所有子模型内容后，执行步骤211)；

步骤210)放置当前选择的子模型到目标位置，同时在虚拟模型对象上隐藏该子模型后，执行步骤211)；

步骤211)判断装配流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟装配操作，否则，重复执行步骤202)。

在三维模型拆卸过程中，按照拆卸流程控制整个拆卸过程，当遇到多个子模型对象需同时移动的情况，利用虚拟组对象控制子模型对象进行移动；对于装配流程，采用拆卸流程的逆过程进行控制，即拆卸流程的最后一个操作为装配流程的第一个操作，而拆卸流程的第一个操作为装配流程的最后一个操作，当遇到需要将两个不同的模型子对象(模型子对象可包括一个或多个子模型)进行装配时，采用虚拟组方式进行控制。

本发明还提供了一种基于虚拟组对象的三维模型拆装装置，包括：描述模块、加载模型和执行模块；所述的描述模块采用自定义数据格式对三维模型拆卸、装配过程进行描述；所述的加载模块用于加载拆装流程资源包；所述的执行模块根据拆装流程控制三维虚拟拆卸操作和装配操作。

本发明的一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置优点在于：

通过三维模型制作工具制作三维模型以及拆装动画，并导出拆装流程资源包，在相关装置中执行拆装流程资源包的三维虚拟拆卸操作和装配操作，同时采用虚对象组方式扩展实现三维模型的拆卸、装配过程，解决了三维模型拆卸过程中不能控制多个子模型同步移动，以及三维模型装配过程中不能控制两个独立子对象的装配问题，从而实现了复杂设备的三维虚拟拆卸、装配操作，提高了拆装过程的真实性。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法流程图。

图2是本发明实施例中的拆装流程资源包加载过程示意图。

图3是本发明实施例中的三维模型拆卸流程示意图。

图4是本发明实施例中的三维模型装配流程示意图。

图5是本发明实施例中的基于虚拟组对象的三维模型拆装装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法及装置进行详细说明。

为解决三维模型拆卸过程中不能控制多个子模型同步移动，以及三维模型装配过程中不能控制模型两个独立子对象的装配问题，从而实现复杂设备的拆卸、装配过程，提高拆装过程的真实性，本发明提出了一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法。如图1所示，该三维模型拆装方法具体包括：

步骤1)在三维模型制作工具中制作完成初步的三维模型，在制作过程中根据需要进行模型的虚拟组对象设置，每个虚拟组对象包括三维模型的若干个子模型，用于对子模型进行管理；

步骤2)根据步骤1)中制作完成的三维模型，描述该三维模型的拆卸、装配过程，形成包含控制虚拟组对象操作的拆装流程资源包；

步骤3)在三维虚拟仿真装置中加载拆装流程资源包，利用加载后得到的拆卸流程控制三维虚拟拆卸操作和装配操作，包括模型子对象的组移动、虚拟组对象的装配等内容。通过以上步骤，实现了基于虚拟组对象的三维模型拆卸、装配过程。

基于上述三维模型拆装方法，所述步骤1)具体包括如下处理过程：

在三维模型制作工具(比如3DMax中)中，完成三维模型的制作，包括构建三维模型、设置模型材质、贴图等内容；在三维模型制作过程中，根据拆装需要可对三维模型的子模型进行虚拟组对象设置，每个虚拟组对象可包括多个在位置上不接触的子模型。

所述步骤2)具体包括如下处理过程：

在三维模型制作工具中完成三维模型的设计内容后，制作三维模型的拆卸、装配流程，包括三维模型关键帧(包括模型的位置、摄像机路径)、动画帧(可能由一个或多个路径帧组组成)、设置动画帧基本参数(包括动画帧名称、动画帧描述)等内容；

对三维模型拆卸、装配过程可采用自定义数据格式进行描述(描述内容包括子模型、组的虚拟对象、动画路径帧、动画名称、描述等内容)，同时通过制作工具软件插件(如3DMax的插件)导出自定义的拆装流程资源包。所述的拆装流程资源包包括拆装流程文件以及制作的三维模型。

所述步骤3)具体包括如下处理过程：

在三维模型的拆卸过程中，按照拆装流程资源包中的三维模型拆卸流程进行拆卸控制，对于单个子模型移动过程，可直接进行模型移动，而对于多个子模型需同步执行的场合，采用虚拟组对象控制其包含的子模型进行同步移动；在装配过程中，采用拆卸流程的逆过程进行控制，即拆卸流程的最后一个操作为装配流程的第一个操作，而拆卸流程的第一个操作为装配流程的最后一个操作，若装配流程中要求执行单个子模型的安装，那么直接进行模型装配即可，而若装配对象为两个独立的子对象(子对象可包括一个或多个子模型)，采用虚拟组方式进行控制装配过程，通过虚拟组对象可有效实现复杂拆卸、装配过程。

下面给出了自定义格式的拆装流程文件样式内容：

〈part〉表示三维模型的子模型内容，包括子模型名称、子模型初始位置信息、子模型初始的scale信息；

〈animation〉表示三维模型单个动画帧对象，主要包括动画帧的名称和描述；

〈sequence〉表示动画帧具体的内容，包括动画帧持续的时间、动画帧中每一个子对象移动的时间、移动目标位置等内容；在完成导出自定义拆装流程资源包后，加载该拆装流程资源包，利用加载后得到的拆装流程对三维虚拟拆卸操作、装配操作进行控制，包括模型子对象的组移动、虚拟组对象的装配等内容。

如图2示出了拆装流程资源包的加载流程。在加载流程中，具体的操作步骤如下：

步骤101)加载三维模型制作工具制作的三维模型；

步骤102)根据〈part〉字段内容加载子模型以及虚拟组对象，记录子模型的初始位置；

步骤103)根据〈animation〉字段内容加载动画帧基本信息；

步骤104)根据〈sequence〉字段内容加载每一个关键动画帧，记录子模型、虚拟组对象、摄像机对象的对象位置、拉伸位置、操作时间等信息。通过上述步骤，完成整个拆装流程资源包的加载过程。

如图3示出了根据拆装文件执行的三维虚拟拆卸操作，具体包括以下步骤：

步骤101)初始化拆卸流程需要的参数内容，包括动画帧列表、模型列表、模型初始位置等内容；

步骤102)从三维模型中选择一个子模型进行操作，若该子模型为拆卸流程中当前操作步骤包含的子模型内容(必须遍历当前操作步骤包含的所有子模型以及虚拟组对象关联的子模型，若虚拟组对象还包含下层子虚拟组对象，还需进行递归遍历)，则执行步骤103)，否则，重置当前子模型的选中状态后，执行步骤106)；

步骤103)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤105)，否则，执行步骤104)；

步骤104)拖拽当前选择的子模型到目标位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤105)递归遍历虚拟组对象(虚拟组对象包含的子模型以及子虚拟组对象)，以当前选择的子模型为目标位置，并计算与其关联的其他子模型相对的拖拽位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤106)判断拆卸流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟拆卸操作，否则，重复执行步骤102)。

如图4示出了根据拆装文件执行的三维虚拟装配操作，装配过程实现的方式为从零件库(假设所有待装配的子模型都放在零件库)拖拽零件，放入三维场景中，而在三维场景中预置一个虚拟模型对象(对全模型对象的一个透明化显示的模型)，若正确放置模型，则虚拟模型对象相应的模型对象正常显示。具体包括如下操作步骤：

步骤201)将拆卸流程反转后形成装配流程，初始化装配流程需要的参数内容，包括初始化动画帧列表、模型列表、模型初始位置等内容，在装配流程形成过程中，需要对拆卸流程进行反转，即拆装流程的最后一个操作为装配流程的第一个操作，而拆装流程的第一个操作为装配流程的最后一个操作；

步骤202)从包含三维模型所有子模型的零件库中，选择一个子模型拖入三维场景中，若该子模型为装配流程中当前操作步骤包含的子模型内容(必须遍历当前操作步骤包含的所有子模型以及虚拟组对象关联的子模型，若虚拟组对象还包含下层子虚拟组对象，还需进行递归遍历)，则执行步骤203)，否则，重置零件库中该子模型的选中状态，继续从零件库中选择其他子模型进行判断；

步骤203)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤205)，否则，执行步骤204)；

步骤204)在三维场景中移动当前选择的子模型后，执行步骤206)；

步骤205)递归遍历虚拟组对象(虚拟组对象包含的子模型以及子虚拟组对象)，在三维场景中移动该虚拟组对象关联的所有子模型后，执行步骤206)；

步骤206)结束移动操作后，判断当前选择的子模型与前一次操作步骤选择的子模型是否在同一个虚拟组对象中(装配过程可由若干个子虚拟组对象装配过程组成，子虚拟组对象进行两两组装，最后完成整个装配过程，子虚拟组对象中可仅包含一个子模型)，若是在同一个虚拟组对象中，则执行步骤207)，否则，执行步骤208)；

步骤207)结束当前选择的子模型操作，同时在预置的虚拟模型对象中显示与该子模型相关的其他子模型后，执行步骤211)；

步骤208)判断当期操作步骤是否为装配两个虚拟组对象操作，若是，则执行步骤209)，否则，执行步骤210)；

步骤209)选择其中一个虚拟组对象装配到另一个虚拟组对象上，并在虚拟模型对象上显示两个虚拟组对象包含的所有子模型内容后，执行步骤211)；

步骤210)放置当前选择的子模型到目标位置，同时在虚拟模型对象上隐藏该子模型后，执行步骤211)；

步骤211)判断装配流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟装配操作，否则，重复执行步骤202)。

综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，通过在三维模型制作工具中制作完成三维模型，制作相应的拆装流程，并自动生成自定义格式的拆装流程资源包，之后在三维虚拟仿真装置中加载拆装流程资源包，利用拆卸流程对三维虚拟拆卸操作和装配操作分别进行控制，解决了三维模型拆卸过程不能控制多个子模型同步移动，以及三维装配过程不能控制两个独立子对象的装配问题，从而实现了复杂设备的拆卸、装配过程，提高了拆装过程的真实性。

另外，如图5所示，本发明还提供了一种基于虚拟组对象的三维模型拆装装置，包括：描述模块、加载模块以及执行模块。

所述的描述模块采用自定义数据格式对三维拆卸、装配过程进行描述。具体用于对三维模型的拆装流程资源包内容进行描述，包括自定义拆装流程内容。

所述的加载模块用于加载拆装流程资源包。具体用于：按照自定义拆装流程的内容，加载三维模型和三维拆卸动画帧，初始化模型位置和动画帧内容。

所述的执行模块根据三维模型的拆装流程资源包，对三维虚拟拆卸操作和装配操作分别进行控制。具体用于：在拆卸过程中，按照三维拆卸流程进行拆卸控制，对于单个子模型移动过程，直接进行子模型移动，而对于多个子模型需同步执行的场合，采用虚拟组对象控制多个子模型进行移动。在装配过程中，采用拆卸流程的逆过程进行控制，即拆卸流程的最后一个操作为装配流程的第一个操作，而拆卸流程的第一个操作为装配流程的最后一个操作，整个装配由若干个子虚拟组装配过程组成，子虚拟组进行两两组装，最后完成整个装配过程(子虚拟组中可仅包含一个子模型)。另外，在装配过程中，还需要判断是单个子模型的装配，还是虚拟组对象的装配，并通过虚拟组对象可有效实现复杂拆卸、装配过程。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于虚拟组对象的三维模型拆装方法，其特征在于，包括：

步骤1)在三维模型制作工具中制作完成初步的三维模型，在制作过程中根据需要进行模型的虚拟组对象设置，每个虚拟组对象包括三维模型的若干个子模型，用于对子模型进行管理；

步骤2)根据步骤1)中制作完成的三维模型，描述该三维模型的拆卸、装配过程，形成包含控制虚拟组对象操作的拆装流程资源包；

步骤3)在三维虚拟仿真装置中加载拆装流程资源包，利用加载后得到的拆装流程控制三维虚拟拆卸操作和装配操作；

所述的拆装流程控制三维虚拟拆卸操作包括：

步骤101)初始化拆卸流程需要的参数内容；

步骤102)从三维模型中选择一个子模型进行操作，若该子模型为拆卸流程中当前操作步骤包含的子模型内容，则执行步骤103)，否则，重置当前子模型的选中状态后，执行步骤106)；

步骤103)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤105)，否则，执行步骤104)；

步骤104)拖拽当前选择的子模型到目标位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤105)递归遍历虚拟组对象，以当前选择的子模型为目标位置，并计算与其关联的其他子模型相对的拖拽位置，完成当前操作步骤的拆卸过程后，执行步骤106)；

步骤106)判断拆卸流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟拆卸操作，否则，重复执行步骤102)；

所述的拆装流程控制三维虚拟装配操作包括：

步骤201)将拆卸流程反转后形成装配流程，初始化装配流程需要的参数内容；

步骤202)从包含三维模型所有子模型的零件库中，选择一个子模型拖入三维场景中，若该子模型为装配流程中当前操作步骤包含的子模型内容，则执行步骤203)，否则，重置零件库中该子模型的选中状态后，继续从零件库中选择其他子模型进行判断；

步骤203)判断当前选择的子模型是否包含在当前操作步骤的虚拟组对象中，若包含在虚拟组对象中，则执行步骤205)，否则，执行步骤204)；

步骤204)在三维场景中移动当前选择的子模型后，执行步骤206)；

步骤205)递归遍历虚拟组对象，在三维场景中移动该虚拟组对象关联的所有子模型后，执行步骤206)；

步骤206)结束移动操作后，判断当前选择的子模型与前一次操作步骤选择的子模型是否在同一个虚拟组对象中，若是在同一个虚拟组对象中，则执行步骤207)，否则，执行步骤208)；

步骤207)结束当前选择的子模型操作，同时在预置的虚拟模型对象中显示与该子模型相关的其他子模型后，执行步骤211)；

步骤208)判断当前 操作步骤是否为装配两个虚拟组对象操作，若是，则执行步骤209)，否则，执行步骤210)；

步骤209)选择其中一个虚拟组对象装配到另一个虚拟组对象上，并在虚拟模型对象上显示两个虚拟组对象包含的所有子模型内容后，执行步骤211)；

步骤210)放置当前选择的子模型到目标位置，同时在虚拟模型对象上隐藏该子模型后，执行步骤211)；

步骤211)判断装配流程中的所有操作步骤是否都已完成，若完成，则结束三维虚拟装配操作，否则，重复执行步骤202)。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟组对象的三维模型拆装方法，其特征在于，所述步骤2)中三维模型的拆卸、装配过程采用自定义数据格式进行描述。

3.一种基于权利要求1-2中任一所述的基于虚拟组对象的三维模型拆装方法的装置，其特征在于，其包括：描述模块、加载模型和执行模块；所述的描述模块采用自定义数据格式对三维模型拆卸、装配过程进行描述；所述的加载模块用于加载拆装流程资源包；所述的执行模块根据拆装流程控制三维虚拟拆卸操作和装配操作。