CN109493420A - 一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，适用于三维可视化技术领域，本申请以电厂信息化为应用背景，设计并实现了电厂三维可视化展示方法。该方法涉及到三维数据建模，标准数据接口设计、视频流接口设计、三维场景模块化设计，设计步骤清晰，理论依据严谨，软件执行效率较高。该三维展示方法已经在智慧电厂三维可视化平台等***中得到了应用。
Description
技术领域
本发明申请涉及三维可视化技术领域，具体涉及一种基于Unity3D的电厂三维可视化的展示方法。
背景技术
三维可视化技术是近些年逐渐兴起的一种基于计算机图形学的应用技术，在数据展示、场景漫游、仿真培训等领域有广泛的应用。
近年来，电厂的生产、运营、管理智能化水平越来越高，智慧电厂的概念也逐渐推广开来。三维可视化作为一门新兴技术，是智慧电厂概念范畴中的一种重要终端展示方法。然而三维可视化平台如何与电厂实际业务结合，才能真正发挥作用，提高电厂生产、运营管理效率，至今仍没有一个清晰的概念。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上问题，本发明公开了一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法。
首先对本发明所使用的技术术语作以下解释和说明：
实时历史数据库：也被称为实时库或者实时数据库，与关系型数据库相对应。实时历史数据库是实现工业海量数据采集的有效手段，可用于工厂过程的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，可以提供清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。
本发明具体采用以下技术方案。
一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：采集电厂实景数据，包括采用航拍建模、激光雷达点云扫描等方式来获取全厂实景数据；
步骤2：对电厂实景数据进行自动解算，结合设计院图纸和设备模型，使用PhotoScan和3DMax软件搭建电厂三维实景的完整模型；
步骤3：使用Unity3D平台对电厂三维场景进行摆放、渲染，形成可编辑的Unit3D场景；
步骤4：在步骤3中使用基于Unit3D的层级细节优化LOD技术，实现被遮挡则取消渲染、视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型的三维场景渲染性能优化；
步骤5：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；
步骤6：使用基于Socket通信技术实现的实时数据库接口，与电厂SIS/MIS底层数据库通信，实时获取电厂生产管理***数据，在三维平台内展示；
步骤7：使用基于.Net的ADO.NET技术实现关系型数据库接口，与地理位置信息数据库PostGis实现通信，使PostGis数据库接口能够接收标准化的地理位置坐标信息；
步骤8：采用VLC组件技术实现视频监控***接口，实时获取电厂视频监控***画面，并在三维场景中使用2D纹理贴图Texture2D接受视频流数据，并展示出来；
步骤9：将三维平台内的场景内容模块化，提供基于Unity3D编辑器的二次开发功能。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤1中，所采集的电厂实景数据包括不同高度和角度下航拍取得的电厂平面影像、通过激光雷达扫描获取的厂房和设备结构相关的点云数据。
在步骤2中，通过PhotoScan软件对电厂实景数据进行解算，自动生成电厂三维模型；对于上述三维模型中的关键设备及遗漏的室内部分模型，依据电厂设计图纸和设备厂家提供的设备模型、内部结构、参数，通过3DMax软件进行建模。
在步骤3中，使用Unity3D软件导入电厂三维模型，并根据电厂生产部门的功能划分对三维模型的所有子模型进行分类处理，调试三维场景光照、烘培参数，仿照电厂实景设计三维空间内的地形和天空盒，形成待编辑的完整的电厂三维场景。
在步骤4中，视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型，其中，视距是指从摄像机到目标物体的距离，视距远是指视距超过1000单位距离，视距近是指视距在1000单位距离以内，粗糙模型是基于Unity3D的LOD(层级细节优化)技术将精细模型的顶点数和面数减少，同时保留模型完整结构的一种模型。
在步骤5中，Xml数据存储技术为本地数据存储方式，设备属性包括设备铭牌信息、设备上的检测测点信息，场景信息包括各生产部门、厂房对应的模型名称、位置坐标信息。
在步骤6中，采用的实时数据库为VeStore实时数据库，该数据库从DCS端获取数据，为电厂SIS/MIS***提供生产管理数据。
在步骤7中，包括MySql、Oracle、SqlServer三种常用关系型数据库的通用数据库接口采用基于.Net的ADO.Net技术来实现；PostGis是基于开源数据库Postgres的地理位置信息数据库，采用的数据接口为Npgsql2.0组件。
在步骤8中，VLC组件是一款开源的跨平台多媒体播放器及开发框架，在此框架基础上，通过Rtsp实时流传输协议获取指定IP的视频监控实时画面，将获取到的视频流数据逐帧填充至Unity3D中的Texture2D(2D纹理贴图)组件，在三维场景中以平面图方式展现出来。
在步骤9中，场景内容模块化，是指通过Unity3D提供的预制体Prefab和Unity3D编辑器插件实现Xml数据加载模块、关系数据库接口模块、实时数据库接口模块、视频监控***接口模块；
基于Unity3D的二次开发功能是指在产品原有基础上，利用上述封装好的功能模块，修改已有功能和增加新功能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明采用标准化的数据通用接口，在电厂业务***接入方面，具有良好的拓展性；
本发明借助SIS/MIS底层数据通信接口，在获取电厂实时生产/管理数据的效率上有所提升；
本发明能够搭建一个可组态的三维可视化平台，各个功能及设备模块化，实现三维可视化平台在不同电厂的复用。
附图说明
图1为一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实例提供一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，应用于火电厂，所述三维可视化展示方法包括：
步骤1：采集电厂实景数据，包括采用航拍建模、激光雷达点云扫描等方式来获取全厂实景数据；
所采集的电厂实景数据包括不同高度和角度下航拍取得的电厂平面影像、通过激光雷达扫描获取的厂房和设备结构相关的点云数据。
步骤2：对电厂实景数据进行自动解算，结合设计院图纸和设备模型，使用PhotoScan和3DMax软件搭建电厂三维实景的完整模型；
通过PhotoScan软件对电厂实景数据进行解算，自动生成电厂三维模型；对于上述三维模型中的关键设备及遗漏的室内部分模型，依据电厂设计图纸和设备厂家提供的设备模型、内部结构、参数，通过3DMax软件进行建模。
步骤3：使用Unity3D平台对电厂三维场景进行摆放、渲染，形成可编辑的Unit3D场景；
使用Unity3D软件导入电厂三维模型，并根据电厂生产部门的功能划分对三维模型的所有子模型进行分类处理，调试三维场景光照、烘培参数，仿照电厂实景设计三维空间内的地形和天空盒，形成待编辑的完整的电厂三维场景。
步骤4：在步骤3中使用基于Unit3D的LOD(层级细节优化)技术，实现被遮挡则取消渲染、视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型的三维场景渲染性能优化；
视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型，其中，视距是指从摄像机到目标物体的距离，视距远是指视距超过1000单位距离，视距近是指视距在1000单位距离以内，粗糙模型是基于Unity3D的LOD(层级细节优化)技术将精细模型的顶点数和面数减少，同时保留模型完整结构的一种模型。
步骤5：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；
Xml数据存储技术为本地数据存储方式，设备属性包括设备铭牌信息、设备上的检测测点信息，场景信息包括各生产部门、厂房对应的模型名称、位置坐标信息。
步骤6：使用基于Socket通信技术实现的实时数据库接口，与电厂SIS/MIS底层数据库通信，实时获取电厂生产管理***数据，在三维平台内展示；
采用的实时数据库为VeStore实时数据库，该数据库从DCS端获取数据，为电厂SIS/MIS***提供生产管理数据。
步骤7：使用基于.Net的ADO.NET技术实现关系型数据库接口，与PostGis(地理位置信息数据库)实现通信，使PostGis数据库接口可以接收标准化的地理位置坐标信息；
MySql、Oracle、SqlServer三种常用关系型数据库的通用数据库接口采用基于.Net的ADO.Net技术来实现；PostGis是基于开源数据库Postgres的地理位置信息数据库，采用的数据接口为Npgsql2.0组件。
步骤8：采用VLC组件技术实现视频监控***接口，实时获取电厂视频监控***画面，并在三维场景中使用Texture2D(2D纹理贴图)接受视频流数据，并展示出来；
VLC组件是一款开源的跨平台多媒体播放器及开发框架，在此框架基础上，通过Rtsp实时流传输协议获取指定IP的视频监控实时画面，将获取到的视频流数据逐帧填充至Unity3D中的Texture2D(2D纹理贴图)组件，在三维场景中以平面图方式展现出来。
步骤9：将三维平台内的场景内容模块化，提供基于Unity3D编辑器的二次开发功能。
场景内容模块化，是指通过Unity3D提供的预制体Prefab和Unity3D编辑器插件实现Xml数据加载模块、关系数据库接口模块、实时数据库接口模块、视频监控***接口模块；
基于Unity3D的二次开发功能是指在产品原有基础上，利用上述封装好的功能模块，修改已有功能和增加新功能。
尽管上述对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要实施变化范围在所附的权利要求限定范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (10)
1.一种基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：采集电厂实景数据，包括采用航拍建模、激光雷达点云扫描等方式来获取全厂实景数据；
步骤2：对电厂实景数据进行自动解算，结合设计院图纸和设备模型，使用PhotoScan和3DMax软件搭建电厂三维实景的完整模型；
步骤3：使用Unity3D平台对电厂三维场景进行摆放、渲染，形成可编辑的Unit3D场景；
步骤4：在步骤3中使用基于Unit3D的层级细节优化LOD技术，实现被遮挡则取消渲染、视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型的三维场景渲染性能优化；
步骤5：使用Xml/Json数据存储技术，对设备属性、场景信息进行离线配置；
步骤6：使用基于Socket通信技术实现的实时数据库接口，与电厂SIS/MIS底层数据库通信，实时获取电厂生产管理***数据，在三维平台内展示；
步骤7：使用基于.Net的ADO.NET技术实现关系型数据库接口，与地理位置信息数据库PostGis实现通信，使PostGis数据库接口能够接收标准化的地理位置坐标信息；
步骤8：采用VLC组件技术实现视频监控***接口，实时获取电厂视频监控***画面，并在三维场景中使用2D纹理贴图Texture2D接受视频流数据，并展示出来；
步骤9：将三维平台内的场景内容模块化，提供基于Unity3D编辑器的二次开发功能。
2.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤1中，所采集的电厂实景数据包括不同高度和角度下航拍取得的电厂平面影像、通过激光雷达扫描获取的厂房和设备结构相关的点云数据。
3.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤2中，通过PhotoScan软件对电厂实景数据进行解算，自动生成电厂三维模型；对于上述三维模型中的关键设备及遗漏的室内部分模型，依据电厂设计图纸和设备厂家提供的设备模型、内部结构、参数，通过3DMax软件进行建模。
4.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤3中，使用Unity3D软件导入电厂三维模型，并根据电厂生产部门的功能划分对三维模型的所有子模型进行分类处理，调试三维场景光照、烘培参数，仿照电厂实景设计三维空间内的地形和天空盒，形成待编辑的完整的电厂三维场景。
5.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤4中，视距远则采用粗糙模型、视距近则采用精细模型，其中，视距是指从摄像机到目标物体的距离，视距远是指视距超过1000单位距离，视距近是指视距在1000单位距离以内，粗糙模型是基于Unity3D的LOD(层级细节优化)技术将精细模型的顶点数和面数减少，同时保留模型完整结构的一种模型。
6.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤5中，Xml数据存储技术为本地数据存储方式，设备属性包括设备铭牌信息、设备上的检测测点信息，场景信息包括各生产部门、厂房对应的模型名称、位置坐标信息。
7.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤6中，采用的实时数据库为VeStore实时数据库，该数据库从DCS端获取数据，为电厂SIS/MIS***提供生产管理数据。
8.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤7中，包括MySql、Oracle、SqlServer三种常用关系型数据库的通用数据库接口采用基于.Net的ADO.Net技术来实现；PostGis是基于开源数据库Postgres的地理位置信息数据库，采用的数据接口为Npgsql2.0组件。
9.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤8中，VLC组件是一款开源的跨平台多媒体播放器及开发框架，在此框架基础上，通过Rtsp实时流传输协议获取指定IP的视频监控实时画面，将获取到的视频流数据逐帧填充至Unity3D中的Texture2D(2D纹理贴图)组件，在三维场景中以平面图方式展现出来。
10.根据权利要求1所述的基于Unity3D的电厂三维可视化展示方法，其特征在于：
在步骤9中，场景内容模块化，是指通过Unity3D提供的预制体Prefab和Unity3D编辑器插件实现Xml数据加载模块、关系数据库接口模块、实时数据库接口模块、视频监控***接口模块；
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