CN109978950B - 一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，通过读取具有位置信息与外形尺寸信息的海上油田设施属性表，以及目标船只的当前位置与运动数据，计算海上油田设施与目标船只距离，选取距目标船只最近海上油田设施，分析该设施和目标船只两者之间相对位置关系，结合当前视点的位置信息，判断该海上油田设施所处位置是否遮挡对目标船只的观察，利用判断结果、目标船只与油田设施的相对位置和目标船只的航向航速信息，实时动态计算视点的方位信息，以达到最佳观察效果。本发明可通过用户设定海上油田设施信息，在不同海上油田的安防三维虚拟显示中进行应用，具有使用方便，应用简单，效果明显的特点。

Description

一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法
技术领域
本发明涉及海上油田安防三维虚拟显示的技术领域，特别是指一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法。
背景技术
随着图形处理技术、计算机硬件技术的快速发展，具有表现内容丰富、画面立体感强、画质清晰等特征的三维虚拟显示技术，已广泛用于广告演示、室内外装饰、仿真设计等领域。
由于大多数三维虚拟显示软件中视点控制方法都应用于特定的场景下使用，针对预置好的运动物体的轨迹和观察者的视角进行显示，而且不能根据实时探测数据，在虚拟现实的环境下驱动实体模型运动。
目前，海上油田安防产品市场，也缺乏专业的三维虚拟显示软件和相关应用于海上油田安防的视点控制方法，用于实时监控观察目标船只的运行状态，以及目标船只与重要的油田设施位置之间的态势，导致在没有人为操作的前提下，视点无法自动调整，目标船只与海上油田设施观测不完整，关键信息显示不完全，没有发挥出三维虚拟显示的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，为了解决现有技术中海上油田安防的视点不能实时监测目标船只的运行状态，视点无法自动调整的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1、读取海上油田设施属性表中各设施的位置信息与外形尺寸信息，以及目标船只当前运动信息；
步骤2、分别计算目标船只与每个海上油田设施的间距，选取间距最近的设施作为潜在遮挡物进行分析；
步骤3、根据潜在遮挡物、目标船只与当前视点的位置坐标，判断三者间位置关系并采取不同操作如下：
若目标船只与潜在遮挡物的间距小于等于潜在遮挡物长度的一倍时，降低视点观察高度，使视点与目标船只保持水平，进入步骤4；
若目标船只与潜在遮挡物的间距大于潜在遮挡物长度的一倍，且大于目标船只与视点间距时，保持原有视点位置，进入步骤5；
若目标船只与潜在遮挡物的间距大于潜在遮挡物长度的一倍，且小于或等于目标船只与视点间距时，对视点进行规避操作，调整视点位置与观察姿态，进入步骤4；
步骤4、判断视点是否避开潜在遮挡物，若已避开，进入步骤5，若未避开，返回步骤3；
步骤5、根据步骤3和步骤4处理结果结合目标船只运动数据，随目标船只运动信息实时更新视点位置。
其中，步骤1中，所述海上油田设施属性表中存放所述海上油田安防区域的每个设施的名称、检索序号、几何中心位置坐标、长度、宽度和高度。
优选地，步骤3中，所述对视点进行规避操作具体为：根据海上油田设施的位置信息与几何信息，以及目标船只的位置信息，计算观察盲区角度区间，建立以目标船只坐标为圆心，视点与目标船只间距为半径的圆形运动轨迹模型，利用已计算出的盲区角度区间与圆形运动轨迹模型，均匀调整视点的位置使之移除盲区角度区间，完成规避操作。
其中，步骤4中，所述判断视点是否避开潜在遮挡物的方法具体为：计算目标船只几何中心与潜在遮挡物长度两端间夹角所在目标船只的方位角区间；计算视点与目标船只方位方位角，判断视点的方位角是否在潜在遮挡物所处方位角区间，若是则未避开，若否，则已经避开。
优选地，步骤5中，所述实时更新视点位置方法具体为：在每一个三维虚拟显示帧图像中，根据目标船只坐标变化，实时计算更新视点坐标，以确保每一个帧图像中视点相对目标船只位置保持不变。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供了一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，通过读取具有位置信息与外形尺寸信息的海上油田设施属性表，以及目标船只的当前位置与运动数据，计算海上油田设施与目标船只距离，选取距目标船只最近海上油田设施，分析该设施和目标船只两者之间相对位置关系，结合当前视点的位置信息，判断该海上油田设施所处位置是否遮挡对目标船只的观察，利用判断结果、目标船只与油田设施的相对位置和目标船只的航向航速信息，实时动态计算视点的方位信息，以达到最佳观察效果。应用本发明实施例提供的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，在无人为操作的情况下，自动判断海上油田设置、目标船只以及视点三者位置关系，并根据判断结果对视点观察位置及姿态进行实时调整，以实现完整观察的目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法流程图；
图2是本发明实施例提供的观察对象被物体遮挡示意图；
图3是本发明实施例提供的旋转避让示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参照附图1，本发明实施例提供了一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，包括如下步骤：
步骤1、读取海上油田设施属性表中各设施的位置信息与外形尺寸信息，以及目标船只当前运动信息；
步骤2、分别计算目标船只与每个海上油田设施的间距，选取间距最近的设施作为“潜在遮挡物”进行分析；
步骤3、根据“潜在遮挡物”、目标船只与当前视点的位置坐标，判断三者间位置关系并采取不同操作，
若目标船只与“潜在遮挡物”的间距小于等于“潜在遮挡物”长度的一倍时，降低视点观察高度，使之与目标船只保持水平，执行步骤4；
若目标船只与“潜在遮挡物”的间距大于“潜在遮挡物”长度的一倍，且大于目标船只与视点间距时，保持原有视点位置，执行步骤5；
若目标船只与“潜在遮挡物”的间距大于“潜在遮挡物”长度的一倍，且小于或等于目标船只与视点间距时，对视点进行规避操作调整视点位置与观察姿态，执行步骤4；
步骤4、判断视点是否避开“潜在遮挡物”，若已避开执行步骤5，若未避开执行步骤3；
步骤5、根据步骤3和步骤4处理结果结合目标船只运动数据，随目标船只运动信息实时更新视点位置。
本发明实施例中，海上油田设施属性表中存放该海上油田安防区域的每个设施的名称、检索序号、几何中心位置坐标、长度、宽度和高度。如附表1所示。
表1
Figure GSB0000201114310000041
本发明实施例中，步骤4中，判断视点是否避开“潜在遮挡物”方法具体为：计算目标船只几何中心与“潜在遮挡物”长度两端间夹角所在目标船只的方位角区间；计算视点与目标船只方位方位角，判断视点的方位角是否在“潜在遮挡物”所处方位角区间，若是则未避开，若否则避开。
参见图2为观察对象被物体遮挡示意图。图中A为观测点坐标为(xa，ya，za)、(ha，pa，ra)，观测视角为α，B点为观察目标中的遮挡物，坐标为(xb，yb，zb)，高度为h，宽度为w，C点为被观察目标，坐标为(xc，yc，zc)。
计算观察点与被观察目标距离：
Figure GSB0000201114310000042
由公式1可知，若“潜在遮挡物”与观察点距离大于L则可判断其对被观察对象不构成影响，反之继续下步判断。
观察点观察方向为ha，观察点与遮挡物方位：
Figure GSB0000201114310000043
可观察目标遮挡物的最高高度：
Figure GSB0000201114310000044
由公式2、公式3可知，如果
Figure GSB0000201114310000051
则可以判断该物体为遮挡物，须采取规避操作。
本发明实施例中，步骤3中，对视点进行规避操作具体为：根据海上油田设施的位置信息与几何信息，以及目标船只的位置信息，计算观察盲区角度区间，建立以目标船只坐标为圆心，视点与目标船只间距为半径的圆形运动轨迹模型，利用已计算出的盲区角度区间与圆形运动轨迹模型，均匀调整视点的位置使之移除盲区角度区间，以达到规避操作的目的。
参见图3为旋转避让示意图。图中A圈表示遮挡物所在圆，B圈为观察点所在圆。遮挡物在圆A中所占角度即为观测点移动角度。
遮挡物与被观察目标距离：
Figure GSB0000201114310000052
由公式4可计算β值为：
Figure GSB0000201114310000053
从原观察点移动到新观察点后，利用公式1、5计算新坐标为：
xnew＝L×sinβ+xa (6)
ynew＝L×cosβ+ya (7)
hnew＝ha+β (8)
利用公式6-8可以得出新坐标为：(xnew，ynew，za)、(hnew，pa，ra)。
原观察点由于遮挡物阻隔，无法对目标进行观察，通过计算更新观察点坐标到新观察点，以便完整观察目标。
本发明实施例中，步骤5中，实时更新视点位置方法具体为：在每一个三维虚拟显示帧图像中，根据目标船只坐标变化，实时计算更新视点坐标，以确保每一个帧图像中视点相对目标船只位置保持不变。
已知同一时刻视点坐标(xview，yview，zview)，目标船只坐标(xship，yship，zship)，则以目标船只为坐标原点，视点与目标船只相对坐标为(δx，δy，δz)：
Figure GSB0000201114310000054
根据更新时刻船只坐标(xshipnew，yshipnew，zshipnew)以及视点与目标船只相对坐标(δx，δy，δz)，则有更新时刻视点坐标为：
Figure GSB0000201114310000061
本发明实施例提供了一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，通过读取具有位置信息与外形尺寸信息的海上油田设施属性表，以及目标船只的当前位置与运动数据，计算海上油田设施与目标船只距离，选取距目标船只最近海上油田设施，分析该设施和目标船只两者之间相对位置关系，结合当前视点的位置信息，判断该海上油田设施所处位置是否遮挡对目标船只的观察，利用判断结果、目标船只与油田设施的相对位置和目标船只的航向航速信息，实时动态计算视点的方位信息，以达到最佳观察效果。应用本发明实施例提供的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，在无人为操作的情况下，自动判断海上油田设置、目标船只以及视点三者位置关系，并根据判断结果对视点观察位置及姿态进行实时调整，以实现完整观察的目的。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、读取海上油田设施属性表中各设施的位置信息与外形尺寸信息，以及目标船只当前运动信息；
步骤2、分别计算目标船只与每个海上油田设施的间距，选取间距最近的设施作为潜在遮挡物进行分析；
步骤3、根据潜在遮挡物、目标船只与当前视点的位置坐标，判断三者间位置关系并采取不同操作如下：
若目标船只与潜在遮挡物的间距小于等于潜在遮挡物长度的一倍时，降低视点观察高度，使视点与目标船只保持水平，进入步骤4；
若目标船只与潜在遮挡物的间距大于潜在遮挡物长度的一倍，且大于目标船只与视点间距时，保持原有视点位置，进入步骤5；
若目标船只与潜在遮挡物的间距大于潜在遮挡物长度的一倍，且小于或等于目标船只与视点间距时，对视点进行规避操作，调整视点位置与观察姿态，进入步骤4；
步骤4、判断视点是否避开潜在遮挡物，若已避开，进入步骤5，若未避开，返回步骤3；
步骤5、根据步骤3和步骤4处理结果结合目标船只运动数据，随目标船只运动信息实时更新视点位置。
2.根据权利要求1所述的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，其特征在于，步骤1中，所述海上油田设施属性表中存放所述海上油田安防区域的每个设施的名称、检索序号、几何中心位置坐标、长度、宽度和高度。
3.根据权利要求2所述的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，其特征在于，步骤3中，所述对视点进行规避操作具体为：根据海上油田设施的位置信息与几何信息，以及目标船只的位置信息，计算观察盲区角度区间，建立以目标船只坐标为圆心，视点与目标船只间距为半径的圆形运动轨迹模型，利用已计算出的盲区角度区间与圆形运动轨迹模型，均匀调整视点的位置使之移除盲区角度区间，完成规避操作。
4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，其特征在于，步骤4中，所述判断视点是否避开潜在遮挡物的方法具体为：计算目标船只几何中心与潜在遮挡物长度两端间夹角所在目标船只的方位角区间；计算视点与目标船只方位方位角，判断视点的方位角是否在潜在遮挡物所处方位角区间，若是则未避开，若否，则已经避开。
5.根据权利要求4所述的应用于海上油田安防三维虚拟显示的视点控制方法，其特征在于，步骤5中，所述实时更新视点位置方法具体为：在每一个三维虚拟显示帧图像中，根据目标船只坐标变化，实时计算更新视点坐标，以确保每一个帧图像中视点相对目标船只位置保持不变。
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