CN115828633A - 一种基于Unity3D的配电场景建模方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Unity3D的配电场景建模方法，属于数字模型领域，包括以下步骤：步骤1、将配电场景抽象为层级，在桌面版Unity环境下定义所述层级，创建所需层级的模型，设定功能以及交互界面，生成建模工具；步骤2、将建模工具导出网页版作为成品，将成品部署到服务器；步骤3、用浏览器打开所述成品，在浏览器上进行配电场景建模。采用本发明提出的方案，非专业人员可快速上手，独立完成三维模型的建立；建模不用常规软件建模，而是针对配电应用场景进行抽象，基础模型从建模到数据都在Unity里完成；模型和数据无缝结合，部署方便；模型在网页上呈现，可以更直观更及时更方便地了解现实场景的情况。

Description

一种基于Unity3D的配电场景建模方法

技术领域

本发明属于数字模型领域，尤其涉及建立配电场景的三维数字模型，特别是基于Unity3D的配电场景建模方法。

背景技术

传统配电网一般为二维图元表示，随着三维技术的发展，三维状态展示的配电网，表达清晰易懂，配电网三维化呈现的需求强烈。

Unity3D是由Unity Technologies开发的实时3D互动内容创作和运营平台，让用户轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容。其编辑器运行在Windows和Mac OS X下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL (需要HTML5)和Android等平台，也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。

在智慧园区、智慧电力、智慧校园、智慧消防等领域，需要对现实场景物体进行三维虚拟化，赋予相应状态数据，并动态展示数据，掌握现实场景的状态，及时评估及应对，辅助决策及运维，同时，为了部署和使用方便，还应构建为网页版。考虑到易用性、跨平台性、易维护性、易扩展性，选择Unity3D三维引擎作为实现平台。

在实现中，一般需要三维人员使用3dsmax、maya、creo、blender等专业软件配合建模，后期对接数据在Unity里操作，如中国专利申请201710789488.4《基于Unity动态生成的智能站三维场景仿真***及实现方法》所披露。

这种方法需要大量专业人员配合，流程耗时较长。另外，现有的一些组态工具，有的缺少建模功能，有的缺少模型库支持，有的不能制作动画，有的缺少功能的扩展性，有的使用复杂不易操作。

在使用Unity3 D软件的时候，当使用的三维模型需要优化时，Unity3D软件并没有提供直接的处理方式，解决方案一般是使用者必须自行编写代码，再对三维模型文件进行处理。但是，自行编写代码来整理Unity3D软件中的三维模型需要专业人员，并且会非常的耗费时间，而且需要反复的测试，增加人工和时间成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法，在没有专业的三维建模人员配合的情况下，让非专业人员可以快速上手，方便地建立三维模型。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：一种基于Unity3D的配电场景建模方法，包括以下步骤：

步骤1、将配电场景抽象为层级，在桌面版Unity环境下定义所述层级，创建所需层级的模型，设定功能以及交互界面，生成建模工具；

步骤2、将建模工具导出网页版作为成品，将成品部署到服务器；

步骤3、用浏览器打开所述成品，在浏览器上进行配电场景建模；

所述步骤1具体包括：

步骤1.1、将配电场景抽象为不同层级的模型，级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级；

步骤1.2、建立基础元素级模型，包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素，其原始零点位于中心；单位立方体挂载在一个空节点下，相对坐标为（-0.5,0.5,0.5），相对旋转为（0,0,0）；单位圆柱挂载在一个空节点下，相对坐标为（0,0,1），相对旋转为（90,0,0）；

步骤1.3、高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型，多个低级别模型组成高级别模型；

步骤1.4、所述基础元素挂载一个可序列化的组件；

步骤1.5、设置模型的编辑功能，包括数据编辑和形状编辑，所述数据编辑通过编辑组件中的信息实现，所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小；

所述步骤3包括：

步骤3.1、用浏览器打开所述成品；

步骤3.2、在场景中，选择层级，将次级模型放置到场景中；

步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度；

步骤3.4、调整模型的材质；

步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数；

步骤3.6、重复步骤3.2-3.5，完善场景，保存模型文件。

本发明首先将配电场景抽象为层级，基于桌面版Unity环境构建一个建模工具，工具中包括抽象出的各层定义、基础元素层的模型，并且，借鉴Unity底层逻辑，对建模需要的功能进行实现；将建模工具导出网页版，然后在浏览器上使用该工具进行建模及数据对接。

有益效果：采用本发明提出的方案，非专业人员可快速上手，独立完成三维模型的建立；建模不用常规软件建模，而是针对配电应用场景进行抽象，基础模型从建模到数据都在Unity里完成；模型和数据无缝结合，部署方便；模型在网页上呈现，可以更直观更及时更方便地了解现实场景的情况。

附图说明

图1为在Unity环境下实现建模工具的桌面图，

图2为导出的网页版的成品目录，

图3-图6为各层的建立过程示意图，

图7为在抽屉上配置参数的示意图，

图8为数据显示的示意图。

具体实施方式

传统的建模方式，首先需要三维人员使用3dsmax、maya、creo、blender等专业软件配合建模，后期再对接数据在Unity里操作，模型和数据需分开完成。

单独使用Unity也可以实现配电场景的建模，但其中的模型、材质、界面、业务逻辑等等也都需要专业人员去做。

本发明的关键是根据配电场景的特点，借鉴了一些Unity底层逻辑，仅实现场景需要的内容，辅以云支持，最终形成易用够用的网页版三维组态。

一种基于Unity3D的配电场景建模方法，包括以下步骤：

步骤1、将配电场景抽象为层级，在桌面版Unity环境下定义所述层级，创建所需层级的模型，设定功能以及交互界面，生成建模工具；

步骤2、将建模工具导出网页版作为成品，将成品部署到服务器；

步骤3、用浏览器打开所述成品，在浏览器上进行配电场景建模。

步骤1是在Unity环境下创建建模工具，具体包括：

层级划分及模型创建。

将配电场景抽象为不同层级的模型，级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级。

将配电场景合理地划分层级是本发明的关键之一，划分过细，处理起来烦琐，工作量大，划分过粗，在建模时体现不出细节。

发明人根据多年的实践经验，本实施例中，将配电场景划分为8个层级，由低到高分别为基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级。

基础元素级，顾名思义，为构成高级层级的基本元素，本实施例中，抽象出两个基本元素构建模型，基础元素级模型包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素，两种基础元素的原始零点位于中心，单位立方体挂载在一个空节点下，相对坐标为（-0.5,0.5,0.5），相对旋转为（0,0,0）；单位圆柱挂载在一个空节点下，相对坐标为（0,0,1），相对旋转为（90,0,0）。

上述基础元素，分别建立不同尺寸的模型，如1厘米、1分米、1米三种尺寸，便于在不同层级中应用。

每个基础元素模型上挂载一个可序列化的组件。

可序列化在这里表示：组件中的参数、状态、属性可被保存及传输。

组件信息为：路径、父路径、ID、名字、层级、标签、位置、角度、大小、网格类型（立方体或圆柱体）、材质信息（包括材质名、平铺参数、偏移参数、渲染模式、颜色、金属度、光滑度）、静态数据参数（直接展示）、动态数据参数（通过联网获取并解析）、是否展示数据面板。

数据面板用于展示静态数据和动态数据。静态数据为静态数据参数中的多个静态描述项，是用“；”分割的字符串；动态数据为通过联网获取并解析的数据，如开关实时状态、电压电流数值、功率值等。

高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型，多个低级别模型组成高级别模型：多个基本元素组成部件，多个部件组成抽屉，多个抽屉组成配电柜，多个配电柜组成配电室，多个配电室组成建筑，多个建筑组成园区，多个园区组成区域。

部件级由基础元素组成，如按钮、显示屏、开关等。

抽屉级模型由部件级模型组成，在配电场景中，代表安装有配电设备的机箱。在抽屉级的模型中，有可能包含只有单个基础元素的期间，这种情况下，没有必要单独再创建一个部件级模型，因此，不同于其他层级的模型，基本元素可用在任意层级的模型中，其他层级的模型，只能用于其上一级的模型中。

本实施例中，在步骤1中只建立基础元素的模型，其他层级的模型在生成的建模工具中实现。

建立基础元素模型后，存储为两种格式：xml格式，在网页中使用，图片格式（如png格式），用于模型列表预览。

设置基础元素模型的编辑功能，包括数据编辑和形状编辑，所述数据编辑包括编辑模型的基础元素组件的材质、静态数据参数、动态数据参数、是否展示数据面板，所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小。

基础元素所在位置不同，其具象化的功能也不同，对显示的要求也不同，如开关需要显示位置、显示屏需要显示其中的内容、按钮需要显示状态、把手不需要显示，因此，需要通过数据编辑来确定其是否展示数据面板、数据面板上展示什么内容；另外，其呈现角度、大小会有差别，本实施例中，基础元素设置几个不同尺度的大小，并且可以进行形状编辑，方便使用。

设定功能及交互界面。

Unity平台主要针对的是游戏、汽车、建筑工程、影视动画等全过程开发，工具菜单繁杂，非专业人员很难找到自己需要的工具，实现希望达到的功能。

本实施例，借鉴Unity底层逻辑，对建模需要的功能进行实现，以常见的形式呈现。

建立8个层级，并将各层级置于工具栏，点击每个层级可以显示相应的内容。

建立下拉式菜单，包括新建、文件、视角、便捷、连续、窗口、数据、形状、帮助等，符合一般GUI的习惯，并借助Unity的底层逻辑实现。

另外，在工具栏中还设定快捷方式按钮，常用的功能一键到达。

建模工具的生成过程见图1，图中中间部分为实现的工具，背景为Unity桌面版的界面。可见，生成的建模工具非常简洁。

建模工具创建完成后，进行步骤2，将建模工具导出网页版作为成品，将成品部署到服务器。在导出作品时，导出网页版和.exe文件，方便在不同环境下使用建模工具。

图2为导出的网页版的成品目录，将其整体布局到服务器，index.html为建模工具的访问入口。

以上步骤构建了建模工具，其中包含了配电场景建模所需的各层级的模型，该步骤需要对Unity比较熟悉的专业人员完成，建模工具完成后，由于工具中的功能只是建模需要的基础功能，其中不包括非专业人士不易理解的内容，一般技术人员可借助该工具进行模型设计，不再需要专业人员的辅助。

使用上述建模工具工作时，以网页版为例，包括以下步骤：

步骤3.1、用浏览器打开所述成品；

步骤3.2、在场景中，选择层级，将次级模型放置到场景中；

步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度；

步骤3.4、调整模型的材质；

步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数；

步骤3.6、重复步骤3.2-3.5，完善场景，保存模型文件。

选择层级后，打开次级模型列表，选择模型，放置在原点，然后拖动至目标位置，进行碰撞检查，此时也可以选择基础元素模型。

位置确定后进行编辑。

形状编辑：对选取的模型进行平移、缩放、旋转、克隆、对齐等操作。

数据编辑：配置静态数据参数和动态数据参数；渲染模式选择：是否隐现、镂空、透明；进行材质编辑，选择金属度、材质、颜色等；数据展示选择。

重复上述步骤，直至完成。

模型显示在web网页中，鼠标指向某一模型时，如果允许数据展示，则解析显示静态数据参数、从服务器获取动态数据参数并显示。

建模工具还支持模型级别调整。由于高层级模型只依赖低一级的次级模型和基础元素模型，为了方便各层级跨级使用，本实施例支持模型的级别调整，将模型拖至相应层级的模型框中完成级别调整。

抽屉级模型包括主要功能部件，动态数据主要跟抽屉级模型相关。为了优化配置动态参数的流程，达到配置一个参数即展示多个数据的目的，本实施例中将粒度提升至抽屉级，即仅需在抽屉上配置一个动态参数串即可，为此，将配电场景常用参数数据结构定义为：抽屉名、开关状态、有功功率、无功功率、功率因数、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、AB线电压、BC线电压、CA线电压、频率、零序电压这16类数据，抽屉上配置一个动态参数串，即自动解析出所有16类数据的参数，进而获取数据并推送到数据面板。

经过步骤3完成了配电场景的建模任务。

该步骤完全脱离了Unity，仅在浏览器中使用第二步生成的建模工具，根据场景需要建立三维模型，对接数据。

进入浏览器，打开服务器上的建模工具访问入口，如图3所示。图中，左侧菜单为各层级的按钮，左侧显示的图形为基础层级的元素。

附图给出了各层的建立过程：图3，使用基础元素的立方体制作小面板；图4，制作抽屉；图5，制作配电柜；图6，制作配电室。

制作建立各层级模型时，只使用次级模型和基础层级的元素。

数据对接主要是配置抽屉上配置动态参数串，如图7所示。

将鼠标放置在模型上，可以显示其关联的数据，如图8所示。

建立新模型时，可以使用已经建立的与新场景比较相似的模型作为成品，在已有的模型基础上建模，提高效率。

Claims (9)

1.一种基于Unity3D的配电场景建模方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将配电场景抽象为层级，在桌面版Unity环境下定义所述层级，创建所需层级的模型，设定功能以及交互界面，生成建模工具；

步骤2、将建模工具导出网页版作为成品，将成品部署到服务器；

步骤3、用浏览器打开所述成品，在浏览器上进行配电场景建模；

所述步骤1具体包括：

步骤1.1、将配电场景抽象为不同层级的模型，级别由低到高依次包括基础元素级、部件级、抽屉级、配电柜级、配电室级、建筑级、园区级和区域级；

步骤1.2、建立基础元素级模型，包括单位立方体和单位圆柱两种基础元素，其原始零点位于中心；单位立方体挂载在一个空节点下，相对坐标为（-0.5,0.5,0.5），相对旋转为（0,0,0）；单位圆柱挂载在一个空节点下，相对坐标为（0,0,1），相对旋转为（90,0,0）；

步骤1.3、高级别的模型仅依赖于次级模型和基础元素级模型，多个低级别模型组成高级别模型；

步骤1.4、所述基础元素挂载一个可序列化的组件；

步骤1.5、设置模型的编辑功能，包括数据编辑和形状编辑，所述数据编辑通过编辑组件中的信息实现，所述形状编辑包括编辑模型整体的位置、角度、大小；

所述步骤3包括：

步骤3.1、用浏览器打开所述成品；

步骤3.2、在场景中，选择层级，将次级模型放置到场景中；

步骤3.3、调整模型的大小、位置和角度；

步骤3.4、调整模型的材质；

步骤3.5、配置静态数据参数和动态数据参数；

步骤3.6、重复步骤3.2-3.5，完善场景，保存模型文件。

2.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，所述基本元素可用于任意级别。

3.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，所述步骤1.2建立的基础元素模型存储为xml格式，同时存储为图片格式，用于模型列表预览。

4.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，所述步骤2中，还导出.exe文件。

5.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，步骤1.4中所述组件的信息包括：路径、父路径、ID、名字、层级、标签、位置、角度、大小、网格类型、材质信息、静态数据参数、动态数据参数、是否在数据面板展示；

所述网格类型为立方体或圆柱体。

6.根据权利要求5所述的配电场景建模方法，其特征在于，所述数据编辑包括编辑模型的材质、静态数据参数、动态数据参数、是否展示数据面板。

7.根据权利要求6所述的配电场景建模方法，其特征在于，所述数据面板中展示的数据包括静态数据和动态数据，所述静态数据为静态数据参数中的多个静态描述项，所述动态数据为通过联网获取并解析的数据。

8.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，将配电场景常用参数数据结构定义为：抽屉名、开关状态、有功功率、无功功率、功率因数、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、AB线电压、BC线电压、CA线电压、频率和零序电压，抽屉模型上配置上述动态数据参数。

9.根据权利要求1所述的配电场景建模方法，其特征在于，步骤3中，打开已生成的模型。

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