林火衛星地面監控站三維培訓系統的製作方法
2023-06-01 15:56:11 1
本發明涉及林火衛星地面監控站三維培訓系統，屬於三維培訓系統技術領域。
背景技術：
林火衛星地面監控站持續不斷的接收由衛星傳送來的信號，所得數據需要進行影像數據格式轉換、數據存儲、火點提取、虛假火點排除、真實火點確認、火點信息推送等一系列複雜且專業的操作。因此，接收站工作人員除了必須具備紮實的理論知識，更應掌握較高的實踐操作技能。因此，加強操作人員實踐培訓成為必然選擇。
地面接收設備投入資金巨大，易損壞，維修困難，培訓時無法供學員隨意使用。這使得培訓工作陷入困境。若採用傳統的文字描述或視頻講解，「紙上談兵」式培訓很難使學員高效掌握相關知識及操作。且傳統的培訓方式耗費時間長，效率低，過程枯燥。因此如何高效直觀、低成本的達到培訓效果是當前衛星地面監控站操作培訓面臨的一個重大問題
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的缺陷和不足，提供一種結構簡單，設計合理、使用方便的林火衛星地面監控站三維培訓系統。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：它包含系統模型庫的建立、粒子模型的設計與製作、動畫設計與製作和整體實現；所述系統模型庫的建立包含計算機軟體模塊、物理模型模塊、靜態場景模塊、半動態場景模塊；所述粒子模型的設計與製作包含粒子模塊、接近現實的粒子模塊、有生命力的粒子模塊；所述動畫設計與製作包含角色庫、骨骼動畫模塊；所述計算機軟體模塊分別與粒子模塊和角色庫連接；所述角色庫通過導入系統與骨骼動畫模塊連接；所述計算機軟體模塊與物理模型模塊相互配合；所述物理模型模塊通過軟體結合生成靜態場景模塊；靜態場景模塊通過程式語言的設計結合有生命力的粒子模塊組成半動態場景模塊；所述粒子模塊通過調節粒子基本性質生成接近現實的粒子模塊，在動畫效果的作用下，所述接近現實的粒子模塊轉換為有生命力的粒子模塊；在角色庫與半動態場景模塊的作用下生成林火衛星地面監控站三維培訓系統。
作為優選，所述系統模型庫的建立中涉及三個場景，分別是火點外部觀測場景、衛星繞地運行場景、數據接收及處理場景；為方便管理、調用、維護，模型庫分為三個子模型庫，根據場景模擬的需要，將模型入庫；所述子模型的設計製作主要利用3dsmax的建模功能，從三維立體入手，按照實際比例和系統功能需求，建立基礎模型。為使模型貼近實物，貼圖多選擇實物拍照，再經photoshop處理得到滿足貼圖要求的圖片；並結合vray渲染器，加強模型視覺效果；最後得到符合系統功能需求的模型。
作為優選，所述粒子模型的設計與製作中粒子模型的具體步驟為：
a、根據粒子實體對象的運動特徵，設置初始粒子形態，包括粒子持續時間(duration)、粒子初始延遲(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增係數(gravitymultiplier)、粒子速度繼承(inheritvelocity)、粒子最大數目(maxparticles)。
b、根據生命周期判斷粒子是否過期，並使過期粒子消亡，
livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration
其中livetime指粒子當前已存活時間，startlifetime(p)指某一粒子p當前所處時間——其中參數p指粒子屬性數據，可根據參數，在生命周期函數中計算粒子當前「年齡」；
c、利用計算機記錄粒子發射與消亡數據計算現存粒子數，並與最大粒子數目對比，若達到最大粒子數，則暫停發射，一旦現存粒子數達到最低值，則重新啟動發射功能；
d、利用粒子生命函數及生命周期中粒子顏色和透明度變化曲線賦予不同生命期粒子顏色，達到顏色漸變效果。
作為優選，所述粒子模型的設計與製作中設有火焰粒子，火焰在林火衛星地面接收站三維培訓系統中意義重大，是火點外部觀測場景的核心；為精確模擬不同林火階段火焰效果，將火焰粒子模型分成三個部分：林火初始火點階段、林火蔓延火場階段、林火撲滅火星階段；
作為優選，所述動畫設計與製作中人物運動則需要相應的人物模型和骨骼動畫一致，即通過骨骼動畫影響人物肌理。
人物動畫實現的流程為：創建avatar→配置avatar→肌肉設定→維護動畫→編輯語言控制角色動畫→創建角色。
作為優選，所述整體實現中包含接收站工作原理展示、界面製作、場景切換、相機調用；所述接收站工作原理是：衛星在運行過程中，利用遙感技術，不斷獲取地面信息，當衛星駛過接收站上空時，接收站開始接受影像數據，並通過光纜傳輸到達控制臺，最後，通過網絡傳送到各級森防部門。所述場景切換是實現火點外部觀測場景、衛星繞地運行場景以及數據接收及處理場景連貫性表達的關鍵，它的核心在於通過三個場景的實時切換達到記錄起火過程、描述事件流程，詳述接收站操作步驟等目的，需通過代碼實現；並結合界面設計達到交互性和自動性。
所述相機調用通過以下兩種方式實現：
701、切換相機：此時需在場景中創建多個相機，並為各相機指定固定追蹤物體。根據不同情形下所要著重表現的物體的不同，實時選擇場景主相機。
702、更改目標：此時場景中僅有一個相機並設置為主相機，當需著重描述某一動作或模型時，切換相機當前目標，即將該事務設置為相機目標物，達到相機調用的目的。
採用上述結構後，本發明有益效果為：本發明所述的林火衛星地面監控站三維培訓系統，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重複演示等優良性能；讓培訓過程更易被接受，同時讓學員能沉浸其中，在虛擬場景中體驗真實的操作過程，極大降低了缺乏實訓設備的影響。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明的設計流程圖；
圖2是本發明中接受站工作原理圖；
圖3是本發明中粒子系統層次結構圖；
附圖標記說明：
系統模型庫的建立001、粒子模型的設計與製作002、動畫設計與製作003、整體實現004、算機軟體模塊1、物理模型模塊2、靜態場景模塊3、半動態場景模塊4、粒子模塊5、接近現實的粒子模塊6、有生命力的粒子模塊7、角色庫8、骨骼動畫模塊9。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
參看如圖1-圖3所示，它包含系統模型庫的建立001、粒子模型的設計與製作002、動畫設計與製作003和整體實現004；所述系統模型庫的建立001包含計算機軟體模塊1、物理模型模塊2、靜態場景模塊3、半動態場景模塊4；所述粒子模型的設計與製作002包含粒子模塊5、接近現實的粒子模塊6、有生命力的粒子模塊7；所述動畫設計與製作003包含角色庫8、骨骼動畫模塊9；所述計算機軟體模塊1分別與粒子模塊5和角色庫8連接；所述角色庫8通過導入系統與骨骼動畫模塊9連接；所述計算機軟體模塊1與物理模型模塊2相互配合；所述物理模型模塊2通過軟體結合生成靜態場景模塊3；靜態場景模塊3通過程式語言的設計結合有生命力的粒子模塊7組成半動態場景模塊4；所述粒子模塊5通過調節粒子基本性質生成接近現實的粒子模塊6，在動畫效果的作用下，所述接近現實的粒子模塊6轉換為有生命力的粒子模塊7；在角色庫8與半動態場景模塊4的作用下生成林火衛星地面監控站三維培訓系統001。
其中，所述系統模型庫的建立001中涉及三個場景，分別是火點外部觀測場景、衛星繞地運行場景、數據接收及處理場景；為方便管理、調用、維護，模型庫分為三個子模型庫，根據場景模擬的需要，將模型入庫；所述子模型的設計製作主要利用3dsmax的建模功能，從三維立體入手，按照實際比例和系統功能需求，建立基礎模型。為使模型貼近實物，貼圖多選擇實物拍照，再經photoshop處理得到滿足貼圖要求的圖片；並結合vray渲染器，加強模型視覺效果；最後得到符合系統功能需求的模型。
所述粒子模型的設計與製作002中粒子模型的具體步驟為：
a、根據粒子實體對象的運動特徵，設置初始粒子形態，包括粒子持續時間(duration)、粒子初始延遲(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增係數(gravitymultiplier)、粒子速度繼承(inheritvelocity)、粒子最大數目(maxparticles)。
b、根據生命周期判斷粒子是否過期，並使過期粒子消亡，
livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration
其中livetime指粒子當前已存活時間，startlifetime(p)指某一粒子p當前所處時間——其中參數p指粒子屬性數據，可根據參數，在生命周期函數中計算粒子當前「年齡」；
c、利用計算機記錄粒子發射與消亡數據計算現存粒子數，並與最大粒子數目對比，若達到最大粒子數，則暫停發射，一旦現存粒子數達到最低值，則重新啟動發射功能；
d、利用粒子生命函數及生命周期中粒子顏色和透明度變化曲線賦予不同生命期粒子顏色，達到顏色漸變效果。
其中粒子顏色變化需要在初始顏色和消亡顏色之間線性插值。在計算機中顏色通常由紅(r)、綠(g)、藍(b)三原色構成，三者的值均為0至255。當r、g、b的值都為0時呈現黑色，當其都為255時呈現白色。
所述粒子模型的設計與製作002中設有火焰粒子，火焰在林火衛星地面接收站三維培訓系統中意義重大，是火點外部觀測場景的核心；為精確模擬不同林火階段火焰效果，將火焰粒子模型分成三個部分：林火初始火點階段、林火蔓延火場階段、林火撲滅火星階段；
(201)林火初始火點階段：在該階段火勢較小，波及範圍不大，難以發現，故對粒子系統屬性設置時生命周期應較短，火焰顏色較淺，煙霧不大；
(202)林火蔓延火場階段：該階段林火已經蔓延，火勢兇猛，波及範圍大，難控制，故此時粒子系統生命周期長，初始速度大，粒子最大數目大，火焰顏色較深，並伴隨有濃濃的黑煙；
(203)林火撲滅火星階段：該階段火勢已得到控制，火逐漸變小，但濃煙並未完全消散，故此時粒子系統應同時包含火焰和煙霧。
所述動畫設計與製作003中人物運動則需要相應的人物模型和骨骼動畫一致，即通過骨骼動畫影響人物肌理；在unity3d中主要使用mecanim通過重定向提高角色動畫的重要性；可通過使用動態狀態機來處理動畫之間的過渡及動畫之間的邏輯；animator組件負責把動畫分配給gameobject；主要包含animatorcontroller和avatar兩個關鍵元素。其中當gameobject是人形角色時，才定義avatar。
人物動畫實現的流程為：創建avatar→配置avatar→肌肉設定→維護動畫→編輯語言控制角色動畫→創建角色。
所述整體實現004中包含接收站工作原理展示、界面製作、場景切換、相機調用；所述接收站工作原理是：衛星在運行過程中，利用遙感技術，不斷獲取地面信息，當衛星駛過接收站上空時，接收站開始接受影像數據，並通過光纜傳輸到達控制臺。初始的影像數據是加密的，具有獨特格式的文件，經過控制臺解碼伺服器的解密，將其轉變為能被識別的遙感影像文件。隨後對這些影像文件進一步數位化，以便後繼的火點提取、虛假火點排除操作。最後，通過網絡傳送到各級森防部門(圖2)。所述場景切換是實現火點外部觀測場景、衛星繞地運行場景以及數據接收及處理場景連貫性表達的關鍵，它的核心在於通過三個場景的實時切換達到記錄起火過程、描述事件流程，詳述接收站操作步驟等目的，需通過代碼實現；並結合界面設計達到交互性和自動性。
其中交互性指用戶通過界面操作實現場景切換，滿足了用戶在不同目的下的不同場景需求。
自動性指在整個事件流程播放的過程中，通過計算機內部計時，在不同時間實現場景切換，保證系統的連貫性。
本具體實施方式所述的林火衛星地面監控站三維培訓系統，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重複演示等優良性能；讓培訓過程更易被接受，同時讓學員能沉浸其中，在虛擬場景中體驗真實的操作過程，極大降低了缺乏實訓設備的影響。
以上所述，僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。