一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法和系统

摘要

本发明涉及一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法和系统。所述方法包括：步骤1，确定三维场景中的用户模型和目标模型的坐标信息；步骤2，根据所述坐标信息和所述三维场景中的环境模型确定所述用户模型至所述目标模型的路径线，其中，所述环境模型为所述三维场景中表征场景环境的静态模型；步骤3，根据所述路径线生成所述路径模型，所述路径模型引导所述用户模型向所述目标模型移动。本发明的技术方案可在三维模拟场景中，实现用户模型与目标模型之间最优导航路径的规划，改善导航路径模型的显示效果，提高用户操作满意度。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体涉及一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法和系统。

背景技术

目前，在三维仿真环境中，需要进行用户模型至目标模型的路径导航时，通常是采用和在二维平面上一样的方向指引线或指引条指示，指引条的方向向量为用户模型和目标模型正方向的夹角向量，指引条作为路径导航模型，其形式通常是固定的，只是指引方向会随用户模型移动而调整。但是，在三维仿真环境中，如果用户模型根据现有的指引条方式移动，以期产生连续的路径，一方面，当仿真环境中的障碍物模型数量较多时，指引条的指引效果将被大幅削弱，目标模型可能会由于经常碰到障碍物模型而无法移动；另一方面，由于三维模型具有一定的高度，用户模型和目标模型之间可能具有一定的高度差，地形也可能不是平坦的，这样将会出现指引条穿插进地面或其他环境模型内部的情况，造成不好的视觉效果，影响用户行进与路径导航。

发明内容

为了在三维模拟场景中，实现用户模型与目标模型之间最优导航路径的规划，改善导航路径模型的显示效果，提高用户操作满意度，本发明提供一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法和系统。

一方面，本发明提供了一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法，该方法包括：

步骤1，确定三维场景中的用户模型和目标模型的坐标信息；

步骤2，根据所述坐标信息和所述三维场景中的环境模型确定所述用户模型至所述目标模型的路径线，其中，所述环境模型为所述三维场景中表征场景环境的静态模型；

步骤3，根据所述路径线生成所述路径模型，所述路径模型引导所述用户模型向所述目标模型移动。

另一方面，本发明提供了一种安全生产VR实训导航路径动态规划系统，该系统包括：

坐标确定模块，用于确定三维场景中的用户模型和目标模型的坐标信息；

路径线确定模块，用于根据所述坐标信息和所述三维场景中的环境模型确定所述用户模型至所述目标模型的路径线，其中，所述环境模型为所述三维场景中表征场景环境的静态模型；

路径模型生成模块，用于根据所述路径线生成所述路径模型，所述路径模型引导所述用户模型向所述目标模型移动。

本发明提供的安全生产VR实训导航路径动态规划方法和系统的有益效果是，在三维场景中，表征场景环境的模型多为静态模型，如果场景中的用户模型希望以最优路径移动到目标模型，例如场景中任意一个可选点或目标处，用户模型的可移动范围通常是固定的，即不能随意穿越环境模型。相应地，对用户模型进行引导的路径模型也需要尽量避开环境模型。在确定了用户模型和目标模型的坐标信息后，结合场景中的环境模型确定避开所有障碍物的路径线。由于坐标信息包含三维信息，故路径线可根据实际情况表示为在三维场景中连续变化的折线，根据路径线生成的路径模型也可以在三维场景中完整显示，使用户模型可以更明确地根据路径模型移动至目标模型，减少例如障碍物等环境模型对用户模型移动的影响。实现三维场景中用户模型与目标模型之间最优导航路径的规划，改善导航路径模型的显示效果，提高用户操作满意度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的一种三维场景中导航路径的示意图；

图3为本发明实施例的一种安全生产VR实训导航路径动态规划系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的一种安全生产VR实训导航路径动态规划方法包括：

步骤1，确定三维场景中的用户模型和目标模型的坐标信息。

步骤2，根据所述坐标信息和所述三维场景中的环境模型确定所述用户模型至所述目标模型的路径线，其中，所述环境模型为所述三维场景中表征场景环境的静态模型。

步骤3，根据所述路径线生成所述路径模型，所述路径模型引导所述用户模型向所述目标模型移动。

在本实施例中，在三维场景中，表征场景环境的模型多为静态模型，如果场景中的用户模型希望以最优路径移动到目标模型，例如场景中任意一个可选点或目标处，用户模型的可移动范围通常是固定的，即不能随意穿越环境模型。相应地，对用户模型进行引导的路径模型也需要尽量避开环境模型。在确定了用户模型和目标模型的坐标信息后，结合场景中的环境模型确定避开所有障碍物的路径线。由于坐标信息包含三维信息，故路径线可根据实际情况表示为在三维场景中连续变化的折线，根据路径线生成的路径模型也可以在三维场景中完整显示，使用户模型可以更明确地根据路径模型移动至目标模型，减少例如障碍物等环境模型对用户模型移动的影响。实现三维场景中用户模型与目标模型之间最优导航路径的规划，改善导航路径模型的显示效果，提高用户操作满意度。

优选地，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，根据所述坐标信息和所述三维场景中的所述环境模型，采用NAV导航网格技术确定所述用户模型的可移动范围，并根据所述可移动范围生成包括多个通过一条公共边相互连接的多边形的可移动网格，其中，连接任意两个所述多边形的所述公共边的端点为拐点。

步骤2.2，根据所有所述拐点的信息，采用最优网格路径算法确定所述路径线，其中，当所述路径线不是直线时，所述路径线经过至少一个所述拐点。

采用NAV导航网格技术可以在三维场景中确定环境模型的不可移动区域，以及用户模型的可移动区域，并将可移动区域生成可移动网格，网格包括多个通过一条公共边相互连接的多边形，例如当将可移动网格划分为4个不规则四边形时，每两个四边形都是通过一条公共边连接，此时，此条公共边的两个端点称之为拐点。目标模型由于可以是一个点，故可较轻松确定其坐标信息，用户模型由于通常是一个三维模型，可以确定其立体中心点，或者在三维场景底面的垂直投射平面中心点坐标作为用户模型坐标。由于NAV导航网格技术适用于三维场景，各拐点的信息也包括相应的三维坐标信息、法线信息、纹理坐标信息和三角形序列信息等。如果根据三维场景实际情况，各拐点不在一个平面上，带有拐点的路径线也可以是在三维场景中的折线，这样生成的最终路径模型将不会出现受模型间高度差影响而穿越其他模型的显示效果，提高了用户的操作体验感。

以用户模型的中心点坐标作为路径线起点坐标，目标模型的中心点坐标作为终点坐标，采用A-Star算法或拐角点算法或其他最优网格路径算法可以在可移动网格中确定起点至终点的最优路径线。以拐角点算法为例，路径线如果发生转折，则转折点是可移动网格中的至少一个拐点。也就是说，如果路径线是从起点至终点仅经过一次转折的折线，则此转折点为网格中的拐点之一，此折线为用户模型移动至目标模型的最优路线之一。

优选地，所述步骤3具体包括：

步骤3.1，以所述路径线为中心线，沿所述路径线的方向在所述路径线两侧预定距离处分别绘制一条边界线。

步骤3.2，在两条所述边界线之间填充指示性纹理，生成用于在所述用户模型和所述目标模型之间进行导航指示的所述路径模型。

在确定了路径线后，以路径线为中心线，在其两侧沿着路径线的方向分别等距绘制一条边界线，两条边界线在用户模型和目标模型之间围城一个条状区域，此区域的宽度，也就是两条边界线之间的距离，大于或等于目标模型的宽度，这样在目标模型沿此区域移动时，不会进入不可移动区域，也就是不和障碍物或其他环境模型相碰。在此条状区域内填充例如指示性箭头的纹理，生成路径模型。这样的路径模型更为直观，使用户模型更容易沿路径模型向目标模型移动。

优选地，当所述路径线经过至少一个所述拐点时，所述步骤3.1具体包括：

步骤3.1.1，确定所述拐点两侧的各一个邻近点，其中，所述邻近点为所述路径线上的起点、终点或拐点。

步骤3.1.2，确定经过所述拐点的两个所述邻近点连线的垂线。

步骤3.1.3，沿所述路径线的方向在所述路径线两侧预定距离处分别绘制一条边界线，两条所述边界线分别以与所述垂线的交点为转折点随所述路径线转折。

如果路径线起点和终点之间没有任何障碍物，则路径线为直线，但是如果之间有障碍物，即不可移动区域，则需要形成一条起点至终点的折线，转折点即为可移动网格中的拐点之一。为了保证拐点处的两条边界线转折幅度一致，转折后的条状区域的宽度不变，首先确定路径线上与该拐点相邻的前后各一个邻近点，邻近点为起点、终点和拐点这样的线段起始点，将此两邻近点连接获得连线，此连线和拐点两侧发生转折的两段路径线形成一个三角形，在连线上确定此拐点的垂线，也就是以此拐点为顶点的三角形的高，由于此垂线为直线，两条边界线在沿路径线方向延伸时，会与此垂线相交，将两条边界线与此垂线的交点分别作为边界线的转折点，使边界线在经过此转折点后继续沿转折之后的路径线方向延伸，获得折线形的条状区域。

优选地，所述方法还包括：

步骤4，当所述用户模型沿所述路径模型移动时，清除所述路径模型中与所述用户模型的已移动路径重合的部分。

在生成路径模型后，用户模型可沿路径模型移动。如果用户模型已随路径模型移动一段距离，例如原始路径模型的路径长5米，而用户模型已沿路径线的前2米完成了移动，则和此2米路径线对应的路径模型将被清除，只显示和剩余3米路径线对应的路径模型。这样相当于在动态显示路径模型，使用户模型知晓已移动一段距离，提高模型移动效率与用户操作体验感。

如图2所示，在三维场景中，左侧模型为用户模型，中间模型为障碍物模型，也就是环境模型，右侧标定点可视为目标模型。当点选右侧标定点后，首先确定左侧用户模型和右侧目标模型的坐标信息，然后在考虑中间障碍物模型的前提下，确定用户模型至目标模型的可移动区域与最优移动路径线。再将路径线向两侧扩展，获得一个大于或等于用户模型宽度的直线或折线形条状区域，将指示性箭头纹理填充其中，可获得用于引导用户模型向目标模型移动的路径模型。当用户模型移动经过部分路径模型后，将自动清除这部分被经过的路径模型，只显示剩余的路径模型，以引导用户模型继续沿路径模型移动，并最终达到目标模型处。

如图3所示，本发明实施例的一种安全生产VR实训导航路径动态规划系统包括：

坐标确定模块，用于确定三维场景中的用户模型和目标模型的坐标信息。

路径线确定模块，用于根据所述坐标信息和所述三维场景中的环境模型确定所述用户模型至所述目标模型的路径线，其中，所述环境模型为所述三维场景中表征场景环境的静态模型。

路径模型生成模块，用于根据所述路径线生成所述路径模型，所述路径模型引导所述用户模型向所述目标模型移动。

优选地，所述路径线确定模块具体用于：

根据所述坐标信息和所述三维场景中的所述环境模型，采用NAV导航网格技术确定所述用户模型的可移动范围，并根据所述可移动范围生成包括多个通过一条公共边相互连接的多边形的可移动网格，其中，连接任意两个所述多边形的所述公共边的端点为拐点。

根据所有所述拐点的信息，采用最优网格路径算法确定所述路径线，其中，当所述路径线不是直线时，所述路径线经过至少一个所述拐点。

优选地，所述路径模型生成模块具体用于：

以所述路径线为中心线，沿所述路径线的方向在所述路径线两侧预定距离处分别绘制一条边界线。

在两条所述边界线之间填充指示性纹理，生成用于在所述用户模型和所述目标模型之间进行导航指示的所述路径模型。

优选地，当所述路径线经过至少一个所述拐点时，所述路径模型生成模块具体还用于：

确定所述拐点两侧的各一个邻近点，其中，所述邻近点为所述路径线上的起点、终点或拐点。

确定经过所述拐点的两个所述邻近点连线的垂线。

沿所述路径线的方向在所述路径线两侧预定距离处分别绘制一条边界线，两条所述边界线分别以与所述垂线的交点为转折点随所述路径线转折。

优选地，所述路径模型生成模块还用于：当所述用户模型沿所述路径模型移动时，清除所述路径模型中与所述用户模型的已移动路径重合的部分。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。