3d数字工厂监控系统的设计与实现

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1、108化工自动化及仪表第39卷3D数字工厂监控系统的设计与实现1211杨程刘涛陈念年李郁峰(1．西南科技大学计算机科学与技术学院，四川绵阳621010;2．华北电力大学控制与计算机工程学院，北京102206)摘要针对传统工厂监控软件系统存在的对空间点难以准确定位以及界面不够直观等不足，采用虚拟现实技术，运用OGRE和VC++混合编程技术，设计3D数字工厂监控系统。该系统主要有实时监控、3D场景多视角漫游、场景实体精细碰撞检测及粒子声音特效等功能。试验结果表明，该系统具有较强的沉浸感，及能够快速对复杂分布的检

2、查点定位等特点。关键词3D数字工厂监控系统定位虚拟现实3D技术OGRE实时监控中图分类号TH865文献标识码A文章编号1000-3932(2012)01-0108-04工业环境中高危险场合的状态监控通常采用系统(以下简称“3D数字工厂”)。［1］［2］远程自动化或无人值守方式实现，传统监控1系统总体设计［3～5］［6］软件由组态软件及虚拟仪表等平面式监控3D数字工厂系统采用VC/MFC+OGRE的系统构成，非但不直观而且学习和掌握时具有一混合体系框架。其中三维视景渲染由OGRE实定的难度，如果监控点数量大且

3、在空间分布上存现;VC/MFC负责实现整个系统外框架容器的构在嵌套或交叠，传统监控系统界面上的交互信息造，虚拟仪表系统的实现，系统内部各个数据模块会过度密集、复杂，存在检测点很难准确并迅速进的通信和状态协调。监控系统的体系结构如图1［7］行空间定位的问题。利用虚拟现实3D技术，所示。设计使用直观、方便，便于空间定位的工厂高危场合监控系统是一种崭新的思路。①面向对象的图像渲染引擎(Object-orientedGraphicsRenderingEngine，OGRE)开源体系框架的出现为实现这一技术目标提供了

4、可能。该框架使用VC++实现，在设计时运用多种设计模式，充分考虑了系统的可复用性和可扩展性，并采用插件式组件开发方式，允许用户对系统功能进行自由扩展配置。除了具备在模型材质与贴图渲染、光照、摄像机、骨骼动画及粒子特效等方面的强大功能外，对于大范围地形的分页调度及增强LOD等关键特性OGRE也提供有力支持，特别是通过插件方式OGRE可将多种物理动力学引擎(如ODE、Newton及Physx等)集成进3D仿真系图13D数字工厂监控系统统，可以模拟并真实再现现实世界的物理变化和3D数字工厂监控系统的主要功能子系统

5、分运动过程，也可接入外部的总线驱动数据，大大拓别为:展了OGRE的应用领域，使之不但可应用于游戏a．3D视景渲染引擎子系统。是在OGRE的［8］娱乐开发，而且也可应用于工业或国防领域。基础上进行扩展开发的，包括模型管理、场景切笔者将OGRE与VC/MFC框架进行混合编程，实现融虚拟现实三维视景仿真与虚拟仪表/分［9］①收稿日期:2011-09-02布式监控系统技术于一体的三维数字工厂监控基金项目:国家自然科学基金资助项目(10776028)第1期杨程等．3D数字工厂监控系统的设计与实现109换、3D漫游、动

6、画管理、碰撞检测和粒子特效6个户是否有视角切换操作，如果有，则响应用户切换功能模块。视角命令，将摄像机实体对象挂接在不同的场景b．主框架界面子系统。采用VC/MFC实节点上，实现视角切换。现，将3D视景渲染引擎子系统嵌入此外容器框2．3基于OPCODE碰撞检测库的精细碰撞检测架，整个系统既支持第一人称视角三维虚拟现实工厂厂房场景中的物体包括静态的仪器设备操作方式，也支持传统的WindowsGUI(菜单、对和动态的人物模型。运动人物模型在视景中进行漫游时会与厂房中其它静态或动态物体有碰撞交话框)交互操作方式。

7、互，传统的AABB包围盒碰撞检测算法无法满足c．虚拟仪表监控子系统。它通过系统监控数设备模型与人物模型之间精细的碰撞检测要据采集总线远程获取厂区机器和仪表的状态数据，［11］求，容易出现物体交叉渗入或不合理阻隔的情操作员在三维厂区视景内直接对仪表或机器进行形。开源第三方库(OptimizedCollisionDetection，交互操作，实时观测仪表的数据及其故障状况。OPCODE)能够实现精确到面片级别的碰撞检测。d．设备故障状态模拟/仪表数据生成模拟子本系统将OPCODE应用于3D场景内运动实体的系统。

8、该子系统部署在远程机器上，通过制定的碰撞检测，取得了良好的效果。网络对工厂厂房内的机器运行状态和仪表采集数2．4实时数据交互能力的虚拟仪表技术据进行实时模拟。为使用户能及时查询工厂中特定仪器设备的e．系统数据管理子系统。通过虚拟仪表监状态数据，系统实现了具有实时数据交互能力的控子系统认定的重要状态数据和信息，按照用户虚拟仪表。3D数字工厂采用OGRE中的层(O-期望的方式保存至本地SQLServer数据库系统，v