本發(fā)明涉及三維模型生成領(lǐng)域，具體涉及基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、虛擬化培訓(xùn)是一種利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成實時的、具有三維信息的人工虛擬環(huán)境，學(xué)員通過運用某些設(shè)備和相應(yīng)環(huán)境的各種感官刺激而進(jìn)入其中，并可根據(jù)需要通過多種交互設(shè)備來駕馭環(huán)境、操作工具和操作對象；

2、在虛擬化培訓(xùn)中，三維模型扮演著至關(guān)重要的角色。這些模型是通過專業(yè)的3d建模軟件創(chuàng)建的，能夠準(zhǔn)確還原真實世界中的物體、場景或過程，為學(xué)員提供一個沉浸式的、高度仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境，在進(jìn)行實景三維模型建立過程中，即會使用到實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

3、現(xiàn)有的實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，采用的建模方式較為傳統(tǒng)，導(dǎo)致生成的模型準(zhǔn)確度不夠高，影響了實際培訓(xùn)效果，給實景三維模型生成系統(tǒng)及方法的使用帶來了一定的影響，因此，提出基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字孿生模型建立模塊、實景三維模型建立模塊、模型融合模塊、展示模塊、初步使用模塊、反饋建議模塊、模型優(yōu)化模塊與模型導(dǎo)出模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于收集與培訓(xùn)場景相關(guān)的物理實體數(shù)據(jù)，即實體物理數(shù)據(jù)；

4、所述數(shù)字孿生模型建立模塊用于利用收集到的實體物理數(shù)據(jù)，在虛擬空間中建立物理實體的數(shù)字孿生模型；

5、所述實景三維模型建立模塊用于利用實景三維技術(shù)構(gòu)建真實場景的三維模型，即獲取到實景三維模型；

6、所述模型融合模塊用于將數(shù)字孿生模型與實景三維模型進(jìn)行融合，獲取初步應(yīng)用三維模型；

7、所述展示模塊用于將初步應(yīng)用三維模型進(jìn)行三維模型的展示；

8、所述初步使用模塊用于將初步應(yīng)用三維模型進(jìn)行試用；

9、所述反饋建議模塊用于初步展示過程中的用戶進(jìn)行初步應(yīng)用三維模型異常反饋與初步應(yīng)用三維模型試用過程中的意見反饋，即獲取到展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息；

10、所述模型優(yōu)化模塊用于對展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息進(jìn)行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進(jìn)行優(yōu)化；

11、所述模型導(dǎo)出模塊用于在模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導(dǎo)出。

12、進(jìn)一步在于，所述數(shù)字孿生模型建立的具體過程如下：

13、數(shù)據(jù)整理與預(yù)處理：對收集到的實體物體數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，檢測數(shù)據(jù)完整性和一致性；

14、數(shù)據(jù)完整性和一致性無異常后對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取到預(yù)處理數(shù)據(jù)；

15、從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取與實體物體相關(guān)的特征提取，獲取到特征集；

16、根據(jù)建模需求，選擇特征集，之后根據(jù)實體物體的特性和建模需求，選擇建模方法；

17、基于提取的特征集和選擇的建模方法，建立初步數(shù)字孿生模型；

18、模型驗證與優(yōu)化：使用驗證數(shù)據(jù)集對建立的初步數(shù)字孿生模型進(jìn)行驗證，獲取驗證結(jié)果，如驗證優(yōu)化結(jié)果無異常，且符合用戶需求，即直接將模型導(dǎo)出；

19、如驗證優(yōu)化結(jié)果異?；虿环嫌脩粜枨?，即對模型進(jìn)行優(yōu)化，重復(fù)進(jìn)行驗證和優(yōu)化過程，直到驗證結(jié)果無異常且符合用戶需求后，將生成的數(shù)字孿生模型導(dǎo)出。

20、進(jìn)一步在于，所述基于提取的特征集和選擇的建模方法，建立數(shù)字孿生模型的過程中，同步選擇至少兩種來同步進(jìn)行模型建立，獲取到至少兩個初步數(shù)字孿生模型；

21、在對至少兩個初步數(shù)字孿生模型進(jìn)行模型驗證與優(yōu)化過程中，就記錄下驗證問題數(shù)量最少的模型進(jìn)行后續(xù)驗證和優(yōu)化流程。

22、進(jìn)一步在于，所述利用實景三維技術(shù)構(gòu)建真實場景的三維模型的具體過程如下：

23、數(shù)據(jù)采集：對需要建模的實景區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取到實景建模數(shù)據(jù)；

24、數(shù)據(jù)預(yù)處理：對采集到的實景建模數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取到預(yù)處理建模數(shù)據(jù)；

25、數(shù)據(jù)導(dǎo)入：將預(yù)處理建模數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維建模軟件中；

26、三維建模：根據(jù)導(dǎo)入的預(yù)處理建模數(shù)據(jù)，在三維建模軟件中進(jìn)行建模，獲取到實體三維模型；

27、模型優(yōu)化：對實體三維模型進(jìn)行優(yōu)化處理，滿足用戶需求后將模型導(dǎo)出。

28、進(jìn)一步在于，所述數(shù)據(jù)采集的具體過程如下：利用無人機(jī)、3d掃描與激光雷達(dá)對建模實體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取到三個實體數(shù)據(jù)；

29、對三個實體數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為同類數(shù)據(jù)，之后提取出同類數(shù)據(jù)中各個特征點的三個數(shù)據(jù)，進(jìn)行一一計算處理，獲取到各個特征點的評估參數(shù)；

30、之后提取出各個特征點的評估參數(shù)，當(dāng)各個特征點的評估參數(shù)無異常時，即選定任意一種方式采集到的實體數(shù)據(jù)為后續(xù)的預(yù)處理數(shù)據(jù)；

31、當(dāng)各個特征點的評估參數(shù)存在異常，即根據(jù)實際狀況選定實體數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

32、進(jìn)一步在于，所述各個特征點的評估參數(shù)的獲取過程與異常判定過程如下：

33、提取出采集到的同類數(shù)據(jù)，將同類數(shù)據(jù)中三個實體數(shù)據(jù)標(biāo)記為qi、mi與fi；

34、將qi、mi與fi中相同點的數(shù)據(jù)進(jìn)行qi-mi＝qmi，qi-fi＝qfi，mi-fi＝mfi，即獲取到單個特征點的評估參數(shù)qmi、qfi與mfi；

35、當(dāng)qmi、qfi與mfi均小于預(yù)設(shè)值時，即表示該點的評估參數(shù)無異常，當(dāng)qmi、qfi與mfi中任意一個大于預(yù)設(shè)值時，即表示該點的評估參數(shù)存在異常；

36、當(dāng)各個特征點的評估參數(shù)存在異常，即根據(jù)實際狀況選定實體數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的具體過程如下：提取出qmi、qfi與mfi，當(dāng)qmi、qfi與mfi中任意一個大于預(yù)設(shè)值，但剩余兩個小于預(yù)設(shè)值時，即選定小于預(yù)設(shè)值中兩個的任意一個對應(yīng)的體數(shù)據(jù)為后續(xù)的預(yù)處理數(shù)據(jù)；

37、當(dāng)qmi、qfi與mfi均大于預(yù)設(shè)值時，即重新進(jìn)行實體數(shù)據(jù)的采集。

38、進(jìn)一步在于，所述模型優(yōu)化模塊對展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息進(jìn)行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進(jìn)行優(yōu)化的具體如下：

39、提取出采集到的展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息，展示反饋信息為初步應(yīng)用三維模型在展示過程中，查看初步應(yīng)用三維模型人員上傳的模型異常信息，模型異常點信息為展示過程中的模型異常內(nèi)容；

40、對所有上傳的展示過程中的模型異常內(nèi)容進(jìn)行分析處理，獲取到各個異常內(nèi)容的反饋次數(shù)將其標(biāo)記為zv；

41、再提取出應(yīng)用反饋信息，應(yīng)用反饋信息為初步應(yīng)用三維模型在試用過程中，試用初步應(yīng)用三維模型的人員上傳的模型應(yīng)用過程中異常信息，模型應(yīng)用過程中異常信息為應(yīng)用過程中異常內(nèi)容；

42、對所有上傳的應(yīng)用過程中異常內(nèi)容進(jìn)行處理，獲取到各個應(yīng)用過程中異常內(nèi)容的反饋次數(shù)，將其標(biāo)記為ev；

43、之后提取出zv與ev中大于預(yù)設(shè)值a1的部分，進(jìn)行建模數(shù)據(jù)重新采集，重新構(gòu)建該部分的對應(yīng)的模型，提取出zv中小于等于預(yù)設(shè)值a2的部分直接進(jìn)行模型優(yōu)化。

44、進(jìn)一步在于，所有上傳的展示過程中的模型異常內(nèi)容進(jìn)行分析處理時，需要確定各個展示過程中模型異常內(nèi)容是否真實存在，確認(rèn)完成后記錄下所有真實存在異常內(nèi)容的反饋次數(shù)zv；

45、所述所有上傳的應(yīng)用過程中異常內(nèi)容進(jìn)行處理時，也需要進(jìn)行與展示過程中的模型異常內(nèi)容分析過程相同真實驗證后，再記錄下所有真實存在各個應(yīng)用過程中異常內(nèi)容的反饋次數(shù)。

46、基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成方法包括以下步驟：

47、步驟一：收集與培訓(xùn)場景相關(guān)的物理實體數(shù)據(jù)，即實體物理數(shù)據(jù)；

48、步驟二：利用收集到的實體物理數(shù)據(jù)，在虛擬空間中建立物理實體的數(shù)字孿生模型；

49、步驟三：利用實景三維技術(shù)構(gòu)建真實場景的三維模型，即獲取到實景三維模型；

50、步驟四：將數(shù)字孿生模型與實景三維模型進(jìn)行融合，獲取初步應(yīng)用三維模型；

51、步驟五：展示模塊用于將初步應(yīng)用三維模型進(jìn)行三維模型的展示；

52、步驟六：初步使用模塊用于將初步應(yīng)用三維模型進(jìn)行試用，試用為小范圍試用，試用人數(shù)不超過預(yù)設(shè)值；

53、步驟七：初步展示過程中的用戶進(jìn)行初步應(yīng)用三維模型異常反饋與初步應(yīng)用三維模型試用過程中的意見反饋，獲取到展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息；

54、步驟八：對展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息進(jìn)行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進(jìn)行優(yōu)化；

55、步驟九：在模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導(dǎo)出。

56、進(jìn)一步在于，所述在模型優(yōu)化過程中，至少需要對模型進(jìn)行兩次優(yōu)化，每次優(yōu)化完后都需要進(jìn)行再次的展示和試用，并采集展示反饋信息與應(yīng)用反饋信息繼續(xù)進(jìn)行模型優(yōu)化；

57、模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導(dǎo)出前，還需要對模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測，監(jiān)測模型是否符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)模型符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時，即將其導(dǎo)出，當(dāng)模型不符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，即再次對其進(jìn)行優(yōu)化直到其符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

58、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：該基于數(shù)字孿生的虛擬化培訓(xùn)實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，數(shù)字孿生技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地建立物體、過程的數(shù)字模型，準(zhǔn)確還原物體，進(jìn)而將該系統(tǒng)生成的實景三維模型能夠讓培訓(xùn)內(nèi)容更加貼近真實環(huán)境，提高培訓(xùn)效果，通過在虛擬環(huán)境中進(jìn)行模擬和測試，可以減少真實環(huán)境中的實驗次數(shù)和成本，基于數(shù)字孿生的實景三維模型具有很高的靈活性和可定制性，根據(jù)不同的培訓(xùn)需求，可以定制不同的場景和模型，滿足多樣化的培訓(xùn)需求。同時，模型也可以隨時進(jìn)行修改和更新，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境和需求，進(jìn)而滿足不同的培訓(xùn)需求，可以提高培訓(xùn)效果、降低成本、提高效率和安全性，讓該系統(tǒng)更加值得推廣使用。