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基于虚拟现实的三维可视化远程监控

发布时间:2022-09-13

编辑人:灵图互动

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1. 系统背景

随着计算机技术的飞速发展,基于虚拟现实技的三维可视化远程监控,已经成为应用非常广泛的技术之一,操作人员可以通过互联网对现场环境可视化,远程监控现场设备数据。但传统的远程监控界面主要是基于二维平台构建,对应真实感和交互性都比较弱。针对这种情况,灵图互动对虚拟现实远程监控技术进行了研究,创建基于虚拟现实的三维可视化远程监控系统。

基于虚拟现实的三维可视化远程监控

2. 基于Web的三维可视化监控

远程监控系统通常由现场智能设备、本地上位机监控和远程客户端三层结构组成。现场设备的核心是现场总线:依据现场总线的协议标准,底层智能设备采用功能块的结构,并通过组态设计,完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。

传统的基于Web的远程监控技术只能实现二维的组态监控界面,灵图互动在传统二维远程监控的基础上,结合虚拟现实技术,构建了基于虚拟现实的三维可视化远程监控系统。

基于Web的三维可视化监控

3. 基于虚拟现实的三维可视化远程监控系统设计

3.1 总体方案

首先构建三维场景模型,然后把三维场景模型导入虚拟现实软件中,运用虚拟现实软件的SDK二次开发包,将三维可视化场景嵌入到VC++开发界面中。采用VC+开发串口通信,实现对下层硬件的数据读取,并通过VC++开发平台与三维可视化场景进行数据交互;同时通过VC++开发网络数据库接口ADO,将串口读取的数据信息存储到动态数据库中。采用ASP.NET将三维可视化场景发布到互联网上,用户可以通过互联网远程监控现场数据,并运用ADO技术,将本地数据库与网络发布界面相连,实现对数据的读取和更新。

3.2 设计实现

3.2.1 构建三维场景

采用图像软件制作材质贴图。为了增强场景的真实感,模型需要采用大量的纹理贴图。通过现场拍摄、建筑效果图,获取原始材质数据,然后导入到图像软件中进行对应修整和校正。

三维可视化监控系统三维场景构建

3.2.2 三维可视化场景导入虚拟现实软件

在虚拟现实软件中,用户可以自主编写交互脚本,各类交互触发函数。例如鼠标点击物体时,会触发提前设置好的动画,实现三维可视化交互,如开灯、开门等动作。同时可设置对应场景自主交互漫游。

但导入虚拟现实软件后,仅可进行三维可视化场景的漫游和仿真,并没有场景与现场真实数据之间的交互,场景仅可进行展示,不能实现对应的实时监控。

3.2.3 数据交互功能的实现

要实现虚拟现实软件与现场底层数据之间的交互,必须将数据采集到监控上位机上,同时要事先确定底层设备的数据接口形式。底层控制数据一般通过PLC设备进行读取、控制。PLC与上位机之间的数据通信可以通过串口形式、OPC接口形式,以太网通信这三种途径实现。

基于VC++开发的数据通信界面,其选项框控件可以与三维可视化场景交互操作;场景的三维内容可以实时显示现场真实数据;用户可以通过三维可视场景实时的监测现场数据的变化,实现虚拟现实内容与现场底层数据的实时通信。

至此,本地监控系统已构建完成,用户可以通过三维界面实时观测到底层数据的变化,并通过交互界面将控制信息反馈到底层设备中,对设备进行控制和操作。

4. 三维可视化场景的Web发布

通过ASP.NET技术,将三维虚拟现实场景打包成IE文件并发布到互联网上,实现基于Web的三维可视化远程监控。数据连接采用ADO技术,实现三维可视化场景与数据库的数据通信,ADO可以方便快捷的通过统一的数据接口API,访问各类数据库。

4.1 客户端的设计

在三维可视化场景中,客户端浏览时,可自动加载对应的ActiveX控件,实现对现场设备的远程可视化监控。对应监控数据包括设备的三维模型、设备的运行数据等信息。

4.2 服务器的设计

三维可视化场景服务器,主要包括网络服务器、应用程序服务器以及数据库服务器等。网络服务器对三维可视化场景进行网络发布。应用程序服务器负责实时读取数据库的设备数据信息,并将数据信息通过网络服务器发布;同时,对网络服务器端得到的客户端信息进行分析处理,实现对现场设备的控制。数据库服务器主要存储设备的实时数据信息、历史信息、设备三维模型的数据等。

三维可视化场景的Web发布

4.3 现场设备

现场设备与服务器之间的通信取决于设备本身的通信能力。通过串口通信对现场设备进行数据交互,同时通过虚拟现实的网络远程监控系统,实现远程监控底层设备,并对其进行操作控制。


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