工廠虛擬現實展示技術
瀏覽次數：次 更新時間：2019-12-28 09:56:57
一、項目的背景與現狀
1.1、項目背景
本項目主要為了綜合展示工廠的整體廠區(qū)規(guī)劃、車間概況、生產工藝過程和相關數據可視化展示。
本系統(tǒng)基于三維模擬仿真平臺，建立工廠的主體規(guī)劃，周邊地形地貌三維數據，各主要車間和主要作業(yè)工藝流程的三維立體圖像建模及工藝流程三維動態(tài)模擬，展示整體廠區(qū)、主要車間及生產線的三維信息。通過仿真平臺可以展示模擬主要工廠的產線三維虛擬演示及產線工藝流程三維動態(tài)演示，呈現出工廠的產線的三維立體情況，并且能夠通過互動，實現三維場景各個角度的呈現以及站內的虛擬漫游；并可以展示靜態(tài)文字、視頻以及3D交互展示等多媒體信息。
對廠區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)及CRM系統(tǒng)整合到工廠虛擬現實展示系統(tǒng)內，實現對上述的系統(tǒng)的信息在工廠虛擬現實展示系統(tǒng)內實時顯示。
系統(tǒng)預留開放管理權限入口，除了各種展示外，還可以開放管理權限入口，主要功能描述為系統(tǒng)內的音樂、圖片及視頻的文件，可以通過管理權限入口，由用戶自主更新最新的信息，該系統(tǒng)自由生成展示內容，無需二次開發(fā)。注：配樂信息以*.mp3文件提供，圖片信息以*JPG文本文件提供，視頻信息以*MP4文本文件提供，存放在約定的路徑下，并且按照約定的文件命名規(guī)則確定文件名，文件可以由用戶根據需要自由替換，系統(tǒng)自動生成最新展示內容，無需二次開發(fā)。
目前常規(guī)的表現手法都是2D或視頻，隨著營銷方式需要，現傳統(tǒng)表現形式無法更直觀、更全面及更有效的展示工廠全部信息，目前需要工廠構建的仿真環(huán)境，對工廠規(guī)劃、車間、周邊配套及產線具體信息及工廠周邊環(huán)境進行直觀、清晰、準確地描述，使其展示方式更貼近實際，信息更準確，更具靈活性、互動性、3D可視性和操作性。
二、項目的目標與任務
系統(tǒng)基于PC端開發(fā)，通過Untiy3D技術，實現工廠整體規(guī)劃、各個車間及生產線所需的相關3D信息和廠區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)及CRM系統(tǒng)兼容該系統(tǒng)內。系統(tǒng)具有操作簡單、實時3D互動等特點。2.1、項目總體目標
系統(tǒng)將實現完成主要廠區(qū)及生產線的三維場景建模、作業(yè)車間展示、作業(yè)流程工藝模擬以及環(huán)境3D漫游的詳細信息；用三維可視化等技術的整合，建設工廠3D虛擬現實展示系統(tǒng)應用，建成后的展示系統(tǒng)功能將非常強大，將能夠滿足各不同。系統(tǒng)將新?lián)碛幸韵鹿δ埽?br />l 實現整體廠區(qū)及周邊環(huán)境三維展示；
l 實現廠區(qū)指定的產線三維場景漫游及三種漫游方式（步行、飛行、穿行）；
l 實現產線三維虛擬演示；
l 實現產線工藝流程三維虛擬演示；
l 對接工廠監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及CRM系統(tǒng)的相關數據；
工作人員利用本展示系統(tǒng)，在日常工作、員工培訓、訪客展示及內部管理的過程中，通過3D立體、直觀的方式，清晰了解該工廠及其業(yè)務的所有的信息。
2.2、項目具體目標
1）、該系統(tǒng)對整體廠區(qū)、周邊環(huán)境、車間內部生產線的進行三維場景建立；可完成在指定的3D場景內任意視角的多種方式的漫游和觀察的展示功能，能滿足對場景視角體驗的放大、縮小等功能，同時實現與三維應用系統(tǒng)的關聯(lián)使用。2）、該系統(tǒng)對產線工藝流程三維虛擬演示，具體展現xx車間及xx車間等生產工藝流程，以及各工位及工序的具體操作內容以及重點質量控制，通過多樣種的展示方式對工藝流程進行詳細解說，具體為3D交互式漫游、圖文、配音說辭及三維動畫等方式對工藝流程的具體展示及解說。
3）、該系統(tǒng)對工廠的監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及CRM系統(tǒng)的數據對接，該相關數據實時在該系統(tǒng)中實時顯示，對于門禁系統(tǒng)來說，系統(tǒng)自動存儲訪問該區(qū)域的員工ID號，以便于后期查詢使用。
隨著該系統(tǒng)的不斷完善，可更充分發(fā)揮其良好的直觀性和信息3D可視化的特點，對工作成果展示、工廠形象宣傳及相關的管理提供高效的幫助。
三、 功能需求
本項目的主要任務是建立工廠虛擬現實三維展示應用系統(tǒng)。具體來說，主要任務包括：3.1、三維場景顯示
l 建立整體廠區(qū)1:1的三維場景精細建模，建立廠區(qū)周邊地形地貌及周邊配套設施的三維場景簡模；l 建立工廠主要車間、生產線及車間配套設施等1:1三維精細建模，體驗者可以漫游觀察所關心的詳細三維空間信息；
系統(tǒng)中需要實現大量的三維模型，需要進行精細建模的主要車間以及周邊標志性建筑物。系統(tǒng)整體效果逼真，使得沒有到過現場的人有身臨其境的感覺，將對整體工廠及車間包括出入口等等結構實現精細建模，尤其對于一些與用戶業(yè)務相關的模型，比如生產線等重要設施進行精細建模，對于其它的非重要設施進行示意性建模。
利用高分辨率的航拍圖片、DEM數據、矢量數據、工廠CAD數據等等，通過一定的三維建模技術和三維顯示方法，快速構建真實的三維工廠，做到能夠實時、任意角度瀏覽工廠不同的車間場景、工廠的結構布局、車間的內部結構、生產線的重要設施，提供真實的三維空間環(huán)境。在三維場景中提供重要信息顯示功能，例如工廠出入口的信息。
3.2、3D交互漫游
在工廠虛擬現實三維展示應用系統(tǒng)內的三維漫游查詢界面視角可以任意變換，畫面可以有限放大和縮小，基于實時渲染的三維模型內部沉浸式，通過UI界面設計及熱點功能自由切換自主式漫游功能，導游模式（視頻）與自由行走模式這三種功能。全屏與普通模式互相切換，可支持步行、飛行、穿行等多種模式漫游。手動3D漫游主要依靠鍵盤A、W、S、D鍵來前后左右漫游（鼠標控制方向）或觸摸屏實時交互觸控方式。自動3D漫游提前設置最佳漫游路徑，當點擊UI界面按鈕的，畫面直接切換從初始點開始自動漫游，可隨時暫停、繼續(xù)、停止等操作。自動播放各個車間的3D空間信息，可在漫游的過程中，實時查看設備的基礎信息，并提供對該工藝流程的圖片、視頻、文字及語音解說。
3D交互式漫游空間主要區(qū)域有如下：
l 廠區(qū)風貌三維虛擬展示,可實現環(huán)視360°，上下仰角180°無縫瀏覽廠房各類信息；自主和自動漫游虛擬廠區(qū)及產線，實現所見廠區(qū)及車間內的自由行走，包含步行、飛行、穿行等三種模式；
l 產線三維虛擬演示，實現展現xx車間及xx車間等橋梁生產工藝流程；
注：
步行模式解釋：模擬人視角在廠區(qū)內行走，可讓用戶體驗員工視角時廠內設備和工藝；
飛行模式解釋：模擬無人機視角查看廠區(qū)內整體效果，通過在空中不同的高度和角度查看設備和工藝；
穿行模式解釋：取消物理碰撞效果，可穿越設備、墻體等。讓用戶可以在一些特殊位置查看廠房設備和工藝。
在系統(tǒng)右上角會顯示小地圖或場景中有UI界面提示，小地圖上有工廠主體區(qū)域圖，當體驗者實時任意選擇某區(qū)域時，能快速定位該區(qū)域的空間內進行3D漫游，并能在小地圖實時顯示體驗者現有的位置，3D漫游的過程中，小地圖上對應亮點位置一起變化。（小地圖會有亮點和方向坐標顯示即是對應的漫游者所在位置）
3.3、產線工藝流程展示
通過廠房小地圖或UI界面提示快速切換到廠房內各工作區(qū)間。根據用戶的提供的工藝流程布局，通過廠房小地圖或UI界面提示，用戶可以自由切換到廠房內對應的生產線位置并能實時3D模擬相關的產線工藝。l 產線工藝流程三維虛擬演示，能實現展現各個車間等生產工藝流程，以及各工位及工序的具體操作內容以及重點質量控制；
l 實時3D模擬符合實際連續(xù)生產狀態(tài)展示，也可切換鏡頭重點展示生產線個別工位的生產工藝；
l 提前預設動畫漫游路徑，用以實時查看產線的工藝流程簡介，在重要部位設置相關熱點提示或具有科技類線條UI界面，點擊相關畫面提示出現該部位及設備的視頻、圖文及音頻的解說；
3.4、數據對接
l 工廠的監(jiān)控系統(tǒng)的數據實時對接在虛擬現實展示系統(tǒng)內，可以實現在3D場景中選擇攝像頭，點擊該攝像頭或熱點直接進入該監(jiān)控的現實的畫面。l 工廠的門禁系統(tǒng)數據對接在虛擬現實展示系統(tǒng)內，在虛擬現實展示系統(tǒng)內的后臺可以實時查看門禁記錄并存儲在專用的文件夾中，門禁系統(tǒng)的數據格式和要求，需要對接門禁系統(tǒng)廠家，在確定相關顯示格式。
l 工廠的CRM系統(tǒng)數據對接在虛擬現實展示系統(tǒng)內，可以實現在3D空間信息內實時查看設備及工序的相關的生產數據。實時抓取相關數據，并在3D場景中有熱點顯示。
3.5、基礎擴展功能
在UI界面上，手動漫游和自動漫游可以隨意切換；背景音樂可隨意切換靜音或播放功能，在軟件的左右上角有小地圖提示，用途實時提醒體驗者位置，漫游時,在場景中點擊相關熱點提示并進行實時查看該熱點相關的信息等；l 進入屏保狀態(tài)，以廠區(qū)中心（3D大盤）為軸心360度旋轉；
l 在重要的場景上方會有熱點提示，當體驗者點擊相關的熱點UI界面的時，直接進去該場景的體驗內容；（大盤熱點提示）
l 系統(tǒng)內以圖文、視頻及音頻的格式內容，都支持實時人工更換，一鍵生成最新替換的內容，無需二次開發(fā)。
四、性能指標
該系統(tǒng)運行時軟、硬件設備性能指標，及組成系統(tǒng)后的性能指標如下：1、系統(tǒng)的啟動加載數據時間不高于5秒，由于三維系統(tǒng)啟動時需要加載的數據量很大，因此系統(tǒng)需要采用分批加載的方法，只加載一些關鍵數據，其它數據需要時再調度。
2、系統(tǒng)的三維漫游停滯時間不高于3秒，對于廠車間內部，由于生產線數據和工業(yè)設備模型數據量很大，漫游時可能產生短暫的停滯現象。
3、系統(tǒng)可以完成鼠標（控制方向）和鍵盤漫游，支持觸摸屏實時觸控，視點可以任意變換，使用人員能夠通過視點和視角的調節(jié)變化對整個場景進行全方位的觀察。
4、整個三維顯示效果逼真，地形影像數據分辨率至少達到1米，廠區(qū)和主要設備模型紋理數據精細。
五、硬件配置
系統(tǒng)對運行環(huán)境不作特殊要求，在常溫下正常工作，對它的運轉地點和時間不作特殊要求。選擇一臺高檔配置的主機作為軟件系統(tǒng)的運行載體,其技術參數為：
| 名稱 | 型號 | 備注 |
| CPU | 英特爾i5-4590/AMD FX 8350 equivalent或者更高； | |
| 顯卡 | Nvidia GTX 970/4G或者更高； | |
| 硬盤 | 希捷Barracuda，緩存： 16MB，接口類型： SATA3.0，轉速： 7200rpm，接口速率： 6Gb/秒； | |
| 內存 | 8G； | |
| 網卡 | 千兆以太網卡； | |
| 聲卡 | SoundMAX兼容聲卡； | |
| 操作系統(tǒng) | Windows7/8/10； |
六、功能詳細設計
6.1、技術方案
產品設計內容主要針對整個廠區(qū)、車間及產線工藝3D虛擬現實展示，即廠區(qū)漫游部分、車間漫游部分和產線工藝展示部分，并對廠區(qū)涉及的監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及CRM系統(tǒng)的相關數據對接，實現上述三種系統(tǒng)的數據實時顯示在虛擬現實展示系統(tǒng)內。以展現工廠全貌、車間及產線，串聯(lián)周邊配套相關信息及工廠內部基礎管理等可視化管理系統(tǒng)。產線工藝展示針對各個車間的生產工藝流程，以及各工位及工序的具體操作內容以及重點質量控制；產品定位是為企業(yè)形象展示及新員工培訓輔助，所以在設計實現及項目展示上，要求同時具備商業(yè)化的美觀性質與科學應用工具性質。搭載平臺要求主要面向PC端開發(fā)，可以通過觸摸屏、鼠標、鍵盤方式進行展示和操控。
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