虚拟场景生成方法、装置、终端、介质和虚拟培训系统
技术领域
本发明虚实现实技术领域，尤其涉及一种虚拟场景生成方法、装置、终端、介质和虚拟培训系统。
背景技术
安全生产是企业持续发展的第一要务，电力设备试验实操演练中高危险、高成本、不可见等问题，阻碍了安全意识和安全技能的提升。
近年来，为解决上述问题，科研院所、高校开发出基于虚拟现实的培训系统，以虚拟现实的方式进行实践培训和教学演练，但现有的虚拟现实培训系统在沉浸式体验方面仍具有一定欠缺。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种虚拟场景生成方法、装置、终端、介质和虚拟培训系统，以解决现有的虚拟现实培训系统沉浸式体验不足的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种虚拟场景生成方法，所述虚拟生成方法包括：
获取待生成设备的使用场景信息；
结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景。
可选的，所述生成方法还包括：
对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；
对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
可选的，通过DirectX 3D渲染技术对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；
通过Pixel Shader对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
可选的，将渲染后的所述设备模型和所述虚拟应用场景以每秒60帧以上的频率进行刷新。
本发明实施例的第二方面提供了一种虚拟场景生成装置，所述虚拟场景生成装置包括：
场景获取模块，用于获取待生成设备的使用场景信息；
虚拟生成模块，用于结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景。
本发明实施例的第三方面提供了一种虚拟培训系统，包括如本发明实施例第二方面提供的虚拟场景生成装置和交互系统；所述交互系统包括：
显示设备，用于将通过所述虚拟场景生成装置获取的设备模型和虚拟应用场景进行显示；
体感交互设备，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述虚拟生成装置；
所述虚拟场景生成装置用于根据所述操作指令和动作信息对应改变设备模型和虚拟应用场景。
可选的，所述显示设备包括：头盔显示设备和3D显示屏。
可选的，所述头盔显示设备为多个，所述体感交互设备与所述头盔显示设备一一对应设置；
所述虚拟场景生成装置用于根据多个体感交互设备的操作指令和动作信息，对应改变设备模型和虚拟应用场景，并将所述设备模型和虚拟应用场景传输至多个头盔显示设备同步显示。
本发明实施例的第四方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的虚拟场景生成方法的步骤。
本发明实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的虚拟场景生成方法的步骤。
本发明实施例在进行虚拟模型场景生成时，获取待生成设备的使用场景信息，结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景，从而可以获得与现实中待生成设备使用场景相同的虚拟应用场景，通过将根据待生成设备生产的设备模型和虚拟应用场景相结合，使使用者身临其境，从而提供给使用者更好的沉浸式使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种虚拟场景生成方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种虚拟场景生成装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的交互系统的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的虚拟培训系统的室内布局图例；
图5是本发明实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本实施例提供的一种虚拟场景生成方法的流程示意图，该虚拟场景生成方法包括：
步骤S101，获取待生成设备的使用场景信息；
本发明实施例中，所述待生成设备可以为电力设备，在生成该电力设备的设备模型前，还获取该设备在实际中的应用场景，例如若要进行安装的培训，则获取其安装环境，若要进行检查的培训，则获取其对应的检查环境，以及指定一些特殊场景下的紧急培训，则获取其相对应的特殊场景。通过全面的获取生成设备的使用场景信息，利于在后续方法中生成与该电力设备相对应的虚拟应用场景。
步骤S102，结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景。
本发明实施例中，在应用虚拟现实技术、组件化建模技术和/或电力系统设备三维建模技对待生成设备进行虚拟建模时，还导入获取的待生成设备的使用场景信息，并可以根据图形化开发环境技术生成与该待生成设备对应的虚拟应用场景，以在虚拟现实场景中模拟待生成设备的真实使用场景，从而带给使用者更好的沉浸式培训体验。
上述实施例在进行虚拟模型场景生成时，获取待生成设备的使用场景信息，结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景，从而可以获得与现实中待生成设备使用场景相同的虚拟应用场景，通过将根据待生成设备生产的设备模型和虚拟应用场景相结合，使使用者身临其境，从而提供给使用者更好的沉浸式使用体验。
一些实施例中，所述虚拟场景生成方法还可以包括：对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
本发明实施例中，为了使培训人员达到理想的视觉体验效果，对生成的虚拟场景进行渲染，并采用多种方式从模型构建和贴图质量控制等方面缩减模型的大小，包括失真校正和失真缩放，从而在不减弱视觉效果的情况下，达到流畅度和画面效果的一种平衡，进一步提高培训人员的沉浸式体验。
一些实施例中，可以通过DirectX3D渲染技术对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；可以通过Pixel Shader对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
本发明实施例中，DirectX 3D是一种应用程序的接口(API)，它可让以windows为平台的游戏或多媒体程序获得更高的执行效率，加强3D图形和声音的效果，并提供一个共同的硬件驱动标准，使得驱动程序统一，并降低硬件的复杂度，本发明实施例中使用渲染技术对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；Pixel Shader，即像素着色器，一种包含由ASCII文本组成的像素着色器指令,其算术指令可以用来进行漫反射和/或镜面反射光照计算，因此本申请实施例中使用Pixel Shader对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
一些实施例中，将渲染后的所述设备模型和所述虚拟应用场景以每秒60帧以上的频率进行刷新。
本发明实施例中，保持将渲染后的虚拟现实场景(即所述设备模型和所述虚拟应用场景)以每秒60帧以上的频率进行刷新，不仅可以给使用者带来更流畅的使用画面，也可以保护使用者的眼睛。
在另外一些实施例中，若应用该方法的设备与头戴式显示设备连接进行使用时，该方法还可以包括：将经过失真校正和失真缩放后的虚拟现实场景分割绘制到头戴式显示设备的左右双眼屏幕，以带给使用者更加流畅和沉浸式的画面体验。
在另外一些实施例中，若应用该方法的设备与虚拟现实头盔连接进行使用时，即使用者还可以通过虚拟现实头盔获取声音信息，则该方法还可以包括：获取不同场景下待生成设备的声音信息和/或场景的声音信息，并结合所述不同场景下待生成设备的声音信息和/或场景的声音信息，在对所述待生成设备进行虚拟建模获得设备模型，从而更加逼真的模拟实操演练，满足全过程、全范围的仿真模拟，使使用者从视觉、听觉等方面获得几近真实的作业实操感受。
图2是本发明实施例提供的一种虚拟场景生成装置的结构示意图，参见图2，该虚拟场景生成装置20可以包括：
场景获取模块21，用于获取待生成设备的使用场景信息。
虚拟生成模块22，用于结合所述待生成设备的使用场景信息，对所述待生成设备进行虚拟建模和场景建模，获得设备模型和虚拟应用场景。
一些实施例中，所述虚拟场景生成方法还可以包括：对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
一些实施例中，可以通过DirectX 3D渲染技术对所述设备模型和所述虚拟应用场景进行渲染；可以通过Pixel Shader对渲染后的设备模型和虚拟应用场景进行失真校正和失真缩放。
一些实施例中，将渲染后的所述设备模型和所述虚拟应用场景以每秒60帧以上的频率进行刷新。
一些实施例中，若该虚拟场景生成装置与头戴式显示设备连接进行使用时，该虚拟场景生成装置还可以用于：将经过失真校正和失真缩放后的虚拟现实场景分割绘制到头戴式显示设备的左右双眼屏幕。
一些实施例中，若该虚拟场景生成装置与虚拟现实头盔连接进行使用时，即使用者还可以通过虚拟现实头盔获取声音信息，则该虚拟场景生成装置可以包括：声音获取模块，用于获取不同场景下待生成设备的声音信息和/或场景的声音信息，并结合所述不同场景下待生成设备的声音信息和/或场景的声音信息，在对所述待生成设备进行虚拟建模获得设备模型。
本发明实施例还提供了一种虚拟培训系统，该虚拟培训系统包括前述发明实施例提供的虚拟场景生成装置和交互系统；参见图3，所述交互系统30可以包括：
显示设备31，用于将通过所述虚拟场景生成装置获取的设备模型和虚拟应用场景进行显示；
体感交互设备32，用于采集操作指令和动作信息，并将所述操作指令和动作信息传输至所述虚拟生成装置；
相应的，所述虚拟场景生成装置用于根据所述操作指令和动作信息对应改变设备模型和虚拟应用场景。
本发明实施例中，通过将采用显示设备、体感交互设备，使使用者完全沉浸于电力设备实验虚拟场景并以自然方式进行交互，大大提升使用者的视觉和触觉交互体验，从而提高系统的培训效果。
一些实施例中，所述头盔显示设备为多个，所述体感交互设备与所述头盔显示设备一一对应设置；所述虚拟场景生成装置用于根据多个体感交互设备的操作指令和动作信息，对应改变设备模型和虚拟应用场景，并将所述设备模型和虚拟应用场景传输至多个头盔显示设备同步显示。
在本发明实施例中，所述虚拟场景生成装置可以为一个，所述显示设备和体感交互设备可以分别为多个，从而可以适应多人协同的安全协同演练，在强化单兵安全作业意识的同时，也提升团队安全协同作业水平。所述虚拟培训系统也可以包括虚拟场景生成装置，每个虚拟场景生成装置对应一个显示设备和一个体感交互设备，各个虚拟场景生成装置之间通过有线或无线网进行数据的同步。
一些实施例中，所述显示设备包括：头盔显示设备和3D显示屏。
本发明实施例中，所述显示设备可以分为头盔显示设备和3D显示屏，头盔设备提供给受训人员，而显示设备则可以由考核者直观的看到各个受训者的演练情况，实现受训人员操作行为的考核、分析和评价。
一些实施例中，所述体感交互设备可以包括仿真操作摇杆、触摸交互设备、指纹设备等，结合上述的3D显示屏，使受训人员既能实现2D普通仿真培训，又能实现3D沉浸仿真培训。
图4是本发明实施例提供的一种虚拟培训系统的室内布局图例，在图4中，该虚拟培训系统还包括有激光定位器，分别设置于房间的四个角，用于对设备进行定位。所述显示器包括若各个VR眼睛和一个3D显示屏，虚拟场景生成装置则可以为电脑。设置有一讨论区供使用者进行休息和讨论。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述一种虚拟场景生成装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
图5本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图5所示，在本实施例中，终端设备50包括：处理器51、存储器52以及存储在所述存储器52中并可在所述处理器51上运行的计算机程序53。所述处理器51执行所述计算机程序53时实现如实施例第一方面中所述的各实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S102。或者，所述处理器51执行所述计算机程序53时实现上述一种虚拟场景生成装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块21至22的功能。
示例性地，所述计算机程序53可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器52中，并由所述处理器51执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序53在所述终端设备50中的执行过程。
所述终端设备可以是手机、平板电脑等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器51、存储器52。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备50的示例，并不构成对终端设备50的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备50还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器51可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器52可以是所述终端设备50的内部存储单元，例如终端设备50的硬盘或内存。所述存储器52也可以是所述终端设备50的外部存储设备，例如所述终端设备50上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器52还可以既包括所述终端设备50的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器52用于存储所述计算机程序53以及所述终端设备50所需的其他程序和数据。所述存储器52还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如实施例第一方面所述的各实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S102。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的一种虚拟场景生成方法、装置、终端及存储介质，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的一种虚拟场景生成装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
