基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件的设计与实现
日期:
2017-02-16
浏览次数:
21
摘 要:根据桥梁健康监测系统的业务需求,本文阐述了基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件的设计与实现的过程?该软件实现了桥梁三维场景中的漫游,对各类传感器的数据进行显示,模拟车辆在桥梁上的行驶状态等功能?该软件可以自动刷新数据,并按时间进行动态播放,具有网络化?动态化?实时化的特点?
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-6481355.htm
关键词:uNITY3d;三维软件;桥梁健康监测
随着当代信息技术的发展,桥梁信息化?智能化?网络化的条件也日臻成熟?桥梁健康监测系统作为桥梁科学研究的一门先驱学科,也正印证了这一潮流?桥梁健康监测系统是指为了获取桥梁的各项评估参数,在桥梁结构中安装传感器与数据采集设备,将数据持久化存储,最终以软件的形式来展示?分析?评估?三维软件以其精确性?真实性和可操作性,能够给人直观的体验,带来耳目一新的感觉?三维空间坐标中的桥梁模型,测点模型更能直接模拟实际的状况,加以光影,动画,碰撞检测,数据更新等技术手段使三维场景显得更加逼真,富有生气?本文针对桥梁健康监测系统的业务需求,阐述了如何使用近年来流行的uNITY3d技术,建立桥梁健康监测三维软件的过程,并作为桥梁健康监测系统软件中的一员,应用在多个实际项目中?
1 uNITY3d技术
uNITY3d是由uNITY tECHNOLOGIES公司开发的一项三维引擎技术,在视频游戏?建筑可视化?实时三维动画等领域都有广泛应用?该三维引擎具有良好的可操作性,具有场景编辑器?脚本编辑器?实时运行窗口?属性编辑器等?
场景内使用x?y?z三轴坐标系统,空间定位采用向量的方式?通过向量来描述空间位置?距离?角度等基本几何元素?在资源管理方面,uNITY3d的兼容性也非常出色,能够使用3DSmAX?mAYA等三维软件输出的资源,分类管理网格?材质?贴图?动画等?拥有摄像机?光照渲染?地形编辑?粒子系统?物理系统等完备的功能?uNITY3d的脚本是开发的核心部分,能够通过c#,jAVAsCRIPT,boo三种语言格式的代码编写?通过脚本,能够操作软件运行生命周期中的每一步方法,包括菜单绘制?物体运动?网络访问?系统输入等?使用uNITY3d开发桥梁健康监测三维软件,正是运用以上技术特点,实现系统的功能需求?
2 系统设计思想与系统结构
2.1 系统技术路线?客户端:开发工具:uNITY3d,脚本语言:c#;服务器端:开发工具:eCLIPSE,语言:jAVA;web服务器:tOMCAT
2.2 系统结构
图1 软件架构
基于uNIT3d的桥梁健康监测三维软件,采用客户端?服务器的架构方式?客户端程序由uNIT3d进行开发,服务器端程序由java进行开发?系统的总体结构设计,见图1?
(1)客户端?客户端程序的开发,主要使用uNIT3d技术?能够兼容多个平台运行,可编译发布为wEB3D程序,WINDOWS平台的应用程序,ANDROID平台的手机APP应用程序?首先,通过专业的制图软件aUTOdESK cad制作三维模型?然后,经过3DS mAX渲染贴图,生成可导入的模型文件?将模型导入uNIT3d中,通过编写脚本,实现控制测点模型的展示,数据的显示,三维场景的漫游,桥梁的颜色与透明,车辆行驶的模拟等功能;(2)服务器端?服务器端程序,针对健康监测系统的每一种类的传感器都对应jAVA sERVLET来处理业务逻辑与客户端发送来的http请求,根据请求类型访问健康监测数据库,然后将获取的数据以json的形式返回给客户端?这样客户端就能够实时获取健康监测的数据?
3 数据结构设计
桥梁健康监测系统传感器数据量众多,少则几十个?多则几百个?如何对这些传感器进行标识?分组?管理,并保证一个都不出差错,是一项繁琐而艰巨的任务?为此我们设计了测点表如下:
表1 测点数据结构表
描述 字段 类型
测点编号 pOINT_cODE VARCHAR
测点描述 dESCRIPTION VARCHAR
正常值 nORMAL_vALUE FLOAT
修正值 aMENDvALUE FLOAT
阈值下限 rANGE1_mIN FLOAT
阈值上限 rANGE1_mAX FLOAT
单位 uNIT VARCHAR
数据库 dATAbASE VARCHAR
数据表 tABLEnAME VARCHAR
数据列 tABLEcOLid VARCHAR
空间坐标X X FLOAT
空间坐标Y Y FLOAT
空间坐标Z Z FLOAT
测点表中,测点编号用来标识传感器在系统中的唯一性;每一种类的传感器作用不同,所以要描述安装的位置与作用;单位字段描述不用种类传感器测量数据的单位;通过正常值?修正值?阈值来判断数据是否在正常范围内,如何超出阈值范围则进行报警?空间坐标用来在三维空间中确定传感器所处的位置?数据库?数据表?数据列则指明了获取传感器数据的路径?
4 系统功能实现
4.1 三维漫游?桥梁健康监测三维软件实现了在虚拟场景中空间三维漫游?通过脚本控制场景中摄像机的位置?角度等参数,而实现视角的变化?可以通过点击界面菜单按钮来控制方向?旋转,也可以通过鼠标控制?在手机上可以通过触摸屏?重力来控制方向?
图2 系统总体界面
4.2 传感器数据显示
图3 传感器数据
通过软件左侧菜单,能够控制显示不同种类传感器的数据,数据采用HTTP请求的方式进行访问,这样保证了多种平台?多个终端访问的互通性?实时性? 传感器种类包括液位传感器?温度传感器?倾角仪?光纤光栅应变传感器?索力计?gps?风速风向仪?加速度传感器?磁致伸缩传感器?动态称重系统?在软件中,通过传感器的模型?空间位置?动态数据更新来实现传感器数据的展示?
4.3 车辆行驶模拟
图4 车辆模拟
车辆行驶模拟,是指在桥梁场景中,将实际车辆行驶状况通过软件还原出来,达到与摄像头监控画面一致的效果?首先调出车辆行驶控制面板,在控制面板中,能够输入当前以及历史的时间,点击“播放”按钮,车辆就会模拟行驶在大桥上?只所以能够模拟车辆的行驶,是根据车轴车速传感器测得的数据?数据包括采集时间?车速?车重?车型等?在模拟的车辆上,显示了车速与车重的文字,当车速?车重超出范围,则会以红色的字体作为警示?
5 结束语
基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件,诞生于uNITY3d和互联网技术日趋成熟的今天,体现了三维软件的美观性与易用性,网络软件的时效性与互联性?该软件针对桥梁健康监测系统的业务需求,成功运用在多个大型桥梁的健康监测系统中,包括武汉军山长江大桥?武汉二七长江桥?东莞东江大桥?杭州九堡大桥?涪陵长江大桥?南昌洪都英雄大桥?福建琅岐闽江大桥?
参考文献:
[1]崔瀛潇.基于Unity3D引擎的三维可视化技术在煤炭地震勘探中的应用[J].中国煤炭地质,2014(04).
[2]许孟建,王允.基于Unity3D二次开发的山地公路三维运行仿真技术研究[J].上海公路,2013(01).
[3]高建宏,刘新锋,王志梁.基于Unity 3D的电力需求侧项目虚拟展示平台研究[J].山东电力技术,2013(03).
[4]闫海艇,高淑娟,洪玉玲.基于Unity的虚拟现实技术在井下仿真中的应用[J].煤矿安全,2013(08).
[5]吴洪明.桥梁安全实时监测的三维可视化之应用研究与实现[D].重庆大学,2006.
[6]唐练.插件式桥梁健康监测三维可视化系统研究[D].重庆交通大学,2012.
[7]谢全宁.雷跃明.三维可视化桥梁健康监测系统的架构设计[J].计算机系统应用,2008(01).
作者简介:王鑫(1984-),男,河南郑州人,软件工程师,工程师,硕士,研究方向:三维软件开发、ANDROID智能手机开发、WEBGIS开发。
作者单位:中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司,武汉 430034;桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室,武汉 430034
原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-6481355.htm