本發(fā)明涉及林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)，屬于三維培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站持續(xù)不斷的接收由衛(wèi)星傳送來的信號，所得數(shù)據(jù)需要進行影像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、火點提取、虛假火點排除、真實火點確認、火點信息推送等一系列復(fù)雜且專業(yè)的操作。因此，接收站工作人員除了必須具備扎實的理論知識，更應(yīng)掌握較高的實踐操作技能。因此，加強操作人員實踐培訓(xùn)成為必然選擇。

地面接收設(shè)備投入資金巨大，易損壞，維修困難，培訓(xùn)時無法供學(xué)員隨意使用。這使得培訓(xùn)工作陷入困境。若采用傳統(tǒng)的文字描述或視頻講解，“紙上談兵”式培訓(xùn)很難使學(xué)員高效掌握相關(guān)知識及操作。且傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式耗費時間長，效率低，過程枯燥。因此如何高效直觀、低成本的達到培訓(xùn)效果是當(dāng)前衛(wèi)星地面監(jiān)控站操作培訓(xùn)面臨的一個重大問題

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理、使用方便的林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：它包含系統(tǒng)模型庫的建立、粒子模型的設(shè)計與制作、動畫設(shè)計與制作和整體實現(xiàn)；所述系統(tǒng)模型庫的建立包含計算機軟件模塊、物理模型模塊、靜態(tài)場景模塊、半動態(tài)場景模塊；所述粒子模型的設(shè)計與制作包含粒子模塊、接近現(xiàn)實的粒子模塊、有生命力的粒子模塊；所述動畫設(shè)計與制作包含角色庫、骨骼動畫模塊；所述計算機軟件模塊分別與粒子模塊和角色庫連接；所述角色庫通過導(dǎo)入系統(tǒng)與骨骼動畫模塊連接；所述計算機軟件模塊與物理模型模塊相互配合；所述物理模型模塊通過軟件結(jié)合生成靜態(tài)場景模塊；靜態(tài)場景模塊通過編程語言的設(shè)計結(jié)合有生命力的粒子模塊組成半動態(tài)場景模塊；所述粒子模塊通過調(diào)節(jié)粒子基本性質(zhì)生成接近現(xiàn)實的粒子模塊，在動畫效果的作用下，所述接近現(xiàn)實的粒子模塊轉(zhuǎn)換為有生命力的粒子模塊；在角色庫與半動態(tài)場景模塊的作用下生成林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)模型庫的建立中涉及三個場景，分別是火點外部觀測場景、衛(wèi)星繞地運行場景、數(shù)據(jù)接收及處理場景；為方便管理、調(diào)用、維護，模型庫分為三個子模型庫，根據(jù)場景模擬的需要，將模型入庫；所述子模型的設(shè)計制作主要利用3dsmax的建模功能，從三維立體入手，按照實際比例和系統(tǒng)功能需求，建立基礎(chǔ)模型。為使模型貼近實物，貼圖多選擇實物拍照，再經(jīng)photoshop處理得到滿足貼圖要求的圖片；并結(jié)合vray渲染器，加強模型視覺效果；最后得到符合系統(tǒng)功能需求的模型。

作為優(yōu)選，所述粒子模型的設(shè)計與制作中粒子模型的具體步驟為：

a、根據(jù)粒子實體對象的運動特征，設(shè)置初始粒子形態(tài)，包括粒子持續(xù)時間(duration)、粒子初始延遲(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增系數(shù)(gravitymultiplier)、粒子速度繼承(inheritvelocity)、粒子最大數(shù)目(maxparticles)。

b、根據(jù)生命周期判斷粒子是否過期，并使過期粒子消亡，

livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration

其中l(wèi)ivetime指粒子當(dāng)前已存活時間，startlifetime(p)指某一粒子p當(dāng)前所處時間——其中參數(shù)p指粒子屬性數(shù)據(jù)，可根據(jù)參數(shù)，在生命周期函數(shù)中計算粒子當(dāng)前“年齡”；

c、利用計算機記錄粒子發(fā)射與消亡數(shù)據(jù)計算現(xiàn)存粒子數(shù)，并與最大粒子數(shù)目對比，若達到最大粒子數(shù)，則暫停發(fā)射，一旦現(xiàn)存粒子數(shù)達到最低值，則重新啟動發(fā)射功能；

d、利用粒子生命函數(shù)及生命周期中粒子顏色和透明度變化曲線賦予不同生命期粒子顏色，達到顏色漸變效果。

作為優(yōu)選，所述粒子模型的設(shè)計與制作中設(shè)有火焰粒子，火焰在林火衛(wèi)星地面接收站三維培訓(xùn)系統(tǒng)中意義重大，是火點外部觀測場景的核心；為精確模擬不同林火階段火焰效果，將火焰粒子模型分成三個部分：林火初始火點階段、林火蔓延火場階段、林火撲滅火星階段；

作為優(yōu)選，所述動畫設(shè)計與制作中人物運動則需要相應(yīng)的人物模型和骨骼動畫一致，即通過骨骼動畫影響人物肌理。

人物動畫實現(xiàn)的流程為：創(chuàng)建avatar→配置avatar→肌肉設(shè)定→維護動畫→編輯語言控制角色動畫→創(chuàng)建角色。

作為優(yōu)選，所述整體實現(xiàn)中包含接收站工作原理展示、界面制作、場景切換、相機調(diào)用；所述接收站工作原理是：衛(wèi)星在運行過程中，利用遙感技術(shù)，不斷獲取地面信息，當(dāng)衛(wèi)星駛過接收站上空時，接收站開始接受影像數(shù)據(jù)，并通過光纜傳輸?shù)竭_控制臺，最后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到各級森防部門。所述場景切換是實現(xiàn)火點外部觀測場景、衛(wèi)星繞地運行場景以及數(shù)據(jù)接收及處理場景連貫性表達的關(guān)鍵，它的核心在于通過三個場景的實時切換達到記錄起火過程、描述事件流程，詳述接收站操作步驟等目的，需通過代碼實現(xiàn)；并結(jié)合界面設(shè)計達到交互性和自動性。

所述相機調(diào)用通過以下兩種方式實現(xiàn)：

701、切換相機：此時需在場景中創(chuàng)建多個相機，并為各相機指定固定追蹤物體。根據(jù)不同情形下所要著重表現(xiàn)的物體的不同，實時選擇場景主相機。

702、更改目標(biāo)：此時場景中僅有一個相機并設(shè)置為主相機，當(dāng)需著重描述某一動作或模型時，切換相機當(dāng)前目標(biāo)，即將該事務(wù)設(shè)置為相機目標(biāo)物，達到相機調(diào)用的目的。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明所述的林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重復(fù)演示等優(yōu)良性能；讓培訓(xùn)過程更易被接受，同時讓學(xué)員能沉浸其中，在虛擬場景中體驗真實的操作過程，極大降低了缺乏實訓(xùn)設(shè)備的影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的設(shè)計流程圖；

圖2是本發(fā)明中接受站工作原理圖；

圖3是本發(fā)明中粒子系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖；

附圖標(biāo)記說明：

系統(tǒng)模型庫的建立001、粒子模型的設(shè)計與制作002、動畫設(shè)計與制作003、整體實現(xiàn)004、算機軟件模塊1、物理模型模塊2、靜態(tài)場景模塊3、半動態(tài)場景模塊4、粒子模塊5、接近現(xiàn)實的粒子模塊6、有生命力的粒子模塊7、角色庫8、骨骼動畫模塊9。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

參看如圖1-圖3所示，它包含系統(tǒng)模型庫的建立001、粒子模型的設(shè)計與制作002、動畫設(shè)計與制作003和整體實現(xiàn)004；所述系統(tǒng)模型庫的建立001包含計算機軟件模塊1、物理模型模塊2、靜態(tài)場景模塊3、半動態(tài)場景模塊4；所述粒子模型的設(shè)計與制作002包含粒子模塊5、接近現(xiàn)實的粒子模塊6、有生命力的粒子模塊7；所述動畫設(shè)計與制作003包含角色庫8、骨骼動畫模塊9；所述計算機軟件模塊1分別與粒子模塊5和角色庫8連接；所述角色庫8通過導(dǎo)入系統(tǒng)與骨骼動畫模塊9連接；所述計算機軟件模塊1與物理模型模塊2相互配合；所述物理模型模塊2通過軟件結(jié)合生成靜態(tài)場景模塊3；靜態(tài)場景模塊3通過編程語言的設(shè)計結(jié)合有生命力的粒子模塊7組成半動態(tài)場景模塊4；所述粒子模塊5通過調(diào)節(jié)粒子基本性質(zhì)生成接近現(xiàn)實的粒子模塊6，在動畫效果的作用下，所述接近現(xiàn)實的粒子模塊6轉(zhuǎn)換為有生命力的粒子模塊7；在角色庫8與半動態(tài)場景模塊4的作用下生成林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)001。

其中，所述系統(tǒng)模型庫的建立001中涉及三個場景，分別是火點外部觀測場景、衛(wèi)星繞地運行場景、數(shù)據(jù)接收及處理場景；為方便管理、調(diào)用、維護，模型庫分為三個子模型庫，根據(jù)場景模擬的需要，將模型入庫；所述子模型的設(shè)計制作主要利用3dsmax的建模功能，從三維立體入手，按照實際比例和系統(tǒng)功能需求，建立基礎(chǔ)模型。為使模型貼近實物，貼圖多選擇實物拍照，再經(jīng)photoshop處理得到滿足貼圖要求的圖片；并結(jié)合vray渲染器，加強模型視覺效果；最后得到符合系統(tǒng)功能需求的模型。

所述粒子模型的設(shè)計與制作002中粒子模型的具體步驟為：

a、根據(jù)粒子實體對象的運動特征，設(shè)置初始粒子形態(tài)，包括粒子持續(xù)時間(duration)、粒子初始延遲(startdelay)、粒子生命周期(startlifetime)、粒子初始速度(startspeed)、重力倍增系數(shù)(gravitymultiplier)、粒子速度繼承(inheritvelocity)、粒子最大數(shù)目(maxparticles)。

b、根據(jù)生命周期判斷粒子是否過期，并使過期粒子消亡，

livetime＝startlifetime(p)-startdelay<＝duration

其中l(wèi)ivetime指粒子當(dāng)前已存活時間，startlifetime(p)指某一粒子p當(dāng)前所處時間——其中參數(shù)p指粒子屬性數(shù)據(jù)，可根據(jù)參數(shù)，在生命周期函數(shù)中計算粒子當(dāng)前“年齡”；

c、利用計算機記錄粒子發(fā)射與消亡數(shù)據(jù)計算現(xiàn)存粒子數(shù)，并與最大粒子數(shù)目對比，若達到最大粒子數(shù)，則暫停發(fā)射，一旦現(xiàn)存粒子數(shù)達到最低值，則重新啟動發(fā)射功能；

d、利用粒子生命函數(shù)及生命周期中粒子顏色和透明度變化曲線賦予不同生命期粒子顏色，達到顏色漸變效果。

其中粒子顏色變化需要在初始顏色和消亡顏色之間線性插值。在計算機中顏色通常由紅(r)、綠(g)、藍(b)三原色構(gòu)成，三者的值均為0至255。當(dāng)r、g、b的值都為0時呈現(xiàn)黑色，當(dāng)其都為255時呈現(xiàn)白色。

所述粒子模型的設(shè)計與制作002中設(shè)有火焰粒子，火焰在林火衛(wèi)星地面接收站三維培訓(xùn)系統(tǒng)中意義重大，是火點外部觀測場景的核心；為精確模擬不同林火階段火焰效果，將火焰粒子模型分成三個部分：林火初始火點階段、林火蔓延火場階段、林火撲滅火星階段；

(201)林火初始火點階段：在該階段火勢較小，波及范圍不大，難以發(fā)現(xiàn)，故對粒子系統(tǒng)屬性設(shè)置時生命周期應(yīng)較短，火焰顏色較淺，煙霧不大；

(202)林火蔓延火場階段：該階段林火已經(jīng)蔓延，火勢兇猛，波及范圍大，難控制，故此時粒子系統(tǒng)生命周期長，初始速度大，粒子最大數(shù)目大，火焰顏色較深，并伴隨有濃濃的黑煙；

(203)林火撲滅火星階段：該階段火勢已得到控制，火逐漸變小，但濃煙并未完全消散，故此時粒子系統(tǒng)應(yīng)同時包含火焰和煙霧。

所述動畫設(shè)計與制作003中人物運動則需要相應(yīng)的人物模型和骨骼動畫一致，即通過骨骼動畫影響人物肌理；在unity3d中主要使用mecanim通過重定向提高角色動畫的重要性；可通過使用動態(tài)狀態(tài)機來處理動畫之間的過渡及動畫之間的邏輯；animator組件負責(zé)把動畫分配給gameobject；主要包含animatorcontroller和avatar兩個關(guān)鍵元素。其中當(dāng)gameobject是人形角色時，才定義avatar。

人物動畫實現(xiàn)的流程為：創(chuàng)建avatar→配置avatar→肌肉設(shè)定→維護動畫→編輯語言控制角色動畫→創(chuàng)建角色。

所述整體實現(xiàn)004中包含接收站工作原理展示、界面制作、場景切換、相機調(diào)用；所述接收站工作原理是：衛(wèi)星在運行過程中，利用遙感技術(shù)，不斷獲取地面信息，當(dāng)衛(wèi)星駛過接收站上空時，接收站開始接受影像數(shù)據(jù)，并通過光纜傳輸?shù)竭_控制臺。初始的影像數(shù)據(jù)是加密的，具有獨特格式的文件，經(jīng)過控制臺解碼服務(wù)器的解密，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙蛔R別的遙感影像文件。隨后對這些影像文件進一步數(shù)字化，以便后繼的火點提取、虛假火點排除操作。最后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到各級森防部門(圖2)。所述場景切換是實現(xiàn)火點外部觀測場景、衛(wèi)星繞地運行場景以及數(shù)據(jù)接收及處理場景連貫性表達的關(guān)鍵，它的核心在于通過三個場景的實時切換達到記錄起火過程、描述事件流程，詳述接收站操作步驟等目的，需通過代碼實現(xiàn)；并結(jié)合界面設(shè)計達到交互性和自動性。

其中交互性指用戶通過界面操作實現(xiàn)場景切換，滿足了用戶在不同目的下的不同場景需求。

自動性指在整個事件流程播放的過程中，通過計算機內(nèi)部計時，在不同時間實現(xiàn)場景切換，保證系統(tǒng)的連貫性。

本具體實施方式所述的林火衛(wèi)星地面監(jiān)控站三維培訓(xùn)系統(tǒng)，具有方便、可交互、高效、可靠、便捷、可沉浸、可重復(fù)演示等優(yōu)良性能；讓培訓(xùn)過程更易被接受，同時讓學(xué)員能沉浸其中，在虛擬場景中體驗真實的操作過程，極大降低了缺乏實訓(xùn)設(shè)備的影響。

以上所述，僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。