本發(fā)明涉及三維模型生成領域，具體涉及基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、虛擬化培訓是一種利用虛擬現(xiàn)實技術生成實時的、具有三維信息的人工虛擬環(huán)境，學員通過運用某些設備和相應環(huán)境的各種感官刺激而進入其中，并可根據需要通過多種交互設備來駕馭環(huán)境、操作工具和操作對象；

2、在虛擬化培訓中，三維模型扮演著至關重要的角色。這些模型是通過專業(yè)的3d建模軟件創(chuàng)建的，能夠準確還原真實世界中的物體、場景或過程，為學員提供一個沉浸式的、高度仿真的學習環(huán)境，在進行實景三維模型建立過程中，即會使用到實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

3、現(xiàn)有的實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，采用的建模方式較為傳統(tǒng)，導致生成的模型準確度不夠高，影響了實際培訓效果，給實景三維模型生成系統(tǒng)及方法的使用帶來了一定的影響，因此，提出基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，包括數據采集模塊、數字孿生模型建立模塊、實景三維模型建立模塊、模型融合模塊、展示模塊、初步使用模塊、反饋建議模塊、模型優(yōu)化模塊與模型導出模塊；

3、所述數據采集模塊用于收集與培訓場景相關的物理實體數據，即實體物理數據；

4、所述數字孿生模型建立模塊用于利用收集到的實體物理數據，在虛擬空間中建立物理實體的數字孿生模型；

5、所述實景三維模型建立模塊用于利用實景三維技術構建真實場景的三維模型，即獲取到實景三維模型；

6、所述模型融合模塊用于將數字孿生模型與實景三維模型進行融合，獲取初步應用三維模型；

7、所述展示模塊用于將初步應用三維模型進行三維模型的展示；

8、所述初步使用模塊用于將初步應用三維模型進行試用；

9、所述反饋建議模塊用于初步展示過程中的用戶進行初步應用三維模型異常反饋與初步應用三維模型試用過程中的意見反饋，即獲取到展示反饋信息與應用反饋信息；

10、所述模型優(yōu)化模塊用于對展示反饋信息與應用反饋信息進行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進行優(yōu)化；

11、所述模型導出模塊用于在模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導出。

12、進一步在于，所述數字孿生模型建立的具體過程如下：

13、數據整理與預處理：對收集到的實體物體數據進行整理，檢測數據完整性和一致性；

14、數據完整性和一致性無異常后對數據進行預處理，獲取到預處理數據；

15、從預處理后的數據中提取與實體物體相關的特征提取，獲取到特征集；

16、根據建模需求，選擇特征集，之后根據實體物體的特性和建模需求，選擇建模方法；

17、基于提取的特征集和選擇的建模方法，建立初步數字孿生模型；

18、模型驗證與優(yōu)化：使用驗證數據集對建立的初步數字孿生模型進行驗證，獲取驗證結果，如驗證優(yōu)化結果無異常，且符合用戶需求，即直接將模型導出；

19、如驗證優(yōu)化結果異?；虿环嫌脩粜枨?，即對模型進行優(yōu)化，重復進行驗證和優(yōu)化過程，直到驗證結果無異常且符合用戶需求后，將生成的數字孿生模型導出。

20、進一步在于，所述基于提取的特征集和選擇的建模方法，建立數字孿生模型的過程中，同步選擇至少兩種來同步進行模型建立，獲取到至少兩個初步數字孿生模型；

21、在對至少兩個初步數字孿生模型進行模型驗證與優(yōu)化過程中，就記錄下驗證問題數量最少的模型進行后續(xù)驗證和優(yōu)化流程。

22、進一步在于，所述利用實景三維技術構建真實場景的三維模型的具體過程如下：

23、數據采集：對需要建模的實景區(qū)域進行數據采集，獲取到實景建模數據；

24、數據預處理：對采集到的實景建模數據進行預處理，獲取到預處理建模數據；

25、數據導入：將預處理建模數據導入到三維建模軟件中；

26、三維建模：根據導入的預處理建模數據，在三維建模軟件中進行建模，獲取到實體三維模型；

27、模型優(yōu)化：對實體三維模型進行優(yōu)化處理，滿足用戶需求后將模型導出。

28、進一步在于，所述數據采集的具體過程如下：利用無人機、3d掃描與激光雷達對建模實體進行數據采集，獲取到三個實體數據；

29、對三個實體數據進行轉化，將其轉化為同類數據，之后提取出同類數據中各個特征點的三個數據，進行一一計算處理，獲取到各個特征點的評估參數；

30、之后提取出各個特征點的評估參數，當各個特征點的評估參數無異常時，即選定任意一種方式采集到的實體數據為后續(xù)的預處理數據；

31、當各個特征點的評估參數存在異常，即根據實際狀況選定實體數據進行預處理。

32、進一步在于，所述各個特征點的評估參數的獲取過程與異常判定過程如下：

33、提取出采集到的同類數據，將同類數據中三個實體數據標記為qi、mi與fi；

34、將qi、mi與fi中相同點的數據進行qi-mi＝qmi，qi-fi＝qfi，mi-fi＝mfi，即獲取到單個特征點的評估參數qmi、qfi與mfi；

35、當qmi、qfi與mfi均小于預設值時，即表示該點的評估參數無異常，當qmi、qfi與mfi中任意一個大于預設值時，即表示該點的評估參數存在異常；

36、當各個特征點的評估參數存在異常，即根據實際狀況選定實體數據進行預處理的具體過程如下：提取出qmi、qfi與mfi，當qmi、qfi與mfi中任意一個大于預設值，但剩余兩個小于預設值時，即選定小于預設值中兩個的任意一個對應的體數據為后續(xù)的預處理數據；

37、當qmi、qfi與mfi均大于預設值時，即重新進行實體數據的采集。

38、進一步在于，所述模型優(yōu)化模塊對展示反饋信息與應用反饋信息進行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進行優(yōu)化的具體如下：

39、提取出采集到的展示反饋信息與應用反饋信息，展示反饋信息為初步應用三維模型在展示過程中，查看初步應用三維模型人員上傳的模型異常信息，模型異常點信息為展示過程中的模型異常內容；

40、對所有上傳的展示過程中的模型異常內容進行分析處理，獲取到各個異常內容的反饋次數將其標記為zv；

41、再提取出應用反饋信息，應用反饋信息為初步應用三維模型在試用過程中，試用初步應用三維模型的人員上傳的模型應用過程中異常信息，模型應用過程中異常信息為應用過程中異常內容；

42、對所有上傳的應用過程中異常內容進行處理，獲取到各個應用過程中異常內容的反饋次數，將其標記為ev；

43、之后提取出zv與ev中大于預設值a1的部分，進行建模數據重新采集，重新構建該部分的對應的模型，提取出zv中小于等于預設值a2的部分直接進行模型優(yōu)化。

44、進一步在于，所有上傳的展示過程中的模型異常內容進行分析處理時，需要確定各個展示過程中模型異常內容是否真實存在，確認完成后記錄下所有真實存在異常內容的反饋次數zv；

45、所述所有上傳的應用過程中異常內容進行處理時，也需要進行與展示過程中的模型異常內容分析過程相同真實驗證后，再記錄下所有真實存在各個應用過程中異常內容的反饋次數。

46、基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成方法包括以下步驟：

47、步驟一：收集與培訓場景相關的物理實體數據，即實體物理數據；

48、步驟二：利用收集到的實體物理數據，在虛擬空間中建立物理實體的數字孿生模型；

49、步驟三：利用實景三維技術構建真實場景的三維模型，即獲取到實景三維模型；

50、步驟四：將數字孿生模型與實景三維模型進行融合，獲取初步應用三維模型；

51、步驟五：展示模塊用于將初步應用三維模型進行三維模型的展示；

52、步驟六：初步使用模塊用于將初步應用三維模型進行試用，試用為小范圍試用，試用人數不超過預設值；

53、步驟七：初步展示過程中的用戶進行初步應用三維模型異常反饋與初步應用三維模型試用過程中的意見反饋，獲取到展示反饋信息與應用反饋信息；

54、步驟八：對展示反饋信息與應用反饋信息進行處理，生成模型優(yōu)化信息對模型進行優(yōu)化；

55、步驟九：在模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導出。

56、進一步在于，所述在模型優(yōu)化過程中，至少需要對模型進行兩次優(yōu)化，每次優(yōu)化完后都需要進行再次的展示和試用，并采集展示反饋信息與應用反饋信息繼續(xù)進行模型優(yōu)化；

57、模型優(yōu)化完成后將優(yōu)化后的模型導出前，還需要對模型進行標準檢測，監(jiān)測模型是否符合預設標準，當模型符合預設標準時，即將其導出，當模型不符合預設標準，即再次對其進行優(yōu)化直到其符合預設標準。

58、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：該基于數字孿生的虛擬化培訓實景三維模型生成系統(tǒng)及方法，數字孿生技術可以快速、準確地建立物體、過程的數字模型，準確還原物體，進而將該系統(tǒng)生成的實景三維模型能夠讓培訓內容更加貼近真實環(huán)境，提高培訓效果，通過在虛擬環(huán)境中進行模擬和測試，可以減少真實環(huán)境中的實驗次數和成本，基于數字孿生的實景三維模型具有很高的靈活性和可定制性，根據不同的培訓需求，可以定制不同的場景和模型，滿足多樣化的培訓需求。同時，模型也可以隨時進行修改和更新，以適應不斷變化的環(huán)境和需求，進而滿足不同的培訓需求，可以提高培訓效果、降低成本、提高效率和安全性，讓該系統(tǒng)更加值得推廣使用。