一种基于VR的带支架设备室内安装基础定位方法

一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法
技术领域
1.本发明涉及虚拟现实技术领域，更具体地说，它涉及一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法。


背景技术：

2.带支架设备的安装是设备供应商和设备用户必须面对的问题，带支架设备可分为支架和支架上设备两个部分。用于安装设备的室内环境是随机变化的，室内环境中的障碍物也是随机变化的，因此，如何快速、准确地对支架的安装基础进行定位是设备安装过程中的一个关键点。
3.虚拟现实技术(visualreality，vr)可以在虚拟环境中为实物创建虚拟模型，为一种解决工程实践问题的重要手段，它是通过在虚拟环境中来估计关键模型问题的重要参数，并能够对实际工程问题的技术指标的值进行相关推算。
4.目前带支架设备的支架安装基础定位的一般方法为实地测量法。通过安装人员到设备安装现场实地测量安装设备的室内环境的尺寸参数，结合设备本身的尺寸规格，来定位支架的室内安装基础。
5.但上述方法存在一些问题，一方面是用于安装设备的室内环境是随机变化的，室内的障碍物也是随机变化的，安装一台带支架设备可能需要安装人员进行多次现场测量，效率较低，且会导致较高的安装成本。另一方面是当同一支架用于支撑不同设备，或同一设备用不同支架进行支撑时，支架安装基础的室内定位需要安装人员重新进行测量和估算，不仅效率低下，还会影响安装进度。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，本方法能够在任意的室内环境中对任意带支架设备的支架安装基础进行地面定位，通过本方法能够准确高效地的确定出支架安装基础在室内环境中的位置，具有极大的灵活性和实用性，能够有效节约人力成本。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，包括以下步骤：
8.s1.建立三维直角坐标系o-x-y-z；
9.s2.制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；
10.s3.制作虚拟支架和设备的三维模型；
11.s4.置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；
12.s5.置入虚拟支架和设备的三维模型；
13.s6.标记投影尺寸；
14.s7.确定设备直接安装基础位置。
15.本发明进一步设置为：所述s1中建立三维直角坐标系o-x-y-z的具体操作如下：在
虚拟环境中建立三维直角坐标系o-x-y-z，该坐标系的x轴、y轴与z轴两两垂直，o为三维直角坐标系的原点。
16.本发明进一步设置为：所述s2中制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型的具体操作如下：所述虚拟室内环境的三维模型包括将要安装设备的房间的地面模型、墙体模型和天花板模型，地面模型、墙体模型和天花板模型中每两条边之间的角度与真实房间中对应的两条边之间的角度相同，地面模型、墙体模型和天花板模型中每条边的长度l与真实房间中对应边的长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’；
17.所述虚拟室内障碍物的三维模型包括除地面模型、墙体模型和天花板模型之外所有位于室内的物品，虚拟室内障碍物的三维模型每两条边之间的角度与真实障碍物对应的两条边之间的角度相同，室内障碍物的三维虚拟模型每条边的长度l与真实障碍物每条边长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’。
18.本发明进一步设置为：所述s3中制作虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：所述虚拟支架的三维模型和虚拟设备模的三维型中每两条边之间的角度与真实支架和真实设备中对应的两条边之间的角度相同，虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型中每条边的长度a与真实支架和设备中对应边的长度a’成比例关系，比例系数为k,即a＝k*a’。
19.本发明进一步设置为：所述s4中置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型具体操作如下：将虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型置入所建立的三维直角坐标系o-x-y-z中，使得虚拟室内环境的地面与直角坐标系的x-o-y平面重合。
20.本发明进一步设置为：所述s5中置入虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：将虚拟支架和设备的三维模型整体放入虚拟室内环境的三维模型中，使得虚拟支架的三维模型的安装基础所在平面与直角坐标系的x-o-y平面重合。
21.本发明进一步设置为：所述s6中标记投影尺寸具体操作如下：将虚拟支架的三维模型和设备的三维模型整体在x-o-y平面上投影记为ty，标记虚拟支架的三维模型与地面模型的三个接触点a、b、c，a、b、c三点不共线，a、b、c对应的真实环境中支架与地面的接触点记为m、n、p，ty绕点b旋转一周，将旋转过程中ty在ox轴投影的长度的最大值记为dx,此时,ty在oy轴上投影的长度记为dy，ab与ox轴夹角记为∠abx。
22.本发明进一步设置为：所述s7中确定设备直接安装基础位置的具体操作如下：将ty在室内地面模型的ox方向上平移，移动过程中ab与ox轴夹角始终为∠abx，当ty与障碍物重合并且虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型与天花板模型无接触时，记下此时a、b、c三点的坐标分别为(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)；墙面模型中两面不平行的墙记为q1与q2，真实环境中q1与q2对应的墙记为q1与q2，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q1的距离分别记为l
a1
、l
b1
与l
c1
，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q2的距离分别记为l
a2
、l
b2
与l
c2
；真实环境中设备支架安装基础位置为：m、n、p三点距墙q1的距离为l
a1
/k、l
b1
/k与l
c1
/k,距墙q2的距离为l
a2
/k、l
b2
/k与l
c2
/k。
23.综上所述，本发明具有以下有益效果：
24.1、对支架上设备和支架进行建模后，相关模型和数据可以重复利用，具有灵活性和实用性。
25.2、对安装设备的室内环境进行虚拟建模后，所得虚拟模型也可多次重复使用，数据复用效果好。
26.3、无需安装人员到现场进行测量，即可对支架的安装基础进行定位，极大地节省了人力成本。
27.4、本方法能够在任意的室内环境中对任意带支架设备的支架安装基础进行地面定位，通过本方法能够准确高效地的确定出支架安装基础在室内环境中的位置。
附图说明
28.图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
29.以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。
30.实施例：一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
31.s1.建立三维直角坐标系o-x-y-z；
32.s2.制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；
33.s3.制作虚拟支架和设备的三维模型；
34.s4.置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；
35.s5.置入虚拟支架和设备的三维模型；
36.s6.标记投影尺寸；
37.s7.确定设备直接安装基础位置。
38.所述s1中建立三维直角坐标系o-x-y-z的具体操作如下：在虚拟环境中建立三维直角坐标系o-x-y-z，该坐标系的x轴、y轴与z轴两两垂直，o为三维直角坐标系的原点。
39.所述s2中制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型的具体操作如下：所述虚拟室内环境的三维模型包括将要安装设备的房间的地面模型、墙体模型和天花板模型，地面模型、墙体模型和天花板模型中每两条边之间的角度与真实房间中对应的两条边之间的角度相同，地面模型、墙体模型和天花板模型中每条边的长度l与真实房间中对应边的长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’；
40.所述虚拟室内障碍物的三维模型包括除地面模型、墙体模型和天花板模型之外所有位于室内的物品，虚拟室内障碍物的三维模型每两条边之间的角度与真实障碍物对应的两条边之间的角度相同，室内障碍物的三维虚拟模型每条边的长度l与真实障碍物每条边长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’。
41.所述s3中制作虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：所述虚拟支架的三维模型和虚拟设备模的三维型中每两条边之间的角度与真实支架和真实设备中对应的两条边之间的角度相同，虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型中每条边的长度a与真实支架和设备中对应边的长度a’成比例关系，比例系数为k,即a＝k*a’。
42.所述s4中置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型具体操作如下：将虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型置入所建立的三维直角坐标系o-x-y-z中，使得虚拟室内环境的地面与直角坐标系的x-o-y平面重合。
43.所述s5中置入虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：将虚拟支架和设备的三维模型整体放入虚拟室内环境的三维模型中，使得虚拟支架的三维模型的安装基础所在平
面与直角坐标系的x-o-y平面重合。
44.所述s6中标记投影尺寸具体操作如下：将虚拟支架的三维模型和设备的三维模型整体在x-o-y平面上投影记为ty，标记虚拟支架的三维模型与地面模型的三个接触点a、b、c，a、b、c三点不共线，a、b、c对应的真实环境中支架与地面的接触点记为m、n、p，ty绕点b旋转一周，将旋转过程中ty在ox轴投影的长度的最大值记为dx,此时,ty在oy轴上投影的长度记为dy，ab与ox轴夹角记为∠abx。
45.所述s7中确定设备直接安装基础位置的具体操作如下：将ty在室内地面模型的ox方向上平移，移动过程中ab与ox轴夹角始终为∠abx，当ty与障碍物重合并且虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型与天花板模型无接触时，记下此时a、b、c三点的坐标分别为(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)；墙面模型中两面不平行的墙记为q1与q2，真实环境中q1与q2对应的墙记为q1与q2，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q1的距离分别记为l
a1
、l
b1
与l
c1
，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q2的距离分别记为l
a2
、l
b2
与l
c2
；真实环境中设备支架安装基础位置为：m、n、p三点距墙q1的距离为l
a1
/k、l
b1
/k与l
c1
/k,距墙q2的距离为l
a2
/k、l
b2
/k与l
c2
/k。
46.工作原理：本发明利用vr技术在虚拟环境中建立正式室内环境以及相关障碍物的三维模型，建立三维的支架外部轮廓模型以及支架上方设备的外部轮廓模型，然后通过调整支架及设备的外部轮廓到墙面及障碍物的距离来确定支架位置，最后给出支架安装基础的定位。
47.为了能够使定位更加精准和可视化，在虚拟环境中建立了三维直角坐标系，以标识虚拟室内环境的三维模型、虚拟障碍物的三维模型和虚拟支架和的设备三维模型。将真实环境中的点在虚拟模型中坐标化，将真实环境中的角度在虚拟模型中如实呈现，将真实环境中的线条在虚拟模型中按比例模拟，得到与真实环境匹配的虚拟模型。
48.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：包括以下步骤：s1.建立三维直角坐标系o-x-y-z；s2.制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；s3.制作虚拟支架和设备的三维模型；s4.置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型；s5.置入虚拟支架和设备的三维模型；s6.标记投影尺寸；s7.确定设备直接安装基础位置。2.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s1中建立三维直角坐标系o-x-y-z的具体操作如下：在虚拟环境中建立三维直角坐标系o-x-y-z，该坐标系的x轴、y轴与z轴两两垂直，o为三维直角坐标系的原点。3.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s2中制作虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型的具体操作如下：所述虚拟室内环境的三维模型包括将要安装设备的房间的地面模型、墙体模型和天花板模型，地面模型、墙体模型和天花板模型中每两条边之间的角度与真实房间中对应的两条边之间的角度相同，地面模型、墙体模型和天花板模型中每条边的长度l与真实房间中对应边的长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’；所述虚拟室内障碍物的三维模型包括除地面模型、墙体模型和天花板模型之外所有位于室内的物品，虚拟室内障碍物的三维模型每两条边之间的角度与真实障碍物对应的两条边之间的角度相同，室内障碍物的三维虚拟模型每条边的长度l与真实障碍物每条边长度l’成比例关系，比例系数为k,即l＝k*l’。4.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s3中制作虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：所述虚拟支架的三维模型和虚拟设备模的三维型中每两条边之间的角度与真实支架和真实设备中对应的两条边之间的角度相同，虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型中每条边的长度a与真实支架和设备中对应边的长度a’成比例关系，比例系数为k,即a＝k*a’。5.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s4中置入虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型具体操作如下：将虚拟室内环境和室内障碍物的三维模型置入所建立的三维直角坐标系o-x-y-z中，使得虚拟室内环境的地面与直角坐标系的x-o-y平面重合。6.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s5中置入虚拟支架和设备的三维模型具体操作如下：将虚拟支架和设备的三维模型整体放入虚拟室内环境的三维模型中，使得虚拟支架的三维模型的安装基础所在平面与直角坐标系的x-o-y平面重合。7.根据权利要求1所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s6中标记投影尺寸具体操作如下：将虚拟支架的三维模型和设备的三维模型整体在x-o-y平面上投影记为ty，标记虚拟支架的三维模型与地面模型的三个接触点a、b、c，a、b、c三点不共线，a、b、c对应的真实环境中支架与地面的接触点记为m、n、p，ty绕点b旋转一周，将旋转过程中ty在ox轴投影的长度的最大值记为dx,此时,ty在oy轴上投影的长度记为
dy，ab与ox轴夹角记为∠abx。8.根据权利要求7所述的一种基于vr的带支架设备室内安装基础定位方法，其特征是：所述s7中确定设备直接安装基础位置的具体操作如下：将ty在室内地面模型的ox方向上平移，移动过程中ab与ox轴夹角始终为∠abx，当ty与障碍物重合并且虚拟支架的三维模型和虚拟设备的三维模型与天花板模型无接触时，记下此时a、b、c三点的坐标分别为(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)；墙面模型中两面不平行的墙记为q1与q2，真实环境中q1与q2对应的墙记为q1与q2，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q1的距离分别记为l
a1
、l
b1
与l
c1
，(ax,ay,0)、(bx,by,0)、(cx,cy,0)三点到q2的距离分别记为l
a2
、l
b2
与l
c2
；真实环境中设备支架安装基础位置为：m、n、p三点距墙q1的距离为l
a1
/k、l
b1
/k与l
c1
/k,距墙q2的距离为l
a2
/k、l
b2
/k与l
c2
/k。

技术总结
本发明公开了一种基于VR的带支架设备室内安装基础定位方法，涉及虚拟现实技术领域，其技术方案要点是：本方法中利用虚拟现实技术在室内环境中对带支架设备的支架安装基础进行地面定位。方法先在虚拟环境中建立三维的室内环境及相关障碍物模型，建立三维的支架外部轮廓模型以及支架上方设备的外部轮廓模型，然后通过调整支架及设备的外部轮廓到墙面及障碍物的距离来确定支架位置，最后给出支架安装基础的定位。本发明能够在任意的室内环境中对任意带支架设备的支架安装基础进行地面定位，通过本发明提出的方法能够准确高效地的确定出支架安装基础在室内环境中的位置。出支架安装基础在室内环境中的位置。出支架安装基础在室内环境中的位置。


技术研发人员：刘佳嘉 刘建华 张华忠 谢家雨 涂晓光 罗荣鑫 李炜 史小妮 王可心
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/5