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一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法

阅读：586发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，包括以下步骤：步骤A，利用UE4引擎完成防洪堤BIM模型空间定位和组装及BIM信息映射；步骤B，使用BluePrint和C++结合完成堤防工程的可视化仿真。本发明利用UE4引擎优良的渲染能力对堤防工程实现良好的视觉效果，结合BIM在UE4中实现工程可视化仿真，实现堤防工程施工数据快速高效可视化的目的。，下面是一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，利用UE4引擎完成防洪堤BIM模型空间定位和组装及BIM信息映射；
步骤B，使用BluePrint和C++结合完成堤防工程的可视化仿真。
2.如权利要求1所述的基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤A包括：
步骤A1，将BIM模型导入进3dMax对模型进行展UV和贴图附加，还原模型每个面的真实纹理材质；导入UE4 软件里面形成纹理材质球，同时利用UE4自带的实时渲染技术对模型进行真实光照；
步骤A2，通过解析BIM模型到自定义数据格式，获取到这些模型的BIM信息，并使用Excel配置表实现对这些信息的保存和维护，形成该堤防工程的BIM模型信息数据库；
步骤A3，建立基于四叉树方式表现地形多边形的数学模型；设计了按区域存储的二维数组的场景数据存储系统；在对数据表示节点进行分割前，通过对视点相关和地形本身的粗糙层度相关两种模式的研究，建立节点评价公式，设计节点评价系统；对地形网格进行渲染和生成；设计基于View Frustum方式的裁剪器，对地形进行裁剪和优化，实现基于LOD大规模场景实时渲染技术。
3.如权利要求1所述的基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤A3还包括：
在组装完整个工程场景后，通过加入DirectionalLight和若干PointLight照亮整个场景，通过创建水材质和贴图模拟水环境，通过创建粒子系统对下雨雨滴进行模拟，实现下雨的环境，使用PostProcessVolumn进行后期处理，生成光晕效果。
4.如权利要求1至3任一项所述的基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤B包括：
步骤B1，通过读取Excel维护的BIM信息数据库，对某一个模型进行定位查询；使用OutlinePostProcess对定位模型实现描边突出显示，通过创建一个Outline材质将模型深度信息进行权重叠加，求出渲染像素的上、下、左、右、左上、右上、左下、右下八个单位的深度值，然后进行叠加；采用SceneTexelSize获取偏移位置的偏移量，进行边缘提取；针对每个查询的BIM模型，在UMG中进行具体的BIM模型展示，利用SceneCaptureComponent2D组件，进行模型捕捉，把目标模型的信息投射到渲染Texture上，再借助材质球渲染到UI上，并提供模型相关的二维图纸；
步骤B2，首先对水位模型在UE4里面赋予水属性，通过获取水的Z轴坐标来定义水位高度，然后将水位刻度对应Z轴移动范围来模拟防洪堤对各种水位情况的展示；
步骤B3，通过BluePrint控制Light Source属性，改变Light Source的Y轴使灯光移动，添加AddActorLocalRotation增加目标的角度，将Light Source连接到目标上并拖进蓝图，选择获得并连接到下面输出的值后，添加一个事件驱动事件Tick，事件驱动事件Tick是游戏中每一帧运行所触发的事件，触发后则将角度赋给了目标；更新一遍天空的方向；模拟日照的东升西落，实现随时间变换的昼夜变换逻辑。
5.如权利要求1至3任一项所述的基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤B1中，通过关键字符查询BIM信息数据库。

说明书全文

一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法

技术领域

[0001] 本发明属于堤防工程技术领域和虚拟现实领域，特别涉及一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法。

背景技术

[0002] 堤防工程一般长条状布置，涉及较长河岸区域，受水位变化影响较大。作为涉水主体工程，在方案设计与施工过程中，有可视化仿真的需求。

[0003] 工程可视化是利用计算机图形学对工程空间环境与设计方案进行可视化模拟，直观形象地表达方案，可以梳理设计思路，或向第三方精准快速地传达设计意图。

[0004] 可视化模拟追求获得真实还原效果和高效率产出。但是效果和效率两者之间存在矛盾：高质量模拟(效果)以消耗大量计算资源和渲染时间为代价，而快速产出(效率)的效果又往往难以达到对真实度的要求，无法保证模拟效果与实际建成效果的一致性。

[0005] 目前市面上的虚拟引擎光照技术大部分是基于贴图烘培技术进行光照模拟，导致物体光照阴影固定不变。其次，此类游戏烘培软件并不在引擎内，而是基于第三方软件制作，导致制作效率慢，质量低。再次，因为烘培技术要求模型变化规整，且计算方式与设计软件模型计算方式不同，所以设计完成后，还需要使用3DMAX软件翻模后，才能进行烘培。然而3DMAX模型的精度低，不足以支撑工程对精度的要求。还有，许多设计软件建立的模型因为没有模型转化接口，往往导入到引擎后会出现模型损坏或缺失情况。最后，由于堤防工程的长条状布置特点，这些常规的可视化展示方法也无法保障获得工程全局效果和建设表现。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，利用UE4引擎优良的渲染能力对堤防工程实现良好的视觉效果，结合BIM在UE4中实现工程可视化仿真，实现堤防工程施工数据快速高效可视化的目的。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0008] 一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，其特点是包括以下步骤：

[0009] 步骤A，利用UE4引擎完成防洪堤BIM模型空间定位和组装及BIM信息映射；

[0010] 步骤B，使用BluePrint和C++结合完成堤防工程的可视化仿真。

[0011] 作为一种优选方式，所述步骤A包括：

[0012] 步骤A1，将BIM模型导入进3dMax对模型进行展UV和贴图附加，还原模型每个面的真实纹理材质；导入UE4软件里面形成纹理材质球，同时利用UE4自带的实时渲染技术对模型进行真实光照；

[0013] 步骤A2，通过解析BIM模型到自定义数据格式，获取到这些模型的BIM信息，并使用Excel配置表实现对这些信息的保存和维护，形成该堤防工程的BIM模型信息数据库；

[0014] 步骤A3，建立基于四叉树方式表现地形多边形的数学模型；设计了按区域存储的二维数组的场景数据存储系统；在对数据表示节点进行分割前，通过对视点相关和地形本身的粗糙层度相关两种模式的研究，建立节点评价公式，设计节点评价系统；对地形网格进行渲染和生成；设计基于View Frustum方式的裁剪器，对地形进行裁剪和优化，实现基于LOD大规模场景实时渲染技术。

[0015] 进一步地，所述步骤A3还包括：

[0016] 在组装完整个工程场景后，通过加入DirectionalLight和若干PointLight照亮整个场景，通过创建水材质和贴图模拟水环境，通过创建粒子系统对下雨雨滴进行模拟，实现下雨的环境，使用PostProcessVolumn进行后期处理，生成光晕效果。

[0017] 作为一种优选方式，所述步骤B包括：

[0018] 步骤B1，通过读取Excel维护的BIM信息数据库，对某一个模型进行定位查询；使用OutlinePostProcess对定位模型实现描边突出显示，通过创建一个Outline材质将模型深度信息进行权重叠加，求出渲染像素的上、下、左、右、左上、右上、左下、右下八个单位的深度值，然后进行叠加；采用SceneTexelSize获取偏移位置的偏移量，进行边缘提取；针对每个查询的BIM模型，在UMG中进行具体的BIM模型展示，利用SceneCaptureComponent2D组件，进行模型捕捉，把目标模型的信息投射到渲染Texture上，再借助材质球渲染到UI上，并提供模型相关的二维图纸；

[0019] 步骤B2，首先对水位模型在UE4里面赋予水属性，通过获取水的Z轴坐标来定义水位高度，然后将水位刻度对应Z轴移动范围来模拟防洪堤对各种水位情况的展示；

[0020] 步骤B3，通过BluePrint控制Light Source属性，改变Light Source的Y轴使灯光移动，添加AddActorLocalRotation增加目标的角度，将Light Source连接到目标上并拖进蓝图，选择获得并连接到下面输出的值后，添加一个事件驱动事件Tick，事件驱动事件Tick是游戏中每一帧运行所触发的事件，触发后则将角度赋给了目标；更新一遍天空的方向；模拟日照的东升西落，实现随时间变换的昼夜变换逻辑。

[0021] 作为一种优选方式，所述步骤B1中，通过关键字符查询BIM信息数据库。

[0022] 与现有技术相比，本发明利用UE4引擎优良的渲染能力对堤防工程实现良好的视觉效果，结合BIM在UE4中实现工程可视化仿真，实现堤防工程施工数据快速高效可视化的目的。附图说明

[0023] 图1为堤防工程可视化仿真模拟图(转换为灰度图示出)。

[0024] 图2为堤防工程水位变化模拟图(转换为灰度图示出)。

[0025] 图3为堤防工程昼夜变化模拟图(转换为灰度图示出)。

具体实施方式

[0026] 下面结合图示进一步详细描述本发明。

[0027] 一种基于UE4的堤防工程可视化仿真的实现方法，包括以下步骤：

[0028] 步骤A，利用UE4引擎完成防洪堤BIM模型空间定位和组装及BIM信息映射。

[0029] 具体地，所述步骤A包括：

[0030] 步骤A1，BIM模型组装：将BIM模型导入进3dMax对模型进行展UV和贴图附加，还原模型每个面的真实纹理材质；导入UE4软件里面形成纹理材质球，同时利用UE4自带的实时渲染技术对模型进行真实光照还原来呈现整个工程的堤防场景。

[0031] 步骤A2，BIM信息映射：因为BIM模型包含大量的工程信息数据。因此必须把这些信息与组装的BIM模型一一对应。通过解析BIM模型到自定义数据格式，获取到这些模型的BIM信息，并使用Excel配置表实现对这些信息的保存和维护，形成该堤防工程的BIM模型信息数据库。

[0032] 步骤A3，仿真场景处理及优化：建立基于四叉树方式表现地形多边形的数学模型；设计了按区域存储的二维数组的场景数据存储系统；在对数据表示节点进行分割前，通过对视点相关和地形本身的粗糙层度相关两种模式的研究，建立节点评价公式，设计节点评价系统；对地形网格进行渲染和生成；在前面的工作基础上，设计基于View Frustum方式的裁剪器，对地形进行裁剪和优化，实现基于LOD大规模场景实时渲染技术。在组装完整个工程场景后，需要对场景进行处理让他看上去更加真实：通过加入DirectionalLight和若干PointLight照亮整个场景，通过创建水材质和贴图模拟湘江水环境，通过创建粒子系统对下雨雨滴进行模拟，实现下雨的环境，使用PostProcessVolumn进行后期处理，生成光晕等效果，通过这些可视化效果的叠加，使场景环境看上去更加真实，达到更真实的仿真模拟效果。

[0033] 步骤B，使用BluePrint和C++结合完成堤防工程的可视化仿真。

[0034] 具体地，所述步骤B包括：

[0035] 步骤B1，工程信息查询：提供堤防工程关键位置的施工信息查询。通过读取Excel维护的BIM信息数据库，对某一个模型进行定位查询(支持通过关键字符查询BIM信息数据库)；使用OutlinePostProcess对定位模型实现描边突出显示，通过创建一个Outline材质将模型深度信息进行权重叠加，求出渲染像素的上、下、左、右、左上、右上、左下、右下八个单位的深度值，然后进行叠加；采用SceneTexelSize获取偏移位置的偏移量，进行边缘提取；针对每个查询的BIM模型，在UMG中进行具体的BIM模型展示，利用SceneCaptureComponent2D组件，进行模型捕捉，把目标模型的信息投射到渲染Texture上，再借助材质球渲染到UI上，并提供模型相关的二维图纸；使用户能非常方便的通过这些信息了解到工程模型的具体信息，从而起到辅助施工的用途；

[0036] 步骤B2，水位控制模拟：首先对水位模型在UE4里面赋予水属性，通过获取水的Z轴坐标来定义水位高度，然后将水位刻度对应Z轴移动范围来模拟防洪堤对各种水位情况的展示；

[0037] 步骤B3，昼夜变换模拟：通过BluePrint控制Light Source属性，改变Light Source的Y轴使灯光移动，添加AddActorLocalRotation增加目标的角度，将Light Source连接到目标上并拖进蓝图，选择获得并连接到下面输出的值后，添加一个事件驱动事件Tick，事件驱动事件Tick是游戏中每一帧运行所触发的事件，触发后则将角度赋给了目标，但是由于光照的特殊性，我们不仅仅只是改变角度就能改变场景中的光照，所以我们还需要在这之后；更新一遍天空的方向；模拟日照的东升西落，实现随时间变换的昼夜变换逻辑。

[0038] 具体的可视化仿真应用实例效果图转换为灰度图后，如图1～图3所示。

[0039] 综上，本发明方法主要是利用UE4引擎技术模拟三维交互式虚拟环境，将堤防工程设计与施工方案可视化。在建造之前，运用UE4引擎对工程方案在虚拟世界里进行全面仿真，生成逼真的融合了视觉、听觉、触觉的感受世界，用户可以从自己所在的视点出发，在虚拟工程场景中进行浏览和交互观察，实现工程方案形象化、工程数据可视化、工程问题前置化。

[0040] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

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