[發明專利]一種基于虛擬現實的高邊坡三維有限元模型的建模方法

在審

• 申請號: 201810085822.2
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108305324A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 吳進良;吳瑞騏;李修君;沈港
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

1.一種基于虛擬現實的高邊坡三維有限元模型的建模系統，其特征在于，所述基于虛擬現實的高邊坡三維有限元模型的建模系統包括：

三維掃描模塊，與提取篩選模塊連接，用于通過三維激光掃描儀獲取高邊坡三維數據點；

提取篩選模塊，與三維掃描模塊、數據處理模塊連接，用于對三維掃描模塊采集的三維數據點進行提取篩選出高精數據；

數據處理模塊，與三維掃描模塊、提取篩選模塊、構建模塊、繪制模塊、生成模塊、數據庫模塊、虛擬現實呈現模塊連接，用于對三維掃描模塊采集的數據進行處理分析，并調度各個模塊進行正常工作；

所述數據處理模塊的無線網絡傳感器網絡覆蓋的分布式方法包括：

將任務指定完成時間設為預設網絡壽命，并將設為常值的預設網絡壽命L按輪來劃分為輪，每一輪時間為l，在每一輪中通過篩選最大額外有效覆蓋時間大于零的節點進行工作，其他冗余節點關閉探測功能進入睡眠；

在每一輪挑出合適的工作節點后，通過比較工作節點與鄰居工作節點之間的最大額外有效覆蓋時間和剩余能量來選擇最優的工作時間方案，從而使得每一輪中總的有效覆蓋時間最大，工作節點s_i額外有效覆蓋時間為:其中R(i)表示節點s_i覆蓋的點位置集合，w(j)表示點位置p_j的重要性系數，即p_j的權值，表示點位置p_j被節點s_i覆蓋的額外時間，此外在每一輪中都設置了工作節點的剩余能量安全閾值，若工作節點的剩余能量低于該安全閾值時，則該節點將被強制關閉它的探測功能，只維持部分的通訊功能；

所述分布式方法包括以下步驟：

對于每一輪中的節點，首先分別計算s_i最大額外有效覆蓋時間和工作優先度，即：

在自己所有的工作時間安排方案中選擇最優的方案，并向s_i的鄰居廣播mes(i,Null,UPD,ΔP_i)；然后判斷是否大于零，若否，則當所有節點執行完上述操作結束；若是，則一直執行如下操作：如果s_i在它的鄰居中有最大的工作優先度ΔP_i，則s_i標記自己為LAB，并向鄰居廣播mes(i,LAB,sch,ΔP_i)，d_i＝d_i-b_i，當所有結點完成該操作后結束；否則，如果s_i接收到鄰居s_i的信息包mes(k,LAB,sch,ΔP_k)，則s_i更新鄰居s_k的信息，重新計算ΔP_i并且向鄰居廣播mes(i,UPD,Null,ΔP_i)，并重新判斷是否大于零；否則，判斷s_i是否收到鄰居s_k的信息包mes(k,UPD,Null,ΔP_k)，若是，則更新鄰居s_k的工作優先度，并重新判斷是否大于零；否則，如果d_i≤λ_i，當所有結點完成該操作后結束；其中d_i為節點s_i的剩余能量，在每一輪的開始，節點的工作時間都是未安排的，也就是sch都為空，在每一輪中都要重新選擇新的合適的工作節點，確定工作節點最優的工作時間安排方案，而在每一個While循環中(第4到16行)，節點都要在自己的鄰居內比較ΔP的大小，并更新自己和鄰居的sch，當所有的節點的ΔC^max都等于0時，則這一輪中的所有合適的工作節點都已經被選完，輸入:節點s_i的鄰居N(s_i)，自己和鄰居的sch，自己覆蓋的重要位置點P_i，位置的權值w_i,i∈P_i，預設網絡壽命L，電池壽命B_i，s_i的標記類型為UPD；輸出:s_i標記類型(LAB或UPD)，被標記為LAB的節點的最優工作時間安排；

在算法的每一輪中，都會有一些局部最優的工作節點被選擇，同時它們的工作時間安排方案也被確定，其中，局部最優的工作節點即為在它們的鄰居中擁有最高的工作優先度的節點，為了便于鄰居節點間相互通訊，它們之間相互傳遞的信息包應該包括本身的ID，自己的工作時間安排方案(sch)，工作優先度ΔP和它們的標記類型，標記類型為LAB或者是UPD，其中，LAB表示已被標記為最合適的工作節點，UPD表示已更新自己的信息包，把這種信息包定義為mes(ID,sch,type,ΔP)，此外，每個節點都建立一個數據庫存放自己和鄰居的信息包；

和ΔC_i的計算細節：

當節點s_i的工作時間安排方案被確定時，定義節點s_i額外有效覆蓋時間為:其中R(i)表示節點s_i覆蓋的點位置集合，w(j)表示點位置p_j的重要性系數，即p_j的權值，表示點位置p_j被節點s_i覆蓋的額外時間；和ΔC₁的演算過程為：其中時間長度0.2為點位置p₂被節點s₁覆蓋和已被節點s₂覆蓋的重疊時間，所以點位置p₂被節點s₁覆蓋的額外時間為0.4；此外，最大額外有效覆蓋時間為：

ΔP_i的計算細節：

結合每個節點的剩余能量重新定義每個節點s_i的工作優先度，

節點s_i的最大額外有效覆蓋時間可通過上述方法來計算，可得ΔC₁^max＝2.4，此外，第n輪之后，三個節點的剩余能量分別為5,4和1，這里不妨設α＝0.6，β＝0.4，則ΔP₁＝3.44，ΔP₂＝4.12，ΔP₃＝2.56，顯然，不管是通過最大額外有效覆蓋時間還是工作優先度ΔP_i來比較，節點s₂都是最大的，則這一輪中，節點s₂被選擇為工作節點，但是，在第n+1輪中，雖然ΔC₃^max＞ΔC₁^max，但是節點s₃的剩余能量過低，導致ΔP₃＜ΔP₁，所以這一輪中，節點s₁被選擇為合適的工作節點，此外，為了保護長期進行工作的節點，設置了節點的電池剩余能量安全閾值λ_i來檢查工作節點在每一輪中的剩余能量是否過低，若工作節點s_i的剩余能量低于λ_i，則該節點將被強制關閉它的探測功能，只是維持部分的通訊功能，假設λ_i都為1.5，則在第n+2輪中，s₃將不再被選為工作節點；

構建模塊，與數據處理模塊連接，用于將三維數據點構建成空間模型；

繪制模塊，與數據處理模塊連接，用于對空間模塊繪制出高邊坡實景貼圖；

生成模塊，與數據處理模塊連接，用于將高邊坡實景貼圖和空間模型復合成三維模塊；

數據庫模塊，與數據處理模塊連接，用于存儲三維模型數據；

所述數據庫模塊接收端將垂直方向上的預編碼矩陣W_v對應的索引反饋和等效后的二維信道矩陣H_equal傳送至基站端，基站端根據索引反饋，在離線存儲的DFT碼本中選取預編碼矩陣，從而獲得其服務的每一個用戶的等效水平信道，然后進行基于SLNR的協作多點傳輸，基于最大化SLNR算法選取水平方向預編碼向量基于最大化SLNR算法選取水平方向多點協作預編碼向量的準則如下：

其中，N₀表示白噪聲，P_t是基站的發射功率，表示為對應基站l和用戶k之間垂直等效后的信道矩陣；

虛擬現實呈現模塊，與數據處理模塊連接，用于將三維模型做成虛擬視頻源，通過穿戴虛擬眼睛設備呈現高邊坡三維虛擬場景。

2.如權利要求1所述基于虛擬現實的高邊坡三維有限元模型的建模系統，其特征在于，所述基于虛擬現實的高邊坡三維有限元模型的建模系統的方法包括以下步驟：

步驟一，三維掃描模塊通過三維激光掃描儀獲取高邊坡三維數據點發送給提取篩選模塊進行提取篩選出高精數據，并發送給數據處理模塊；

步驟二，數據處理模塊對三維掃描模塊采集的數據進行處理分析，并調度各個模塊進行正常工作；

步驟三，數據處理模塊調度構建模塊將三維數據點構建成空間模型，接著通過繪制模塊制出高邊坡實景貼圖；

步驟四，通過生成模塊將高邊坡實景貼圖和空間模型復合成三維模塊，并存儲到數據庫模塊；

步驟五，通過虛擬現實呈現模塊將三維模型做成虛擬視頻源，并穿戴虛擬眼睛設備呈現高邊坡三維虛擬場景。