基于Unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法

基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法
技术领域
1.本发明涉及仿真技术领域，具体而言，尤其涉及基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法。


背景技术：

2.在照明测试设备仿真的领域，目前尚无已应用的虚拟现实仿真方法。unity是实时3d互动内容创作和运营平台。包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助unity将创意变成现实。unity平台提供一整套完善的软件解决方案，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2d和3d内容，支持平台包括手机、平板电脑、pc、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备。虚拟现实系统(virtual reality system)，简称vr，是近年来出现的图形图像领域的高新技术，也被称为灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。以unity平台作为基础，可以开发具备虚拟现实功能的全空间分布光度计仿真软件。


技术实现要素：

3.根据上述提出当前全空间分布光度计的仿真方法中缺乏基于虚拟现实技术的仿真方法，没有结合虚拟现实技术进行设计，导致用户在使用过程中存在较低沉浸感的技术问题，而提供一种基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法。本发明主要利用基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，包括以下步骤：
4.步骤s1：工作站安装unity平台和三维建模软件，连接虚拟现实设备；
5.步骤s2：在所述unity平台上创建场景；
6.步骤s3：向所述场景内导入全空间分布光度计模型、灯具模型、全息显示器模型、数据展示板模型和暗室模型，构建实验室环境；
7.步骤s4：编制导入空间光色数据表的脚本，编制全空间分布光度计运行脚本；
8.步骤s5：通过unity平台生成全空间分布光度计虚拟现实仿真应用程序。
9.进一步地，通过所述unity平台构建全空间分布光度计模型和实验室环境。
10.进一步地，所述空间光色数据表以三维模型方式导入场景的方法通过以下步骤得到：
11.步骤s41：构建空间光谱模型表，包括：三维光谱模型表由水平轴旋转角度、竖直轴旋转角度和光谱模型；
12.将空间光色数据表中指定的水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度对应的光谱数据以笛卡尔坐标系的方式绘制为光谱图，所述光谱图的横坐标为可见光谱段，纵坐标为相对光谱功率；
13.步骤s42：对所述空间光色数据进行分组；将空间光色数据表按竖直轴旋转角度分为若干数据组，每组数据含有水平轴旋转角度和对应的光强和亮度；
14.步骤s43：以数据组为单位绘制极坐标图；以水平轴旋转角度为极角，以所述数据组对应的光强和亮度为极径，分别绘制光强极坐标图和亮度极坐标图；
15.步骤s44：组合极坐标图为空间分布；将各极坐标图在空间中按对应的竖直轴旋转角度绕竖直轴旋转，组合成为光强空间分布模型和亮度空间分布模型；
16.步骤s45：记录到极坐标图模型表中：将光强空间分布模型和亮度空间分布模型。
17.更近一步地，所述全空间分布光度计的运行过程仿真流程还包括以下步骤：
18.步骤s51：用户设置运行参数并初始化分布光度计各组件参数；
19.步骤s52：查表更新数据；根据水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度在空间光谱模型表中查询对应的光谱模型，将水平轴和竖直轴的旋转角度、光强、亮度和光谱模型以三维文字模型的方式在虚拟数据展示板模型上更新；根据竖直轴旋转角度在光强空间分布模型和亮度空间分布模型中查询对应的模型，将模型在虚拟全息显示器模型上更新；
20.步骤s53：水平轴的旋转角度增加，增加量为预设的水平轴旋转步长；
21.如果水平轴的旋转角度超过360
°
，水平轴的旋转角度设为0
°
，竖直轴的旋转角度增加预设的竖直轴旋转步长，否则转到查表更新数据步骤；
22.如果竖直轴的旋转角度超过180
°
，关闭灯具模型上的光源，结束流程，否则转到查表更新数据步骤。
23.进一步地，unity平台将全空间分布光度计的运行信息通过场景中的全息显示器和数据展示板在虚拟现实设备上显示。
24.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
25.1、本发明可作为教学辅助工具提升全空间分布光度计实践教学的教学效果。
26.2、本发明可以应用在显示空间光色参数虚拟现实显示领域，它可以更加身临其境的反映灯具的空间光色信息，使用户得到更高的沉浸感。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明仿真方法流程图。
29.图2为本发明构建虚拟实验室流程图。
30.图3为本发明空间光谱模型表的广义表结构图。
31.图4为本发明极坐标图模型表的广义表结构图。
32.图5为本发明全空间分布光度计运行脚本流程图。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。
34.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
35.如图1所示，本发明提供了一种基于unity的虚拟现实全空间分布光度计仿真软件及方法，该方法的具体实施方式如下：
36.以惠普z1g6-z4工作站、华为虚拟现实眼镜为硬件开发工具，unity平台软件、三维建模软件blender为软件开发工具，在开发过程中完成各模型和脚本，完成的成果为虚拟现实全空间分布光度计仿真应用程序，其详细步骤如下：
37.s1：准备开发工具：将unity平台和三维建模软件blender安装在惠普z1g6-z4工作站上，工作站连接华为虚拟现实眼镜。
38.s2：构建虚拟实验室环境：在unity平台上创建场景，命名为测量场景。将全空间分布光度计及附属设备的模型导入测量场景。
39.s3：编制虚拟实验室运行脚本：首先将空间光色数据表转换为在工作场景中能够展示的模型，将全空间分布光度计的运行逻辑通过工作场景中的各模型展示。
40.s4：unity平台生成应用程序。
41.作为一种优选的实施方式，在本技术中，所述构建虚拟实验室环境包含以下步骤：
42.s21：导入暗室模型：使用三维建模软件blender建立暗室模型，存储为fbx格式文件，将文件以游戏对象类型导入测量场景，命名为暗室。
43.s22：导入全空间分布光度计模型；使用三维建模软件blender建立全空间分布光度计模型，存储为fbx格式文件，将文件以游戏对象类型导入测量场景，命名全空间分布光度计。游戏对象全空间分布光度计分为四个子游戏对象，分别是控制柜、转台基座、水平轴和竖直轴。
44.s23：导入灯具模型；使用三维建模软件blender建立道路灯具模型，存储为fbx格式文件，将文件以游戏对象类型导入测量场景，命名道路灯具，为游戏对象道路灯具增加光源组件，设置光源组件的强度为1。
45.s24：导入全息显示器模型；使用三维建模软件blender建立全息显示器模型，存储为fbx格式文件，将文件以游戏对象类型导入测量场景，命名全息显示器。
46.s25：导入数据展示板模型；使用三维建模软件blender建立数据展示板模型，存储为fbx格式文件，将文件以游戏对象类型导入测量场景，命名数据展示板。数据展示板上安装以三维文字模型方式展示的水平轴角度、竖直轴角度照度、光强和亮度数据。数据展示板上安装以笛卡尔坐标系方式显示的光谱图，横坐标为可见光波段，范围380-780nm，纵坐标为相对光谱功率。
47.s26：在工作场景中调整各模型的位置；在场景中将全空间分布光度计模型和灯具模型设置在暗室内部的指定位置，全息显示器和数据展示板放置在暗室外部的指定位置。
48.作为一种优选的实施方式，在本技术中，所述编制虚拟实验室运行脚本包含以下步骤：
49.s31：编制导入空间光色数据表的脚本：以c#语言编制脚本，在应用程序的启动阶段执行。根据空间光色数据表生成三维光谱模型表和极坐标图模型表并导入工作场景。空间光色数据表包含水平轴(γ轴)旋转角度、竖直轴(c轴)旋转角度、光强、亮度、光谱数据。三维光谱模型表由水平轴旋转角度、竖直轴旋转角度和光谱模型组成。极坐标图模型表由竖直轴旋转角度、光强极坐标图模型和亮度极坐标图模型组成。
50.s32：编制全空间分布光度计运行脚本：以c#语言编制脚本，在应用程序的运行阶段执行。控制灯具上的光源发光，定时设置全空间分布光度计转台基座上的水平轴和竖直轴的姿态，通知全息显示器和数据展示板更新内容。
51.s33：编制虚拟全息显示器的运行脚本：以c#语言编制脚本，在应用程序的运行阶段执行。收到全空间分布光度计运行脚本更新显示数据的通知后，更新虚拟全息显示器上显示的空间光强分布模型和空间亮度分布模型。
52.s34：编制虚拟数据展示板的运行脚本：以c#语言编制脚本，在应用程序的运行阶段执行。收到全空间分布光度计运行脚本更新显示数据的通知后，更新虚拟数据展示板上显示的水平轴旋转角度、竖直轴旋转角度、光强、亮度和光谱信息。
53.在本实施方式中，作为一种优选的实施方式，所述导入空间光色数据表的脚本包含以下步骤：
54.s31：构建空间光谱模型表：三维光谱模型表由水平轴旋转角度、竖直轴旋转角度和光谱模型组成。将空间光色数据表中指定的水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度对应的光谱数据以笛卡尔坐标系的方式绘制为光谱图，所述光谱图的横坐标为可见光谱段，纵坐标为相对光谱功率。
55.s32：数据分组：将空间光色数据表按竖直轴旋转角度分为若干数据组，每组数据含有水平轴旋转角度和对应的光强和亮度。
56.s33：以数据组为单位绘制极坐标图：以水平轴旋转角度为极角，以其对应的光强和亮度为极径，分别绘制光强极坐标图和亮度极坐标图。
57.s34：组合极坐标图为空间分布：将各极坐标图在空间中按对应的竖直轴旋转角度绕竖直轴旋转，组合成为光强空间分布模型和亮度空间分布模型。
58.s35：记录到极坐标图模型表中：将光强空间分布模型和亮度空间分布模型
59.作为优选的实施方式，在本实施方式中，所述全空间分布光度计运行脚本包含以下步骤：
60.s41：用户设置运行参数，包含水平轴旋转步长，竖直轴旋转步长。
61.s42：打开灯具模型上的光源，水平轴和竖直轴的旋转角度设为0
°
。
62.s41：根据水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度在空间光谱模型表中查询对应的光谱模型，将水平轴和竖直轴的旋转角度、光强、亮度和光谱模型以三维文字模型的方式在虚拟数据展示板模型上更新。根据竖直轴旋转角度在光强空间分布模型和亮度空间分布模型中查询对应的模型，将模型在虚拟全息显示器模型上更新。
63.水平轴的旋转角度增加，增加量为预设的水平轴旋转步长。如果水平轴的旋转角度超过360
°
，水平轴的旋转角度设为0
°
，竖直轴的旋转角度增加预设的竖直轴旋转步长。否
则转到s43。如果竖直轴的旋转角度超过180
°
，关闭灯具模型上的光源，结束流程，否则转到s43：。
64.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
65.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
66.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：工作站安装unity平台和三维建模软件，连接虚拟现实设备；s2：在所述unity平台上创建场景；向所述场景内导入全空间分布光度计模型、灯具模型、全息显示器模型、数据展示板模型和暗室模型，构建实验室环境；s3：编制导入空间光色数据表的脚本，编制全空间分布光度计运行脚本；s4：通过unity平台生成全空间分布光度计虚拟现实仿真应用程序。2.根据权利要求1所述的基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，其特征在于，通过所述unity平台构建全空间分布光度计模型和实验室环境。3.根据权利要求1所述的基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，其特征在于，所述空间光色数据表以三维模型方式导入场景的方法通过以下步骤得到：s31：构建空间光谱模型表，包括：三维光谱模型表由水平轴旋转角度、竖直轴旋转角度和光谱模型；将空间光色数据表中指定的水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度对应的光谱数据以笛卡尔坐标系的方式绘制为光谱图，所述光谱图的横坐标为可见光谱段，纵坐标为相对光谱功率；s32：对所述空间光色数据进行分组；将空间光色数据表按竖直轴旋转角度分为若干数据组，每组数据含有水平轴旋转角度和对应的光强和亮度；s33：以数据组为单位绘制极坐标图；以水平轴旋转角度为极角，以所述数据组对应的光强和亮度为极径，分别绘制光强极坐标图和亮度极坐标图；s34：组合极坐标图为空间分布；将各极坐标图在空间中按对应的竖直轴旋转角度绕竖直轴旋转，组合成为光强空间分布模型和亮度空间分布模型；s35：记录到极坐标图模型表中：将光强空间分布模型和亮度空间分布模型。4.根据权利要求1所述的基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，其特征在于，所述全空间分布光度计的运行过程仿真流程还包括以下步骤：s41：用户设置运行参数并初始化分布光度计各组件参数；s42：查表更新数据；根据水平轴旋转角度和竖直轴旋转角度在空间光谱模型表中查询对应的光谱模型，将水平轴和竖直轴的旋转角度、光强、亮度和光谱模型以三维文字模型的方式在虚拟数据展示板模型上更新；根据竖直轴旋转角度在光强空间分布模型和亮度空间分布模型中查询对应的模型，将模型在虚拟全息显示器模型上更新；s43：水平轴的旋转角度增加，增加量为预设的水平轴旋转步长；s44：如果水平轴的旋转角度超过360
°
，水平轴的旋转角度设为0
°
，竖直轴的旋转角度增加预设的竖直轴旋转步长，否则转到查表更新数据步骤；s45：如果竖直轴的旋转角度超过180
°
，关闭灯具模型上的光源，结束流程，否则转到查表更新数据步骤。5.根据权利要求3或4任意一项所述的基于unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，其特征在于：unity平台将全空间分布光度计的运行信息通过场景中的全息显示器和数据展示板在虚拟现实设备上显示。

技术总结
本发明提供一种基于Unity的全空间分布光度计虚拟现实仿真方法，包括以下步骤：工作站安装Unity平台和三维建模软件，连接虚拟现实设备；在所述Unity平台上创建场景；向所述场景内导入全空间分布光度计模型、灯具模型、全息显示器模型、数据展示板模型和暗室模型，构建实验室环境；编制导入空间光色数据表的脚本，编制全空间分布光度计运行脚本；通过Unity平台生成全空间分布光度计虚拟现实仿真应用程序。本发明可作为教学辅助工具提升全空间分布光度计实践教学的教学效果。应用在显示空间光色参数虚拟现实显示领域，更加身临其境的反映灯具的空间光色信息，使用户得到更高的沉浸感。感。感。


技术研发人员：马思佳 孟爽 曹帆 康丽 邹念育
受保护的技术使用者：大连工业大学
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/3/8