專利名稱：一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)化碼頭領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種碼頭設(shè)備的三維 顯示監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景自動(dòng)化碼頭的設(shè)備要進(jìn)行各種動(dòng)作已完成碼頭集裝箱的吊裝等工作， 為了掌握設(shè)備的工作狀況，就需要對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。目前的監(jiān)控工作主要是用攝像頭來監(jiān)控，將多個(gè)攝像頭安裝在各個(gè)不 同的位置以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控工作，但這樣的監(jiān)控方式的缺點(diǎn)是成本高，另外由于 攝像頭屬于易損壞的部件，所以導(dǎo)致這種監(jiān)控方式的故障率比較高。所以需要提供一種新的監(jiān)控方式，這種監(jiān)控方式應(yīng)該和攝像頭一樣實(shí) 現(xiàn)立體和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并且成本和故障率較低。OpenGL是一個(gè)3D API (應(yīng)用礙序接口)，它是開放的圖形程序接口， 英文全稱是"Open Graphics Lib:ary" ， OpenGL是跨平臺(tái)的國際計(jì)算機(jī) 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口。利用Ope""L開發(fā)出來的三維應(yīng)用軟件主要應(yīng)用于 建筑、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、醫(yī)登、地球科:/:、流體力學(xué)、CAD設(shè)計(jì)、仿真模擬、三 維游戲等領(lǐng)域，Open,:L已成為目箭的三維圖形開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，是從事三維圖形 開發(fā)工作的技術(shù)人員所必須掌握的開發(fā)工具。基于OpenGL的圖形學(xué)技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)上述的立體和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并且成本和故障率較低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供 一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)和 方法通過三維建模和三維顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)碼頭設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。一方面，本發(fā)明提供一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控方法，包括以下步驟a.建立碼頭設(shè)備的3DMAX設(shè)備模型文件，將該3DMAX設(shè)備模型文 件轉(zhuǎn)換為3DS格式設(shè)備模型文件；b.讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂 點(diǎn)數(shù)組；C.根據(jù)OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列表；d.創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣，根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù)進(jìn)行設(shè)備模型的矩陣變換，驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型做出相應(yīng)動(dòng)作。 所述步驟a中的3DMAX設(shè)備模型文件為碼頭設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件。 所述步驟d中的設(shè)備模型的變換矩陣包括設(shè)備中能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作的部 件的變換矩陣。所述步驟b包括建立數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型讀取3DS格式設(shè)備模型 文件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組。所述步驟a中的文件轉(zhuǎn)換通過三維制圖軟件實(shí)現(xiàn)。所述步驟C中OpenGL顯示列表適以通過調(diào)用OpenGL圖形顯示函數(shù) 進(jìn)行顯示。所述步驟b中讀取的3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括頂點(diǎn)坐 標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光照以及材質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息。另一方面，本發(fā)明提供一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)，包括 數(shù)據(jù)庫，用以存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)文件；轉(zhuǎn)換單元，分別與所述數(shù)據(jù)庫以及碼頭的設(shè)備連接，生成碼頭設(shè)備的 實(shí)時(shí)3DMAX設(shè)備模型文件并將其轉(zhuǎn)換為3DS格式設(shè)備模型文件存儲(chǔ)于所 述數(shù)據(jù)庫；顯示監(jiān)控單元，與所述數(shù)據(jù)庫連接，讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù) 據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組，創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列 表，以及創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣，根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備 模型的矩陣變換，驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型做出相應(yīng)動(dòng)作。所述顯示監(jiān)控單元中的設(shè)備模型的變換矩陣包括設(shè)備中能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng) 作的部件的變換矩陣。所述轉(zhuǎn)換單元中通過三維制圖軟件將3DMAX設(shè)備模型文件轉(zhuǎn)換為 3DS格式設(shè)備模型文件。所述3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光照以及材質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息。采用本發(fā)明所述的一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)及方法，由于采用了三維建模以及引入了 OpenGL顯示技術(shù)，使碼頭的設(shè)備的工作狀況通 過三維模型顯示，有效的提3了顯示效果和顯示進(jìn)度，也便于對整個(gè)碼頭 堆場或作業(yè)區(qū)域全景及各設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示；本發(fā)明只需要和設(shè)備進(jìn) 行相關(guān)的連接就可以實(shí)現(xiàn)顯示監(jiān)控了，這樣一來就縮短了安裝的周期，降 低了安裝的成本，增加了實(shí)時(shí)監(jiān)控的靈活性，可以作為視頻監(jiān)控的輔助手 段，也可以獨(dú)立進(jìn)行監(jiān)控，現(xiàn)場操作人員只需一臺(tái)顯示器、 一個(gè)鼠標(biāo)、一 根網(wǎng)線即可達(dá)到對碼頭堆場內(nèi)所有設(shè)備作業(yè)情況的實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控，大大增 加了搡作的簡單性和靈活性。


圖1示出了本發(fā)明所述三維顯示監(jiān)控方法的原理流程示意圖； 圖2示出了本發(fā)明所述三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
在說明實(shí)施方式之前，先介紹一下圖形學(xué)中的幾個(gè)概念1、 OpenGL (開放的圖形程序接口 )；OpenGL (開放的圖形程序接口 )是在SGI， SUN, Microsoft, DEC, IBM和Intel等多家世界著名計(jì)算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，聯(lián)合推出的 一種三維圖 形程序接口 ，它可以被集成到UNIX， Windows95以上版本，WindowsNT3.51 以上版本及Xwindow等窗口系統(tǒng)中，是一種與硬件，窗口系統(tǒng)和搡作系統(tǒng) 相對獨(dú)立的一系列API (應(yīng)用,任序接口 )。它包括120多個(gè)圖形函數(shù)，開 發(fā)人員可以利用這些函數(shù)繪制出逼真的三維景象，它最大的好處是性能穩(wěn) 定，可跨平臺(tái)使用，具有很好的移植性。由于OpenGL是3D圖形的底層 圖形庫，沒有提供幾何實(shí)體圖元，不能直接用以描述場景，但是，通過一 些轉(zhuǎn)換程序，可以方便地將一些3D圖形設(shè)計(jì)軟件制作的模型文件轉(zhuǎn)換成 OpenGL的頂點(diǎn)數(shù)組以供其使用。目前已經(jīng)在在CAD/CAM，虛擬現(xiàn)實(shí)，軍 事，航天，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2、 3DS文件；3DS文件是3DMAX軟件下的圖形文件，在基于OpenGL三維圖形顯示中常被用到(對其進(jìn)行讀取)，3DS文件是由許多塊(chunk)組成的(大塊 中鑲嵌子塊)， 一個(gè)塊由塊信息和塊數(shù)據(jù)組成，塊信息又由塊的ID(兩個(gè) 字節(jié)長的標(biāo)識(shí)，如4D4D)和塊的長度(四個(gè)字節(jié)，其實(shí)也就是下一個(gè)塊的 偏移字節(jié)數(shù))組成。每個(gè)塊是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，因此在讀取3ds文件中的每個(gè) 主"塊"及其子"塊"時(shí)，根據(jù)相應(yīng)子"塊"ID得到對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，從 而最終得到設(shè)備模型文件的頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光照信息、 材質(zhì)等數(shù)據(jù)。
一方面，本發(fā)明提供了一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控方法，該方法配 合碼頭的設(shè)備調(diào)度控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)三維顯示監(jiān)控，參考圖l所示，該方法 100包括:
102.將三維模型文件轉(zhuǎn)化為3DS格式文件。
首先建立碼頭設(shè)備的3DMAX設(shè)備模型文件，再用三維繪圖軟件將該 3DMAX設(shè)備摸型文件轉(zhuǎn)換為3DS格式的設(shè)備模型文件，以方便數(shù)據(jù)分析； 在這里，3DMAX設(shè)備模型文件為碼頭設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件，即碼頭設(shè)備 的可編程控制器(PLC)實(shí)時(shí)傳遞來設(shè)備的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù) 更新所述設(shè)備模型文件。碼頭的設(shè)備調(diào)度控制系統(tǒng)具有各設(shè)備模型的對外 接口，提供了各個(gè)設(shè)備模型文件數(shù)據(jù)在模擬環(huán)境內(nèi)的絕對坐標(biāo)信息，以及 實(shí)際環(huán)境中的絕對坐標(biāo)信息與模擬環(huán)境中的設(shè)備模型坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的映射關(guān) 系，這樣接收到的實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)就能反映到所述設(shè)備模型文件了。
104.轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組。
讀取步驟102中的3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為 OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組。實(shí)現(xiàn)這-步驟時(shí)，需要建立一個(gè)建立數(shù)學(xué)模型(程序 算法)，數(shù)學(xué)模型讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為 OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組，讀取的JDS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括設(shè)備模 型的頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光照以及材質(zhì)等數(shù)據(jù)信息。
106.創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列表。
根據(jù)OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列表，所謂 OpenGL顯示列表就是 一 組預(yù)選存儲(chǔ)起來的留待以后調(diào)用的函數(shù)語句，調(diào) 用此顯示列表時(shí)就按次序的執(zhí)行其中函數(shù)，并配合調(diào)用的OpenGL圖形顯示函數(shù)進(jìn)行顯示，便達(dá)到了相關(guān)設(shè)備模型顯示的效果。
108.實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的矩陣變換，以驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型動(dòng)作。 創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣，該變換矩陣包括設(shè)備整體變換矩陣和需要
實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作的各部件的變換矩陣，根據(jù)碼頭設(shè)備的可編程控制器(PLC)
實(shí)時(shí)傳遞來的設(shè)備的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，碼頭的設(shè)備調(diào)度控制系統(tǒng)將設(shè)備在實(shí)際環(huán) 境中的絕對坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)換為模擬環(huán)境中的設(shè)備模型坐標(biāo)，即將堆場內(nèi)設(shè)備
的動(dòng)作實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為模擬環(huán)境中設(shè)備的動(dòng)i，，再根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù) 進(jìn)行相關(guān)設(shè)備模型的矩陣變換，因?yàn)槊恳环N變換矩陣均表示了一類的動(dòng)作， 所以進(jìn)而驅(qū)動(dòng)了設(shè)備模型進(jìn)行動(dòng)作。
另一方面，本發(fā)明提供了一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)200，參 見圖2:
數(shù)據(jù)庫20，用以存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)文件；
轉(zhuǎn)換單元10,分別與所述數(shù)據(jù)庫20以及碼頭設(shè)備40連接，生成碼頭 設(shè)備40的實(shí)時(shí)3DMAX設(shè)備模型文件并通過三維制圖軟件將其轉(zhuǎn)換為3DS 格式設(shè)備模型文件存儲(chǔ)于所述數(shù)據(jù)庫20中；
顯示監(jiān)控單元30，與所述數(shù)據(jù)庫20連接，讀取3DS格式設(shè)備模型文 件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組，創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL 顯示列表，以及創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣(其中包括設(shè)備中能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng) 作的各部件的變換矩陣)，根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的矩 陣變換，驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型做出相應(yīng)3作。
所述顯示監(jiān)控單元30讀取巧3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括 頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光照以及材質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息。
本發(fā)明提供的 一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)200的具體工作流程 和碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控方法100的工作原理和具體流程相同或類似， 故在此不再贅述。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說 明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍 內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
1. 一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟a. 建立碼頭設(shè)備的3DMAX設(shè)備模型文件，將該3DMAX設(shè)備模型文 件轉(zhuǎn)換為3DS格式設(shè)備模型文件；b. 讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂 點(diǎn)數(shù)組；C.根據(jù)OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列表； d.創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣，根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù)進(jìn)行設(shè)備模 型的矩陣變換，驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型做出相應(yīng)動(dòng)作。
2. 如權(quán)利要求l所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟a 中的3DMAX設(shè)備模型文件為碼頭設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步 驟d中的設(shè)備模型的變換矩陣包括設(shè)備中能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作的部件的變換矩 陣。
4. 如權(quán)利要求3所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b 包括建立數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息 并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組。
5. 如權(quán)利要求4所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟a 中的文件轉(zhuǎn)換通過三維制圖軟件實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟c 中0，; GL顯示列.表適以通過調(diào)用OpenGL圖形顯示函凄丈進(jìn)4亍顯示。
7. 如權(quán)利要求l所述的三維顯示監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b 中讀取的3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法 向量坐標(biāo)、光照以及材質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息。
8. —種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)庫，用以存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)文件；轉(zhuǎn)換單元，分別與所述數(shù)據(jù)庫以及碼頭的設(shè)備連接，生成碼頭設(shè)備的 實(shí)時(shí)3DMAX設(shè)備模型文件并將其轉(zhuǎn)換為3DS格式設(shè)備模型文件存儲(chǔ)于所 述數(shù)據(jù)庫；顯示監(jiān)控單元，與所述數(shù)據(jù)庫連接，讀取3DS格式設(shè)備模型文件的數(shù) 據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組，創(chuàng)建設(shè)備模型的OpenGL顯示列 表，以及創(chuàng)建設(shè)備模型的變換矩陣，根據(jù)OpenGL矩陣變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備 模型的矩陣變換，驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型做出相應(yīng)動(dòng)作。
9. 如權(quán)利要求8所述的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示 監(jiān)控單元中的設(shè)備模型的變換矩陣包括設(shè)備中能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作的部件的變 換矩陣。
10. 如權(quán)利要求9所述的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換 單元中通過三維制圖軟件將3DMAX設(shè)備模型文件轉(zhuǎn)換為3DS格式設(shè)備模型文件。
11. 如權(quán)利要求8所述的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述3DS 格式設(shè)備模型文件的數(shù)據(jù)信息包括頂點(diǎn)坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、法向量坐標(biāo)、光 照以及材質(zhì)模型數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種碼頭設(shè)備的三維顯示監(jiān)控系統(tǒng)及方法，包括將設(shè)備模型文件轉(zhuǎn)化為3DS格式設(shè)備模型文件，以及進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為OpenGL頂點(diǎn)數(shù)組和相關(guān)設(shè)備的OpenGL顯示列表，最后通過OpenGL矩陣變換函數(shù)進(jìn)行設(shè)備模型的矩陣變換，以驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型動(dòng)作。本發(fā)明由于采用了三維建模技術(shù)以及引入了OpenGL顯示技術(shù)，使碼頭的設(shè)備的工作狀況通過三維模型顯示，有效的提高了顯示效果和顯示進(jìn)度，也便于對整個(gè)碼頭堆場或作業(yè)區(qū)域全景及各設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示，現(xiàn)場操作人員只需一臺(tái)顯示器、一個(gè)鼠標(biāo)、一根網(wǎng)線即可達(dá)到對碼頭堆場內(nèi)所有設(shè)備作業(yè)情況的實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控，大大增加了操作的簡單性和靈活性。
文檔編號(hào)H04N7/18GK101312525SQ20081003946
公開日2008年11月26日 申請日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者翔 吳 申請人:上海振華港口機(jī)械(集團(tuán))股份有限公司