专利名称：一种码头设备的三维显示监控系统及方法
技术领域：
本发明涉及自动化码头领域，更具体地说，涉及一种码头设备的三维 显示监控系统及方法。
技术背景自动化码头的设备要进行各种动作已完成码头集装箱的吊装等工作， 为了掌握设备的工作状况，就需要对设备进行监控。目前的监控工作主要是用摄像头来监控，将多个摄像头安装在各个不 同的位置以实现监控工作，但这样的监控方式的缺点是成本高，另外由于 摄像头属于易损坏的部件，所以导致这种监控方式的故障率比较高。所以需要提供一种新的监控方式，这种监控方式应该和摄像头一样实 现立体和实时的监控，并且成本和故障率较低。OpenGL是一个3D API (应用碍序接口)，它是开放的图形程序接口， 英文全称是"Open Graphics Lib:ary" ， OpenGL是跨平台的国际计算机 工业标准应用程序接口。利用Ope""L开发出来的三维应用软件主要应用于 建筑、产品设计、医登、地球科:/:、流体力学、CAD设计、仿真模拟、三 维游戏等领域，Open,:L已成为目箭的三维图形开发标准，是从事三维图形 开发工作的技术人员所必须掌握的开发工具。基于OpenGL的图形学技术可 以实现上述的立体和实时的监控，并且成本和故障率较低。发明内容本发明旨在提供 一种码头设备的三维显示监控系统及方法，该系统和 方法通过三维建模和三维显示技术实现码头设备的实时监控。一方面，本发明提供一种码头设备的三维显示监控方法，包括以下步骤a.建立码头设备的3DMAX设备模型文件，将该3DMAX设备模型文 件转换为3DS格式设备模型文件；b.读取3DS格式设备模型文件的数据信息并将其转化为OpenGL顶 点数组；C.根据OpenGL顶点数组创建设备模型的OpenGL显示列表；d.创建设备模型的变换矩阵，根据OpenGL矩阵变换函数进行设备模型的矩阵变换，驱动设备模型做出相应动作。 所述步骤a中的3DMAX设备模型文件为码头设备的实时数据文件。 所述步骤d中的设备模型的变换矩阵包括设备中能实现不同动作的部 件的变换矩阵。所述步骤b包括建立数学模型，所述数学模型读取3DS格式设备模型 文件的数据信息并将其转化为OpenGL顶点数组。所述步骤a中的文件转换通过三维制图软件实现。所述步骤C中OpenGL显示列表适以通过调用OpenGL图形显示函数 进行显示。所述步骤b中读取的3DS格式设备模型文件的数据信息包括顶点坐 标、紋理坐标、法向量坐标、光照以及材质模型数据信息。另一方面，本发明提供一种码头设备的三维显示监控系统，包括 数据库，用以存储相关数据文件；转换单元，分别与所述数据库以及码头的设备连接，生成码头设备的 实时3DMAX设备模型文件并将其转换为3DS格式设备模型文件存储于所 述数据库；显示监控单元，与所述数据库连接，读取3DS格式设备模型文件的数 据信息并将其转化为OpenGL顶点数组，创建设备模型的OpenGL显示列 表，以及创建设备模型的变换矩阵，根据OpenGL矩阵变换函数实现设备 模型的矩阵变换，驱动设备模型做出相应动作。所述显示监控单元中的设备模型的变换矩阵包括设备中能实现不同动 作的部件的变换矩阵。所述转换单元中通过三维制图软件将3DMAX设备模型文件转换为 3DS格式设备模型文件。所述3DS格式设备模型文件的数据信息包括顶点坐标、紋理坐标、法向量坐标、光照以及材质模型数据信息。采用本发明所述的一种码头设备的三维显示监控系统及方法，由于采用了三维建模以及引入了 OpenGL显示技术，使码头的设备的工作状况通 过三维模型显示，有效的提3了显示效果和显示进度，也便于对整个码头 堆场或作业区域全景及各设备进行实时监控显示；本发明只需要和设备进 行相关的连接就可以实现显示监控了，这样一来就缩短了安装的周期，降 低了安装的成本，增加了实时监控的灵活性，可以作为视频监控的辅助手 段，也可以独立进行监控，现场操作人员只需一台显示器、 一个鼠标、一 根网线即可达到对码头堆场内所有设备作业情况的实时显示监控，大大增 加了搡作的简单性和灵活性。
图1示出了本发明所述三维显示监控方法的原理流程示意图； 图2示出了本发明所述三维显示监控系统的原理图。
具体实施方式
在说明实施方式之前，先介绍一下图形学中的几个概念1、 OpenGL (开放的图形程序接口 )；OpenGL (开放的图形程序接口 )是在SGI， SUN, Microsoft, DEC, IBM和Intel等多家世界著名计算机公司的倡导下，联合推出的 一种三维图 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等窗口系统中，是一种与硬件，窗口系统和搡作系统 相对独立的一系列API (应用,任序接口 )。它包括120多个图形函数，开 发人员可以利用这些函数绘制出逼真的三维景象，它最大的好处是性能稳 定，可跨平台使用，具有很好的移植性。由于OpenGL是3D图形的底层 图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景，但是，通过一 些转换程序，可以方便地将一些3D图形设计软件制作的模型文件转换成 OpenGL的顶点数组以供其使用。目前已经在在CAD/CAM，虛拟现实，军 事，航天，地质勘探等领域得到了广泛的应用。2、 3DS文件；3DS文件是3DMAX软件下的图形文件，在基于OpenGL三维图形显示中常被用到(对其进行读取)，3DS文件是由许多块(chunk)组成的(大块 中镶嵌子块)， 一个块由块信息和块数据组成，块信息又由块的ID(两个 字节长的标识，如4D4D)和块的长度(四个字节，其实也就是下一个块的 偏移字节数)组成。每个块是一个层次结构，因此在读取3ds文件中的每个 主"块"及其子"块"时，根据相应子"块"ID得到对应的数据信息，从 而最终得到设备模型文件的顶点坐标、紋理坐标、法向量坐标、光照信息、 材质等数据。
一方面，本发明提供了一种码头设备的三维显示监控方法，该方法配 合码头的设备调度控制系统以实现三维显示监控，参考图l所示，该方法 100包括:
102.将三维模型文件转化为3DS格式文件。
首先建立码头设备的3DMAX设备模型文件，再用三维绘图软件将该 3DMAX设备摸型文件转换为3DS格式的设备模型文件，以方便数据分析； 在这里，3DMAX设备模型文件为码头设备的实时数据文件，即码头设备 的可编程控制器(PLC)实时传递来设备的运动数据，根据实时的运动数据 更新所述设备模型文件。码头的设备调度控制系统具有各设备模型的对外 接口，提供了各个设备模型文件数据在模拟环境内的绝对坐标信息，以及 实际环境中的绝对坐标信息与模拟环境中的设备模型坐标转换的映射关 系，这样接收到的实时设备运动数据就能反映到所述设备模型文件了。
104.转化为OpenGL顶点数组。
读取步骤102中的3DS格式设备模型文件的数据信息并将其转化为 OpenGL顶点数组。实现这-步骤时，需要建立一个建立数学模型(程序 算法)，数学模型读取3DS格式设备模型文件的数据信息并将其转化为 OpenGL顶点数组，读取的JDS格式设备模型文件的数据信息包括设备模 型的顶点坐标、紋理坐标、法向量坐标、光照以及材质等数据信息。
106.创建设备模型的OpenGL显示列表。
根据OpenGL顶点数组创建设备模型的OpenGL显示列表，所谓 OpenGL显示列表就是 一 组预选存储起来的留待以后调用的函数语句，调 用此显示列表时就按次序的执行其中函数，并配合调用的OpenGL图形显示函数进行显示，便达到了相关设备模型显示的效果。
108.实现设备模型的矩阵变换，以驱动设备模型动作。 创建设备模型的变换矩阵，该变换矩阵包括设备整体变换矩阵和需要
实现不同动作的各部件的变换矩阵，根据码头设备的可编程控制器(PLC)
实时传递来的设备的运动数据，码头的设备调度控制系统将设备在实际环 境中的绝对坐标映射转换为模拟环境中的设备模型坐标，即将堆场内设备
的动作实时转换为模拟环境中设备的动i，，再根据OpenGL矩阵变换函数 进行相关设备模型的矩阵变换，因为每一种变换矩阵均表示了一类的动作， 所以进而驱动了设备模型进行动作。
另一方面，本发明提供了一种码头设备的三维显示监控系统200，参 见图2:
数据库20，用以存储相关数据文件；
转换单元10,分别与所述数据库20以及码头设备40连接，生成码头 设备40的实时3DMAX设备模型文件并通过三维制图软件将其转换为3DS 格式设备模型文件存储于所述数据库20中；
显示监控单元30，与所述数据库20连接，读取3DS格式设备模型文 件的数据信息并将其转化为OpenGL顶点数组，创建设备模型的OpenGL 显示列表，以及创建设备模型的变换矩阵(其中包括设备中能实现不同动 作的各部件的变换矩阵)，根据OpenGL矩阵变换函数实现设备模型的矩 阵变换，驱动设备模型做出相应3作。
所述显示监控单元30读取巧3DS格式设备模型文件的数据信息包括 顶点坐标、紋理坐标、法向量坐标、光照以及材质模型数据信息。
本发明提供的 一种码头设备的三维显示监控系统200的具体工作流程 和码头设备的三维显示监控方法100的工作原理和具体流程相同或类似， 故在此不再赘述。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围。
权利要求
1. 一种码头设备的三维显示监控方法，其特征在于，包括以下步骤a. 建立码头设备的3DMAX设备模型文件，将该3DMAX设备模型文 件转换为3DS格式设备模型文件；b. 读取3DS格式设备模型文件的数据信息并将其转化为OpenGL顶 点数组；C.根据OpenGL顶点数组创建设备模型的OpenGL显示列表； d.创建设备模型的变换矩阵，根据OpenGL矩阵变换函数进行设备模 型的矩阵变换，驱动设备模型做出相应动作。
2. 如权利要求l所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步骤a 中的3DMAX设备模型文件为码头设备的实时数据文件。
3. 如权利要求l或2所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步 骤d中的设备模型的变换矩阵包括设备中能实现不同动作的部件的变换矩 阵。
4. 如权利要求3所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步骤b 包括建立数学模型，所述数学模型读取3DS格式设备模型文件的数据信息 并将其转化为OpenGL顶点数组。
5. 如权利要求4所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步骤a 中的文件转换通过三维制图软件实现。
6. 如权利要求5所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步骤c 中0，; GL显示列.表适以通过调用OpenGL图形显示函凄丈进4亍显示。
7. 如权利要求l所述的三维显示监控方法，其特征在于，所述步骤b 中读取的3DS格式设备模型文件的数据信息包括顶点坐标、紋理坐标、法 向量坐标、光照以及材质模型数据信息。
8. —种码头设备的三维显示监控系统，其特征在于，包括 数据库，用以存储相关数据文件；转换单元，分别与所述数据库以及码头的设备连接，生成码头设备的 实时3DMAX设备模型文件并将其转换为3DS格式设备模型文件存储于所 述数据库；显示监控单元，与所述数据库连接，读取3DS格式设备模型文件的数 据信息并将其转化为OpenGL顶点数组，创建设备模型的OpenGL显示列 表，以及创建设备模型的变换矩阵，根据OpenGL矩阵变换函数实现设备 模型的矩阵变换，驱动设备模型做出相应动作。
9. 如权利要求8所述的三维显示监控系统，其特征在于，所述显示 监控单元中的设备模型的变换矩阵包括设备中能实现不同动作的部件的变 换矩阵。
10. 如权利要求9所述的三维显示监控系统，其特征在于，所述转换 单元中通过三维制图软件将3DMAX设备模型文件转换为3DS格式设备模型文件。
11. 如权利要求8所述的三维显示监控系统，其特征在于，所述3DS 格式设备模型文件的数据信息包括顶点坐标、紋理坐标、法向量坐标、光 照以及材质模型数据信息。
全文摘要
本发明揭示了一种码头设备的三维显示监控系统及方法，包括将设备模型文件转化为3DS格式设备模型文件，以及进一步转化为OpenGL顶点数组和相关设备的OpenGL显示列表，最后通过OpenGL矩阵变换函数进行设备模型的矩阵变换，以驱动设备模型动作。本发明由于采用了三维建模技术以及引入了OpenGL显示技术，使码头的设备的工作状况通过三维模型显示，有效的提高了显示效果和显示进度，也便于对整个码头堆场或作业区域全景及各设备进行实时监控显示，现场操作人员只需一台显示器、一个鼠标、一根网线即可达到对码头堆场内所有设备作业情况的实时显示监控，大大增加了操作的简单性和灵活性。
文档编号H04N7/18GK101312525SQ20081003946
公开日2008年11月26日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者翔 吴 申请人:上海振华港口机械(集团)股份有限公司