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电力系统场景搭建技术研究

排列3 www.jeimw.cn 电力系统场景搭建技术研究 为了仿真电力系统这样一个大系统,需要制作许多的模型。在计算机硬件有 限的条件下,需要对导入引擎的离散模型按照具有较高效率的方案整合起来,以 较快的速度达到一个良好的整体场景效果,这就是场景组织搭建。一般现实的场 景是具有层次结构的,上级高层次包含了其下级的层次,具有嵌套、递归的特点。 那么对这些层次结构进行最优化解析后,再按照这个层级结构搭建模型就会变得 快速有效。目前场景组合层次分解技术有场景图和空间划分技术两大类 [36] 。

场景图 场景图中用节点代表模型,线代表模型之间、模型与环境之间的关系,这种 层次结构能详细地描述场景中的相互关系,定义场景的所有信息,并且包含最基 本的信息,如模型的位置、大小、材质、颜色等。概括的分类,场景图的层次结 构可以看成三次结构:最高层是整体场景和组织节点,中间层是局部场景和控制 节点,最底层是模型本体。场景图中包含了场景图里的三类节点:几何节点、组 节点和变换节点。几何节点可以看出是物体本体,包含了物体的基本信息;组节 点的作用是对节点进行分组管理;变换节点是描述物体运动状态的节点。典型的 场景图如图4.1所示,它阐述的是检修车辆运输检修工具去某变电站进行隔离开 关大修的场景。

空间划分技术 场景图包含的信息比较全面,缺点是组织方式效率比较低,对于电力系统而 言,设备数量较多、类型较多,如果采用这种方式的话,效果一般。而空间剖分技术能避免这一缺点??占淦史旨际跏墙【胺纸獬上嗔幌嘟坏淖楹?,再把 模型按照该层次结构来组织搭建。常用的空间划分层次结构有:空间二叉树表示 法、八叉树表示法、N叉树表示法。这些方法类似,只是对场景划分的个数有区 别而已。其中二叉树是最简单的形式。 4.2.1 空间二叉树 空 间 二 叉 树 这 个 名 词 是 于 1969 年 在 一 篇 名 为 《 Study for applying computer-generated images to visual simulation》文章中被第一次提出来,随后在 FPS游戏引擎中开始运用,并逐渐被其他引擎推广 [37] 。最初建立空间二叉树的想 法是为了获得场景空间的一片分割的集合,这个集合只是整个场景一个部分,然 后对这个集合继续分割,直到最小的子集合为止。

空间二叉树的定义 对于空间二叉树可以这样进行定义 [38] : 在三维空间中设定一个平面 P : Ax + By+Cz+D=0,这个平面把空间分割成 2 个 子 空 间 分 别 用 1 P 和 2 P 表 示 , 其 中 {( )} ,,0 1 P = xyzAx+By+Cz>; {( )} ,,0 2 P = xyzAx+By+Cz<。对于一个完整的场景可以按照定义进行划分,对应 的二叉树应该具有这样的性质:树的叶子节点是被分割的模型;树中间节点就是 分 割 平 面 P , 假 设 左 子 树 对 应 1 P , 那 么 左 树 内 的 模 型 的 坐 标 应 满 足 : {( )} ,,0 1 P = xyzAx+By+Cz>;右子树对应 2 P ,那么右树内的模型的坐标应满足: {( )} ,,0 2 P = xyzAx+By+Cz<。 4.2.1.2 构造空间二叉树 对于空间二叉树的分割首先保证的是二叉树的平衡性,也就是说对于每个集 合的分割不能有太大的差异,因为对不平衡的二叉树进行遍历时会浪费时间、降 低效率。分割次数也不应太多,如果分割太多就会加大计算机系统的负担,降低 画面的质量。图4.2对空间进行了典型的二叉树的构建。

除了对分割的次数进行控制外,由于分割方案的不同也会导致建树规模也不 同(二叉树的规模定义为树的中间节点对应的物体的集合,也可以认为是生成的 三角面的个数)。树的规模越大进行遍历搜索的计算量也就越大,这也会影响场 景搭建的速度。图4.3中对空间进行了2种不同类型的分割。 图4.3a的分割过程是: 1.首先用 1 S 对空间进行分割,分割后,空间变成了区域 ABC 和区域 DEFG 。 2.再用 2 S 对空间进行第二次分割,那么区域 ABC 变成了区域 A 和区域 BC ; 区域 DEFG 变成了区域 DE 和区域 FG 。 3.最后用 3 S 对空间进行第三次分割,区域A 不变;区域 BC 变成了区域 B 和 区域 C ;区域 DE 变成区域 D和区域 E ;区域 FG 变成了区域 F 和区域 G 。这种分 割方式的二次树结构如图4.4a中所示。 图4.3b的分割过程是: 1.先用 2 S 对空间进行分割,分割后,空间变成区域 AB 和区域 CD 。 2.然后用 1 S 对区域 AB 进行分割,分割后变成了区域 A 和区域 B 。 3.最后用 3 S 对区域 CD 进行分割,分割后变成了区域 C 和区域 D 。这种分割 方式的二次树结构如图4.4b中所示。

明显可以看到第一种分割方式的二叉树的规模是6面,第二种二叉树的规模 是3面。第二种方式的分割方案优于第一种。由上面这个例子得到的经验是每次应直接在第一次分割的三角面上进行分割,分割面应该尽量选择与物体相交最少 的面作为分割面。针对每次分割都要预先计算分割后的规模,选择分割最小的平 面作为分割面,可以产生较小的树的规模。

 
   
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