基于VR的传输设备工程设计系统的研究

基于VR的传输设备工程设计系统的研究

戴永平

广东海格怡创科技有限公司广东惠州516000

摘要：本文提出了一种基于VR的传输设备工程设计系统，包括总体架构、功能模块、具体工作流程等内容。通过类似遗传算法（SGA）筛选出最优的传输设备布置方案，经过人工评判、调整后，设计系统在VR环境下输出最终的布置方案报告和图纸并呈现给用户，大大提升了用户的现场感知度，便于对现场施工人员的培训和实际工程的实施。

关键词：VR；传输设备；设计系统

1VR产业现状

2016年被称为VR元年，但是VR目前发展的状况到底是怎样的？相信关注VR的各界人士一定可以发现：其实整个产业链都在发力。上游设备方面，Intel、高通从芯片层支持VR，AMD和NVIDIA都推出了性价比更高的新一代显卡；工具和引擎层面上，Blender、Unity、Unreal、Source和CryEngine是逐渐递进的开发工具，在虚拟现实环境下可以直接进行场景编辑。AMD、NVIDIA分别推出了LiquidVR和GameworksVR，进行优化加速。AdobePremiere和Nuke等视频编辑软件都推出了VR编辑功能，杜比在推动全景声发展；系统方面，Google推出基于AndroidN系统的Daydream平台，意在从底层进行统一。

2基于VR的传输设备工程设计系统总体架构

2.1系统功能描述

1）用户界面用户界面是接收用户输入和选择，向用户实时展示VR环境下传输设备安装位置、面板、连线等内容的交互界面。通过使用VR设计软件从数据库中调用各类设备模型，将其按照设定的算法嵌入到窗体中，并在统一的系统界面中将设备布置情况通过沉浸式头盔或VR眼镜等设备向用户展示，由用户对方案进行修订。2）数据采集模块使用VR相机或VR摄像机对现场数据进行采集，录入数据库，对数据进行处理，调用VR模型管理库中的相应模型，生成平面、面板、连线等图纸的模板，并给机房内各列设置设备层次、类型、电源容量进行标签，给机房内已有设备设置位置、尺寸进行标签，给机房内空闲机位设置位置进行标签。3）VR模型管理模块使用VR设计软件，将常用的传输设备按不同厂家、不同层次、不同类型、不同型号等制定为不同的模块，并存入数据库中，在生成模板、新增设备时均可直接调用。4）数据库管理模块数据库管理模块主要用来维护基于VR的传输设备工程设计系统的数据库。数据库存储以下数据：VR模型管理模块中的各类设备模块、通过VR相机或VR摄像机采集的现场数据、设备安装算法数据、生成的新增设备方案数据等。5）虚拟现实模块虚拟现实模块的作用是借助VR技术中的动态环境建模技术和实时三维图形生成技术，将新建传输设备方案用直观的图形显示出来，动态展示设计的结果。利用虚拟现实技术直观、高效、形象的特点，使新建传输设备方案的设计结果能通过沉浸式眼镜在VR环境中可视化，评价、筛选、修改方案也更为容易。该模块是借助虚拟现实设计软件实现的。6）算法管理模块根据用户选择的新增传输设备厂家、层次、类型、型号、设备名称、设备属性等，采用标准遗传算法（SGA，SimpleGeneticAlgorithm）计算，产生最优的传输设备安装布置方案。

2.2系统工作流程

1）通过用户界面，输入新增传输设备的信息，从数据库的VR模型管理模块设备类型标签表中选择本期工程新增的传输设备，生成本期工程新增设备列表。2）运行算法：算法分为自然阶段和人工阶段，其中自然阶段采用类似遗传算法（SGA），确定新增传输设备安装的位置方案；人工阶段根据其他的需要人为考虑的因素对生成的方案进行调整[1]。3）满足算法的人工参与条件后，算法进入人工阶段。在VR环境下，对新增传输设备布置方案进行评价，考虑电源、空调等其他因素，对不满意之处提出改善建议，以得到更符合实际情况的设备布置方案。4）算法运行完成后，生成最优方案的布置报告和CAD布置图纸。

3关键算法描述

3.1遗传算法

（1）初始化：设置进化代数计数器t=0，设置最大进化代数T，随机生成M个个体作为初始群体P(0)。（2）个体评价：计算群体P(t)中各个个体的适应度。（3）选择运算:将选择算子作用于群体。选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代。选择操作是建立在群体中个体的适应度评估基础上的。（4）交叉运算：将交叉算子作用于群体。遗传算法中起核心作用的就是交叉算子[2]。（5）变异运算：将变异算子作用于群体，即对群体中的个体串的某些基因座上的基因值作变动。群体P(t)经过选择、交叉、变异运算之后得到下一代群体P(t+1)。（6）终止条件判断：若t=T，则以进化过程中所得到的具有最大适应度个体作为最优解输出，终止计算。

3.2类似遗传算法

本系统采用类似遗传算法（SGA）进行计算，对满足条件的个体集合P(t)中的每个个体进行评价，并通过公式得出量化评分，将评价最高的个体作为自然阶段算法的最优输出结果，再通过人工阶段的评判对输出结果进行修正，最终得到新建传输设备布置方案[3]。

（1）SGA的原则

1）类似遗传算法在特征方面，与遗传算法特征的前3个特征相同；2）在算法执行过程方面，首先进行初始化和个体评价；3）对于满足条件的集合P(t)中的每个个体，按照公式计算每个个体的适应度量化值；4）采用适应度最大的个体作为初步输出方案结果，进入人工阶段；5）考虑电源、空调等其他因素，对初步输出方案结果进行评判、修正，输出最终的传输设备布置方案。

对于新增的传输设备，理论上机房内每个空闲的机位均可安装，但在设计过程中应按照以下原则进行安装：1）新增传输设备的尺寸标签与机房空闲机位位置标签应尽量一致；2）新增传输设备的层次标签应与机房内的设备列层次标签尽量相同；3）新增传输设备的类型标签应与机房内设备列的类型标签尽量一致；4）新增传输设备的型号标签应与机房内设备列的型号标签尽量一致；5）如果新增的是OTN设备，设备属性标签则应与机房内相邻设备的属性标签尽量不一致[4]。

（2）SGA的适应度函数建模

适应度函数按以下公式进行计算：f(t)=c1×W1（DSi,PSj）+c2×W2（DLi,LLj）+c3×W3（DTi,LTj）+c4×（DMi,LMj）+c5×W5（DPi,DPi-1）（1）式中，f(t)表示符合条件解的集合中t的适应度函数；DS表示设备尺寸标签，DL表示设备层次标签，DT表示设备类型标签，DM表示设备型号标签，DP表示设备属性标签；PS表示空闲机位尺寸标签，LL表示机房内的设备列层次标签，LT表示机房内的设备列类型标签，LM表示机房内的设备列型号标签。

结束语：

本文提出了一种基于VR的传输设备工程设计系统，包括总体架构、各个功能模块、具体工作流程等内容。首先选出符合条件的解的集合，通过标签匹配方式对集合内的每个个体进行适应度函数计算，筛选出最优的传输设备布置方案，再经过人工调整后系统输出最终的布置方案报告和图纸。

参考文献：

[1]陶博文.浅谈BIM+VR技术在监理项目管理中的应用[J].甘肃科技,2017,33(22):90-91.

[2]邹明扬,杨冕清,冯蕾,鄢世阳,王飞龙.基于虚拟现实技术与VR设备的心理宣泄的应用[J].电脑迷,2017(07):187-188.

[3]张良杰,朱丽敏,钟石根,游陈盛.VR技术现状与应用领域研究[J].传感器世界,2017,23(05):26-31.

[4].VR头戴设备的趋势:无线连接和模块化[J].办公自动化,2017,22(06):11.