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    三维虚拟仓储物流演示系统的开发与研究

      信息来源:   发布时间:2021-08-23  点击数:

    1 概述

    随着虚拟现实技术与网络技术的快速发展, 虚拟工业演示在新的领域应用也越来越广泛。虚拟仓储物流演示就是虚拟工业演示在物流领域的一项重要应用。它能够展现出普通文本和图片展示所不具有的临场感和参与性, 用户还可以登录网站系统自主浏览虚拟仓储物流系统的每个环节, 查看仓库状态和货架货柜及后台的管理信息。

    本文主要以3Ds Max和Virtools作为开发平台, 对物流仓库进行虚拟仿真, 为仓储物流系统的开发提供了有力保证。解决以下几个问题:系统平台的整体架构、仓储原型的模型创建、平台功能的互动设计、平台发布及应用拓展等。

    本文采用三维建模技术与虚拟交互技术相结合的方式对系统进行设计开发, 具体包括:利用数码照相机对相关对象进行拍摄、用Photoshop对图像后期处理、利用三维建模App3Ds Max对原型建模、贴图、添加灯光、摄像机、渲染, 通过插件导出为可被虚拟交互开发AppVirtools识别的格式, 再通过VirtoolsApp对模型进行交互行为开发处理, 最后输出为可实行文件系统并对系统进行评估测试及应用研究等。

    2 系统开发的目的和意义

    仓储物流是现代工业领域的重要组成要素, 是厂商规划设计的重中之重, 在现代物流领域起着举足轻重的作用。随着市场经济全球化的迅猛发展, 竞争也越来越激烈, 仓库管理在现代物流供应链上的作用越来越重要。然而, 当前大多数主流的仓库管理系统还是通过图片、文本、数据、表格或图形等方式展示给客户, 不能形象、逼真、直观地显示仓库与货物的状态, 严重影响了仓储物流管理的进一步发展。虚拟现实技术是利用计算机生成的一种身临其境、可交互的虚拟环境, 用户能够通过视觉、听觉、力觉和触觉等操纵虚拟环境, 从而获得最真实的感受。三维虚拟仓库物流系统, 通过对仓库场景、货架等模型的三维建模与交互设计, 使用户在仓储管理时更加方便和直观, 从而有效提升仓储管理的效率。

    本文主要利用虚拟现实和数据库技术, 创建一种能够实现自动化仓储物流演示流程的虚拟环境, 能够使仓储管理者更加直观形象地获取仓库存储设备的实际运行状况, 而不是仅仅面对枯燥的库存数据;分析和管理各种仓储物流信息, 探讨仓库的管理策略, 方便管理人员更好地了解仓库的运行情况并对仓库管理做出科学决策;通过网络技术, 将不同的仓库联系起来, 实现仓库间的资源共享和信息交换。

    3 研究状况及发展趋势

    综述当前国内外虚拟现实技术的发展状况, 并查阅相关虚拟现实方面的文献资料, 以及三维动画技术的研究, 对当前的物流仓储系统进行细致的研究考察, 分析创建系统平台的最终需求及其最优化解决方案, 完成了三维虚拟仓库场景中所有对象物理模型设计与创建, 主要包括货物模型的动态生成、货架建模、仓库环境建模、仓库主体建模。以及模型的材质和贴图设定, 灯光和摄像机的架构等, 并且对三维虚拟仓储物流系统的UI界面进行了更加直观形象的设计。在虚拟交互开发AppVirtools中对场景模型的交互功能进行了设定。

    为了提高现代企业自动立体仓库的设计质量及工作效率, 减少企业物流在项目建设投入的资金流失, 基于智能化物流仓储系统, 找到了一种利用虚拟现实对立体仓库进行三维立体建模与虚拟仿真的方法, 达到节省建设时间、提高工作效率的目的。立体仓库系统结构简单, 可实现提高进出库效率、减少货物存储问题、合理利用空间资源等。针对货物的分类管理、存仓、出仓等问题, 对进出库控制原理进行了分析和说明, 并在3D max中进行了立体仓库的三维建模设计。

    本文以设计一个基于三维虚拟现实技术的仓储物流展示及模拟操纵App为最终目标。三维虚拟仓储物流展示系统是多媒体网络技术、虚拟现实技术和多传感器技术等多种新技术结合的产物, 通过该系统, 可以直观形象的呈现出三维可视化的仓储管理信息, 另外, 系统还可以上传至网站, 用户进入网站就可以查看和咨询物流信息。这个基于虚拟现实技术创建的三维虚拟物流空间, 同样具有虚拟现实的重要特征:交互性和沉浸感, 使登录的用户具有身临其境和实时交互的感觉。

    虚拟现实技术应用于仓储物流领域, 不仅带给用户直观形象的真实体验, 实现仓库货柜的三维展示, 实现对库存物品的三维可视化管理, 而且更加智能高效地保证了工厂仓储物流系统更加高效流畅的工作, 具有一定的现实价值和意义。

    三维可视化和三维立体化是本研究的创新点之一。通过创建仓库货架的三维场景模型及可视化管理, 客户可以更加直观更加形象地清楚了解货架在现实物流仓库中的位置。利用系统强大的三维显示功能, 将仓库的空间布局、巷道走向、以及货架存货等重要信息以三维形式直观展示, 并提供三维浏览功能:放大、缩小、漫游、全图, 能够提供仓库管理人员以仓库的整体印象, 并可以具体针对某个货架进行信息查询。

    4 虚拟仓储物流系统平台设计

    4.1 App环境、方法及措施

    App环境:Windows 7\3ds max 2009\Adobe Effects CC\Adobe Premiere Pro CS6\Adobe Photoshop CS6\Lumion 5.0\Virtools 4.0

    可通过网络查阅大量相关文献、影像资料充分利用, 通过前往郑州航空港经济综合实验区实地考察, 拍照获取资料影像。

    方法及措施:

    (1) 实验设计

    进行三维模型的制作、材质的设定和模型的输出, 完成系统主界面、次界面、菜单和交互按钮的制作。通过使用工具技术手段有平面设计、三维建模与材质设定、虚拟交互技术和后期整合技术, 完成具有兼具实用性与美观性的虚拟三维仓库。以三维模型为主体, 显示出仓库的整体轮廓, 而后添加运动效果, 给物体添加碰撞检测, 以摄像机的角度来表现整个仓库的运作, 最终的作品主要以虚拟漫游的形式展示出来, 给大家一个直观的效果。

    (2) 资料收集

    在网上收集大量的材料, 主要在百度百科、百度知道、中国知网、万方数据库、超星数字图书馆、豆丁网、道客巴巴等, 收集相关资料。随后去实地考察收集相关文字、图片及影像资料。最后在场景制作中, 查阅相关专业书籍, 帮助作品制作。

    4.2 平台功能分析及划分

    平台的整体架构与基本操作:鼠标左键控制物体的平移, 鼠标中键控制物体放大与缩小功能, 鼠标右键控制物体的旋转。

    图1 平台整体架构

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    平台的仓库状态控制:通过点击系统相应按钮可以分别查看仓库的使用状态。

    图2 平台仓库状态

    图2 平台仓库状态   下载原图


    系统平台的货架管理:鼠标左键点击可以选中货架;键盘上的Z、X键用来控制货架的前后移动;输入数字、点击配置可以控制货架的使用情况。

    图3 平台货架管理

    图3 平台货架管理   下载原图


    系统平台的货箱管理:可以使用鼠标左键选中货箱;使用Z、X按键控制货箱的前后移动。

    图4 平台货箱管理

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    系统的后台接口:输入1~30、点击submit可以调整货架数量。

    图5 后台接口管理

    图5 后台接口管理   下载原图


    5 结论

    事实证明, 三维虚拟仓储物流演示系统确实能够提供给管理人员和用户更加直观形象的体验, 呈现立体直观丰富的信息, 查询相关的数据等, 可以大大提高物流管理效率, 具有一定的现实意义。

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