[发明专利]三维油流VR在线测量与显示系统及其工作方法

权利要求书

1.一种三维油流VR在线测量与显示系统的工作方法，其特征在于，包括：

采用数据传输子系统实现数据采集子系统、三维图形工作站以及试验互动展示子系统之间的数据传输；

采用数据采集子系统与同步及数据采集模块，对风洞内试验目标及表面油流从不同视点同步地采集二维图像和三维点云数据；

采用三维图形工作站通过数据传输子系统接收采集的所述二维图像和三维点云数据，并基于采集的所述二维图像和三维点云数据进行相应操作：(1)通过油流计算模块进行油流流场计算；(2)通过实时三维绘制计算模块，利用虚拟视点绘制技术实时绘制试验目标及表面油流的三维图像；(3)通过三维建模及渲染模块，在试验结束后非实时情况下，离线实现试验目标及表面油流的三维建模，并叠加油流流场计算结果后进行模型渲染，得到油流流场计算结果数据增强的目标三维模型；

采用试验互动展示子系统和交互控制及显示模块通过数据传输子系统接收并显示所述三维图形工作站生成的三维图像和/或目标三维模型，并实现三维油流VR在线测量与显示系统的人机交互控制；

所述通过油流计算模块进行油流流场计算的方法中，通过如下步骤进行流场曲线绘制及摩擦力线提取：

S1，从拍摄的二维图像中获取K幅序列图；

S2，对K幅序列图进行亮度均衡化；

S3，再对K幅序列图进行条纹图处理；

S4，从经S2和S3处理后的K幅序列图中提取骨架线；

S5，对K幅序列图的骨架线求平均得到骨架线样条；

S6，对骨架线样条进行曲线拟合；

S7，再进行骨架线离散点采样；

S8，利用离散点采样结果，采用互相关算法对S2处理后的序列图进行流场向量计算；

S9，对计算得到的流场向量，采用线卷积积分绘制流场曲线并提取摩擦力线。

2.根据权利要求1所述的工作方法，其特征在于，所述三维油流VR在线测量与显示系统包括硬件系统以及与硬件系统配套的软件系统；所述硬件系统包括数据采集子系统、数据传输子系统、试验互动展示子系统、以及三维图形工作站；所述软件系统包括同步及数据采集模块、油流计算模块、实时三维绘制计算模块、三维建模及渲染模块、以及交互控制及显示模块；

所述数据传输子系统，用于实现数据采集子系统、三维图形工作站以及试验互动展示子系统之间的数据传输；

所述数据采集子系统与同步及数据采集模块，用于对风洞内试验目标及表面油流从不同视点同步地采集二维图像和三维点云数据；

所述三维图形工作站，用于通过数据传输子系统接收采集的所述二维图像和三维点云数据；在三维图形工作站中，所述油流计算模块用于油流流场计算，所述实时三维绘制计算模块用于实时绘制试验目标及表面油流的三维图像，所述三维建模及渲染模块用于构建油流流场计算结果数据增强的目标三维模型；

所述试验互动展示子系统和交互控制及显示模块，用于通过数据传输子系统接收并显示所述三维图形工作站生成的三维图像和/或目标三维模型，以及用于三维油流VR在线测量与显示系统的人机交互控制。

3.根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述数据采集子系统包括若干可见光相机、TOF深度相机和同步控制器；所述若干可见光相机和TOF深度相机设置在不同视点，并使风洞内试验目标完全被可见光相机和TOF深度相机的视场覆盖；所述同步控制器结合同步及数据采集模块的控制，实现对若干可见光相机和TOF深度相机的同步控制。

4.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述可见光相机和TOF深度相机成对设置，每对可见光相机和TOF深度相机紧靠设置，各对可见光相机和TOF深度相机设置在不同视点，并使风洞内试验目标完全被可见光相机和TOF深度相机的视场覆盖。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述软件系统还包括系统标定模块；所述系统标定模块用于对可见光相机和TOF深度相机进行参数标定，并将可见光相机和TOF深度相机的坐标系移到同一坐标系中。

6.根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述数据传输子系统包括无线路由器和高速数据传输线，用于实现数据采集子系统、试验互动展示子系统、以及三维图形工作站之间的有线和/或无线连接。