儲油罐虛擬環(huán)境建模方法研究與發(fā)展現(xiàn)狀

張 瑾，沈 強(qiáng)，李 淘，弓海凌，鄒冰玉，代峰燕

(北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，北京 102617)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬生成讓用戶與虛擬場景中對象進(jìn)行實(shí)時交互的一體化虛擬環(huán)境[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天、醫(yī)療、娛樂等領(lǐng)域的應(yīng)用已日趨成熟[2]。在能源領(lǐng)域，采用虛擬環(huán)境建模技術(shù)可以解決油罐中惡劣環(huán)境下清洗機(jī)器人實(shí)時定位等問題。虛擬環(huán)境建模技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識對真實(shí)場景進(jìn)行三維重構(gòu)，并最終在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行顯示的技術(shù)[3-6]。根據(jù)其實(shí)際操作環(huán)境可否預(yù)知，虛擬環(huán)境建模方法可分為結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模和非結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模，筆者將對結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模方法及其在儲油罐虛擬環(huán)境建模方面應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模方法及應(yīng)用

1.1 基于OpenGL虛擬環(huán)境建模研究

OpenGL(Open Graphics Library)三維圖形標(biāo)準(zhǔn)于1992年由美國硅圖公司發(fā)布，其功能強(qiáng)大、支持可視化操作、造型能力強(qiáng)，對于現(xiàn)有操作系統(tǒng)平臺都適用，主要用于構(gòu)建各種復(fù)雜三維視景，從而達(dá)到渲染2D、3D矢量圖形的目的，其提供了視圖變換、模型變換、基本圖元繪制、著色、光照、陰影、消隱、反走樣、紋理映射等具體功能。系統(tǒng)軟件開發(fā)人員可以利用OpenGL中的100多個函數(shù)構(gòu)建各種所需三維立體景物模型以及虛擬環(huán)境建模，進(jìn)而完成對人機(jī)交互軟件系統(tǒng)的開發(fā)、研制和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)硬件加速[7]。

Pedersen K 等[8]利用Open GL圖形庫定制開發(fā)了的虛擬聽覺訓(xùn)練環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了虛擬人耳訓(xùn)練和提升了用戶體驗(yàn)。劉硯山[9]使用3DsMax三維建模軟件來創(chuàng)建艦船和導(dǎo)彈的模型，采用 OpenGL圖形工具包對海洋環(huán)境和導(dǎo)彈尾焰進(jìn)行模擬，能夠?qū)崟r顯示艦船導(dǎo)彈的工作姿態(tài)。王志杰[10]采用 Open GL 圖元繪制方法來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室輪廓模型及簡單障礙物模型；利用三維建模軟件 3Dsmax7.0來建立虛擬場景的運(yùn)動主體移動機(jī)器人模型，通過 VC 編程導(dǎo)入到制作好的實(shí)驗(yàn)室場景中，再通過材質(zhì)編輯、光照設(shè)置和紋理映射等處理生成真實(shí)感較強(qiáng)的三維虛擬場景，在實(shí)際操作過程中提高人機(jī)交互準(zhǔn)確度。李建賓等[11]在VC和OpenGL平臺下編程實(shí)現(xiàn)MA1440機(jī)器人的三維可視化仿真，研究了虛擬環(huán)境的光照、消隱、紋理映射等真實(shí)感增強(qiáng)技術(shù)，有助于開展機(jī)器人教學(xué)活動。

1.2 基于VRP虛擬環(huán)境建模研究

VRP(Virtual Reality Platform)是由中視典數(shù)字科技有限公司自主研發(fā)的一款國產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，該軟件適用性強(qiáng)、操作高度可視化，在中國虛擬現(xiàn)實(shí)市場應(yīng)用范圍廣、占有率高[12]。目前最新版本VRP與3DsMax、Visual Studio都留有接口，可以將制作的三維模型以.3ds格式導(dǎo)入到VRP，同時VRP支持二次幵發(fā)，通過其插件VRP-SDK和Visual Studio編程可以控制VRP三維場景的運(yùn)動狀態(tài)，適合用來虛擬環(huán)境建模[13-14]。

魯守銀等[15]研究了帶電作業(yè)機(jī)器人智能控制組圖，在Pro/E中先將液壓機(jī)械臂和桿塔環(huán)境模型建立好，再導(dǎo)入到3DsMax中進(jìn)行渲染和烘焙，最后將在3DsMax中生成的作業(yè)場景環(huán)境文件導(dǎo)入到VRP三維場景中作光照、紋理以及霧化等處理。林昱[16]采用3DsMax 三維建模軟件和VRP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)三維虛擬舞臺設(shè)計(jì)，符合其高真實(shí)感、高效率要求。首先利用3DsMax制作舞臺場景三維模型，同時進(jìn)行編輯材質(zhì)和貼圖處理，后在 VRP 編輯器中進(jìn)行渲染和烘焙，完成三維虛擬舞臺設(shè)計(jì)。

1.3 基于VRML虛擬環(huán)境構(gòu)建研究

VRML(Virtual Reality Modeling Language)是由SGI公司提出的一種面向?qū)ο蟮奶摂M現(xiàn)實(shí)建模語言，可以全面描述虛擬三維環(huán)境模型、對虛擬環(huán)境進(jìn)行渲染以及提供實(shí)時交互操作功能，具有平臺無關(guān)性[17]。然而對于極其復(fù)雜的三維模型，在虛擬環(huán)境構(gòu)建過程中，系統(tǒng)開發(fā)者一般采取可視化VRML設(shè)計(jì)工具與三維建模工具結(jié)合使用的方法，如通過SolidWorks、LightScape、3DsMax等三維建模軟件建立初步虛擬環(huán)境模型，之后利用VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模工具進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，這樣就可以甩掉枯燥繁瑣的編程語言，提高開發(fā)效果和效率。

陳強(qiáng)等[18]使用VRML建模語言和Java相結(jié)合的方法開發(fā)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，其三維展示的平臺為VRML建模語言創(chuàng)建出來的環(huán)境模型，操作簡單、實(shí)用性高，有利于遠(yuǎn)程教學(xué)的實(shí)施。徐超等[19]設(shè)計(jì)了虛擬化的校園教室和辦公室，該系統(tǒng)包括VRML EAI交互、教室物體設(shè)計(jì)、室內(nèi)前方設(shè)計(jì)、虛擬場景的層次結(jié)構(gòu)、虛擬三維場景結(jié)構(gòu)，充分結(jié)合VRML生成并且完善VRML場景，利用VRML、ASP及XML混合編程提高系統(tǒng)使用靈活性。王意存等[20]利用VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言以及Matlab中的Simulink模塊搭建了六自由度彈道、導(dǎo)彈和目標(biāo)的虛擬現(xiàn)實(shí)模型，可以實(shí)時觀察導(dǎo)彈飛行狀態(tài)，有利于操作人員及時做出準(zhǔn)確的判斷。Jan-Michael Frahm等[21]利用VRML建模語言完成了大規(guī)模環(huán)境建模，而且將攝像機(jī)和其他傳感器結(jié)合起來，獲得了高質(zhì)量的環(huán)境模型。

1.4 基于WTK虛擬環(huán)境建模方法研究

WTK(World Tool Kit)是由美國Sense8公司研制的虛擬環(huán)境應(yīng)用程序開發(fā)工具包，用來進(jìn)行三維虛擬環(huán)境交互[22]。作為一個C/C++外掛式平臺，WTK基于OpenGL底層函數(shù)，包括1000多個基于C語言代碼的庫函數(shù)，WTK可作為外部庫直接嵌入，而且提供了高層應(yīng)用軟件開發(fā)接口和相關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備接口，有助于用戶借助外部設(shè)備與創(chuàng)建的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，從而達(dá)到控制整個虛擬環(huán)境的目的。

吳曉等[23]依照實(shí)際物料搬運(yùn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)流程，利用虛擬現(xiàn)實(shí)集成開發(fā)工具包WTK來進(jìn)行基本的物料搬運(yùn)視景仿真操作，從而建立物料搬運(yùn)虛擬環(huán)境模型，實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)操作高度可視化。Chang-Hyun Park等[24]利用WTK虛擬現(xiàn)實(shí)工具包和MFC編程完成對電力系統(tǒng)設(shè)備正?？梢暬僮?，可進(jìn)行有效的故障排除，使其成為電工培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)指南。

1.5 基于逆向工程三維激光掃描技術(shù)研究

三維激光掃描技術(shù)是利用激光測距原理掃描物體表面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到被測場景大量密集點(diǎn)的基本信息，如反射率和三維坐標(biāo)等；再通過逆向工程方法，利用獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)出掃描實(shí)體所對應(yīng)曲面[25]。三維激光掃描系統(tǒng)前期是由三維掃描儀等硬件設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集工作，后期數(shù)據(jù)處理工作則由相應(yīng)軟件完成。三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件是由逆向工程引申而來的 Geomagic、Imageware、PolyWorks及3DReshaper等，此類軟件側(cè)重于點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理，可快速對硬件收集的場景數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，修改生成所需的三維虛擬環(huán)境模型[26]。

鄭少開等[27]利用三維激光掃描儀向掃描目標(biāo)古建筑發(fā)射激光脈沖，依次掃描被測量區(qū)域，快速獲取地面景觀的空間坐標(biāo)和反射光強(qiáng)，利用系統(tǒng)配備的建模工作站進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，生成古建筑三維點(diǎn)云模型，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件PolyWorks重建場景的網(wǎng)格模型和表面模型，并對其進(jìn)行紋理映射和光照處理，最后借助工作平臺數(shù)據(jù)接口將獲取的模型轉(zhuǎn)化為.3ds等格式圖形對象，完成對古建筑的三維重構(gòu)。Stephanie Fekete等[28]利用三維激光掃描儀收集隧道環(huán)境點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到高分辨率的三維圖像，提供詳細(xì)的巖體三維特征，可以對巖體進(jìn)行更具代表性的地質(zhì)力學(xué)解釋。

2 非結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模方法及應(yīng)用

2.1 基于點(diǎn)云信息三維場景建模

非結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境三維重建是對未知真實(shí)場景進(jìn)行數(shù)字化與可視化的核心技術(shù)，在進(jìn)行場景結(jié)構(gòu)信息提取時，虛擬環(huán)境模型的重建質(zhì)量尤其重要[29]?，F(xiàn)有非結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模方法集中在先提取真實(shí)環(huán)境點(diǎn)云信息，通過編寫相關(guān)算法等方式對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行三維重建，以得到真實(shí)感較強(qiáng)的三維虛擬環(huán)境。

目前深度圖像點(diǎn)云信息采集設(shè)備主要有結(jié)構(gòu)光掃描儀、RGB 雙目相機(jī)和To F(Time of Flight)相機(jī)。結(jié)構(gòu)光掃描儀分辨率高、深度信息較準(zhǔn)確，但構(gòu)造復(fù)雜，需要被測物始終保持相對靜止；RGB 雙目相機(jī)依賴于圖像特征匹配，在光照不足等環(huán)境惡劣的情況下，其深度信息很難被精確提取到；To F相機(jī)體型小巧、深度信息精度較高、價(jià)格低廉、可操作性高。微軟公司研制的深度圖像傳感器Kinect V2就使用了To F技術(shù)，具有較好圖像采集性能、性價(jià)比高，其依據(jù)投射的紅外線反射后返回時間來獲取環(huán)境三維數(shù)據(jù)信息，已被廣泛應(yīng)用在目標(biāo)跟蹤、物體識別和三維重建等研究中。

在基于臨場感技術(shù)遙操作任務(wù)中，遙操作任務(wù)成敗的關(guān)鍵是重構(gòu)的三維模型準(zhǔn)確與否，所以首要問題是如何根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境結(jié)構(gòu)信息構(gòu)建出真實(shí)虛擬環(huán)境。倪濤等[30]通過采集RGB相機(jī)信息和紅外相機(jī)信息融合得到的點(diǎn)云信息，獲取機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的基本場景信息，之后通過基于Delaunay三角化機(jī)器人作業(yè)環(huán)境建模算法處理，完成對機(jī)器人操作環(huán)境的三維重構(gòu)。袁祖龍等[31]通過提取Kinect 攝像頭采集的點(diǎn)云信息，采用了一種新型RGB-D 傳感器來進(jìn)行真實(shí)環(huán)境三維信息提取，該傳感器在采集環(huán)境RGB顏色信息的同時，可以獲取物體表面各點(diǎn)深度信息，通過分析采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)還原出機(jī)械臂工作環(huán)境，用于工作環(huán)境特征提取。趙明富等[32]搭建的三維重建系統(tǒng)使用Kinect 深度圖像傳感器作為數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備，同時采集被測場景的深度信息和彩色信息，利用光線投影算法對被測場景的深度和彩色信息進(jìn)行提取，結(jié)合改進(jìn)球旋轉(zhuǎn)算法和優(yōu)化深度色彩混合算法生成帶有紋理信息的場景幾何表面模型，完成被測場景的三維重建。斯坦福大學(xué)Radu[33]帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)對基于RGB-D相機(jī)的三維重建進(jìn)行研究的項(xiàng)目Kin Fu Large Scale中，使用Kinect作為深度圖像采集設(shè)備，實(shí)時將深度圖、彩色圖和對應(yīng)的相機(jī)位姿保存下來，利用Kinect Fusion 算法對被測場景進(jìn)行實(shí)時的幾何表面模型重建，然后將采集得到的彩色圖片在生成的幾何表面模型上根據(jù)位姿和特征信息進(jìn)行紋理貼圖，最終獲得了良好紋理重建結(jié)果。

2.2 基于SFM虛擬環(huán)境建模

運(yùn)動多視角結(jié)構(gòu)(Structure from Motion ，SFM)隸屬于計(jì)算機(jī)視覺范疇，通過對作業(yè)場景的多次投影測量提取攝像機(jī)參數(shù)和三維環(huán)境信息，進(jìn)而通過編寫相應(yīng)算法完成對操作環(huán)境的三維重構(gòu)。SFM方法可以對大規(guī)模場景進(jìn)行建模，適合自然地形和城市景觀的建模。但由于SFM方法是從照片中的特征點(diǎn)恢復(fù)場景的形狀和紋理信息，在周圍環(huán)境質(zhì)地較低和一些所需結(jié)構(gòu)被其他物體或自身的其他部分遮擋時，無法準(zhǔn)確提取足夠特征點(diǎn)，導(dǎo)致三維場景無法恢復(fù)，為避免此類問題發(fā)生，用戶需要從盡可能多角度拍照。

對于非結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模方法，王紀(jì)武等[34]在分析總結(jié)了現(xiàn)有三維虛擬環(huán)境建模方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了運(yùn)動多視角結(jié)構(gòu)(SFM)方法來進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境建模。其基本步驟是：(1)輸入并對齊照片。將捕獲的模型或場景照片輸入到SFM程序中，首先提取照片中形狀或紋理信息較突出特征點(diǎn)，然后匹配照片之間特征點(diǎn)。匹配完成后，通過照片中不同特征點(diǎn)計(jì)算相機(jī)之間位置關(guān)系；(2)生成稀疏點(diǎn)云。每個特征點(diǎn)三維坐標(biāo)通過立體視覺基本原理來求解，然后根據(jù)每個特征點(diǎn)紋理信息生成帶有顏色信息的點(diǎn)云；(3)生成密集點(diǎn)云。利用PMVS工具獲取特征點(diǎn)周圍高度一致點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而生成密集點(diǎn)云；(4)完成三維重建。生成密集點(diǎn)云后，首先需要去除生成的密集點(diǎn)云中的離群點(diǎn)，剔除操作保證最終模型沒有缺陷。最后3個相鄰的點(diǎn)被用于形成1個小平面，并且這些小平面被連接以形成最終的3D模型。Naves等[35]應(yīng)用運(yùn)動多視角結(jié)構(gòu)(SFM)方法進(jìn)行高分辨率、高精度的地形測量，使其獲得更好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，與使用熒光粒子改進(jìn)的大尺度粒子圖像測速(LSPIV)方法配合，測量城市排水模型中的徑流速度，避免了雨滴特征和地表水深的干擾。

3 儲油罐虛擬環(huán)境建模

3.1 儲油罐虛擬環(huán)境建模研究現(xiàn)狀

目前常見的大型儲油罐是立式圓柱形鋼油罐，主要由底板、壁板、頂板及一些油罐附件組成。按罐頂結(jié)構(gòu)形式，立式圓柱形鋼油罐又分為固定拱頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范[36]。油罐清洗工作由人工直接進(jìn)行，危險(xiǎn)性極高，通常利用遙操作技術(shù)控制機(jī)器人進(jìn)行清洗工作。由于油罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且長時間存在著爆炸性氣體，在傳統(tǒng)遙操作過程中，操作人員無法直接地獲取維護(hù)裝置姿態(tài)信息及其位置信息，導(dǎo)致操作困難、清洗效率低，且操作過程中很難避免清洗機(jī)器人與油罐壁發(fā)生碰撞而造成罐內(nèi)環(huán)境污染和損壞。因此提供實(shí)時反饋信息是清洗機(jī)器人遙操作系統(tǒng)高效、安全的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的油罐清洗國外企業(yè)發(fā)展較好的有英國NESL公司、丹麥保羅公司以及德國S&U公司；國內(nèi)相對來說則是萬博克環(huán)?？萍?北京)有限公司和華油惠博普集團(tuán)。NESL公司設(shè)計(jì)的Manway Cannon人孔系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是，噴槍配置紅外線攝像頭和LED燈，而且具有實(shí)時圖形仿真，方便控制臺前操作員控制和查看清洗進(jìn)度，其不僅可以自動化進(jìn)行油罐清洗，也可以在油罐受到逆溫和出現(xiàn)霧氣時繼續(xù)清洗工作，計(jì)算機(jī)生成的圖像可以保證操作員是在噴槍已經(jīng)完全準(zhǔn)備好被拆除時，安全地從油罐上將其移除。

圖1 Manway Cannon人孔系統(tǒng)

3.2 儲油罐虛擬環(huán)境建?；静襟E

儲油罐操作環(huán)境已知、構(gòu)造各有特點(diǎn)，屬于結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模。使用OpenGL圖形庫等工具來構(gòu)建虛擬儲油罐環(huán)境不便捷，且需要大量時間來熟悉；使用世界工具包(WTK)和MultiGen Creator等虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以模擬復(fù)雜三維圖形，但制作油罐模型相對簡單，用戶沉浸感低；利用建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言(VRML)進(jìn)行建模，建模軟件可以對對象進(jìn)行精確建模，但不夠逼真，也不適合對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行建模；三維激光掃描技術(shù)以其高精度優(yōu)勢得到應(yīng)用，但測量設(shè)備本身所占空間比較大，使用范圍有所限制，且后期點(diǎn)云處理要求高；總的來說，現(xiàn)有的虛擬環(huán)境建模方法需要攻克的難題主要分為兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是三維制模軟件與虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的適配度，為避免影響環(huán)境后期材質(zhì)、光照、紋理映射等實(shí)際效果，環(huán)境模型必須精確創(chuàng)建，包括其中的基本結(jié)構(gòu)與配合連接；第二點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的二次開發(fā)，要求設(shè)計(jì)人員具有豐富的編程經(jīng)驗(yàn)，VC、VB、C#等編程語言也有具體要求，以保證虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境間的實(shí)時交互。利用三維建模軟件和VRP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件結(jié)合，建模軟件3DsMax可以對儲油罐精確建模，VRP可以對虛擬油罐模型進(jìn)行后期材質(zhì)、光照處理，同時支持二次開發(fā)，符合儲油罐虛擬環(huán)境建模的基本要求。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化虛擬環(huán)境建模時無論采用哪種虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，大多都要結(jié)合三維制模軟件，如3DsMax、Pro/E、Maya、SolidWorks等，都是先在三維軟件中進(jìn)行虛擬環(huán)境模型初步創(chuàng)建，再導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中進(jìn)行后期材質(zhì)、燈光處理，以制作逼真的虛擬場景效果，儲油罐虛擬環(huán)境建模采用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件VRP與三維建模軟件3DsMax相結(jié)合的方法。

儲油罐虛擬環(huán)境建?；静襟E如下：首先將SolidWorks中建立好的油罐清洗機(jī)器人模型和3DsMax中制作好的作業(yè)油罐虛擬模型轉(zhuǎn)換成obj格式文件并導(dǎo)入到3DsMax中進(jìn)行渲染和烘焙；然后通過VRP-for-Max插件將3DsMax中生成的3Ds文件導(dǎo)入到VRP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中制作真實(shí)感強(qiáng)的儲油罐虛擬場景；接著將油罐清洗機(jī)器人模型局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)系中，并投影到虛擬油罐中；再對導(dǎo)入后的儲油罐虛擬環(huán)境模型添加能夠產(chǎn)生逼真環(huán)境效果的材質(zhì)，確定場景中所有可見面，刪除不可見面；最后使用光照處理、紋理映射和融合、反走樣和霧化等效果使模型更逼真，建立了虛擬儲油罐環(huán)境模型。

3.3 儲油罐虛擬環(huán)境建模發(fā)展趨勢

我國儲油罐清洗技術(shù)正在從人工清洗向機(jī)械自動化清洗發(fā)展[37]。在油罐清洗機(jī)器人實(shí)際操作中，由于油罐中油污水汽等會阻擋機(jī)器人攜帶的攝像頭，導(dǎo)致操作員不能準(zhǔn)確掌握機(jī)器人實(shí)際所在位置，容易發(fā)生不可預(yù)知危險(xiǎn)，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬環(huán)境建模技術(shù)可以很好地解決現(xiàn)有油罐清洗機(jī)器人清洗油罐過程中遇到的實(shí)際問題。對于儲油罐虛擬環(huán)境建模方法來說，把儲油罐作為結(jié)構(gòu)化環(huán)境，依據(jù)三維建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的結(jié)合來進(jìn)行虛擬油罐環(huán)境建模，可以隨時掌握油罐清洗機(jī)器人位置，最終實(shí)現(xiàn)動態(tài)交互。但是其中也存在一些問題，如這樣制作出來的油罐虛擬模型不夠逼真、耗時較長，現(xiàn)興起的激光掃描技術(shù)、三維激光雷達(dá)環(huán)境感知技術(shù)、深度圖像處理技術(shù)等已經(jīng)在古建筑重建、自動駕駛、智能機(jī)器人領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其采用的方法主要是先提取真實(shí)環(huán)境點(diǎn)云信息，后通過編寫相關(guān)算法對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行三維重建，速度快、精度高、環(huán)境還原度高，有利于解決現(xiàn)在虛擬油罐環(huán)境建模過程中存在的問題，因此未來利用更好實(shí)現(xiàn)實(shí)時交互的基于點(diǎn)云信息非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模方法會成為儲油罐環(huán)境建模發(fā)展趨勢。

4 結(jié)論

在總結(jié)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化環(huán)境和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下建模方法基礎(chǔ)上，將油罐清洗與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，利用三維建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)軟件實(shí)現(xiàn)對油罐環(huán)境建模，解決了油罐清洗機(jī)器人進(jìn)入油罐后操作員視野易被阻擋的問題，為油罐清洗機(jī)器人遙操作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對于推動油罐清洗無人化進(jìn)程有著重要的參考意義。

但是創(chuàng)建油罐虛擬模型的過程繁瑣，且逼真度不夠，激光掃描、三維激光雷達(dá)環(huán)境感知技術(shù)、深度圖像處理技術(shù)等基于點(diǎn)云信息非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模方法能夠解決現(xiàn)有問題，并逐漸成為儲油罐環(huán)境建模的發(fā)展趨勢。