基于ＶＲＭＬ的物流分揀系統虛擬場景設計

摘要：本文分析了構建物流分揀系統的主要因素，結合虛擬現實建模語言（VRML），對物流分揀系統進行了規劃設計。利用3DMAX和VRML各自的優勢建立了物流分揀系統的模型，統一為VRML文件格式后構建了基于WEB的物流配送中心分揀系統運作虛擬場景，實現了虛擬場景動態瀏覽與動畫演示。

關鍵詞：VRML；物流分揀系統；虛擬場景；建模

中圖分類號：F252 文獻標識碼：A 文章編號：1002-3100(2007)02-0039-03

Abstract: The article analyses the main factor to build the picking system， and carries on the planning and design of it with virtual reality model language（VRML）. It also builts the model of the picking system according to 3DMAX and VRML respective superiority. After unifying for VRML's documents， it establishes the active virtual scene of the picking system in the logistics distribution center based on WEB，realizing the dynamic browse and demonstration.

Key words: VRML; picking system; virtual scene; modeling

物流分揀系統是一個多環節并相互關聯的平面作業系統，是物流配送中心的核心部分[1]。建立物流配送中心分揀系統運作虛擬場景，不論是對物流規劃方案的規劃與改進，還是對物流設備選擇和優化都有非常重要的意義，直接影響整個配送中心的經濟效益。我國物流發展較晚，對分揀系統的研究才剛剛起步，現有的研究主要集中在路徑規劃上，對于分揀系統虛擬運作場景研究比較少，而它可以在方案或設備投入實際使用之前模擬該規劃方案和設備的應用情況，從而預先發現問題，避免人力、物力和財力的浪費[2]。虛擬現實建模語言VRML具有優越的低帶寬可行性、文件規模小，并以事件驅動的方式實現動態交互，為構建一個以實時三維交互為主要特征的虛擬場景提供了極大的便利。通過VRML建立物流配送中心分揀系統運作虛擬場景，形象地展示了分揀系統中各環節間關系，為系統優化打下了基礎。

1物流分揀系統規劃設計

本文構建一個基于Web瀏覽器的虛擬物流配送中心場景，在該虛擬物流配送中心可實現貨物從進庫、儲存、揀選、到出庫的流程。物流配送中心的總體設計涉及內容較多，包括物流配送中心結構規劃、區域布置、庫房設計、裝卸平臺及貨場設計和配送中心的設備選用等方面。在此以配送中心內部布局設計和物流設備的配置為虛擬場景設計的主要因素，物流配送中心平面布置規劃如圖1所示，其中每個區域所涉及相關主要設備如圖2所示。

2虛擬場景設計

2.1VRML（虛擬現實建模語言）[3]

虛擬現實建模語言（VRML）是目前Internet上基于WWW的三維互動網站制作的主流語言，它是一種三維造型和渲染的圖形描述語言，通過創建一個虛擬場景以達到現實中的效果，并且可以在網絡中創建逼真的三維虛擬場景，改變了網絡上2D畫面的狀態，實現了3D動畫效果，特別是改變了網絡與用戶交互的局限性，使得人機交互更加靈活、方便，使得虛擬世界的真實性、動態展示和交互控制得到了更充分的體現。應用VRML實現三維場景具有4大優點：（1）平臺無關性；（2）易擴展性；（3）在低帶寬上具有良好的運行能力；（4）交互性強。

2.2虛擬場景建模方法

建立物流分揀系統虛擬場景首先就是要對場景中的各個物體進行三維建模，在VRML中建模方法分為2種：一種是用專業的三維建模軟件（如3DS MAX）進行建模，建模完成后再將其轉換成VRML文件。本系統中的托盤儲架、數位顯示揀貨儲架就是采用這種方法建立的；另外，利用3DS MAX材質編輯器編輯和設定場景內物體的材質、紋理等比直接用VRML程序處理要簡單得多。場景中對于配送中心地板，貨箱的貼圖都是直接在3DS MAX中直接做出的效果。為了快捷地得到效果比較滿意的場景，可在3DS MAX場景中加入Inline節點，這樣便可以很方便地完成分場景之間的合成問題，并且大大提高了復雜大場景的瀏覽速度，縮短創建物流分揀設備方案設計的開發周期。另一種是用VRML語言直接編寫，利用VRML的節點技術來定義虛擬場景中的對象，包括三維模型、攝像機、紋理映射、材質、色彩、燈光，以及對象幾何體的平移、旋轉、縮放等[4]。如從3DMAX中導出VRML文件（*.wrl）時，所描述幾何體都是IndexedFaceSet節點所構成，該節點數據量大、占用內存多，因此對于一些形狀簡單、規則的幾何體建模可以直接采用VRML編程從而減少程序的內容。如場景中的輸送貨物就是以此法建立的。物流配送中心虛擬場景內容包括倉庫、頂燈、托盤儲架、揀貨儲架、分揀系統等， 完整的虛擬場景如圖3所示。

為了符合設計要求，提供場景的統一組織方式，對這些靜態場景模型先建立原型，再將它們以統一的方式實例化加入到場景中。對于某些本應屬于同一物體的組件，為了便于實現交互，可以將構造原型分開，比如巷道堆垛機。圖4為物流配送中心虛擬場景中加入適當光源，并以不同視點觀察物流分揀系統虛擬場景的不同情形。

3虛擬場景瀏覽與動畫設計

3.1VRML動畫實現的原理[3]

VRML的動畫效果主要以時間傳感器（Timesensor）和各種插補器節點實現關鍵幀動畫。VRML中實現動畫的基本原理是：驅動動畫效果的時間傳感器給出時鐘，這個時鐘包含了關鍵幀動畫的開始時間、停止時間、時間間隔和是否循環等動畫控制參數。根據這個時鐘的輸出，驅動虛擬場景中的各種插補器節點設置，VRML瀏覽器根據線性插值方法完成整個動畫過程。本文采用位置插補器實現堆垛機在托盤儲架中進行貨物堆取的動作路徑，從而實現其動態場景演示的過程。

3.2虛擬場景瀏覽與交互控制

配送中心物流分揀系統現場運作是動態的，針對物流分揀系統所涉及相關設備較多及場景文件較大的特點，對分揀系統現場作業的瀏覽主要是通過視點的旋轉與變換來從不同的角度觀察整個場景，這樣可以避免場景太大產生的畫面抖動。下面是采用方位插補器實現場景中旋轉事件的一段代碼：

DEF Camera01 Viewpoint{}

DEF Camera01timer TimeSensor {}

DEF Camera01viewturn OrientationInterpolator { key [] keyValue []}

ROUTE Camera01timer.fraction_changed TO Camera01viewturn.set_fraction

ROUTE Camera01viewturn.value_changed TO Camera01.set_orientation

VRML有兩種擴展場景的方式以便實現復雜運動，即Script節點和外部編程接口（EAI）。由于當前流行的Communicator 4.0與Internet Explore 5.0等瀏覽器都支持用Java語言或JavaScipt編寫的腳本程序，所以利用Script節點擴展VRML進而完成復雜的交互過程是一種非常有效的手段。圖5和圖6顯示了電子標簽揀貨儲架與信號燈的工作狀態。當信號燈為紅色時表示該貨位需等待工作人員揀取貨物，完成揀貨后，工作人員按動按鈕，指示燈變回綠色，揀貨完成。這里用指示燈本身代替按鈕旨在表達指示燈該功能的可行性。具體程序代碼略。

4結束語

對于物流行業，VRML還是一個全新的領域，期待我們去開發，去應用。本文利用了3DMAX和VRML各自的優勢建立了物流分揀系統模型，將它們統一于VRML中，建立了物流分揀系統運作的虛擬場景，并且實現實時瀏覽和動畫演示，為后續動態仿真打下基礎。VRML使物流系統設計進入到一個更加直觀、更加真實、交互性更強的虛擬世界中，加上因特網在帶寬、速度以及傳輸技術上的更新與發展，VRML在物流系統設計中的應用前景將是非常廣闊的。

參考文獻：

[1] 劉昌祺. 物流配送中心設計[M]. 北京：機械工業出版社，2002.

[2] 賈爭現，劉康. 物流配送中心規劃與設計[M]. 北京：機械工業出版社，2004.

[3] 張金釗，張金鏑，張金銳. 虛擬現實三維立體網絡程序設計語言VRML[M]. 北京：清華大學出版社，2004.

[4] 胡新根. VRML技術在水工建筑物設計中的應用[J]. 水利水電科技進展，2004，24(2):51-53.