三維仿真在智慧城市中的運用，機械臂智能垃圾分類

前言

隨着城市建設的高速發展，優化環境管理與服務一直是關注的重點，也是一項民生重要工程。不斷改善市民的生活居住環境，將融入了新一代的信息技術，打造智慧城市建設。首要是解決城市垃圾做爲一大難題，並且對智慧城市發展充滿了諸多挑戰。重要的一點是，有數據顯示，我國生活垃圾產量超過4億噸。我國600多座大中城市中，三分之二陷入垃圾包圍之中，四分之一城市已沒有堆放垃圾的合適場所，對於垃圾環境的治理迫在眉睫，到2019年6月25日，生活垃圾分類制度將入法。對於新基建也在緊鑼密鼓地實施中，工業互聯網的運用一樣能夠在垃圾分類的智能管理上實現，經過自動化機械臂的實現，咱們能夠搭載出一套應用於工業物聯網的智能一體化的垃圾分類機械臂。

HT for Web 不止自主研發了強大的基於 HTML5 的 2D、3D 渲染引擎，爲可視化提供了豐富的展現效果。介於 2D 組態和 3D 組態上， Hightopo （如下簡稱 HT ）的 HT for Web 產品上的有着豐富的組態化可供選擇，本文將運用 HT 搭載出一個機械臂垃圾分類的案例以及垃圾分類知識趣味問答。

界面簡介及效果預覽

案例所體現的功能是，傳送帶上運輸的垃圾，經過機械臂的動做將其垃圾分類至對應的垃圾桶當中，起到垃圾分類演示的做用。其次，點擊對應的垃圾桶，還能夠視角轉移並鎖定該垃圾桶，彈出提示窗口來介紹這個垃圾桶所劃分的垃圾分類發範疇，起到解釋說明的做用。

預覽地址：https://www.hightopo.com/demo/garbage-classification/

系統分析

垃圾分類，通常是指按必定規定或標準將垃圾分類儲存、分類投放和分類搬運，從而轉變成公共資源的一系列活動的總稱。分類的目的是提升垃圾的資源價值和經濟價值，力爭物盡其用。垃圾在分類儲存階段屬於公衆的私有品，垃圾經公衆分類投放後成爲公衆所在小區或社區的區域性準公共資源，垃圾分類搬運到垃圾集中點或轉運站後成爲沒有排除性的公共資源。從國內外各城市對生活垃圾分類的方法來看，大體都是根據垃圾的成分、產生量，結合本地垃圾的資源利用和處理方式來進行分類的。

1、分類目的

分類的目的就是爲了將廢棄物分流處理，利用現有生產製造能力，回收利用回收品，包括物質利用和能量利用，填埋處置暫時沒法利用的無用垃圾。

2、分類的好處

• 減小佔地：生活垃圾中有些物質不易降解，使土地收到嚴重侵蝕。垃圾分類，去掉能夠回收的、不易降解的物質，減小垃圾數量達60%。
• 減小污染：目前我國的垃圾處理多采用衛生填埋甚至簡易填埋的方式，佔用上萬畝土地，而且蟲蠅亂飛、污水四溢、臭氣熏天，嚴重污染環境。
• 變廢爲寶：垃圾中的其餘物質也能轉化爲資源，如食品、草木和織物能夠堆肥，生產有機肥料；垃圾焚燒能夠發電、供熱或製冷；磚瓦、灰土能夠加工成建材等等。

3、分類的現狀

• 可回收垃圾：是指適宜回收和可循環再利用的物品，如紙製品、塑料製品、玻璃製品、紡織品和金屬等；
• 廚餘垃圾：是指餐飲垃圾、家庭廚餘垃圾和廢棄的蔬菜、瓜果、花木等；
• 有害垃圾：是指對人體健康、天然環境危害的物質，如廢棄的充電電池、鈕釦電池、燈管、醫藥用品、油漆、化學品、廢棄的農藥、化肥殘餘及包裝物等；
• 其餘垃圾：是指前三項之外的生活垃圾，如惰性垃圾，不可降解的一次性用品、普通無汞電池、菸蒂、紙巾、家庭裝修廢棄物、廢棄傢俱等。

效果實現

1、機械臂動畫效果

案例主要是經過動畫來實現的，而其動畫的核心機制是使用了 HT 內部封裝的動畫函數 ht.Default.startAnim()，經過啓動一個動畫對象來使整個動畫運行起來，ht.Default.starAnim() 支持 Frame-Based 和 Time-Based 兩種方式的動畫，Frame-Based 的方式是用戶經過指定 frames 動畫幀數，以及 interval 動畫幀間隔參數來控制動畫效果，而 Time-Based 的方式是用戶只須要指定 duration 的動畫週期的毫秒數便可，HT 將在指定的時間週期內完成動畫；還設定了 delay 動畫延遲執行的時間來搭配動畫實現的效果；easing 參數則是用於讓用戶自定義函數，經過數學公式控制動畫，如勻速變化、先慢後快等效果；其中最重要的就是 action 動畫執行函數和 finishFunc 動畫結束回調函數，經過一些效果的搭配使用，可使用戶達到平滑的動畫效果。

機械臂的實現是經過，對機械模型細節零件的拆分，其次經過 HT 封裝的動畫函數 ht.default.startAnim() 依次執行各個細節零件的動畫，對應所拆分的機械模型細節零件爲：

機械臂的動做是經過一套動畫流程的往復實施來實現的，而實施的機械流程爲：

機械臂的動畫參考了網上許多機械臂專業的視頻，學習它的運動模式和動做細節，對每一個結構和部位的動畫進行步驟的排序和構思。這裏我挑選幾處動畫的實現方式來展現：

這一段動畫是機械臂從初始化狀態到向下抓取的一個過程，我將每段動畫分紅函數來寫比較方便後續管理，每一處也表明了一個步驟。這其中最複雜且細微的步驟要數液壓桿的運動了，爲了讓動畫看起來更加真實，我除了將手臂單獨運動的過程當中加入了延時執行下一段動畫以體現機器運動的特色外，也把液壓桿的部分也作了動畫，若是不作處理，那麼機械臂在上下移動的時候就會有不科學的效果出現。動畫函數在各類應用場景中使用得最廣，並且裏面也包含了一些緩動函數，搭配上本身的動畫需求，能夠實現不少不同的動畫效果。

這裏面的拾取垃圾步驟採用了是 HT 的吸附功能，有興趣的話能夠經過 吸附 的文章介紹來了解這一機制的運用。這個方法很是的適合抓取物體的動做，經過 setHost 使節點吸附於宿主，這樣就至關於子節點跟隨父節點移動，此時只須要對機械臂進行偏移和旋轉的操做，垃圾便會隨之一塊兒運動了，大大減小了工做量！

2、場景的陰影效果

還有一部分更酷的屬性設置給你們展現一下，可讓 3D 場景總體擁有更真實的陰影處理效果。首先咱們要注意將無關的節點陰影經過 node.s('shadow.cast', false) 關閉，好比編組用的 box，背景、地板和麪板等。 最後咱們就把陰影的細節作下調整，達到比較好的效果：

調整的參數以下：

gv.enableShadow(true, {
    // 投影 x 軸角度
　　degreeX : 0,
    // 投影 z 軸角度
　　degreeZ : -25,
    // 陰影強度，1爲黑色
　　intensity : 0.3,
    // low / medium / high / ultra / 4096數值，質量
　　quality : 'high',
    // none / hard / soft
　　type : 'soft',
    // type 爲 hard / soft 時，補充的邊緣厚度，用來提供更柔和的邊緣
　　radius : 0.2,
    // 深度浮點誤差補足
　　bias : -0.003
});

3、垃圾分類知識趣味問答

除了垃圾分類的系統演示之外，咱們還實現了一個關於垃圾分類的知識趣味問答，所實現的方式是藉助 HT 上 2D 組態特有的矢量圖標，加上一些題目庫和答題反饋效果的補充而完成的，有興趣的小夥伴能夠考驗一下本身對於垃圾分類的辨識能力：垃圾分類知識趣味問答。

趣味問答在垃圾桶圖標的使用上是採用 HT 的矢量圖標，而中間的選項則採用普通的圖片 png 和 jpg 格式，其中能夠明顯地看出之間觀感上的辨別，HT 的矢量圖標本質上擁有適應不一樣屏幕大小而不失真的狀況下存在，加上 HT 上特有的數據綁定機制，咱們能夠在問答點擊對應垃圾桶的同時，對所點擊的對象進行一系列的動畫操做，例如垃圾桶的搖晃或者是答題正誤的反饋，都是經過綁定 tag，並對其作一些動畫數據的變更來達到的效果。

而矢量呢？在 HT 中是矢量圖標的簡稱，常見的 png 和 jpg 這類的柵欄格位圖，經過儲存每一個像素的顏色信息來描述圖形，這種方式的圖片在放大或縮小時會出現圖形模糊，線條變粗出現鋸齒等問題。而矢量圖片經過點、線和多邊形來描述圖形。所以在無限放大和縮小圖片的狀況下依然能保持一致的精確度。因此矢量不只僅運用在普通的案例小遊戲中，在衆多大屏的展現效果上也是極其完美的，搭配上 HT 的佈局機制，不但在各自大屏上運用自如，在各自電腦顯示終端，甚至手機端都能完美地適配。

總結

垃圾分類是對社區治理水平的一次測試，也是促進社區治理能力提高的契機。社區治理精細化，不只須要人情味，也須要科技範兒。期待在不久的未來，每個社區都能成爲一個個神經元細胞，共同鏈接成智慧城市的「大腦」，讓咱們的生活更美好！

一樣的在規範管理的同時，HT 也努力打造了許多好玩的動畫流程，例如醫療站的實現，一樣是運用完整的機械傳輸流程來介紹醫療站之間的運做關係：

2019 咱們也更新了數百個工業互聯網 2D/3D 可視化案例集，在這裏你能發現許多新奇的實例，也能發掘出不同的工業互聯網：https://mp.weixin.qq.com/s/ZbhB6LO2kBRPrRIfHlKGQA

同時，你也能夠查看更多案例及效果：https://www.hightopo.com/demos/index.html