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LabVIEW 3D 场景中 Voronoi 图（基站覆盖模拟）功能

news 2025/7/6 5:55:16

通过MathScript Node 与 3D 场景图（SceneGraph），模拟蜂窝基站部署场景，通过 Voronoi 图划分基站覆盖区域。既实现三维地形构建、交互操作（如视角调整、基站创建），又能动态生成 Voronoi 图展示基站影响范围，覆盖对象创建、纹理映射、透明度设置等三维可视化关键逻辑，为通信场景模拟、机器人路径规划等提供基础验证环境。

功能介绍

核心流程

三维地形构建：
- 用随机高度图（rand 函数生成）创建纹理映射地形，Maximum amplitude（地形高度幅度）、Size of terrain（地形尺寸）参数控制地形形态，通过 SceneGraphDisplay 输出三维场景。
- 实现地形可视化，为基站部署提供 “地理环境” 基础。
交互事件处理：
- 监听 3D Scene 鼠标事件（如 Mouse Down ），结合快捷键（Windows：<Ctrl+Shift>；macOS：<Command+Shift> ）触发新基站创建，Tower height 定义基站高度。
- 支持视角交互：点击拖拽旋转视图、<Shift>+ 拖拽缩放、<Ctrl>/<Command>+ 拖拽平移（依系统区分），方便观察场景。
Voronoi 图计算与可视化：
- 当基站数量≥3 时，通过 MathScript Node 调用 voronoi 函数，根据基站坐标计算 Voronoi 图（划分每个基站 “最近邻” 覆盖区域）。
- 生成的 Voronoi 图以网格、气泡形式叠加在三维地形，直观展示基站影响范围。

关键函数

MathScript Node：执行 MATLAB 语法脚本（如 voronoi 计算、数组操作），实现数值计算与 Voronoi 图生成，依赖 LabVIEW MathScript RT Module。
3D Scene Graph：负责三维场景渲染，包含地形纹理映射、基站模型（气泡）创建、透明度 / 位置等属性设置，支持交互事件监听。

应用场景

典型场景

通信网络规划：模拟蜂窝基站部署，用 Voronoi 图分析覆盖范围，验证基站数量、位置对信号覆盖的影响，辅助规划基站布局。
机器人路径规划：Voronoi 图可作为 “安全通道” 基础（类似障碍物规避），该示例可扩展为机器人路径规划验证环境，通过三维地形模拟复杂环境，测试路径算法。
教育 / 演示场景：直观展示 Voronoi 图原理、三维可视化交互逻辑，帮助理解 “空间划分”“三维场景交互” 等概念，适合教学或技术演示。

使用范围

软件依赖：需安装 LabVIEW 及 MathScript RT Module，运行环境需支持三维场景渲染（兼容 LabVIEW 场景图功能）。
功能边界：聚焦 “三维场景交互 + Voronoi 图计算可视化”，可作为通信模拟、路径规划算法的基础验证框架，若需大规模网络模拟（如百万级基站），需扩展算法优化、数据存储逻辑。

注意事项

模块依赖：严格依赖 MathScript RT Module，部署时需确认环境已安装，否则 voronoi 等函数无法执行。
性能限制：三维场景复杂度（地形尺寸、基站数量）过高时，渲染、计算可能卡顿，需平衡 Size of terrain 等参数，或优化算法（如异步计算 Voronoi 图）。
交互兼容性：快捷键、鼠标事件依操作系统有差异（Windows/macOS 区分），跨系统使用需注意操作适配，或统一交互逻辑。

功能对比

对比 “纯 MATLAB Voronoi 可视化”

优势：结合 LabVIEW 三维场景交互，支持可视化操作（地形拖拽、视角调整），更贴近工程场景（如通信基站部署的三维环境模拟）；可复用 LabVIEW 硬件交互能力（如连接真实传感器、控制硬件）。
劣势：依赖 LabVIEW 环境，部署复杂度高于纯 MATLAB 脚本；MathScript Node 功能受限于 LabVIEW 对 MATLAB 语法的支持范围。