面向实物编程的虚拟化方法及相关设备与流程

1.本发明涉及电子积木技术领域，特别涉及一种面向实物编程的虚拟化方法及相关设备。


背景技术：

2.虚拟化是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真。
3.电子积木和实物编程结合，通过数字化技术进行实物编程实体动作在虚拟化平台内显示，增强用户的创造性和积极性。
4.但是，目前的实物编程的数字化再现(虚拟化)只能够模拟实物编程的实体动作，无法实现实物编程的每个过程，包括实物编程的逻辑、编程过程、执行过程，虚拟化后的实物编程也无法和实物编程设备建立有效的同步编程的机制，实际上没有实现真正意义上的实物编程虚拟化。因此需要一种可以真正实现实物编程的虚拟化的方法。


技术实现要素：

5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供一种面向实物编程的虚拟化方法，包括：
7.实物编程执行步骤：实物编程执行对象按照用户编程指令执行所述编程指令指示的编程任务，所述实物编程执行对象包括智能硬件；
8.编译引擎编译步骤：将实物编程执行过程中所产生的编程数据，以及，所述实物编程执行对象的信息上传至云端；
9.编译引擎将所述实物编程执行对象的信息和编程数据编译为孪生体可执行编码；
10.虚拟化及展示步骤：根据实物编程执行对象的数字孪生模型，web端利用渲染响应机制，对所述编程数据进行展示；
11.云端控制步骤：web端接收到基于数字孪生模型向实物编程执行对象下发编程控制指令；
12.云端编译引擎编译步骤：利用编译引擎将所述编程控制指令编译为实物编程执行对象执行的可执行编码；
13.进入实物编程执行步骤。
14.进一步的，针对所述数字孪生模型的构建步骤，执行为：
15.根据目标智能硬件定义生成孪生体；所述目标智能硬件定义至少包括：形状、构造和材质；
16.将编程数据编译为孪生体可执行编码和硬件可执行编码；所述编程数据包括：编程指令数据、实物编程语法标准、编程场景数据、编程执行数据和造型数据；
17.根据所述编译引擎匹配的语言及编译规则，以所述孪生体可执行编码生成孪生体
可执行程序；
18.和/或，根据所述编译引擎匹配的语言及编译规则，以所述目标智能硬件的实物编程过程生成硬件可执行程序，其中，孪生体可执行程序和硬件可执行程序同步被执行。
19.进一步的，将所述编程数据编译为孪生体可执行编码和硬件可执行编码是通过云端将硬件编程与底层接口隔离，将编程数据通过编译引擎编译为孪生体和智能硬件识别的可执行编码。
20.进一步的，所述智能硬件包括智能积木，所述智能积木包括至少一个接口，该接口既包括物理形式的接口也包括数据接口；
21.所述智能积木配置有拼搭外形，并设置功能模块，所述功能模块能够与智能编程设备和/或智能积木通过所述接口的拼搭触发。进一步的，所述目标智能硬件定义，还包括执行动作硬件、执行移动硬件、执行控制硬件和执行功能硬件。
22.进一步的，所述编程控制指令包括虚拟化控制命令和虚拟化实物编程场景，所述虚拟化实物编程场景包括但不限于，针对实物编程实体的数字建模场景、针对实物编程实体数字模型之间的交互场景、针对实物编程实体数字模型之间的智能游戏场景。
23.本发明还提供一种智能积木系统，采用上述的虚拟化方法，
24.所述智能积木包括至少一个接口，该接口既包括物理形式的接口也包括数据接口；
25.所述智能积木配置有拼搭外形，并设置功能模块，所述功能模块能够与所述智能编程设备和/或智能积木通过所述接口的拼搭触发；
26.智能积木与云端通信，执行云端编译引擎编译的硬件可执行编码。本发明还提供一种虚拟化系统，采用上述的虚拟化方法，
27.包括：实物编程执行对象对应的孪生体以及云端服务器，所述云端服务器配置有编译引擎；
28.执行编译引擎编译步骤：将实物编程执行过程中所产生的编程数据，以及，所述实物编程执行对象的信息上传至云端；
29.所述编译引擎将所述实物编程执行对象的信息和编程数据编译为孪生体可执行编码；
30.所述实物编程执行对象对应的孪生体，是根据实物编程执行对象的数字孪生模型生成，并在web端利用渲染响应机制，对所述编程数据进行展示；
31.当web端接收到基于数字孪生模型向实物编程执行对象下发编程控制指令，利用所述编译引擎将所述编程控制指令编译为实物编程执行对象执行的可执行编码。
32.本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时能够实现上述的虚拟化方法。
33.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述的虚拟化方法。
34.本发明具有以下有益效果：
35.(1)本发明是根据不同的产品定义生成多个孪生体和与之匹配的智能硬件，通过对多个智能硬件的编程并将编程数据保存至云端，在云端编译下硬件编程与底层接口进行
隔离，编译引擎将编程数据进行编译生成孪生体和智能硬件对应可识别的可执行编码，智能硬件和孪生体共用一套标准化代码编译方案，保证编译后的执行代码是一致的；
36.(2)本发明将编译引擎生成孪生体和智能硬件对应可识别的可执行编码按照目标智能硬件定义进行映射，保证了每个孪生体和智能硬件执行相应的执行程序，使编程过程和执行过程通过虚拟化形式展示；
37.(3)本发明的孪生体和智能硬件可执行通过云端将web端生成的编程控制指令编译引擎编译为相应可执行编码，实现了云端同步控制孪生体和智能硬件的目的；
38.(4)本发明还提供了一种基于虚拟化方法对智能硬件实现的数字建模场景、实物编程实体数字模型之间的交互场景、实物编程实体数字模型之间的智能游戏场景的设定，增强用户在实物编程过程中的创造性和积极性。
附图说明
39.图1是本发明实施例1的虚拟化方法的流程图。
40.图2是本发明实施例2的数字孪生模型的构建流程图。
41.图3是本发明实施例2的数字孪生模型与实物编程执行对象具体执行示意图。
42.图4是本发明实施例3的智能积木系统示意图。
43.图5是本发明实施例4的虚拟化系统示意图。
44.图6是本发明的计算机设备的结构示意图。
45.图7是本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
46.以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述，应当指出的是，实施例只是对发明的具体阐述，不应视为对发明的限定，实施例的目的是为了让本领域技术人员更好地理解和再现本发明的技术方案，本发明的保护范围仍应当以权利要求书所限定的范围为准。
47.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
48.以下将结合附图对具体的实施例进行详细的说明。
49.实施例1
50.如图1所示，本发明提供面向实物编程的虚拟化方法，包括
51.s11，实物编程执行对象按照用户编程指令执行所述编程指令指示的编程任务，所述实物编程执行对象包括智能硬件；
52.所述通过软硬件结合的方式，对传统设备进行改造，进而让其拥有智能化的功能。智能化之后，硬件具备连接的能力，实现互联网服务的加载，形成“云 端”的典型架构，具备了大数据等附加价值，所述智能硬件包括实物编程设备、可编程设备、智能积木等多种形态。更为具体地，可编程设备可以是智能音箱、智能台灯、智能手表等等。
53.s12，将实物编程执行过程中所产生的编程数据，以及，所述实物编程执行对象的信息上传至云端；
54.s13，编译引擎将所述实物编程执行对象的信息和编程数据编译为孪生体可执行编码；
55.s14，根据实物编程执行对象的数字孪生模型，web端利用渲染响应机制，对所述编程数据进行展示；
56.所述数字孪生模型可通过对于智能硬件或者智能积木等产品的描述及定义进行训练得出。训练所采用的算法可以是机器学习、深度学习等，并不局限。
57.s15，web端接收到基于数字孪生模型向实物编程执行对象下发编程控制指令；
58.web端设有编程控制指令的按钮，通过选择不同的按钮进行不同编程控制指令的下发。
59.s16，利用编译引擎将所述编程控制指令编译为实物编程执行对象执行的可执行编码；
60.更为具体地，所述编译引擎是实物编程跨端(云端及智能硬件端)的基础，保证用户在web端或者是在实物编程设备上通过可执行代码的应用逻辑编译产生一致的可执行程序。
61.s17，进入实物编程执行步骤。
62.实施例2
63.如图2-3所示，针对所述数字孪生模型的构建步骤可优选为如下：
64.s21，根据目标智能硬件定义生成孪生体；
65.所述目标智能硬件定义至少包括：形状、构造和材质；
66.在一些优选方案中，所述硬件定义，还包括执行动作硬件、执行移动硬件、执行控制硬件和执行功能硬件。
67.s22，将编程数据编译为孪生体可执行编码和硬件可执行编码；
68.所述编程数据包括：编程指令数据、实物编程语法标准、编程场景数据、编程执行数据和造型数据；
69.实物编程语法标准需要具备体现实物可编程设备的各种能力，除编程语言的语法体系外还需要与实物相关的语言元素，如动作、传感器消息事件、传感器参数等部分。实物编程语言的语法体系和计算机语言类似包括有：逻辑控制、流程控制、运算符，以及关键词来描述。
70.s23，根据所述编译引擎匹配的语言及编译规则，以所述孪生体可执行编码生成孪生体可执行程序；根据所述编译引擎匹配的语言及编译规则，以所述目标智能硬件的实物编程过程生成硬件可执行程序。
71.其中，孪生体可执行程序和硬件可执行程序即为所述数字孪生模型。
72.孪生体可执行程序和硬件可执行程序同步被执行。
73.例如，利用上述方法针对智能积木多种形态或结构的完成数字孪生模型，为了达成对智能积木构成的大厦造型的控制，通过实物变成控制器向大厦的通讯模块发送控制信号，控制信号指示大厦顶端的灯柱闪动；
74.在云端，云端服务器将控制信号的编程数据通过编译引擎编译为智能积木识别的
硬件可执行编码，发送至大厦执行，其顶端的灯柱闪动，同时，在web端，大厦所对应的孪生体，数字孪生模型根据编译引擎所解析及编译的数据生成孪生体可执行编码，在web端，大厦的灯柱执行闪动。
75.由于编译引擎基于共通的编程指令数据、实物编程语法标准、模型标准、编程场景数据，本实施例中目标智能硬件，实物编程设备即：智能积木大厦和虚拟化端的大厦顶端的灯柱同时实现闪动。
76.在一些优选方案中，将所述编程数据编译为孪生体可执行编码和硬件可执行编码是通过云端将硬件编程与底层接口隔离，将编程数据通过编译引擎编译为孪生体和智能硬件识别的可执行编码。
77.在一些优选方案中，所述编程控制指令包括虚拟化控制命令和虚拟化实物编程场景，所述虚拟化实物编程场景包括但不限于，针对实物编程实体的数字建模场景、针对实物编程实体数字模型之间的交互场景、针对实物编程实体数字模型之间的智能游戏场景。
78.实施例3
79.在一些优选方案中，所述智能硬件包括智能积木，所述智能积木包括至少一个接口，该接口既包括物理形式的接口也包括数据接口；
80.所述智能积木配置有拼搭外形，并设置功能模块，所述功能模块能够与智能编程设备及其他智能积木通过所述接口的拼搭触发。本发明所称智能积木是一种积木智能化技术，将传感器/无线通讯/智能电气引脚技术引入传统积木后，使得积木通过相互拼搭，即可互相识别/定位/通讯。细胞积木内置的芯片和软件技术，不仅实现了单颗粒积木的“细胞智能”，多个电子积木拼接则可以构建更高阶的“智能集合体”。
81.如图4所示，本发明还提供一种智能积木系统，采用上述的虚拟化方法，包括智能积木1a和智能编程设备2a，所述智能积木1a包括至少一个接口11a，该接口11a既包括物理形式的接口也包括数据接口；
82.所述智能积木1a配置有拼搭外形，并设置功能模块，所述功能模块能够与所述智能编程设备2a及其他智能积木通过所述接口的拼搭触发；智能积木1a和智能编程设备2a均与云端通信3a，执行云端编译的硬件可执行编码；
83.智能积木可执行通过云端3a将web端生成的编程控制指令编译引擎编译为硬件可执行编码。
84.实施例4
85.如图5所示，本发明还提供一种虚拟化系统，采用上述的虚拟化方法，实物编程执行对象对应的孪生体51以及云端服务器53，所述云端服务器配置有编译引擎；
86.执行编译引擎编译步骤：将实物编程执行过程中所产生的编程数据，以及，所述实物编程执行对象的信息上传至云端；
87.所述编译引擎将所述实物编程执行对象的信息和编程数据编译为孪生体可执行编码；
88.所述实物编程执行对象对应的孪生体，是根据实物编程执行对象的数字孪生模型生成，并在web端52利用渲染响应机制，对所述编程数据进行展示；
89.当web端52接收到基于数字孪生模型向实物编程执行对象下发编程控制指令，利用所述编译引擎将所述编程控制指令编译为实物编程执行对象执行的可执行编码。
90.其中，web端52设有控制指令区54，控制指令区设有编程控制指令按钮55，选择不同的控制指令按钮55进行不同编程控制指令的下发。
91.实施例5
92.如图6所示，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时能够实现上述的虚拟化方法。
93.实施例6
94.如图7所示，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述的虚拟化方法。
95.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。