本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)三維建模，具體地，涉及一種應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)和裝置。

背景技術(shù)：

1、早期數(shù)字孿生系統(tǒng)有三維建模精度標(biāo)準(zhǔn)不一、三維動(dòng)畫簡陋、系統(tǒng)畫面畫質(zhì)參差不齊等情況存在。隨著計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展迭代，數(shù)字孿生系統(tǒng)被提出了新的需求。

2、隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提升，計(jì)算機(jī)擁有了更強(qiáng)大的運(yùn)算芯片，可以在不影響顯示速率的前提下實(shí)時(shí)渲染結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、材質(zhì)更精美的三維模型，從而得到更好的畫面效果。

3、因此，在新時(shí)代的數(shù)字孿生系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)使用質(zhì)量更高的三維模型，制作更加逼真的三維模擬動(dòng)畫，渲染更加逼真的廠區(qū)環(huán)境，充分發(fā)揮新一代的計(jì)算機(jī)硬件性能。

4、質(zhì)量更高的三維模型可以讓數(shù)字孿生系統(tǒng)擁有更多的功能。例如，漫游功能可以讓員工在擬真廠區(qū)中熟悉廠區(qū)環(huán)境；工業(yè)培訓(xùn)功能可以在不耽誤生產(chǎn)的前提下進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)；設(shè)備爆炸拆分演示功能可以在不耽誤生產(chǎn)的情況下讓員工了解設(shè)備內(nèi)部細(xì)節(jié)以及運(yùn)行情況等。

5、但是一味的增加模型的細(xì)節(jié)、提高模型的精細(xì)度對(duì)于數(shù)字孿生系統(tǒng)并不一定有利：

6、一方面，高精度模型的制作十分消耗時(shí)間；另外一方面，高精度三維模型的渲染非常占用計(jì)算機(jī)的硬件性能。

7、因此，優(yōu)選的使用不同細(xì)節(jié)層次的三維模型來構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，合理優(yōu)化三維模型精度及其展示效果是必要的。

8、然而，一直以來本行業(yè)中都沒有一個(gè)有效的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)被應(yīng)用與數(shù)字孿生項(xiàng)目的開發(fā)之中。

9、如圖1所示，在本發(fā)明施用前，數(shù)字孿生系統(tǒng)的三維模型制作過程存在流程繁瑣且反復(fù)、模型版本控制困難、工作流程相互交叉、多工種多人員協(xié)同作業(yè)效率低等情況。

10、因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)有效的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)字孿生系統(tǒng)的開發(fā)過程進(jìn)行輔助，是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。

11、專利文獻(xiàn)cn111061937a公開了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平臺(tái)及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)包括：服務(wù)器端和至少一個(gè)終端，終端設(shè)有制圖模塊、上傳模塊和下載模塊，服務(wù)器端設(shè)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫；終端通過上傳模塊將制圖模塊中構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)件存入設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫和/或通過下載模塊將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫中的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用到制圖模塊。

12、然而，該專利系統(tǒng)內(nèi)容較為籠統(tǒng)，屬于一種對(duì)多人員共同作業(yè)的通用解，未對(duì)具體行業(yè)或某一具體實(shí)例提出具體的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)和裝置。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)，包括：

3、系統(tǒng)控制單元：提供賬號(hào)登錄功能，對(duì)賬號(hào)進(jìn)行管理，對(duì)使用人員進(jìn)行權(quán)限管理；

4、評(píng)估單元：提供多種評(píng)估功能，根據(jù)已有資料對(duì)三維模型進(jìn)行模型總面數(shù)以及模型總數(shù)的評(píng)估，根據(jù)已有資料對(duì)用戶硬件系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估；若缺少詳細(xì)的測繪資料或者圖紙資料，則基于已有的資料，使用ai算法對(duì)設(shè)備、廠區(qū)尺寸進(jìn)行評(píng)估計(jì)算；

5、三維模型控制單元：規(guī)范三維模型制作方法、制作流程、命名管理、制作精度，最終制作出可收入模型庫的三維模型；

6、導(dǎo)出單元：提供模型和材質(zhì)多格式導(dǎo)出以及多格式相互轉(zhuǎn)換功能，規(guī)范模型導(dǎo)出流程，并進(jìn)行分類管理；

7、快速設(shè)計(jì)庫單元：提供符合建模標(biāo)準(zhǔn)的三維建模和貼圖、材質(zhì)資源構(gòu)成的通用資源庫，具備分類存儲(chǔ)、搜索功能，統(tǒng)一模型的制作標(biāo)準(zhǔn)；

8、數(shù)據(jù)庫單元：分類存儲(chǔ)本項(xiàng)目中制作完成的模型和各種資料文檔，允許授權(quán)人員對(duì)各種資料進(jìn)行搜索與編輯，允許對(duì)已有模型進(jìn)行展示和導(dǎo)出。

9、優(yōu)選地，所述系統(tǒng)控制單元包括：

10、用戶登錄模塊：提供用戶登錄功能，實(shí)現(xiàn)不同人員在同一或不同終端上進(jìn)行登錄使用，實(shí)現(xiàn)多人員、多平臺(tái)、多賬號(hào)協(xié)同作業(yè)；

11、權(quán)限管理模塊：提供權(quán)限管理功能，對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理，使多用戶進(jìn)行有序協(xié)同作業(yè)，不同權(quán)限的用戶之間不相互干擾；

12、安全模塊：提供自動(dòng)備份、多介質(zhì)存儲(chǔ)等功能，保障生產(chǎn)資料安全；

13、賬號(hào)管理模塊：提供賬戶資料的儲(chǔ)存、識(shí)別、管理等功能，記錄用戶對(duì)系統(tǒng)的操作時(shí)間與操作內(nèi)容。

14、優(yōu)選地，所述評(píng)估單元包括：

15、模型評(píng)估模塊：使用ai算法以及人工介入評(píng)估三維建模所需工時(shí)、評(píng)估三維建模體積，評(píng)估各精度模型所需面數(shù)、評(píng)估靜態(tài)模型總數(shù)以及可動(dòng)模型總數(shù)；

16、計(jì)算機(jī)性能評(píng)估模塊：根據(jù)軟件測試以及計(jì)算機(jī)硬件數(shù)據(jù)評(píng)估用戶計(jì)算機(jī)性能；

17、數(shù)據(jù)評(píng)估模塊：使用ai算法或者人工介入對(duì)初始資料進(jìn)行處理，獲取抽象化、數(shù)字化的建模對(duì)象資料；

18、綜合評(píng)估設(shè)計(jì)模塊：結(jié)合模型評(píng)估結(jié)果、硬件性能評(píng)估結(jié)果，對(duì)不同業(yè)務(wù)場景中應(yīng)用的三維模型規(guī)范形成參考文檔，使得在模型制作規(guī)范的制定時(shí)可以合理評(píng)估模型精度、硬件性能、展示效果三者的平衡。

19、優(yōu)選地，所述三維模型控制單元包括：

20、模型管理模塊：對(duì)三維模型命名規(guī)則和存儲(chǔ)規(guī)則進(jìn)行規(guī)定，將三維模型存儲(chǔ)至預(yù)設(shè)模型庫，使三維模型在不同場景多次復(fù)用，使三維模型在模型庫中根據(jù)命名規(guī)范進(jìn)行精準(zhǔn)查找；

21、模型制作規(guī)范模塊：制定統(tǒng)一且通用的三維模型制作規(guī)范，制定適用的三維模型制作流程，使多名模型工程師可以共同作業(yè)制作標(biāo)準(zhǔn)一致的三維模型；

22、模型特征模塊：具有建模目標(biāo)的顯著特征，在數(shù)字孿生系統(tǒng)任一視角中快速聯(lián)想到建模目標(biāo)，包含三維模型的貼圖、紋理數(shù)據(jù)、材質(zhì)資產(chǎn)；

23、多細(xì)節(jié)層次模型細(xì)節(jié)模塊：根據(jù)數(shù)字孿生系統(tǒng)的需求，在模型特征模塊的基礎(chǔ)上，制作多種細(xì)節(jié)等級(jí)的模型細(xì)節(jié)，并進(jìn)行分類管理；

24、可動(dòng)模型模塊：對(duì)具有動(dòng)畫制作需求的三維模型使用更高的模型制作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，并對(duì)模型的軸向方向、軸心位置、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)模式、綁定的骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)定。

25、優(yōu)選地，所述導(dǎo)出單元包括：

26、多格式導(dǎo)出模塊：提供對(duì)三維模型及其材質(zhì)、貼圖進(jìn)行多種格式的導(dǎo)出功能；

27、格式轉(zhuǎn)換模塊：提供對(duì)模型、材質(zhì)的格式的轉(zhuǎn)換功能；

28、導(dǎo)出規(guī)范模塊：制定相應(yīng)的導(dǎo)出流程規(guī)范，在導(dǎo)出數(shù)字孿生系統(tǒng)所需格式的模型、材質(zhì)后，及時(shí)按照預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)導(dǎo)出的文件進(jìn)行命名、分類，并歸納入數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

29、優(yōu)選地，所述快速設(shè)計(jì)庫單元包括：

30、存儲(chǔ)模塊：對(duì)已有的三維模型和三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行存儲(chǔ)；

31、搜索模塊：對(duì)已有的三維模型和三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行搜索；

32、分類模塊：對(duì)已有的三維模型和三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行分類；

33、命名管理模塊：對(duì)已有的三維模型和三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行命名管理；

34、版本控制模塊：對(duì)已有的三維模型和三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行版本控制。

35、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)庫單元包括：

36、初始資料儲(chǔ)存模塊：獲取并存儲(chǔ)初始數(shù)據(jù)與資料，僅允許上傳與瀏覽；

37、需求文檔儲(chǔ)存模塊：儲(chǔ)存數(shù)字孿生系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)文檔、環(huán)境模型設(shè)計(jì)文檔、設(shè)備模型設(shè)計(jì)文檔，使模型工程師及時(shí)了解數(shù)字孿生系統(tǒng)對(duì)三維模型的要求；

38、數(shù)據(jù)整合模塊：對(duì)初始數(shù)據(jù)與資料進(jìn)行分析與提取，使用ai算法對(duì)建模目標(biāo)的影像資料進(jìn)行分析，從而獲得建模目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)；

39、模型庫模塊：對(duì)新制作的三維模型以及三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行存儲(chǔ)、命名，允許對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)簽的增加，允許對(duì)相關(guān)文件進(jìn)行搜索，對(duì)相關(guān)文件進(jìn)行版本控制；

40、導(dǎo)出模塊：允許對(duì)三維模型以及三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行多種格式的導(dǎo)出；

41、格式轉(zhuǎn)換模塊：允許對(duì)三維模型以及三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理進(jìn)行多種格式的相互轉(zhuǎn)換；

42、模型展示模塊：對(duì)三維模型進(jìn)行全方位展示，對(duì)同一建模對(duì)象的多細(xì)節(jié)層次模型進(jìn)行切換，對(duì)三維模型以及三維模型的材質(zhì)、貼圖、紋理、光照陰影進(jìn)行渲染。

43、優(yōu)選地，初始資料收集過程為：按照生產(chǎn)工藝流程，對(duì)建模目標(biāo)進(jìn)行影像資料的拍攝；在拍攝過程中，對(duì)具備測繪條件的建模對(duì)象或者建模對(duì)象附近的物體進(jìn)行測繪，由小及大，為影像資料建立尺寸參考系；根據(jù)產(chǎn)線設(shè)備型號(hào)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行資料收集，資料內(nèi)容包括產(chǎn)線設(shè)備相關(guān)圖紙、設(shè)備說明書、相關(guān)生產(chǎn)工藝圖解等；對(duì)收集到的資料進(jìn)行分類處理，形成初始資料庫。

44、優(yōu)選地，模型制作規(guī)范包括：三維軟件的默認(rèn)單位設(shè)置；對(duì)三維模型每一細(xì)節(jié)層次的模型精細(xì)度進(jìn)行規(guī)范；采用四邊面建模的方式進(jìn)行建模；對(duì)模型上的瑕疵進(jìn)行檢查與修復(fù)，檢查是否有多余且無用的孤立點(diǎn)、有無多邊面、有無開放的邊、法線是否正確；對(duì)可動(dòng)零件的三維模型進(jìn)行軸心、軸向設(shè)置；參照建模目標(biāo)的表面結(jié)構(gòu)設(shè)置光滑組，使三維模型的弧線和實(shí)際設(shè)備的弧線一致；

45、在三維模型制作完成后，對(duì)三維模型進(jìn)行重置；在進(jìn)行三維模型的uv拆分時(shí)，盡可能保證同一光滑組的邊不斷開，uv盡可能占滿uv格，通用模型的uv需要單獨(dú)進(jìn)行拆分；三維模型在制作時(shí)宜從低精度模型到高精度模型依次深入制作，按照模型的命名規(guī)則對(duì)不同細(xì)節(jié)層次等級(jí)模型進(jìn)行命名，并進(jìn)行分類單獨(dú)存儲(chǔ)。

46、根據(jù)本發(fā)明提供的應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制裝置，搭載所述的應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

48、(1)本發(fā)明提供一種應(yīng)用于數(shù)字孿生的多細(xì)節(jié)層次三維模型控制系統(tǒng)，綜合評(píng)價(jià)數(shù)字孿生系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，優(yōu)選的設(shè)計(jì)并制作多細(xì)節(jié)層次三維模型，從而實(shí)現(xiàn)更加充分發(fā)揮數(shù)字孿生系統(tǒng)的軟硬件性能的目的；

49、(2)綜合數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理結(jié)果，制定標(biāo)準(zhǔn)化建模規(guī)范與流程，提升多項(xiàng)目之間的模型通用性，有效降低不同三維建模工程師制作的三維模型的質(zhì)量差異，提升多人員多工種之間的協(xié)作效率；

50、(3)提高資源的管控能力，有效減少重復(fù)作業(yè)，降低生產(chǎn)成本，可大幅度提高數(shù)字孿生系統(tǒng)開發(fā)的前期工作效率。