[發(fā)明專利]面向復(fù)雜三維CAD模型的海量場(chǎng)景漸進(jìn)式更新算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210009810.4
• 申請(qǐng)日: 2012-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN102609990A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田豐林;陳戈;韓勇;馬純永;李勃;錢程程;劉壽鑫;呂憧憬;宋麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T19/00
• 分類號(hào): G06T19/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向復(fù)雜三維CAD模型的海量場(chǎng)景漸進(jìn)式更新算法。

背景技術(shù)

在機(jī)械制造(如飛機(jī)制造、高鐵機(jī)車制造和造船)等行業(yè)，越來(lái)越多得使用了復(fù)雜產(chǎn)品制造信息化技術(shù)，特別是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的生命周期中使用率虛擬樣機(jī)技術(shù)。

虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于產(chǎn)品計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，及從視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)以及功能和行為上模擬真是產(chǎn)品的技術(shù)。復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)技術(shù)是在各領(lǐng)域CAX(如CAD、CAM、CAE等)/DFX(如DFA、DFM等)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融合先進(jìn)建模/仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期、全系統(tǒng)，并對(duì)他們進(jìn)行綜合管理和強(qiáng)調(diào)虛擬化，從系統(tǒng)的層面來(lái)分析、模擬復(fù)雜產(chǎn)品的一種系統(tǒng)化的工程設(shè)計(jì)與管理方法。復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期虛擬樣機(jī)的開發(fā)關(guān)鍵就是復(fù)雜產(chǎn)品三維模型的仿真及在方針環(huán)境下的可視化編輯技術(shù)。而復(fù)雜模型自身存在的模型數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋸?fù)雜等特點(diǎn)向計(jì)算機(jī)軟件及硬件都帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。目前復(fù)雜三維模型的仿真可視化技術(shù)主要有兩種：

一是通過(guò)輸出敏感技術(shù)降低模型場(chǎng)景的繪制復(fù)雜度。這方面的主要技術(shù)有：可見性剔除、簡(jiǎn)化、層次細(xì)節(jié)、緩存一致的數(shù)據(jù)排布和空間索引及其在線更新等。

二是采用并行繪制技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)集群代替單一的計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行處理。目前并行繪制技術(shù)主要分為sort-first(數(shù)據(jù)分布型并行圖形繪制)，sort-middle(渲染指令級(jí)并行)，sort-last(渲染像素級(jí)并行)三大類。

目前已有的一些大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景瀏覽系統(tǒng)，如被卡大學(xué)的GigaWalk，意大利CRS4可視化計(jì)算小組的FarVoxels，普林斯頓大學(xué)的iWalk，霍普津斯大學(xué)的vLOD，Saarland大學(xué)開發(fā)的基于共享內(nèi)存式多CPU架構(gòu)的大規(guī)模CAD模型繪制系統(tǒng)以及浙江大學(xué)的AdaptiveVoxels系統(tǒng)等。

海量三維模型繪制技術(shù)盡管得到了廣泛的重視，但其理論和方法仍不夠成熟，大大限制了它的應(yīng)用。首先，現(xiàn)有的海量模型場(chǎng)景樹都只適用于靜態(tài)場(chǎng)景。對(duì)于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新的場(chǎng)景必須要重新計(jì)算場(chǎng)景樹。其次，已有的外存文件技術(shù)不支持對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行增量更新保存，因而場(chǎng)景的更新不能持久化。最后，缺乏對(duì)更新場(chǎng)景的在線簡(jiǎn)化技術(shù)，因而不能支持更新場(chǎng)景的繪制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種面向復(fù)雜三維CAD模型的海量場(chǎng)景漸進(jìn)式更新算法。其在海量三維CAD數(shù)據(jù)場(chǎng)景更新后的在線繪制功能方面取得了突破，形成原型驗(yàn)證系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：其包括以下步驟：

(1)構(gòu)建支持場(chǎng)景在線更新的系統(tǒng)架構(gòu)；

(2)用不同的文件分別保存場(chǎng)景樹數(shù)據(jù)，模型輸入幾何數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化LOD模型數(shù)據(jù)；

(3)快速更新整個(gè)場(chǎng)景空間索引，使其在繪制加速算法中保持有效；

(4)基于PC多GPU硬件平臺(tái)的海量三維場(chǎng)景LOD模型并行在線構(gòu)造技術(shù)。

本發(fā)明旨在研究面向復(fù)雜三維CAD模型的海量場(chǎng)景漸進(jìn)式更新算法。以場(chǎng)景樹更新技術(shù)為基礎(chǔ)，研究空間剖分索引的增量更新和LOD模型并行計(jì)算的簡(jiǎn)化問(wèn)題，致力于解決外存文件數(shù)據(jù)更新的效率問(wèn)題、空間索引更新時(shí)的重構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題和在線LOD簡(jiǎn)化任務(wù)調(diào)度問(wèn)題。采用基于塊的外存文件結(jié)構(gòu)及相應(yīng)更新算法、自適應(yīng)的空間索引更新算法和基于優(yōu)先級(jí)的簡(jiǎn)化任務(wù)調(diào)度算法，最終在海量三維CAD數(shù)據(jù)場(chǎng)景更新后的在線繪制功能上取得突破，形成原型驗(yàn)證系統(tǒng)。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是：對(duì)于更新后的海量三維場(chǎng)景，為避免重構(gòu)全部的空間剖分索引和LOD模型，通過(guò)縮小空間剖分索引結(jié)點(diǎn)的更新集合和可能需簡(jiǎn)化的LOD結(jié)點(diǎn)集合，來(lái)減少場(chǎng)景更新的計(jì)算量，結(jié)合基于多GPU得快速體素LOD模型簡(jiǎn)化方法，加速場(chǎng)景更新速度，達(dá)到在線交互繪制的目的。

所述步驟(1)中，場(chǎng)景并行更新算法流程方面，在外存算法之后插入空間索引動(dòng)態(tài)剖分算法，在可見性剔除算法之后插入并行簡(jiǎn)化算法；硬件架構(gòu)方面，本發(fā)明采用的并行簡(jiǎn)化部署方案為：基于一臺(tái)PC的多GPU并行簡(jiǎn)化架構(gòu)。

所述步驟(2)中，包括一個(gè)支持海量三維模型更新的外存算法，步驟如下：

(a)將外存文件劃分為固定大小的塊，然后將物體剖分后包圍體中的幾何數(shù)據(jù)送入到這些文件塊中；

(b)開辟足夠大的文件，計(jì)算出一個(gè)與新加物體距離最近的已有物體集合；