[發(fā)明專利]數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)渲染方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110081246.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112733461B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);方洛;魏麗軍;蘇倩怡;張浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G06F30/25;G06T15/00;G06T15/06;G06F16/36;G06F16/25;G06K9/62;G06N3/00;G06F111/06;G06F111/08
• 代理公司: 佛山市禾才知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44379
• 代理人: 資凱亮

1.數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：建立工藝特征模型，所述工藝特征模型用于存儲(chǔ)各種經(jīng)典工藝的加工特征信息、工藝渲染信息和工藝設(shè)計(jì)背景信息，然后利用圖數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)工藝特征模型進(jìn)行儲(chǔ)存歸納，形成工藝知識(shí)圖譜網(wǎng)絡(luò)；

S2：MES系統(tǒng)訂單投放，基于數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)線的工藝信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和清洗分析，建立管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)經(jīng)數(shù)據(jù)整合和清洗分析的工藝信息數(shù)據(jù)；

S3：管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)從工藝信息數(shù)據(jù)提取出實(shí)時(shí)的工藝加工特征信息、工藝渲染信息和工藝設(shè)計(jì)背景信息進(jìn)行工藝相似性計(jì)算，從工藝知識(shí)圖譜網(wǎng)絡(luò)之中選定最相近的工藝對(duì)象實(shí)體；

S4：在三維近物理虛擬仿真設(shè)計(jì)的開(kāi)放式信息集成平臺(tái)上，將正在或者即將進(jìn)行加工的在制品數(shù)字化模型的加工表面獨(dú)立分割成為一個(gè)三維網(wǎng)格對(duì)象，并根據(jù)生產(chǎn)線的工藝信息數(shù)據(jù)，得到加工刀具的運(yùn)行路線以及加工位置，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地將三維網(wǎng)格對(duì)象進(jìn)行UV展開(kāi)，然后對(duì)已經(jīng)展開(kāi)的UV圖的各個(gè)加工區(qū)域進(jìn)行參數(shù)化；

S5：通過(guò)管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)獲取在制品上正在進(jìn)行的工藝的進(jìn)度、加工刀具的種類(lèi)位置速度，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地從選定最相近的工藝對(duì)象實(shí)體之中獲取對(duì)應(yīng)工藝進(jìn)度的表面形狀、顏色、粗糙度、光澤度信息，同時(shí)獲取場(chǎng)景中各個(gè)光源的光照信息、環(huán)境參數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)離線渲染效果圖，進(jìn)行實(shí)時(shí)PBR渲染，得到各個(gè)工藝區(qū)域的實(shí)時(shí)渲染圖；

S6：將各個(gè)工藝區(qū)域的實(shí)時(shí)渲染圖與工藝特征模型中儲(chǔ)存的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)工藝離線渲染圖一起輸入SSIM算法之中進(jìn)行相似度匹配，同時(shí)將該SSIM算法表達(dá)式作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)表達(dá)式，迭代執(zhí)行實(shí)時(shí)渲染操作、SSIM算法的相似度匹配操作以及粒子群算法操作，以進(jìn)行渲染效果的比對(duì)驗(yàn)證和渲染參數(shù)的迭代優(yōu)化，得到對(duì)應(yīng)工藝的實(shí)時(shí)渲染和離線渲染圖之間的匹配度；

S7：實(shí)時(shí)對(duì)比在迭代過(guò)程中該工藝的實(shí)時(shí)渲染圖和儲(chǔ)存在工藝特征模型中的離線渲染圖之間的匹配度，選出匹配度最大的渲染參數(shù)作為目前狀態(tài)下該工藝的最優(yōu)PBR渲染參數(shù)，將最優(yōu)PBR渲染參數(shù)上傳到管控系統(tǒng)之中的數(shù)據(jù)庫(kù)之中進(jìn)行存儲(chǔ)，并更新工藝特征模型中對(duì)應(yīng)工藝的PBR渲染參數(shù)數(shù)據(jù)；結(jié)合最相近的工藝對(duì)象實(shí)體，利用后處理Post-Processing的方式，向渲染引擎提交多次針對(duì)在制品的數(shù)字化模型的渲染信息，最終該工藝區(qū)域用最優(yōu)PBR渲染參數(shù)將在制品數(shù)字化模型在直接光照條件下的工藝加工特征以近物理的方式渲染表征出來(lái)；

S8：向第三方開(kāi)源預(yù)渲染庫(kù)傳入間接光照參數(shù)，實(shí)時(shí)將環(huán)境光照渲染成輻照度圖作為環(huán)境貼圖傳入渲染引擎的著色器，再利用雙向反射率分布函數(shù)在環(huán)境貼圖上進(jìn)行像素級(jí)遍歷并計(jì)算對(duì)應(yīng)的間接光照計(jì)算因子，將間接光照計(jì)算因子與對(duì)應(yīng)的PBR渲染參數(shù)進(jìn)行向量乘法計(jì)算，得到在制品數(shù)字化模型上反映出其所處環(huán)境的變化效果；

S9：將步驟S7得到的直接光照結(jié)果和步驟S8得到的間接光照結(jié)果進(jìn)行向量加法計(jì)算，得到實(shí)時(shí)PBR渲染加工工藝效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟S1中，建立工藝特征模型的過(guò)程為：

S11：收集經(jīng)典工藝相關(guān)知識(shí)，形成工藝知識(shí)庫(kù)；

S12：歸納各種工藝的加工特征、工藝渲染信息以及工藝設(shè)計(jì)背景，形成以工藝特征向量為基礎(chǔ)儲(chǔ)存各種信息的工藝特征模型＝{PC，PDB，PRI}，其中PC代表工藝加工特征；PDB代表工藝設(shè)計(jì)背景信息；PRI代表工藝渲染信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟S3的過(guò)程為：

S31：從管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的工藝特征信息、工藝渲染信息以及工藝設(shè)計(jì)背景信息，并以特征向量的形式組織起來(lái)；

S32：按照離散化時(shí)間為單位組織形成工藝相似性表格，縱列為從特征向量組織中的各項(xiàng)工藝信息屬性，橫行為工藝知識(shí)圖譜網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)工藝對(duì)象實(shí)體；

S33：利用余弦相似性公式，計(jì)算出各項(xiàng)工藝信息屬性與工藝知識(shí)圖譜網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)工藝對(duì)象實(shí)體對(duì)應(yīng)的工藝信息屬性匹配度，完成工藝相似性表格；

S34：通過(guò)加權(quán)均值計(jì)算得到各個(gè)工藝對(duì)象實(shí)體與正在進(jìn)行的工藝之間的相似度，相似度最高的工藝對(duì)象實(shí)體選定為最相近的工藝對(duì)象實(shí)體。